两种酶催化油酸与棕榈硬脂反应制备OPO工艺及酶的重复利用比较研究

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1,3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯(β-OPO,常被简写为OPO)作为营养强化剂可用于婴幼儿配方食品的生产。在国家标准GB 30604-2015《食品安全国家标准食品营养强化剂1,3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯》中明确指出采用食品工业用脂肪酶催化酸解反应制备OPO。不同的脂肪酶催化效果差异较大,价格与活性差异也较大,因此,研究不同脂肪酶催化制备OPO的工艺条件与效果非常必要。同时,在工业化生产中为了降低制备OPO的生产成本,一方面需要考虑筛选开发较为廉价的脂肪酶,另一方面需要考虑脂肪酶的重复利用情况。本文研究了Novozym 40086酶和脂肪酶VL089催化油酸与棕榈硬脂反应制备OPO的工艺条件,以及两种酶在各自的最佳条件下的重复利用性能,并通过补加新酶实验研究其重复利用次数,具体研究内容包括:首先,采用Novozym 40086酶催化油酸与棕榈硬脂反应制备OPO,在单因素实验设计中根据脂肪酶的重复利用次数和脂肪酶的成本核算确定了加酶量。通过响应面实验进一步优化工艺条件,得到最佳工艺条件为加酶量6.3%(以总底物质量计),油酸与棕榈硬脂摩尔比5.7:1,反应时间5.2 h,反应温度60℃。在此条件下,纯化制备的产品中OPO含量为(43.13±0.58)%,PPP含量为(7.65±0.16)%,2位棕榈酸占所有棕榈酸含量为(61.28±0.51)%,符合GB 30604-2015要求。接着,选取价格较低的脂肪酶VL089催化油酸与棕榈硬脂反应制备OPO,优化的最佳工艺条件为加酶量9.4%(以总底物质量计),油酸与棕榈硬脂摩尔比8:1,反应时间6.8 h,反应温度60℃。在此条件下,制备的产品中OPO含量为(44.23±0.06)%,PPP含量为(7.73±0.06)%,2位棕榈酸占所有棕榈酸含量为(63.01±0.26)%,符合GB 30604-2015要求。与Novozym 40086酶相比,采用脂肪酶VL089催化制备OPO反应所需的油酸用量及酶的用量都增加,但是脂肪酶VL089的价格便宜,成本相对较低,可作为工业化生产OPO的生物催化剂。最后,考虑到脂肪酶价格昂贵,制备OPO产品的生产成本较高,因此脂肪酶的重复利用次数对生产成本的控制至关重要。以OPO含量、PPP含量以及2位棕榈酸占所有棕榈酸含量为评价标准,研究发现Novozym 40086酶和脂肪酶VL089在各自的最佳工艺条件下分别利用一次和两次,均符合相关国标要求,而在相同反应条件下,发现Novozym 40086酶催化效果较好。同时,在各自的最佳条件下通过分批次补加100%新酶(每次补加20%共补加5次)实验研究其重复利用对制备OPO的效果,经计算得到每千克Novozym 40086酶制备得到的OPO的量(22.22千克)高于脂肪酶VL089(18.72千克),Novozym 40086酶的反应时间低于脂肪酶VL089,而脂肪酶VL089的价格为Novozym 40086酶的30%左右,因此,在工业化生产中可根据实际需求以及原料和产品的价格选择合适的脂肪酶为生物催化剂。
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