固定化脂肪酶促酯交换反应制备低能量可可脂的研究

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在食品制造行业,特别是在糖果制造业中,巧克力是一种具有细腻口感和浓郁香气的高热量甜食,其深受各国消费者的喜爱。一般地,巧克力中含有30%以上的可可脂。由于可可脂的脂肪酸及甘油三酯组成的特殊性使其熔点与人体体温相近,在35-37℃之间。可可脂的这一性质使巧克力在进入口腔时立即熔化而赋予人们细腻的口感。可可脂是巧克力的主要能量来源,其提供的能量约占巧克力产品的50%。这意味着需控制能量摄入的人群必须减少巧克力这种能量密集型食品的消费或者完全将其从饮食中排除。目前,我国巧克力行业以每年10-15%的速度增长,其市场前景巨大。随着当今社会人们愈来愈注重饮食健康,对低能量可可脂和低能量巧克力有一定的需求。通过适当的方法对可可脂进行改性,不仅在一定程度上降低巧克力的能量,还能使巧克力满足更广的消费人群。论文对固定化脂肪酶Lipozyme TL IM于非水相体系中催化酯交换反应制备低能量可可脂的条件进行了筛选,考察了酯交换反应的工艺参数,如分子筛用量、反应温度、反应时间、加酶量及底物质量比对酯交换率、低能量可可脂熔点及甘油三酯改变量的影响。利用中心旋转组合设计对固定化脂肪酶Lipozyme TL IM于非水相体系中催化酯交换反应制备低能量可可脂的三个重要工艺参数进行优化,得到制备低能量可可脂的优化条件是加酶量12U/g反应时间13h,反应温度60℃。在上述的优化条件下,固定化脂肪酶Lipozyme TL IM催化质量比为1:0.3:0.1的底物(可可脂、辛酸及山嵛酸)进行酯交换反应,酯交换率可达到28.12土2.54%,低能量可可脂的熔点为36.83土0.55℃。在无溶剂反应体系中,对固定化脂肪酶Lipozyme TL IM催化酯交换反应制备低能量可可脂的动力学进行了初步研究。结果表明,固定化脂肪酶催化酯交换反应符合乒乓反应机制。可可脂与辛酸在无溶剂反应体系中进行酯交换反应的初速度动力学模型为反应速率常数为0.02928g/mmol·min;可可脂与山嵛酸进行酯交换反应的初速度动力学模型为反应速率常数为0.05196g/mmol·min。研究中建立的动力学模型可较好地预测低能量可可脂中甘油三酯随时间变化的趋势。研究了液-液萃取法对低能量可可脂脱酸精制的效果。结果表明,在温度为35℃,油脂与萃取溶剂的质量比为1:1时,85%(v/v%)乙醇水溶液对低能量可可脂粗产品进行10次萃取可将其酸值降低至符合食用要求。由于液-液萃取对高酸值低能量可可脂粗产品脱酸的工艺操作繁杂且溶剂消耗量大,因此引入具有一定脱酸能力的D202阴离子交换树脂与液-液萃取进行联合脱酸。D202阴离子交换树脂脱除低能量可可脂中的游离脂肪酸的最佳工艺条件为脱酸温度30℃、反应时间5h、D202阴离子交换树脂/低能量可可脂的质量比2:1、低能量可可脂/正己烷溶液的浓度200mg/mL。在此工艺下,D202阴离子交换树脂可使经过85%乙醇水溶液2次萃取脱酸的低能量可可脂酸值符合标准。D202阴离子交换树脂与低能量可可脂/正己烷溶液中游离脂肪酸的离子交换吸附过程符合Langmuir吸附等温线。动力学研究结果表明,树脂与游离脂肪酸的离子交换过程的主控速步骤是液膜扩散控制。热力学研究结果表明,离子交换过程是一个吸热的、可自发进行的、熵推动的过程。采用分子蒸馏技术对低能量可可脂粗产品进行脱酸精制,以脱酸后低能量可可脂的酸值及罗维朋色度(黄色值和红色值)为指标,研究蒸馏温度、给料速率和压力等工艺参数对脱酸效果及油脂品质的影响。采用中心旋转组合设计对分子蒸馏的脱酸工艺条件进行优化,得到的最佳脱酸工艺条件为:蒸馏温度185℃、给料速率2.3mL/min、压力1.0Pa。在此条件下,得到的低能量可可脂终产品的酸值为2.15±0.23mgKOH/g、罗维朋色度的黄色值为5.50±0.70、红色值为0.60±0.10。选用动物成长法对固定化脂肪酶促酯交换反应制备的低能量可可脂进行了能量值的测定,低能量可可脂的能量值为4.70kcal/g,约为可可脂能量的69%。在高脂饮食实验中,低能量可可脂并不显著增加Wistar大鼠体重(P>0.05)。此外,饲以低能量可可脂的高脂饮食实验组的机体抗氧化指标及血脂指标与正常饮食组相近,优于饲以可可脂的高脂饮食对照组。脱酸后的低能量可可脂的化学常数与可可脂的化学常数无明显差异。Schaal烘箱法及Rancimat法的氧化稳定性测定表明,低能量可可脂的氧化稳定性略差于可可脂,而适量添加抗氧化剂后,其氧化稳定性与可可脂相近。通过低分辨率宽线核磁共振仪测定了低能量可可脂的固体脂肪含量。结果表明,低能量可可脂的固体脂肪含量小于可可脂;随温度上升,低能量可可脂的固体脂肪含量减小速率较慢。等温结晶动力学的研究结果表明,低能量可可脂的等温结晶过程符合Avrami方程。
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