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人乳是婴儿最佳的天然食品。人乳脂中棕榈酸主要分布在甘三酯2-位,这种特别的结构型式对婴儿的脂肪及一些矿物质的吸收尤为重要。本研究的目的就是以大宗动植物油为原料,模仿天然人乳中的脂肪酸组成和甘三酯结构,研制人乳脂替代品,其产品将作为婴儿奶粉的脂肪配料。生产过程以酶促酯交换反应来实现。酶为反应条件温和、高度位置专一的脂肪酶。同时,本研究也对酶催化酯交换反应的基本原理和数学模型加以研究。温度是影响酶催化反应的关键因素。为确定酶促酯交换反应(酸解)的最适温度,建立了催化酶(猪胰脂酶和微生物脂酶LipozymeRM IM)热失活动力学模型。发现猪胰脂酶在50℃以上极易失活,符合“一步”失活机理;Lipozyme RMIM在50-90℃稳定性强,其热失活特点符合“两步连续”失活模型,第一步失活速度大于第二步。首次对猪胰脂酶和微生物脂酶Lipozyme RM IM的热失活动力学参数、热力学参数(自由能)和活化能进行了测定。猪油的甘三酯2-位脂肪酸组成与人乳脂的2-位相似。为了生产人乳脂替代品,猪油和特别配伍的脂肪酸在sn-1,3位置专一脂酶Lipozyme RM IM的催化下,于非溶剂系统中进行酯交换反应。通过酯交换反应,增加猪油甘三酯sn-1,3位上的多不饱和脂肪酸(亚油酸和α-亚麻酸)分布,降低硬脂酸含量。对不同反应温度、反应时间、含水量、加酶量和底物比的酰基镶入过程进行了探索;对酶的可重复利用次数进行了研究。找出了酰基镶入速度(Inc/h)与温度(T)的数学表达式:Ln(Inc/h)=4.809-416/T(亚油酸)和Ln(Inc/h)-1.618-116/T(α-亚麻酸)。利用响应面法(RSM)研究了反应参数(温度、时间、水份、加酶量和底物比)与响应值(酰基镶入量)的多级数学模型,确定了最佳反应参数。在最佳工艺条件下,进行放大试验。结果证明以猪油为原料生产的人乳脂替代品的组成和物理性能类似中国母乳脂的特点,其生产工艺简单、可操作性强。二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)与婴儿的大脑、神经系统和视觉发育有着密切的关系。为此本研究以廉价的棕桐油分提物——棕榈硬脂为原料,通过与EPA、DHA酯交换反应,牛产含EPA、DHA及2-位分布棕桐酸的甘三酯。生成的1,3-EPA(DHA)-2-棕搁酸甘三酯易被婴儿吸收,产品将作为以猪油为原料生产的人乳脂替代品的营养补充剂。为降低生产成本,反应中所用的酶为新发现的、价廉的微生物脂肪酶:LIPozpoe TL IM;利用 RSM试验优化反应条件。在研究中也对LipoZyme TL IM与其它脂酶在酯交换反应中的催化功能进行了比较。 近年发现,共轭亚油酸(CLA)对人体具有多种有益的生理功效。本研究在制备人乳脂替代品营养补充剂一sn13-共轭亚油酸-2-硬脂酸甘油酯的过程中,首次证明了大然亚油酸与共轭亚油酸在酶促酯交换反应中反应活性的差异性,即酚基镶入速度和酚基位移速度有着较大的差异。这种反应活性的差异可能与CLA的生理功能性有着某种联系,但需进一步证明。 酶促酯交换反应,尤其酸解是一种可逆反应,即反应有平衡点,山于平衡的原因,通过这种反应得到的最终产品的得率不理想。所以本研究试图通过程序式变化反应温度,移动反应平衡,增加酚基镶入量,减少因酚基位移而导致的副产品,提高最终产品的产量。在三棕搁酸甘抽酯(PPP)和 CLA或辛酸的酶促酸解反应中,程序式的反应温度变化对酚基镶入量无显著影响,但有效地抑制了酚基位移,减少副产品的生成。酚基镶人量的增加不显著,可能是由于反应过程中结晶效果差导致的。 总之,本研究将对中国大宗的猪油资源的开发、利用与增值,为生产出符合婴儿生理需要的婴儿食品,具有重要的指导意义。酶促酯交换反应理论的探讨和数学模型的建立为酯交换反应进一步在生产中的应用提供了可靠的依据。