甘油二酯油

甘油二酯油（DG）具有安全、營養(yǎng)、加工適性好、人體相容性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，是一類多功能添加劑，在食品、醫(yī)藥、化工（化妝品）等行業(yè)已有廣泛的應(yīng)用。對DG的研究具有重大的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

DG作為多功能添加劑，除了日本花王、美國阿徹-丹尼爾斯-米德蘭等公司申報(bào)的相關(guān)專利，世界主要生產(chǎn)商一般將其制備技術(shù)作為商業(yè)秘密保護(hù)，在國內(nèi)外文獻(xiàn)中鮮有報(bào)道。關(guān)于DG制備的研究，日本走在世界的前列。國內(nèi)近幾年對DG酶法生產(chǎn)進(jìn)行了研究開發(fā)，申請了DG的相關(guān)專利，但國內(nèi)DG尚未見產(chǎn)業(yè)化報(bào)道。

甘油二酯是由丙三醇（甘油）與兩個脂肪酸酯化后得到的產(chǎn)物，簡稱甘二酯、雙甘酯，英文名為diglyceride或diacylglycerol簡寫為DG 、DAG。它分為1,3-甘油二酯和1,2-甘油二酯兩種異構(gòu)體。

研究表明，甘油二酯（DG）在降血脂、減少內(nèi)臟脂肪、抑制體重增加等方面有重要功能。此功能主要是通過抑制甘油三酯（TG）在體內(nèi)蓄積實(shí)現(xiàn)的。1993年K.Hara等人最早發(fā)現(xiàn)膳食DG 具有降低實(shí)驗(yàn)大鼠血清甘油三酯的作用。Masakasu[2]在K.Hara研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步假設(shè)DG 的降血脂功能可能是DG 與TG 在腸道中的代謝途徑不同引起的。TG在腸道中，兩端脂肪酸由于脂肪酶作用，被酶解為2-單甘酯（MG）與游離脂肪酸（FA），并在小腸上皮細(xì)胞被吸收。在小腸上皮細(xì)胞中，F(xiàn)A與2-MG再次被迅速合成為TG（中性脂肪），作為血中中性脂肪在全身運(yùn)動，那些未被作為能量利用的中性脂肪便作為體內(nèi)脂肪而蓄積。

而DG大多都被分解為不能再合成脂肪的1-MG與脂肪酸，由于1-MG與2-MG中脂肪酸與甘油結(jié)合的位置不同，因此作為中性脂肪合成原料有很大差別，在小腸內(nèi)向中性脂肪再次合成極其遲緩。細(xì)胞內(nèi)游離脂肪酸濃度變高，并通過β-氧化途徑最終被分解為水和二氧化碳釋放，因此DG在小腸脂質(zhì)分解和能量利用率提高。同時使食用DG后血液中的中性脂肪難以上升，這樣，若持續(xù)食用DG，便可減少體內(nèi)脂肪積累。Yang, Kuksis等人研究表明經(jīng)α-磷酸甘油途徑形成的TG 不形成乳糜微粒，而是儲存于小腸絨毛上皮細(xì)胞中。

由此推斷膳食DG，不僅能影響乳糜微粒甘油三酯的組成，而且會影響其轉(zhuǎn)運(yùn)。1997年Hiroguki 等人用實(shí)驗(yàn)大鼠進(jìn)一步研究了DG的營養(yǎng)特點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)DG和TG的消化和代謝途徑明顯不同。Hiroyuki et al 用大鼠為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ兔鞔_地證明了DG 的減肥功能與其熱量值無關(guān)，而是由于吸收進(jìn)入小腸絨毛后的代謝途徑不同引起的。隨著研究的深入，科研人員對體重調(diào)節(jié)的分子生物學(xué)機(jī)制有了進(jìn)一步認(rèn)識。Takatoshi Murase等人的研究從分子水平解釋了膳食DG 抑制脂肪蓄積的機(jī)理。

用富含DG的油脂加入面糊中制成的蛋糕等焙烤制品極易脫模，產(chǎn)品不粘盤且口感柔軟、潤滑。由DG組成的起酥油制成的面團(tuán)持油性好，輥壓、分割容易。成品口感良好、風(fēng)味特殊，在紙膜上放置一夜幾乎不留油痕。DG、卵磷脂及其它添加劑研制的促溶劑，能加速固體飲品的溶解，使產(chǎn)品更加潤滑、豐滿、并具有期望的泡沫。用富含DG的油脂涂層的預(yù)蒸煮米飯，可大大延長即食米飯的貨架期，不僅米飯的組織完好、外觀晶瑩透亮、而且保持了大米的自然香氣。用甘油酯混和物(DG 5%—50% ，MG 35%—75%)在1—16℃下浸泡保藏鮮肉，能降低干耗、防止褪色、不改變?nèi)獾淖匀粻顟B(tài)。在果蔬保鮮常用的涂膜劑中添加塑性良好的DG可彌補(bǔ)現(xiàn)有涂膜劑的不足，并增加抑菌功能。在食品中用DG替代普通油脂，不僅不影響食欲，而且可以抑制體重增加，可利用DG生產(chǎn)具有減肥作用的功能食品，如低熱量的人造奶油、糖果、巧克力、焙烤制品、涂抹黃油、蛋黃醬、冰淇淋等等。

DG能夠降低人和小鼠血清甘油三酯，可用于預(yù)防和治療高脂血癥以及與高脂血癥密切相關(guān)的心腦血管疾病，如動脈硬化、冠心病、中風(fēng)、腦血栓等。制藥工業(yè)中，DG除了用作乳劑、粉劑的輔助成分之外，還可直接與藥品結(jié)合，加速藥品吸收，控制藥物釋放。

化工行業(yè)中，1,3-DG是極有吸引力的合成起始原料，可用于樹脂、磷脂、糖酯、酯蛋白、重構(gòu)脂質(zhì)等多種化合物的合成，也可用于生物工業(yè)合成酶激活劑、抑制劑等，化妝品行業(yè)中DG是優(yōu)良的乳化劑、穩(wěn)定劑、潤濕劑等等。

DG也可以制造除臭劑。這種除臭劑不污染環(huán)境，對人體安全無害，對各種臭味均有較好的去除效果，且價格低廉，可用于食品、衛(wèi)生等各行業(yè)和領(lǐng)域的脫臭。此外，根據(jù)DG的性能，它還可用于食品涂料、消泡劑、皮革加脂劑等。因此，對DG的工業(yè)化生產(chǎn)研究不僅具有重大的理論意義，而且還具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)于甘二酯制備的研究，日本走在世界的前列，Yasukawa和他的研究小組在1988年就已開發(fā)了一種能減肥的特殊食用油脂，這種油脂主要成分是DG。1997年以來，日本花王公司在甘二酯領(lǐng)域進(jìn)行了持續(xù)的開發(fā)，分別在日本、美國、中國申請了多個有關(guān)甘二酯制備方法和甘二酯油組分的專利。另外，韓國第一制糖企業(yè)已于2006年推出了具減肥功效的甘二酯油產(chǎn)品。

就國內(nèi)而言，在添加劑方面，甘二酯作為單甘酯的副產(chǎn)物在化工企業(yè)早有生產(chǎn)。嘉里糧油、鄭州糧院、清華大學(xué)等機(jī)構(gòu)已開展DG的基礎(chǔ)研究，但是未取得突破性進(jìn)展。由于DG的生產(chǎn)是多學(xué)科集成技術(shù)，單方面的技術(shù)優(yōu)勢不足以實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，且國外核心工程化技術(shù)處于保密狀態(tài)，目前國內(nèi)DG尚未見產(chǎn)業(yè)化報(bào)道。目前，國家糧食儲備局無錫科研設(shè)計(jì)院結(jié)合自身在油脂工程、生物工程、食品工程等相關(guān)領(lǐng)域的研究經(jīng)驗(yàn)，正在對DG的工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)行研究，已取得階段性成果，為早日實(shí)現(xiàn)DG的工業(yè)化打下了良好基礎(chǔ)。

天然存在的DG 很少，主要是通過油脂的產(chǎn)后修飾技術(shù)獲得。就方式而言，產(chǎn)后修飾可以由生物催化劑實(shí)現(xiàn)，也可由傳統(tǒng)的化學(xué)催化劑完成。化學(xué)法生產(chǎn)DG 具有成本低、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)，容易實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。早期人們多用此法生產(chǎn)DG。

然而由于反應(yīng)缺乏專一性，所得產(chǎn)品是1,2-、1,3-DG 的混合物，比例通常為7:3~6:4。因此該法通常不能預(yù)測脂肪酸在終產(chǎn)品中的結(jié)合位置。雖然通過特異的化學(xué)反應(yīng)也可生產(chǎn)結(jié)構(gòu)特殊的1,3-DG，但需保護(hù)劑，反應(yīng)步驟繁雜冗長，且需大量的化學(xué)試劑或有機(jī)溶劑，這對于食品、醫(yī)藥行業(yè)是不期望的，從清潔生產(chǎn)、綠色環(huán)保的要求來看也是不適合的。脂肪酶催化的酯交換反應(yīng)包括轉(zhuǎn)酯化、甘油解、酸解反應(yīng)。

由于脂肪酶具有精巧的選擇性（脂肪酸專一性、位置專一性、結(jié)構(gòu)專一性、光學(xué)異構(gòu)專一性），酶催化法可對產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)精確的控制，并可方便的開發(fā)具有特殊結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。酶法反應(yīng)條件溫和，所得產(chǎn)品質(zhì)量好（如色澤、活性等），而且能耗低。另外由于酶的高度選擇性，使得反應(yīng)更有效，副反應(yīng)少，產(chǎn)品純度高，既可降低純化費(fèi)用，又可減少環(huán)境污染。

酶法催化生產(chǎn)DG 最大的問題是脂肪酶價格昂貴。解決的方法一種是開發(fā)新的菌種或用基因手段改良生產(chǎn)菌株，增加酶的產(chǎn)量，提高單位酶活力；另一種是改善酶的穩(wěn)定性，增加酶的使用次數(shù)，優(yōu)化酶的反應(yīng)條件以提高酶的轉(zhuǎn)化率。后者由于方法直接、周期短、見效快而被廣泛采用。固定化酶即為最好的實(shí)例。其優(yōu)點(diǎn)如下：

① 固定化后，酶穩(wěn)定性增加，故可反復(fù)利用，降低成本；

② 當(dāng)采用固定化酶反應(yīng)柱時，由于反應(yīng)物連續(xù)流過反應(yīng)柱，幾乎不存在產(chǎn)物抑制，因此反應(yīng)更完全；

③ 反應(yīng)體系中酶濃度高，反應(yīng)速度快，周期短；

④ 如前所述，由于酶的專一性強(qiáng)，副反應(yīng)少，因此純化費(fèi)用低。固定化酶的以上優(yōu)點(diǎn)在一定程度上彌補(bǔ)了脂肪酶價格昂貴的不利因素。而用游離態(tài)脂肪酶生產(chǎn)DG存在酶回收困難的缺點(diǎn)，因而尚未見工業(yè)化的報(bào)道。

生產(chǎn)DG的傳統(tǒng)方法各有優(yōu)缺點(diǎn)和局限性，研究DG的工業(yè)化生產(chǎn)需比較已有方法并對其進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化和組合，其中決定工業(yè)化生產(chǎn)DG的成功與否的重要的研究內(nèi)容和方向有：

脂肪酶由于成本較高，生產(chǎn)上多采用固定化形式。目前商品化脂肪酶主要是丹麥諾威信公司(Novozyme)、日本天野制藥(Amano Co)及FLUKA的產(chǎn)品。日本花王在2002年申請的專利中，使用了一種固定化偏甘油酯脂肪酸酶，固定擔(dān)體為合成吸附樹脂，是一種水解偏甘油酯如單甘酯和DG，但不水解甘油三酯的脂肪酶。經(jīng)過該酶催化進(jìn)行直接酯化反應(yīng)得到的DG濃度可以達(dá)到80%以上。酶的反應(yīng)效率決定了生產(chǎn)DG的生產(chǎn)效率，因此選擇何種酶進(jìn)行DG的生產(chǎn)是工業(yè)化生產(chǎn)DG的關(guān)鍵。

為實(shí)現(xiàn)DG工業(yè)化生產(chǎn)，間歇的攪拌式反應(yīng)器并不適合，因?yàn)楣潭ɑ覆荒芨呙芏鹊匮b填到這種反應(yīng)器中，同時攪拌所產(chǎn)生剪切力很容易使酶蛋白脫落載體變性并失活；而填充床（固定床）式反應(yīng)器是適合工業(yè)化長期連續(xù)操作的，并能達(dá)到固定化酶的最大利用化。已報(bào)道用填充床式反應(yīng)器進(jìn)行DG生產(chǎn)的有華南理工大學(xué)的楊博和江南大學(xué)的孟祥河等，為DG的工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)進(jìn)行了初步研究。

采用酯化法或者甘油解法制備的DG純度都只有60%左右，其中含有較多的甘油三酯、單甘酯、還有少量的脂肪酸和甘油。為了獲得更高純度的DG，滿足消費(fèi)需要，必須進(jìn)行產(chǎn)品純化。

己報(bào)道過的甘油酯提純方法主要有四種：溶劑結(jié)晶分離法，柱層析分離法，超臨界CO2 萃取法，分子蒸餾法。溶劑結(jié)晶分離法和柱層析分離法雖然操作成本低，但工藝復(fù)雜，耗時長。處理能力小，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；超臨界CO2 萃取法作為一種新的分離方法，但由于維持超臨界狀態(tài)需很高的操作壓力，對降低生產(chǎn)成本十分不利。

分子蒸餾是在200℃左右，1～1.5Pa 的極高真空度條件下，從蒸餾液面上將相對較低沸點(diǎn)的分子蒸發(fā)出來后立即進(jìn)行冷卻，實(shí)現(xiàn)分離，與普通蒸餾不同之處是分子蒸餾過程沒有汽液平衡系統(tǒng)的出現(xiàn)。利用分子蒸餾可將未反應(yīng)的甘油、單甘酯依次分離出來。此法是工業(yè)上高純度單甘酯生產(chǎn)法中最常用及最有效的，所制得的單甘酯產(chǎn)品達(dá)到食品級要求。

而將分子蒸餾單甘酯的思路應(yīng)用于純化DG產(chǎn)品，可為實(shí)現(xiàn)DG的工業(yè)化生產(chǎn)提供高效的純化方法。綜上，實(shí)現(xiàn)DG的工業(yè)化生產(chǎn)不僅僅是追求DG的高純度，更應(yīng)該滿足工業(yè)化長期連續(xù)操作，而實(shí)現(xiàn)酶利用和DG產(chǎn)率的最大化。

DG 在2000年底被FDA列入公認(rèn)安全性食品行業(yè)。2003年，DG在國際上流行并成為最暢銷的健康油脂。