Переэтерификация жиров
В промышленности и биохимии пищевой переэтерификация (ИП) — это процесс, который перегруппировывает кислоты жирового жирные продукта, обычно смеси триглицеридов . Этот процесс подразумевает разрыв и реформирование сложноэфирных связей C–O–C, которые соединяют цепи жирных кислот с глицериновыми центрами молекул жира. В реакциях участвуют катализаторы: либо неорганические химические вещества ( химическая переэтерификация , CIE), либо ферменты ( ферментативная переэтерификация , EIE). [1]
Этот процесс обычно используется для корректировки физических характеристик жира, таких как температура плавления и пластичность , для конкретных целей. Его можно использовать, например, для превращения масел в твердые или полутвердые продукты путем объединения их с другими твердыми жирами. Его также можно использовать для предотвращения разделения твердых фракций в пальмовом масле и лауриновых жирах . [2] или медленное прогоркание , или создание масел, более подходящих для жарки во фритюре .
В отличие от гидрирования , переэтерификация сама по себе обычно сохраняет исходное распределение жирных кислот в продукте и, следовательно, ожидается, что он сохранит его питательные и полезные для здоровья свойства. Однако гидрирование и другие методы все же можно применять к исходным жирам или продуктам IE, и продукты можно смешивать с другими жирами. Кроме того, некоторые из новых триглицеридов, образующихся при ИЭ, могут быть фракционированы (разделены) посредством контролируемой кристаллизации . [3]
Переэтерифицированные жиры используются во многих промышленных пищевых продуктах, включая печенье , крекеры , бисквиты, торты и глазури , заменители молочного жира , корочки для пирогов, попкорн , лепешки и лепешки . [4]
Сырье
[ редактировать ]
Обычно сырье (исходный продукт) представляет собой смесь двух или более масел.
В частности, ненасыщенное растительное масло можно переэтерифицировать его полностью гидрогенизированной версией, как показано на иллюстрации справа. Эта процедура дает меньше насыщенных жиров без образования , трансжиров которые могут быть получены при частичной гидрогенизации. [3] Реакция не дойдёт до конца, и продукт будет представлять собой смесь триглицеридов разной степени насыщенности.
Процесс
[ редактировать ]Химия
[ редактировать ]В принципе, когда переэтерификация применяется к двум чистым триглицеридам, каждый из которых содержит три идентичные жирные кислоты (ААА и ВВВ), результат может содержать шесть различных триглицеридов (ААА, ААВ, АВА, АВВ, ВАВ и ВВВ). Число 6, а не 2 3 = 8 из-за симметрии глицеринового остова. [5] Это число намного больше, если сырье содержит три или более различных жирных кислот.
«Химическая» переэтерификация
[ редактировать ]В так называемой химической переэтерификации катализатором является неорганическое соединение, такое как метоксид натрия . Реакция проводится при высоких температурах и в дополнение к переэтерифицированным жирам образует три побочных продукта — натриевые мыла , метиловые эфиры жирных кислот и моноглицериды . [6]
Ферментативная переэтерификация
[ редактировать ]
Ферментативная переэтерификация (IE) использует фермент для разрыва и реформирования сложноэфирных связей. Наиболее подходящими для этого процесса ферментами являются эстеразы ; липаза ; ацилаза; те ферменты, которые облегчают реакции ацидолиза, переэтерификации реакции эфиров , синтез или реакции переэтерификации; ферменты, обладающие фосфолипазной или протеазной активностью, включая термостабильную и термотолерантную гидролазную активность; и полинуклеотиды . [7] [8] [9] [10] [11]
Некоторые ферменты разрывают и реформируют эфирные связи только в положениях 1 и 3 (sp1 и sp3) глицеринового концентратора, оставляя кислоты в положении 2 (sp2) фиксированными. [5]
Наиболее распространенный промышленный процесс EIE пропускает жидкое жировое сырье через реактор с неподвижным слоем, который обычно содержит слой очистки масла, за которым следует слой ферментов. В последнем фермент зафиксирован на каком-то инертном гранулированном субстрате. Первый слой удаляет из смеси масел примеси, которые могут инактивировать фермент или повлиять на его эффективность. Активность фермента со временем снижается, поэтому поток необходимо тщательно контролировать и корректировать с течением времени, чтобы поддерживать конверсию. [5]
Два или более реактора могут использоваться последовательно, при этом первый реактор имеет наименьшую ферментативную активность и поглощает большую часть примесей и вредных соединений. Такое секвенирование защищает наиболее активные ферменты, находящиеся в последних реакторах . [12] [13]
IE заменил CIE, поскольку он имеет меньше этапов обработки, может осуществляться при более низких температурах, не дает побочных продуктов и имеет более низкие производственные затраты. [14] [15] [12]
Преимущества
[ редактировать ]По сравнению с простыми смесями переэтерифицированные жиры имеют более широкий диапазон пластичности , а это означает, что они сохраняют свои физические свойства в более широком диапазоне температур без разделения своих компонентов. [16] IE также может использовать более широкий спектр сырья, например соевое масло ; они обеспечивают лучший профиль управления рисками, чем пальмовое масло, производимое во всем мире.
История
[ редактировать ]Самая ранняя запись о ферментативной переэтерификации относится к 1844 году, когда Теофиль-Жюль Пелуз опубликовал исследование синтеза триглицеридов путем этерификации глицерина масляной кислотой . [17] В 1920 году Вильгельм Норманн , который также запатентовал каталитическую гидрацию жирных кислот, получил патент на химическую переэтерификацию пищевых липидов. [18] Этот процесс стал жизнеспособным вариантом для пищевой промышленности, поскольку он улучшил намазываемость и хлебопекарные свойства обычного жира .
Ферментативная переэтерификация была разработана в 1970-х годах командой Исследовательского центра Unilever в Колворт-Хаусе в Англии. Их работа доказала, что использование определенного фермента предсказуемо перестраивает жирные кислоты на глицериновом остове триглицерида в положениях 1 и 3. Это обеспечило расширение диапазона доступных типов триглицеридов. [19]
Тем не менее, EIE по-прежнему в основном ограничивался исследовательскими лабораториями из-за высоких цен на ферменты. Лишь в 2000-х годах общая обеспокоенность по поводу воздействия трансжиров на здоровье заставила отрасль принять переэтерификацию в качестве замены частичной гидрогенизации, которая была предпочтительным методом затвердевания масла из-за ее более низкой стоимости. [20] Внедрению этого метода во многом способствовала разработка такими как кремнезем . ферментов, связанных с инертными твердыми субстратами , компанией Novozymes и других компаний [15]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Институт шортенингов и пищевых масел (2006). «Пищевые жиры и масла» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 26 марта 2007 г. Проверено 19 февраля 2009 г.
- ^ Косталес-Родрикес, Р.; Гибон, В.; Верхе, Р.; Де Грейт, В. (2009), «Химическая и ферментативная переэтерификация смеси пальмового стеарина: соевое масло для рецептур с низким содержанием трансмаргарина», J Am Oil Chem Soc , 86 (7): 681–697, doi : 10.1007 /s11746-009-1395-2
- ^ Перейти обратно: а б Келленс, Марк (2000). «Условия процесса переэтерификации» . Проверено 29 января 2007 г.
- ^ Хуэй, Ю.Х. (2006), Справочник по пищевой науке, технологиям и инженерии, Том 1 , Бока-Ратон: Тейлор и Фрэнсис, ISBN 1-57444-551-0
- ^ Перейти обратно: а б с «Химическая и ферментативная переэтерификация». Де Грейт, Вим. Семинар IUPAC-AOCS по анализу и производству жиров, масел и масличных семян, 6 декабря 2004 г. Проверено 20 октября 2010 г.
- ^ Руссо, Д. (2002): «Влияние переэтерификации на физические свойства жиров». Глава 13 Физических свойств липидов . ЦРК Пресс.
- ^ US 2001/0004462 Sugeria et al.
- ^ US 5773266 Bosley et al.
- ^ США 5 658 768 Куинлан.
- ^ США 5,451,170 Миймото и др.
- ^ США 5,219,733 Myojo и др.
- ^ Перейти обратно: а б Заявка в США 0138867 Дейтон
- ^ Заявка в США 0317902 Дейтон
- ^ В. Хамм и Р. Гамильтон, редакторы (2000): Переработка пищевого масла . ISBN 1-84127-038-5
- ^ Перейти обратно: а б Т.Л. Хусум, Л.С. Педерсен, П.М. Нильсен, М.В. Кристенсен, Д. Кристенсен и Х.К. Холм (2003): « Ферментативная переэтерификация: преимущества процесса и преимущества продукта » . Архивировано 4 января 2006 г. в Wayback Machine . Информационная онлайн-служба о пальмовом масле. Проверено 20 октября 2010 г.
- ^ Осорио, Нью-Мексико; Дюбрек, Э.; Да Фонсека, ММ Р.; Феррейра-Диас, С. (2009), «Рабочая стабильность иммобилизованной липазы/ацилтрансферазы во время переэтерификации жировых смесей», Eur J Lipid Sci Technol , 111 (4): 358–367, doi : 10.1002/ejlt.200800194 , hdl : 10400.5/9067
- ^ Чим Физика 10 (1844 г.). Пелуз, Дж. Энн. Страница 434.
- ^ DE 417 215 Норман
- ^ Мудрость, РА; Даннилл, П.; Лилли, доктор медицины; Макрэ, А. (1984), «Ферментативная переэтерификация жиров: факторы, влияющие на выбор носителя для иммобилизованной липазы», Enzyme and Microbial Technology , 6 (10): 443–446, doi : 10.1016/0141-0229 (84) 90093-0
- ^ «Юридические и политические ресурсы по «выигрышным битвам» общественного здравоохранения». Архивировано 31 января 2011 г. на Wayback Machine www.cdc.gov. Проверено 20 октября 2010 г.