减少无水动物脂肪中的游离脂肪酸和胆固醇的方法 |
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申请号 | CN99816061.X | 申请日 | 1999-12-09 | 公开(公告)号 | CN1334703A | 公开(公告)日 | 2002-02-06 |
申请人 | 阿兹·查菲克·阿瓦德; 詹姆斯·伊恩·格雷; | 发明人 | 阿兹·查菲克·阿瓦德; 詹姆斯·伊恩·格雷; | ||||
摘要 | 描述了一种从液态无 水 动物脂肪中除去游离 脂肪酸 (FFA)以及优选除去胆固醇的方法。本方法使用 碱 金属碱的稀释溶液以形成FFA的盐并随后使用碱金属盐以使FFA从动物脂肪中沉淀出来。优选地,将环糊精用于本方法以除去胆固醇。液体 植物 油 被用来与加工过的动物脂肪混合以生产餐用可涂敷混合物。去除了FFA或胆固醇的加工过的动物脂肪可重组成全 牛 奶,以满足各种商业用途。 | ||||||
权利要求 | 1.减少无水液态动物脂肪中所存在的游离脂肪酸(FFA)以形成加 工过的动物脂肪的方法,该方法包括反应步骤: |
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说明书全文 | (1)本发明领域本发明涉及减少动物脂肪尤其无水乳脂中的游离脂肪酸(FFA), 最好是胆固醇和熔点的方法。该方法采用β-环糊精和水成液配方,后 者由作为中和剂的碱金属氢氧化物(Na或K)、作为脂肪酸受体的碱 土金属(Ca或Mg盐)、以及最好是低熔点的植物油组成。本发明特别 涉及一种方法,在该方法中液体配方与动物脂肪的混合物在温和加 热下被用于沉淀FFA、降低熔点、并用β-环糊精包合胆固醇,然后离 心分离混合物以移除不溶解的脂肪酸盐和包合物。本发明尤其涉及 到一个问题,即从无水乳脂中选择性地移除FFA,而不使类酯物质(无 水乳脂)发生沉淀或破坏无水乳脂中的精细挥发性香味组分,即内酯。 (2)先有技术说明 人们很久以来就已经知道,非常高的血清胆固醇含量、高血压、 和异常心电图(EKG)都是引起心脏病发作的重要的作用因素。我们注 意到在察觉到抽烟、肥胖、缺少运动的结果以前很久这些因素就已 变得明显,而这一点很重要。在这些年中,人们强调了血清胆固醇 含量的重要性,在心血管研究中最与之一致的发现之一是,血浆胆 固醇的高含量与动脉粥样硬化相关,并使冠心病(CHD)的危险性增 强。这一结果通常是以血浆低密度脂蛋白(LDL)作为媒介引起的,它 是最致动脉粥样化的脂蛋白。(Grundy,S.M.,Am.J.Clin.Nutr. 45:1168(1987))。 高血清胆固醇含量的主要原因是遗传混乱、杂合的家族性血胆 固醇过多症(FH)、以及常吃高饱和脂肪-卡路里-胆固醇食物。 健康专家和医师通常认为饮食控制是治疗血胆固醇过多症和血 脂过多症的第一步。这甚至在后期药物治疗时也是需要的。改变饮 食,移民中的血清胆固醇和CHD提供了令人信服的证据,即饮食扮 演着主要角色(Dyerberg,J.,Nutrition Review 44(4):125(1986))。 虽然胆固醇的消耗似乎不是CHD的主要原因,但Khosla,P.和 K.C.Hayes,Biochim Biophys Acta 1210:13(1993)报道说过量摄入食 物胆固醇将对C16∶0-富脂(rich fat)的新陈代谢产生协同效应,使它们 变得血胆固醇过多。在缺乏食物胆固醇的情况下,单独就正常脂蛋 白方案而言,C16∶0一般不会增加总的血清胆固醇浓度或LDL(Hayes,K. C.,Food Technology Journal 50(4):第92-97页(1996))。进一步据报道, 胆固醇的氧化物是有毒的,会使主动脉平滑肌细胞在组织培养时恶 化,并且可能导致发展成动脉粥样硬化。 乳脂对氧化作用是稳定的,并且具有其它脂类所没有的独特香 味。乳脂因其商业重要性而得到人们极大的关注。它赋予奶制品影 响加工的与众不同的性能。乳脂是重要的脂肪酸的优良来源,它含 有高比例的短链脂肪酸,这使其易于被消化(Kennedy,J.,Food Technol. 11:76(1991))。而且,乳脂含有共轭亚油酸(CLA),该物质被认为具 有抑制癌的潜能(Yeong等,J.Agric.Food Chem,37:75-81(1989))。CLA 由于富含于反刍动物制品中而显得与众不同。它们是在母牛的瘤胃 中在多不饱和脂肪酸(PUFA)的生物氢化过程中形成的,并随后进入 牛奶中(Gurr,M.I.,Advanced Dairy Chemistry,Lipids,P.F.Fox(ed.), 第349页,Chapman & Hall,London(1994))。一项流行病学研究将芬 兰乡村的饮食习质进行了对照,与丹麦城市哥本哈根相比,前者的 结肠癌发生率为四分之一(MacLennan,R.等,Am.J.Clin.Nutr.31:S239 (1978))。具有低结肠癌发生率的社区比高发生率人群消耗更多的马 铃薯和全牛奶,而吃较少的白面包和肉。乳脂含有高比例的饱和脂 肪酸,主要是C16∶0(26.3%),以及导致其低消耗量的胆固醇(0.2-0.4%)。 这是源于一种乳脂不宜食用的感觉。 在大多数的天然脂中,乳脂的化学特性和功能性质是最富于变 化的。乳脂的熔点随其脂肪酸组分的饱和度和链长的增加而增加 (Walstra,P.等,Advanced Dairy Chemistry,Lipids(P.F.Fox(ed)第5 章,第179-212页,Chapman & Hall,London(1994))。乳脂的熔点也 受脂肪酸残基在甘油分子上的位置的影响(Walstra等,IBID)。当以 天然形态存在时,乳脂并不总是适合于各种食物配制。例如,乳脂 具有很宽的熔化范围,-40至40℃(Walstra等,IBID),这使得在冷藏 温度下制作可涂敷奶油甚为困难,现代消费者认为这是不合需要的 特质。因此,由于受限的功能(可流动性和可涂敷性),乳脂应用的新 领域受到限制。 最佳的脂肪并非总是从天然获得的。当考虑其天然状态时,动 物脂肪具有有限的用途。但是当被看作生产具有理想健康特性的脂 肪的原材料时,它们就可以变成具有经济价值的资产。 油脂工业正着眼于改变脂肪分子的新技术。最大的挑战是使功 能要求与营养需求相一致。在物理和营养功能方面,乳脂或乳脂/植 物油的酯交换对于获取所需的软化点而言,是一项有用的技术。乳 脂的酯交换改变了脂肪酸在三酰甘油中的分布,并由此改变了其物 理性质,如熔化行为、结晶和可塑性。Christophe,A.M.等在Arch.Int. Physiol. Biochem 86:413(1978)中表明,在化学催化剂的存在下,乳 脂的酯交换降低了其使人体内血清胆固醇增高的能力。在体外经酯 交换的乳脂显得比天然乳脂能更快速地被胰脂肪酶水解(Christophe,A. M.等,Arch.Int.Physiol.Biochim 89:B156(1981))。 酯交换可以在化学催化剂的存在下,在相对低温(50℃)时通过加 热脂肪或者脂肪与油的混合物30分钟来实现(Eckey,,E.W.Ind.和Eng. Chem.40:1183(1948))。催化剂通常被用来使反应在低温时在短时间 内完成。碱金属和碱金属烷基化物是有效的低温催化剂,甲氧基钠 是最常用的。其中脂肪被加热到仅低于其熔点的直接酯交换是一项 有用的技术,它将饱和脂肪酸作为结晶三饱和甘油酯沉淀物从脂肪 中除去(Eckey,E.W.,Ind.和Eng.Chem.40:1183(1948)),并因此改 进了其营养特性(饱和:不饱和脂肪酸比)。Eckey可从棉子油中除去 19%的三饱和甘油酯,棉子油含有25%的饱和脂肪酸。直接酯交换被 普遍用于工业以改进猪油的品质(Hawley,H.K.,和G.W.Holman,J. Am.Oil Chem.Soc.33:29(1956))。 然而,由于其适用性受到常常有损于乳脂香味这一事实的限制, 酯交换还没有用于乳脂工业以精炼和除臭以除去乳脂中的FFA(Frede, 1991;Bulletin of the International Dairy Federation No 260/1991)。FFA 一旦形成就消耗催化剂或使活性催化剂失去活性。Screenivasan,B.在 J.Am.Oil Soc.55:796(1978)报道说0.1的酸值(A.V.)可使0.1 1b甲氧 基钠/1000 1b油中毒。由此,在酯交换之前从无水乳脂中除去FFA 是一个重要的步骤。此外,FFA比酯化后的脂肪酸更易于氧化,并 因此可使乳脂容易发生以有臭味为特征的被描述为“发苦”的氧化 酸败。 授权给Perlman等人的美国专利第5,382,442号(1995)描述了增 加植物油或鱼油和动物脂肪的氧化稳定性的混合方法。该脂肪混合 物由植物油或鱼油和减少了胆固醇的动物脂肪组成,该动物脂肪包 含大约2份和大约9份亚油酸/1份豆蔻酸。 油脂的精炼与除臭在油脂工业中是用于除去FFA的非常普遍的 技术。被绝大多数欧洲和美国炼制业者(Braae,B.,J.Am.Oil Chem.Soc 53:353(1976);Carr,R.A.,J.Am.Oil Chem.Soc 53:347(1976))所采用 的碱炼包含以下步骤:将脂肪或油加热到75-90℃;然后将其用12-18° Be’的(取决于油的类型(棉、大豆、玉米、棕榈、红花、花生))浓缩的 氢氧化钠苛性溶液处理30秒(短混合方法)或用28°Be’氢氧化钠处理 0.2秒(超短混合方法)。将这些方法用于乳脂对于主要乳脂香味组分 的内酯而言是非常有害的。内酯(γ或δ)是γ或δ-羟基酸的环酯,它在浓 缩苛性溶液的存在下,被快速水解以提供羟基酸的开链盐。所以, 先有技术方法,短反应时间、高浓缩苛性溶液、高温不能用于乳脂。 非常普遍地用于油脂工业的除臭包括在200℃-275℃和高真空下 (3-10托)将蒸汽吹过热油。除臭过程同时除去了FFA、脂肪可溶性维 生素(A、E、D、K)、单酸甘油酯、甾醇、和一些色素如caratenoid。 作为暗含的项目,除臭去掉了油脂的香气与香味,导致淡的制成品, 而这对于乳脂而言被认为是极不理想的。因此,对乳脂使用浓缩碱 金属氢氧化物进行的精炼以及除臭,减少了FFA,失去了挥发性精 细乳脂香味、香气和维生素含量。这就将乳脂置于和其它廉价原材 料一样的级别。 授权给Attebery的美国专利第3,560,219号描述了在碱性条件下 用金属盐使含水食物制品如乳酪乳清中的溶解脂类发生沉淀。但该 方法对游离脂肪酸不具选择性,因为食物制品中的所有脂类物质都 被沉淀了。因此,该方法不能用于由纯类脂组成的食物制品如无水 乳脂。 由此,先有技术承认存在一个需要,即将FFA从乳脂中除去而 不使乳脂本身发生沉淀或破坏精细挥发性乳脂香味组分。对于人类 饮食中胆固醇含量的日益增长的关注使得食品加工者们开发了几种 技术以从乳脂中减少胆固醇。 通过酶减少乳脂胆固醇 胆固醇还原酶在NADPH存在下促进胆固醇转化为粪甾醇,后 者经过人体而不会被吸收(MacDonald,I.A.,等,J.Lipid Res.24:675 (1983));到目前为止成功(success-to-date)是有限的。在用胆固醇氧化 酶处理过的牛奶中,胆固醇含量在37℃3小时内减少了78%(Smith,M. 等,Journal of Agricultural and Food Chemistry,39:2158(1991))。据报 道,胆固醇氧化物本身是有毒的(Peng,S.-K和R.J.Morin,Biological Effects of Cholesterol Oxides.CRC Press,Boca Raton,Ann Arbor, London 1991)。这些方法对于无水乳脂没有实用性。 短路蒸馏(SPD) SPD包括分子蒸发成基本上没有气体的空间,即真空。控制因 素是速率,在该速率下,分子从蒸馏液体的加热表面逃逸,并被冷 却的冷凝器表面接收。除了化学和制药领域外,对于食物,采用从 天然油提馏维生素A和E、甾醇和挥发物,并分离单酸甘油酯、甘 油二酸酯和脂肪酸。Arul等人在J.Am.Oil Chem Soc.65:1642(1988) 中通过SPD在245-265℃的温度、220-100mm Hg的压力下将乳脂分 馏成四种馏分。在室温下,两种馏分是液体,一种馏分是半固体, 还有一种馏分是固体。固体馏分含胆固醇的浓度为0.2mg/g脂肪, 而与之相对天然乳脂中的胆固醇浓度为2.6mg/g脂肪,或液体馏分 中为16.6mg/g脂肪。乳脂的SPD提供了一个从乳脂获取具有不同化 学和物理性质的馏分的机会。然而,该技术还存在一些主要的缺陷: (1)其中可观察到胆固醇减少的低收率馏分是固体,并因此具有有限 的功能;(2)高温的采用可分解或聚合三酰甘油特别是那些具有高不 饱和度的物质,这甚至在真空蒸馏时也存在;以及(3)高投资成本。 在该方法中,在高的压力和温度下用高密度、低粘度和表面张 力减小的气体(通常为二氧化碳)处理产物。该技术被用于从不同的食 物中使蛋白质脱脂并减少胆固醇、用于除去咖啡和茶的咖啡因、还 用于从酒花中除去苦味芳香化合物。该方法的好处在于没有可能的 有毒溶剂,没有有毒副产品形成(Friedrich,J.P.和E.H.Pryde,J.Am. Oil Chem.Soc.61:223(1984))。Arul等人在J.Food Sci.52:1231-1236 (1987)中在50-70℃、10-35MPa下将乳脂分馏成八种不同的馏分。他 们发现在低和中间熔点馏分中,胆固醇趋向于浓缩。Lim,S.和Rizvi, S.S.H.,J.Food Science 61(4):817-821(1996)达到了总胆固醇减少 92.6%,其加工收率为88.5%。萃取在40℃、24.1-27.5MPa下进行。 超临界二氧化碳的无差别溶解力是胆固醇减少中的主要缺陷,因为 三酰甘油将与胆固醇一起被萃取,这将打破正常的乳脂的芳香平衡。 真空蒸汽蒸馏 用于油的脱酸和除臭的真空蒸汽蒸馏在欧洲已被实际应用了很 多年。该技术包括在200-275℃的高真空下将过热蒸汽吹过热油。 General Mills,Inc.(美国明尼亚波利)公开了用于同时对奶油进行胆固 醇减少和脱酸的真空蒸汽蒸馏法(Marschner和Fine,美国专利第 4,804,555号,1989)。通过该技术达到的胆固醇除去率为90%,收率 为95%。该技术的主要缺陷在于热蒸汽使乳脂的挥发性香味组分与 胆固醇和FFA一起被除去了。精细奶油香味的失去将乳脂置于和其 它廉价脂肪一样的级别。 络合物的形成 该技术被用于减少牛奶和乳制品中的胆固醇,它是通过将胆固 醇与其酯用络合剂如β-环糊精(β-CD)进行络合。 环糊精是通过淀粉的酶降解而获得的环状低聚糖。他们包括在 电子回旋加速器形状的环中排列而得的六、七、或八个葡萄糖单体, 他们分别被表示为α、β或γ-环糊精。β-CD是不吸湿的,它在30℃、 86%相对湿度(RH)时的含水量为13.6%(Szejtli,J.等,Inclusion Compound 3:331(1984))。环糊精由于自由羟基在分子外缘的位置因 而是可溶于水的(Szejtli,J.等,Inclusion Compound 3:331(1984))。溶 解度是温度的函数。温度越高溶解度越大。β-CD的溶解度从0.5℃ 的0.8%增加到90℃的39.7%。内部空穴是疏水的,它使得环糊精与 分子如芳族醇、脂肪酸和它们的酯以及胆固醇发生络合。β-CD由于 下述几个原因被用于减少胆固醇: 1-β-CD内部空穴的相对尺寸和几何构造使其与游离和酯化的胆 固醇可良好络合。 2-β-CD的工业化生产的实现。 3-过去十年间对β-CD毒性的深入研究确保了其作为食物成分的 安全性。 当前,环糊精被用于:(1)对控制病原体、昆虫、杂草的农用化 合物的挥发性进行控制;(2)通过胶囊提高药学制品(药物、维生素)、 香料、皮肤护理洗液的稳定性;以及(3)改进饮料和加工食品的颜色、 气味和香味稳定性(Szejtli,J.,Inclusion Compound 3:311(1984))。 决定一个给定分子是否能形成络合物的最重要的参数是它的疏 水性、相对于环糊精空穴的相对尺寸和几何构造(Szejtli,J.,Inclusion Compound 3:331(1984))。当溶于水时,环糊精分子能够容纳较小的 客体分子、或比其内部空穴中的水更不亲水的分子的官能团(Szejtli, J.,Inclusion Compound 3:331(1984))。在水溶液中,轻微非极性的 环糊精空穴被水分子占据,这是一个积极的逆向过程(极性-非极性相 互作用)。因此这些水分子易于被适当的客体分子“如胆固醇或FFA 以及它们的酯”所取代,这些分子具有比水更小的极性(Szejtli,J., Inclusion Compound 3:331(1984))。 通过向大鼠喂食(最多1.6g/体重kg/日)、向狗喂食(最多0.6g/体 重/kg日),来研究β-CD的六个月口服慢性毒性(Szejtli,J.,Inclusion Compound 3:331(1984))。体重增加、食物消耗、以及临床生物化学 值都不受影响。β-CD未显示出胚胎中毒效应。由此可以认为口服β- CD是无毒物质(Szejtli,J.,Inclusion Compound 3:331(1984))。 Courregelongue等人的美国专利第4,880,573号描述了用10%β- CD从无水乳脂中移除41%的甾醇。Bayol等人的EP-Al-0 326 469 (1989)(欧洲专利)显示从无水乳脂中移除80%的Δ4-胆甾烯-3-酮。授 权给Roderbourg等人的美国专利第5,232,725号(1993)描述了一种用 β-CD作络合剂,在一步单一操作中将37%或更多的动物脂肪胆固醇 量与游离脂肪酸一起移除的方法。据授权给Graille等人的美国专利 第5,264,241号(1993)报道,采用β-CD从奶油中同时移除50%胆固醇 和52%FFA。授权给Maffrand等人的美国专利第5,223,295号描述了 一种从来自动物源的脂肪中移除胆固醇的方法,它是通过在含水介 质中用环糊精络合甾族化合物,并搅拌5小时而实现的。该方法不 仅相对较长,而且在单一操作中只能有限地减少胆固醇含量。授权 给Cully等人的美国专利第4,980,180号(1990)描述了一种用β-淀粉酶 从蛋材料移除β-CD的方法。该专利承认存在不能完全移除环糊精的 问题。在澳大利亚,Okenfull等人(1991)(PCT WO91/11114)发明了一 种称为SIDOAK的减少乳制品的胆固醇的方法。该方法包括向牛奶 中加入β-CD,并在低于10℃下混合。通过离心分离将胆固醇和β-CD 的不溶性络合物除去。所得到的最大胆固醇减少量为80-90%。Yen,C. G.和L.J.Tsai,J.Food Sci.60:561(1995)显示,用10%β-CD可从猪脂 中同时除去95%胆固醇和50%FFA。授权给Awad等人的美国专利第 5,484,624(1996)号用β-CD将蛋黄中的胆固醇减少了96%。该方法包 括在50℃将稀释的蛋黄(9<PH<10.5)与β-CD混合10分钟。通过离心 分离将络合物β-CD-胆固醇从介质中除去。 从所有用β-CD来减少动物脂肪中的胆固醇与FFA的方法所得 到的总的结论是存在改进的必要。通过酯交换对无水乳脂进行改性 以提高其营养性和功能性的方法仍然受到限制,因为高FFA含量会 使催化剂中毒。 由此,先有技术承认通过酯交换或混合对乳脂进行改性并减少 其胆固醇含量在脂肪制品的加工中将没有竞争,至少到目前为止没 有开发出同时减少胆固醇和FFA而不破坏乳脂的挥发性精细香味组 分特别是内酯的方法。乳脂的很宽的熔化范围,-40至40℃(Walstra 等,IBID),使得在冷藏温度下制作可涂敷奶油甚为困难,而这被很 多现代消费者认为是不合需要的特质。因此,由于受限的功能(可流 动性和可涂敷性),乳脂应用的新领域受到限制。通过物理方法将乳 脂分馏成几种馏分只是对在适当程度上改进其熔化特性有效。但是, 该已知方法是冗长的、耗时和昂贵的。分馏的另一缺点是乳脂的正 常芳香平衡遭到了破坏。因此,先有技术认为存在对于一种方法的 需要,该方法可生产低熔点的软乳脂,从而在冷藏温度下可涂敷。 目的 本发明的目的是提供一种改进的方法用以从动物脂肪特别是乳 脂中除去游离脂肪酸(FFA)。本发明的进一步的目的是提供一种从动 物脂肪中除去胆固醇的方法。再进而,本发明的再进一步的目的是 提供一种降低动物脂肪熔点的方法。再进而,本发明的目的是提供 一种方法,该方法实施起来不贵、可保护动物脂肪的香味、并可采 用传统设备容易地密封成大体积。通过参考下面的论述和附图,这 些和其它目的将变得逐渐明显。 本发明概述 本发明涉及减少无水液态动物脂肪中所存在的游离脂肪酸(FFA) 以形成加工过的动物脂肪的方法,该方法包括以下反应步骤:(a)在 高温下提供液态动物脂肪中的游离脂肪酸与碱金属氢氧化物水溶液 的反应混合物,该碱金属氢氧化物选自氢氧化钾、氢氧化钠和它们 的混合物,同时混合以使液态动物脂肪中所存在的FFA形成可溶性 脂肪酸盐(SFAS);(b)使SFAS与碱土金属盐反应,从而使SFAS在 反应混合物中同时或者在步骤(a)之后形成不溶性脂肪酸盐(IFAS);以 及(c)从反应混合物中分离IFAS,以形成加工动物脂肪。 特别地,本发明涉及用β-环糊精将胆固醇与游离脂肪酸一起除 去。本发明还进一步涉及用植物油与加工过的动物脂肪混合以降低 熔点。 附图简述 图1是流程图,它显示从无水动物脂肪(AMF)中除去FFA的优 选工艺。精炼溶液由蒸馏水、KOH和CaCl2组成。KOH∶FFA的比 例为1∶1。CaCl2∶FFA的比例为5∶1。 图2显示出在CaCl2∶FFA的摩尔比为5、精炼溶液∶AMF(重量/ 重量)为1、混合时间为1分钟、混合速度为1800rpm、温度为50℃、 在室温下离心分离1085×g10分钟时,KOH∶FFA的摩尔比对FFA 减少量和收率的影响。 图3显示出在KOH∶FFA的摩尔比为1、精炼溶液:AMF(重量/ 重量)为1、混合时间为1分钟、温度为50℃、在室温下离心分离1085 ×g 10分钟时,CaCl2∶FFA的摩尔比对FFA减少量和收率的影响。 图4显示出在KOH∶FFA的摩尔比为1、CaCl2∶FFA的摩尔比 为5、混合时间为1分钟、温度为50℃、混合速度为1800rpm、在室 温下离心分离1085×g10分钟时,AMF∶精炼溶液的重量比对FFA 减少量和收率的影响。 图5显示出在精炼溶液∶AMF重量比为1、混合时间为10分钟、 温度为50℃、FFA∶KOH的摩尔比为1、CaCl2∶FFA的摩尔比为5、 在室温下离心分离1085×g10分钟时,混合速度对FFA减少量和收 率的影响。 图6显示出在FFA∶KOH的摩尔比为1、CaCl2∶FFA的摩尔比为 5、精炼溶液∶AMF重量比为1、混合速度为1800rpm、温度为50℃、 在室温下离心分离8700×g10分钟时,混合时间对FFA减少量和收 率的影响。 图7显示出在FFA∶KOH的摩尔比为1、CaCl2∶FFA的摩尔比为 5、精炼溶液∶AMF重量比为1、混合速度为1800rpm、温度为50℃、 混合时间10分钟、在室温下离心分离10分钟时,离心力对FFA减 少量和收率的影响。 图8是流程图,它显示出精炼FFA和AMF的优选工艺。精炼 溶液由蒸馏水、KOH和CaCl2组成。KOH∶FFA的比例为1∶1。CaCl2∶ FFA的比例为5∶1。 图9显示出在混合速率为1000rpm、β-环糊精∶胆固醇的摩尔比 为5.58时,用于AMF的百分比胆固醇减少量(Y1)的响应曲面。 图10显示出在混合时间为10分钟、β-环糊精∶胆固醇的摩尔比 为5.58时,对于AMF的百分比胆固醇减少量(Y1)的响应曲面。 图11显示出在混合时间为10分钟、混合速率为1000rpm时, 对于AMF的百分比胆固醇减少量(Y1)的响应曲面。 图12显示出在KOH∶FFA的摩尔比为1、混合速率为1000rpm 时,对于AMF的百分比胆固醇减少量(Y1)的响应曲面。 图13显示出在KOH∶FFA的摩尔比为1、β-环糊精∶胆固醇的 摩尔比为5.58时,对于AMF的百分比胆固醇减少量(Y1)的响应曲面。 图14显示出在KOH∶FFA的摩尔比为1、混合时间为10分钟时, 对于AMF的胆固醇减少量(Y1)的响应曲面。 图15显示对于AMF的百分比FFA减少量(Y2)的响应曲面。 图16是流程图,它显示用于除去胆固醇FFA以及降低其它无 水动物脂肪(AMF)的熔点的工艺。液体配方由蒸馏水、玉米油、KOH和CaCl2组成。KOH∶FFA的摩尔比为1∶1。 CaCl2∶FFA的摩尔比为 5∶1。水与玉米油的重量比为11.5∶1.5。 优选实施方案说明 本发明提供了一种方法,它运用含水液态配方和β-环糊精降低 无水乳脂中的FFA、最好是熔点、以及胆固醇。含水液态配方由碱 金属氢氧化物(Na、K)、碱土金属(Ca和Mg)、低熔点植物油的混合 物组成。液态配方特别用于实现在单一操作中的目的,它赋予了本 发明很多优于先有技术工艺的优点。该方法滴定并选择性地使无水 乳脂中的FFA沉淀,为了保护乳脂香味,在非常温和的实验条件下 采用极稀浓度(0.023-0.058%)的碱金属氢氧化物(Na、K)和钙或镁盐作 为脂肪受体。还有,本方法使用与乳脂中所存在的游离脂肪酸相应 的化学计量量的碱金属氢氧化物,以选择性地除去游离脂肪酸而不 沉淀或破坏乳脂本身。本发明采用碱土金属来消除乳脂的损失,并 获得较高的收率和较高的胆固醇减少量。本方法减少FFA是以相对 较长的反应时间和较低的温度为基础的,它们在保护乳脂香味内酯 方面是有效的。本方法采用β-CD作为胆固醇的络合剂,同时降低无 水乳脂的胆固醇、熔点和FFA。本方法在具有工业可行的时间量内, 显著地降低了动物脂肪中的胆固醇、FFA和熔点。 材料和方法 从当地食品店获得商业级别的新鲜奶油、牛油和猪油。将新鲜 奶油转化成无水乳脂(AMF),它是通过在55℃熔化,在室温下以5000 ×g离心分离10分钟,并用Whatman 1号滤纸将顶部脂肪层滤去而 实现的。将AMF储藏在-20℃下以备将来使用。 依照AOAC Official Methods of Analysis,16th ed.Association of Official Analytical Chemists,Washington,D.C.994.10(1995),萃取并 测量总的胆固醇。总的胆固醇的测量是以非衍生物的形式在惠普 5890A气相色谱仪(GC)(Avondal,PA)上进行,该设备装有火焰离子化 检测器和涂有0.1μm的DB-1膜(100%甲基聚硅氧烷)的石英玻璃毛细 管柱(15m×0.25mm)(J & W Scientific,Folsom,CA)。 依照AOAC Official Methods of Analysis,16th ed.Association of Official Analytical Chemists,Washington,D.C.969.17(1995)测定 FFA。 采用软件包安装二阶模型进行统计分析(SAS Institute,Inc.SAS User’s Guide,Version 5,SAS Institute,Inc.Cary N.C.(1985))并绘制响 应曲面(Sigma,199?)。建议用于各响应值(Y)的模型为: Y=Bo+∑BiXi+∑BiiXi2+∑BijXiXj 其中Bo、Bi、Bii、Bij是常数,并且是模型的回归系数,Xi是码 值(coded value)中的独立变量。从全回归消去变量的标准是以R2值和 f检验的显著性为基础的。 工艺展开 除去FFA的工艺 在图1中描述了从无水乳脂(AMF)中除去FFA的优选工艺。该 工艺以相对较长的反应时间、低浓度碱溶液、低温(40-50℃)为基础。 这与采用浓缩碱溶液(12-28°Be’)、高温(75-95℃)、短反应时间(0.2-30 秒)的先有技术工艺(用于棉籽、玉米、花生、大豆和棕榈油)形成对 照。下面描述了各步的合理性。本工艺中的精炼溶液是成功精炼的 关键控制因素。精炼溶液由碱金属氢氧化物(Na或K)和Ca或Mg的 氯化物的含水混合物组成。 实施例1 当稀释碱金属氢氧化物溶液(KOH∶FFA的摩尔比为1)与FFA(1) 或它们的酯(2)反应时,结果是进行下面的反应: RCOOH+KOH→RCOOK+H2O (1) RCOOR’+KOH→RCOOK+R’OH (2) KOH的量是AMF中的FFA的函数。在图1所述的实验条件下, KOH∶FFA的摩尔比为1时足够中和介质中所存在的全部FFA。由于 皂化引起中性脂肪的损失,所以过量碱溶液非常不利于提高收率。 过量碱溶液对香味非常不利,因为过量(OH-)使内酯依照下面两个反 应水解成它们的相应的羟基酸: KOH∶FFA摩尔比对FFA减少量和收率的影响显示在图2中。 对照实施例2 如图1概述的工艺所述,将含有0.293%FFA的10(g)无水乳脂 与含有0.763%CaCl2的10ml dH2O混合。用氢氧化钾将CaCl2溶液 的pH调节为碱性,pH7.5-8.5。在测定为碱性pH时所获得的游离脂 肪酸减少量低于20%,由此表明氢氧化钾不能在CaCl2之后加入。 对照实施例3 如图1概述的工艺所述,将含有0.293%FFA的10(g)无水乳脂 与含有0.763%CaCl2的10ml Tris-Hcl缓冲剂混合。缓冲剂的pH从7.5 到8.5。在测定为碱性pH时所获得的游离脂肪酸减少量低于35%。 结果与实施例2相似。 实施例4 CaCl2∶FFA摩尔比对FFA减少量和收率的影响显示在图3中。 Ca或Mg的氯化物被用作羧化物的受体。将它们加入精炼溶液中是 必需的,因为它们可以:(1)与羧化物反应形成不溶性盐(近似于石灰 石),并且因此非常有效地通过离心将它们从介质中分离;(2)与可溶 性K或Na皂反应形成不溶性皂,并通过乳化作用使中性脂肪的损失 减到最少,且因此得到较高的收率;(3)与KOH协力共同增加FFA 的减少量;(4)用阳离子使介质饱和,并由此通过阻止下面反应的发 生来提高FFA的减少量: RCOO-+H2O�RCOOH+OH- 过量的阳离子需由CaCl2或MgCl2提供,而不由苛性溶液提供, 因为过量羟基对收率和香味有不利影响。 实施例5 由于乳化作用引起的损失,精炼溶液与AMF的重量比对于收率 很重要。但是,如图4所示,在图1所述的实验条件下,当精炼溶 液与AMF具有不同的重量比时,收率并没有明显的损失。 实施例6 图5显示出混合速度对FFA减少量和收率的影响。在向AMF 加入精炼溶液之后,应当完全混合以确保精炼溶液的溶质与FFA之 间的完全接触。本工艺所用的混合器为LIGHTNIN LAB MASTER, L1U03型,叶轮为A100型(直径1”)。 实施例7 如图6所示,所有的羟基(OH-)都被FFA消耗和中和掉了。混合 时间和温度对收率非常重要。在高苛性浓度存在下,在高温下采用 长混合时间增加了皂化损失,因为任何过量的苛性都被用于中性油 的皂化作用。用于油的先有技术工艺采用高苛性浓度、高温和非常 短的混合时间以防止由于皂化引起的损失。但是,在本发明中,采 用非常稀的苛性(FFA∶KOH摩尔比为1)、可完全熔化AMF的低温以 产生由精炼溶液引起的精细乳状液、测定宽范围的混合时间(1-10分 钟),这些都没有影响收率。 实施例8 图7显示出最初测定的离心力范围。通过离心从介质中分离所 形成的皂。混合物最好直接离心分离以避免AMF结晶,并因此避免 了坏皂分离。离心分离是快速有效的。 实施例9 采用LIGHTNIN LAB MASTER(SI)混合器L1U03型和A100型 叶轮(直径1”),将含有2.07%FFA的10(g)牛油与10mL精炼溶液 (0.412%KOH和5.409%CaCl2)以1800rpm进行混合,直至温度达到 70℃。温度一达到70℃,就将混合器计时器设定到1分钟,采用同 样的混合速率(1800rpm)。在室温下,将所形成的皂直接以8700×g 离心分离10分钟。在上部上清液相中回收减少了FFA的牛油。精炼 过的牛油中的FFA含量为0.08%。所达到的FFA减少量为96.01%。 实施例10 采用LIGHTNIN LAB MASTER(SI)混合器L1U03型和A100型 叶轮(直径1”),将含有0.122%FFA的10(g)猪油与10mL精炼溶液 (0.024%KOH和0.326%CaCl2)以1800rpm进行混合,直至温度达到 50℃。温度一达到50℃,就将混合器计时器设定到1分钟,采用同 样的混合速率(1800rpm)。在室温下,将所形成的皂立即以8700×g 离心分离10分钟。在上部上清液相中回收减少了FFA的猪油。精炼 过的猪油中的FFA含量为0.02%。所达到的FFA减少量为83.60%。 用于减少动物脂肪中的FFA的本方法是基于将碱金属氢氧化物 用作中和剂、将Ca或Mg盐用作脂肪受体。本方法的观念是采用稀 释的精炼溶液、低温和相对长的反应时间。本方法具有大量特性使 其比用于油精炼的先有技术方法拥有可观的实践性优点。与先有技 术方法相对照,本方法是有效的,在单一步骤内将AMF中的FFA 减少到了0.02%,而不需除臭。用于本方法的温和的实验条件不会破 坏AMF的精细香味组分即内酯。 除去FFA和胆固醇的工艺 图8概括描述了被开发来减少AMF中的胆固醇和FFA的工艺。 实施例11 将含有0.395%胆固醇和0.293%FFA的10(g)AMF与10mL精 炼溶液(0.0583%KOH和0.763%CaCl2)以1000rpm进行混合,直至 温度达到50℃。在50℃,将650mgβ-环糊精(β-环糊精:胆固醇的摩 尔比为5.58)加入混合物中,同时在相同速率下混合10分钟以上。在 室温下,将所形成的皂和β-环糊精:胆固醇络合物直接以8700×g离 心分离10分钟。在上部上清液相中回收AMF中减少后的胆固醇和 FFA。所达到的胆固醇和FFA的减少量分别为54和92%。 对照实施例12 将含有0.395%胆固醇和0.293%FFA的10(g)AMF与10mL蒸 馏水以1000rpm进行混合,直至温度达到50℃。在50℃,将650mgβ- 环糊精(β-环糊精∶胆固醇的摩尔比为5.58)加入混合物中,同时在相 同速率下混合10分钟以上。在室温下,将所形成的β-环糊精:胆固 醇和β-环糊精:FFA络合物直接以8700×g离心分离10分钟。在上 部上清液相中回收AMF中减少后的胆固醇和FFA。所达到的胆固醇 和FFA的减少量分别为54和49.65%。由于减少量增加了42.35%, 所以本实验显示出了精炼溶液对于提高AMF中的FFA的减少量的 重要性。而且,由于胆固醇减少量保持不变,所以精炼溶液不会影 响胆固醇与β-环糊精之间络合物的形成。 实施例13 当很多因素和相互作用影响所需的响应值时,响应曲面操作法 (RSM)是使工艺最优化的一个有效工具(Hunter,1959)。由此,通过采 用响应曲面操作法,达到对胆固醇和FFA减少量的独立变量(KOH∶ FFA摩尔比、CaCl2∶FFA摩尔比、混合时间、β-环糊精∶胆固醇摩尔 比和混合速率)的联合作用的最优化。测量两个响应值:胆固醇减少 量%(Y1)被定义为样品中胆固醇的总量与对照品中胆固醇的总量之比 再乘以100;FFA减少量%(Y2)被定义为样品中FFA的总量与对照品 中FFA的总量之比再乘以100。依据初步实验,显示在表1中的五 个独立变量是KOH∶FFA摩尔比、CaCl2∶FFA摩尔比、混合时间、β- 环糊精∶胆固醇摩尔比、混合速率。其它重要的独立变量被保持固定 为:温度和离心分离(8700×g、10分钟、室温)。所采用的实验方案 是5个因素、5个水平中心组合(John L.Gill,Design and Analysis of Experiments in the Animal and Medical Science.的(2)卷9章,密歇根 州立大学(1993))。独立变量的码值是-2(最低级)、-1.0(中级)、1.0和 2(最高级)。为了探究各变量,依照图8所述的初步研究来选择中心 值(0)。显示在表2中的完整方案由32个实验点组成,它们包括中心 (0,0,0,0,0)的六(6)个复制。 表1-用于本工艺最优化的中心组合方案的变量和它们的等级 码值等级 变量 符号 -2 -1 0 +1 +2 KOH∶FFA(摩尔比) X1 0 0.5 1 1.5 2 CaCl2∶FFA(摩尔比) X2 0 2.5 5 7.5 10 混合时间(分钟) X3 5 7.5 10 12.5 15 β-cd:胆固醇 X4 4.72 5.15 5.58 6.01 6.4 混合速率(rpm) X5 200 600 1000 1400 1800 表2-中心组合排列和响应值 变量水平 响应值 运行 X1 X2 X3 X4 X5 Y1 Y2 1 -1 -1 -1 -1 1 61.78 69.53 2 -1 -1 -1 1 -1 28.58 58.07 3 -1 -1 1 -1 -1 46.46 68.06 4 -1 -1 1 1 1 77.3 75.3 5 -1 1 -1 -1 -1 38.53 69.16 6 -1 1 -1 1 1 63.66 79.12 7 -1 1 1 -1 1 68.22 77.6 8 -1 1 1 1 -1 40.5 70.79 9 1 -1 -1 -1 -1 20.41 92.42 10 1 -1 -1 1 1 65.41 92.28 11 1 -1 1 -1 1 65.98 92.38 12 1 -1 1 1 -1 42.84 92.21 13 1 1 -1 -1 1 54.28 96.16 14 1 1 -1 1 -1 38.21 90.36 15 1 1 1 -1 -1 32.28 92.35 16 1 1 1 1 1 74.23 92.48 17 -2 0 0 0 0 59.98 31.35 18 2 0 0 0 0 53.52 92.33 19 0 -2 0 0 0 38.03 91.92 20 0 2 0 0 0 53.32 9238 21 0 0 -2 0 0 37.49 92.24 22 0 0 2 0 0 63.64 92.63 23 0 0 0 -2 0 46.85 92.64 24 0 0 0 2 0 55.7 92.45 25 0 0 0 0 -2 11.91 81.6 26 0 0 0 0 2 73.7 92.61 27 0 0 0 0 0 52.27 92.45 28 0 0 0 0 0 56.27 92.22 29 0 0 0 0 0 53.02 92.53 30 0 0 0 0 0 54.48 92.1 31 0 0 0 0 0 54.94 92.45 32 0 0 0 0 0 54.02 91.93 a码值 bY1是胆固醇减少量(%),Y2是FFA减少量(%)。 对回归进行方差分析(ANOVA)以测试适合性的好坏。表3中列 出了各响应值的方差分析的结果和它们的对应的复合判定值(multiple determination)(R2)的系数以及变异系数(CV)。从F值和R2的分析看 起来,5个中只有4个独立变量(KOH∶FFA摩尔比、混合时间、β-环 糊精∶胆固醇摩尔比和混合速率)影响胆固醇减少量(Y1)。实际上,尽 管从模型中排除了氯化钙,R2仍保持较高(0.95)并且F检验显著性< 0.001。表4中列出了用于(Y1)的估计回归系数和对4个经选择的因素 的系数显著性检验的结果。还有,从F值和R2的分析看起来,5个 中只有3个独立变量(KOH∶FFA摩尔比、CaCl2∶FFA摩尔比和混合 速率)影响FFA减少量(Y2)。混合时间、β-环糊精的排除不影响模型, 因为R2仍保持较高(0.96)并且F检验显著性<0.001。表5中列出了用 于(Y2)的估计回归系数和对3个经选择的因素的系数显著性检验的结 果。没有一个模型表现出不适合。两个模型对于令人满意的R2值和< 0.001的显著性F检验都被认为是适当的和可用的。运用该模型预测 的Y1、Y2和余值列在表6和7中。最优化以Y1为基础(百分比胆固 醇减少量)。 模型Y1对于指出方向以改变变量从而使胆固醇减少量达到最大 值是有用的。从显著性回归系数(表4)判断,影响胆固醇减少量的最 重要的因素是KOH∶FFA摩尔比、混合时间、β-环糊精∶胆固醇摩尔 比和混合速率。它们显示出显著性的一阶、二次方程式和两个因素 相互作用项(two factor interaction terms)。 表3-对用于5个因素和2个响应值(胆固醇(Y1)和 FFA(Y2)减少量)的二阶多项式回归的参数估计和方差分析 Y1 Y2 源 系数 概率>|T| 系数 概率>|T| 截取 -18.66 0.91 29.09 0.87 X1 -139.81 <0.01 160.62 <0.01 X2 12.67 0.07 -3.75 0.06 X3 10.3 0.14 0.98 0.5 X4 9.97 0.85 -13.76 0.82 X5 -0.01 0.68 0.06 0.16 X1*X1 3.8 0.26 -30.68 <0.01 X2*X2 -0.29 0.04 -0.01 0.92 X3*X3 -0.09 0.48 <-0.01 0.98 X4*X4 -2.25 0.63 0.14 0.97 X5*X5 <-0.01 0.01 <-0.01 0.16 X1*X2 1.38 0.14 -2.26 0.04 X1*X3 0.85 0.35 -1.96 0.07 X1*X4 21.15 <0.01 -7.71 0.2 X1*X5 <-0.01 0.55 <-0.01 0.69 X2*X3 -0.55 <0.01 0.04 0.82 X2*X4 -0.94 0.37 1.37 0.25 X2*X5 <0.01 0.94 <0.01 0.38 X3*X4 -1.1 0.3 1.71 0.16 X3*X5 <0.01 0.19 <-0.01 0.1 X4*X5 0.01 0.05 <-0.01 0.7 R2 0.97 0.95 F比 20.07 11.49 概率F <0.05 <0.05 CV(%) 8.77 5.76 表4-对用于4个因素和1个响应值(胆固醇减少量 (Y1))的二阶多项式回归的参数估计和方差分析 源 系数 概率>|T| 截取 51.91 <0.01 X1 -3.99 0.05 X3 10.76 <0.01 X4 4.97 0.01 X5 30.44 <0.01 X1*X1 5.23 0.14 X3*X3 -0.94 0.78 X4*X4 -0.06 0.98 X5*X5 -8.7 0.02 X1*X3 -0.72 0.87 X1*X4 12.86 0.01 X1*X5 2.31 0.62 X3*X4 0.26 0.95 X3*X5 1.06 0.82 X4*X5 4.36 0.35 R2=0.95 F比=22.79 概率F<0.05 CV(%)=9.1 表5-对用于3个因素和1个响应值(FFA 减少量(Y2))的二阶多项式回归的参数估计和方差分析 源 系数 概率>|T| 源 系数 概率>|T| 截取 92.11 <0.01 X1 24.58 <0.01 X2 2.39 0.07 X5 5.28 <0.01 X1*X1 -31.5 <0.01 X2*X2 -1.19 0.6 X5*X5 -6.24 0.01 X1*X2 -5.91 0.07 X1*X5 -7.37 0.02 X2*X5 0.99 0.75 R2=0.96; F比=65.34 概率F<0.05 CV(%)=3.70 表6-由用于4个因素的二阶多项式回归 预测的AMF中胆固醇的减少量和余值 运行 X1 X3 X4 X5 Y1 Y1 余值 (实际值) (估计值) (实际值- 估计值) 1 -1 -1 -1 1 61.78 61.31 0.46 2 -1 -1 1 -1 28.58 30.82 -2.24 3 -1 1 -1 -1 46.46 45.15 1.3 4 -1 1 1 1 77.3 73.71 3.58 5 -1 -1 -1 -1 38.53 34.68 3.84 6 -1 -1 1 1 63.66 61.92 1.73 7 -1 1 -1 1 68.22 72.84 -4.62 8 -1 1 1 -1 40.5 41.55 -1.05 9 1 -1 -1 -1 20.41 23.61 -3.2 10 1 -1 1 1 65.41 66.33 -0.92 11 1 1 -1 1 65.98 63.36 2.61 12 1 1 1 -1 42.84 42.92 -0.08 13 1 -1 -1 1 54.28 52.55 1.72 14 1 -1 1 -1 38.21 32.92 5.28 15 1 1 -1 -1 32.28 33.35 -1.07 16 1 1 1 1 74.23 77.4 -3.17 17 -2 0 0 0 59.98 60.96 -0.98 18 2 0 0 0 53.52 53.57 -0.05 19 0 0 0 0 38.03 52.03 -14 20 0 0 0 0 53.32 52.03 1.28 21 0 -2 0 0 37.49 40.31 -2.82 22 0 2 0 0 63.64 61.85 1.78 23 0 0 -2 0 46.85 46.87 -0.02 24 0 0 2 0 55.7 56.81 -1.11 25 0 0 0 -2 11.91 12.77 -0.86 26 0 0 0 2 73.7 73.87 -0.17 27 0 0 0 0 52.27 52.03 0.23 28 0 0 0 0 56.27 52.03 4.23 29 0 0 0 0 53.02 52.03 0.98 30 0 0 0 0 54.48 52.03 2.44 31 0 0 0 0 54.94 52.03 2.9 32 0 0 0 0 54.02 52.03 1.98 表7-由用于3个因素的二阶多项式 回归预测的FFA减少量和余值 运行 X1 X2 X5 Y2 Y2 余值 (实际值) (估计值) (实际值- 估计值) 1 -1 -1 -1 69.53 71.65 -2.12 2 -1 -1 -1 58.07 63.17 -5.1 3 -1 -1 -1 68.06 63.17 4.88 4 -1 -1 1 75.3 71.65 3.64 5 -1 1 -1 69.16 68.02 1.13 6 -1 1 1 79.12 77.5 1.61 7 -1 1 1 77.6 77.5 0.09 8 -1 1 -1 70.79 68.02 2.76 9 1 -1 -1 92.42 94.4 -1.98 10 1 -1 1 92.28 95.5 -3.22 11 1 -1 1 92.38 95.5 -3.12 12 1 -1 -1 92.21 94.4 -2.19 13 1 1 1 96.16 95.43 0.72 14 1 1 -1 90.36 93.34 -2.98 15 1 1 -1 92.35 93.34 -0.99 16 1 1 1 92.48 95.43 -2.95 17 -2 0 0 31.35 36.03 -4.6 18 2 0 0 92.33 85.19 7.13 19 0 -2 0 91.92 88.53 3.38 20 0 2 0 92.38 93.31 -0.93 21 0 0 0 92.24 92.11 0.12 22 0 0 0 92.63 92.11 0.51 23 0 0 0 92.64 92.11 0.52 24 0 0 0 92.45 92.11 0.33 25 0 0 -2 81.6 80.58 1.01 26 0 0 2 92.61 91.16 1.44 27 0 0 0 92.45 92.11 0.33 28 0 0 0 92.22 92.11 0.1 29 0 0 0 92.53 92.11 0.41 30 0 0 0 92.1 92.11 -0.01 31 0 0 0 92.45 92.11 0.33 32 0 0 0 91.93 92.11 -0.18 KOH∶FFA摩尔比 KOH被用于中和FFA并将它们从介质中除去。所测定的KOH∶ FFA摩尔比的范围列在表2中。负斜率:b1=-3.99(表4)表明胆固醇 减少量随KOH的增加而减小,KOH的增加采用任何混合时间和速 率(图9和10)。KOH对胆固醇减少量的负面影响可能是因为它具有 能将介质中所存在的FFA转化成皂分子的能力。由于皂分子在介质 中的浓度(10.39mM)超过了临界胶束浓度(cmc),所以它们聚集形成胶 束,该临界胶束浓度据报道对于油酸钠为1.5mM(Small,D.M., Molecular Biology and Biotechnology,R.A.Meyers(ed),第503-511 页,美国VCH Publishers公司(1995))。带负电的羧化物基团栓在胶 束的表面,并与β-环糊精分子外缘的羧基形成氢键,并由此与胆固醇 竞争β-环糊精分子。 采用较高的β-环糊精∶FFA摩尔比以抵消KOH的负面影响,如 图11所示,这在经济上是可行的。响应曲面的形状(图11)和两个因 素相互作用项(B1B4=12.86)的斜率是这两个变量之间强烈的相互作用 所特有的。钙盐是羧化物的受体。钙盐的加入将胆固醇的减少量提 高了至少约15%,如实验#18和19所示(表2)。钙盐与可溶性钾皂 反应形成不可溶的钙皂,这导致皂胶束被破坏,并由此抵消皂胶束 对胆固醇减少量的不利影响。用在本实验领域内的CaCl2∶FFA摩尔 比对于模型没有明显的影响。所测定的CaCl2∶FFA摩尔比的范围列 在表2中。 混合时间 胆固醇减少量Y1极大程度取决于混合时间。正斜率B3=10.76 表明在任何β-环糊精∶胆固醇摩尔比或任何混合速率下,胆固醇减少 量随混合时间的增加而增加(图12和13)。所测定的混合时间的范围 列在表2中。 β-环糊精∶胆固醇摩尔比 理论上1摩尔β-环糊精将络合1摩尔化合物(Szejtli,J.,Inclusion Compound 3:331(1984))。一些较大分子量的化合物可与一个以上的 环糊精分子络合(Szjetli 1984,IBID)。所测定的β-环糊精∶胆固醇摩尔 比的范围列在表2中。胆固醇减少量极大程度取决于β-环糊精∶胆固 醇摩尔比。正斜率B4=4.97表明胆固醇减少量随β-环糊精∶胆固醇摩 尔比的增加而增加(图14)。 混合速率 混合速率是确保β-环糊精与胆固醇之间的接触、使水包油乳状 液稳定的重要因素。温度一达到50℃,将β-环糊精加入并采用 LIGHTNIN LAB MASTER(MS)混合器L1U03型和A100型叶轮(直径 1”)混合10分钟。胆固醇减少量极大程度取决于混合速率。正斜率B5 =30.44强烈表明在任何β-环糊精∶胆固醇摩尔比下,胆固醇减少量 随混合速率的增加而增加。响应曲面的形状(图14)是β-环糊精∶胆固 醇摩尔比与混合速率之间强烈的相互作用所特有的。所测定的混合 速率的范围列在表2中。 基于Y2的最优化(FFA减少量百分比) 模型Y2对于指出方向以改变变量从而使FFA减少量达到最大值 是有用的。从显著性回归系数(表5)判断,影响FFA减少量的最重要 的因素是KOH∶FFA摩尔比、CaCl2∶FFA摩尔比、和混合速率。它 们显示出显著性的一阶、二次方程式和两个因素相互作用项。 KOH∶FFA摩尔比 当准确测量强度(KOH∶FFA摩尔比为1)的极稀的碱金属氢氧化 物溶液与FFA反应时,结果是下面的反应: RCOOH+KOH→RCOOK+H2O KOH的量是AMF中的FFA的函数。在图8所述的适当的实验条件 下,KOH∶FFA的摩尔比为1时足够中和介质中所存在的全部FFA。 由于皂化引起中性脂肪的损失,所以过量碱溶液非常不利于提高收 率。过量碱溶液对香味非常不利,因为过量(OH-)使内酯水解成它们 相应的羟基酸。FFA减少量极大程度取决于KOH∶FFA摩尔比。正 斜率B1=24.58(表5)表明在任何混合速率下,FFA减少量随KOH∶FFA 摩尔比的增加而增加(图15)。所测定的KOH∶FFA摩尔比的范围列在 表2中。 氯化钙∶FFA摩尔比 氯化钙被用作羧化物的受体。将其加入精炼溶液是关键的,因 为它们可以:(1)与羧化物反应形成不溶性盐(近似于石灰石),并且因 此通过离心从介质中将它们分离就变得非常有效;(2)与可溶性K或 Na皂反应形成不溶性皂,并通过乳化作用使中性脂肪的损失减到最 少,且因此得到较高的收率;(3)破坏皂胶束并使β-环糊精在带负电 的胶束表面的絮凝作用减到最小,并由此获得更高的胆固醇减少量(表 1的18和19);(4)与KOH协力共同增加FFA的减少量;和(5)用阳 离子使介质饱和,并由此通过阻止下面反应的发生来提高FFA的减 少量: RCOO-+H2O�RCOOH+OH- 过量的阳离子由钙盐提供,而不由苛性溶液提供,因为过量羟基对 收率和香味有不利影响。所测定的CaCl2∶FFA摩尔比的范围列在表 2中。由于β-环糊精本身可以减少FFA,所以氯化钙对FFA减少量 的影响通过介质中所存在的β-环糊精来预测。 混合速率 混合速率是确保精炼溶液中的溶质与FFA之间的接触的重要因 素。用在本实验领域内的混合速率对FFA减少量有轻微的影响(图 15)。正斜率B5=5.28(表5)表明FFA减少量随混合速率的增加而增 加。所测定的混合速率的范围列在表2中。 实施例14 用于Y1的模型表明β-环糊精∶胆固醇摩尔比、混合时间和混合 速率越高,胆固醇减少量越大。用在表2的#4和#26中的这3个 独立变量的联合影响使AMF胆固醇分别减少了77.30%和73.70%。 这些处理的进一步优化可以提高胆固醇减少量。用在表2的实验#4 中的β-环糊精的量比用在实验#26中的量多。考虑到本方法的成本 效益,对表2的实验#26进行进一步的优化。由于增加β-环糊精的 量在经济上不可行,并且采用更高的混合速率可能会使介质的粘度 增加,而这在离心分离期间将引起收率问题,所以就混合时间对#26 进行优化。考虑到所研究的两个响应,发现胆固醇减少量可以通过 增加混合时间进一步提高。事实上,用于胆固醇减少量的理论数学 模型表明胆固醇可以在大约30-35分钟的混合时间被完全去除。 本发明的主要目的是在一步单一操作内,降低动物脂肪中的胆 固醇、游离脂肪酸和熔点,以生产可在冷藏温度涂敷的健康脂肪。 这些目的可通过采用图16概述的最终优化工艺来实现。 实施例15 将含有0.283%胆固醇和0.3%FFA的10(g)AMF以1400rpm和 水与玉米油的重量比分别为10∶0、11.5∶1.5、13∶3、16∶6和20∶10的10、 13、16、22、30(g)“液体配方”混合,直至温度达到50℃。用于所 有实验的“液体配方”由KOH、CaCl2、dH2O和玉米油组成。不同 组分的比例如下:KOH∶FFA的摩尔比为1∶1(固定比)、FFA∶CaCl2的 摩尔比为1∶5(固定比)以及上述H2O∶玉米油的可变重量比。在50℃, 将650mgβ-环糊精加入混合物,同时以相同速率(1400rpm)混合30分 钟以上。在室温下,将所形成的皂和β-环糊精∶胆固醇络合物直接用 离心机以8700×g分离10分钟。在上部上清液相中回收改性无水乳 脂。所获得的胆固醇、FFA熔点降低量在表8进行了说明。 实施例16 将含有0.0796%胆固醇和0.547%FFA的10(g)牛油与10(g)“液 体配方”(0.108%KOH、1.42%CaCl2、重量比为10∶0的水∶玉米油)以 1400rpm混合直至温度达到50℃。在50℃,将650mgβ-环糊精加入 混合物,同时以相同速率混合30分钟以上。然后将混合物加热到55 ℃以改进皂和β-环糊精∶胆固醇络合物的分离。在室温下,将所形成 的皂和β-环糊精∶胆固醇络合物直接用离心机以8700×g分离5分 钟。将离心机的转轴在热水浴中加热到50℃。在上部上清液相中回 收减少了胆固醇和FFA的牛油。所达到的胆固醇、FFA减少量分别 为100%和98.16%。 表8-液体配方的水与玉米油的重量比 对无水乳脂中的胆固醇、FFA、以及熔点降低量的影响 水∶玉米油(w/w) 10∶0 11.5∶1.5 13∶3 16∶6 20∶10 胆固醇% 0.0118 0.0135 0.0208 0.0421 0.0628 FFA% 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 Weily熔点℃ 35 33 30 27 25 实施例17 将含有0.071%胆固醇和0.122%FFA的10(g)猪油与10(g)“液 体配方”(0.024%KOH、0.326%CaCl2、重量比为10∶0的水∶玉米油) 以1400rpm混合直至温度达到50℃。在50℃,将650mgβ-环糊精加 入混合物,同时以相同速率混合30分钟以上。在室温下,将所形成 的皂和β-环糊精∶胆固醇络合物直接用离心机以8700×g分离10分 钟。在上部上清液相中回收减少了胆固醇和FFA的猪油。所达到的 胆固醇、FFA减少量分别为100%和95.5%。 本发明降低动物脂肪中的FFA、胆固醇和熔点的方法是以作为 中和剂的碱金属氢氧化物、作为羧化物受体的钙盐、作为络合剂的β- 环糊精、以及低熔点植物油的使用为基础,来生产可在冷藏温度涂 敷的无胆固醇无水乳脂。本方法的观念是采用稀释含水“液体配方”、 低温和相对长的反应时间。本方法具有大量特性使其比用于减少乳 脂中的胆固醇和FFA的先有技术方法拥有可观的实践性优点。本方 法是有效的,因为在单一步骤内将胆固醇完全去除了,所获得的胆 固醇减少量比先有技术至少高出约20%。所观测到的FFA的减少量 高于92.40%,这比先有技术方法高出45%。本方法本轻利厚且是高 效的,因为它在单一操作内实现了我们的全部目的,这赋予了本方 法许多优于先有技术方法的好处。本方法可在一个封闭体系内进行 以防止AMF暴露在空气中,从而最大程度减少氧化变质。本方法不 需要昂贵的专用资本设备。它只需加热和混合之后进行离心分离。 没有FFA或胆固醇的加工过的动物脂肪可在低脂或无脂牛奶中 被均化以重新组成全牛奶。该产品可被用于制作乳酪或冰淇淋。 先前的说明仅仅是打算作为本发明的例证,本发明仅被下文所 附的权利要求书所限定。 本发明背景 |