问题
ocl.
体积28,2021
创造新的石油和蛋白质作物价值链/ construct de nouvelles filières oléoprotéagineuses
文章编号 35.
数量的页面(年代) 8
迪伊 https://doi.org/10.1051/ocl/2021022
bob电子体育竞技风暴 2021年6月17日

©J.J.萨拉斯et al。,由EDP Sciences发布,2021

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1介绍

植物油是人类饮食的重要脂质来源,也提供了类似生育酚和其他脂溶性维生素的重要营养素(et al。,1998年粮农组织/谁,2002年).从技术角度来看,脂肪和油在许多食品的配方和加工中都很重要(Gunstone,2009年)或提供通过例如油炸烹饪食物的介质(Parkash Kochhar和Gertz, 2004年).从油编作物中提取植物油,其在种子或水果中累积三酰基甘油(标签)。通过根据来源的不同方法提取油。然后精制所得的原油,除去杂质和抗营养成分,使它们适用于人摄入。葵花籽油从种子中提取,更严格的酸味(干果),这些油果在向日葵骨杆菌中产生。这些种子积聚在羊皮斑或船体内产生的子叶(或核)中的油(Bockisch,2015年).向日葵产生高质量的油,受到消费者的高度赞赏。普通的葵花籽油丰富亚油和油脂脂肪酸,其相对比例随着种植的位置和温度而变化(萨拉斯et al。, 2015年).这种作物主要生产在温带国家,是大豆和油菜(粮农组织,2020年).采用物理法和溶剂法提取葵花籽油很容易(Le Clef and Kemper, 2015).然后经过脱胶、中和、漂白、除臭和冬化澄清等工序精制(Dijstra,2015年).得到的油是高度透明的,具有温和的气味和香气。常规葵花籽油的最常见应用是零售,煎炸和培养酱油和乳液(萨拉斯et al。, 2015年).虽然葵花籽油中的生育酚赋予了葵花籽油额外的氧化稳定性,但葵花籽油中高水平的亚油酸使普通葵花籽油在高温或长时间储存时比其他油(如花生或橄榄)更不稳定。Martin-Polvilloet al。,2004年).常规葵花籽油的氧化性能明显超越高油气向日葵,从发现和报道的突变体中开发索尔达托夫(1976).该突变体的油酸含量较高,在70 ~ 90%之间,亚油酸含量较低。高含油量是一种半显性性状Δ12去饱和酶负责在显影种子的内质网中从油酸合成Limoleate的基因。这种突变在向日葵组织中降低了该酶的活性(Fernández-Martínez.et al。1989年sperling.et al。,1990年洪港et al。,1998年),仅影响基因表达但不是基因功能(Martínez-rivaset al。,2001年).造成的突变是广泛研究的对象,被映射和特征Lacombe和Bervillé(2001年)据报道,据报道,与向日葵中存在的含油除尘酶基因之一紧密遗传联系。后来的研究证明了导致基因沉默的机制(lacombe.et al。2002)在进一步世代中突变的e分离(lacombe.et al。2002 b).最近已经报道了其他高油气向日葵突变体,例如一种携带名为29066或NM1的突变的突变体,其表现出更高的稳定性和遗传背景的影响。该突变体受到环境因素的影响较小,并证明了突变更有效地生产超高油线(Alberio.et al。, 2018年).

高油质性状已转移到商业杂交种上,高油质向日葵在世界范围内开始生产,是与无芥酸油籽油菜或油菜籽一起利用改性脂肪酸组成进行商业化生产的最早油料作物之一。其有益的性质和健康的脂肪酸组成使其广泛地被各类消费者所接受。此外,也出现了对初始表型的修饰,如中油或Nusun葵花籽油(Kleingartner,2002年).

2植物脂肪及其替代品

尽管具有常规和高油气向日葵油的有趣性质和性能,但它们是由于脂肪酸组成而导致的液体植物油。当需要更具固体时,这一事实限制了它们的应用。因此,许多食品配方需要添加塑料或糖果脂肪以达到适当的一致或质地(Ghotraet al。,2002年Talbot,2009年).在一定温度下,脂肪的固体含量很大程度上取决于其饱和脂肪酸的含量和组成。过去,用于固体配方的脂肪通常来自动物来源、热带物种或部分氢化的液态植物油。然而,由于不建议在健康饮食中使用动物和部分氢化脂肪,近年来工业上的使用有所下降。此外,由于宗教的饮食限制(清真和犹太食品),动物脂肪可能会在全球分布中造成问题。因此,食品工业目前使用的大多数固体或结构脂肪来自热带植物,特别是椰子和油棕(特拉特勒和迪芬巴赫,1985年).在过去的几十年里,棕榈油产量具有非凡的增长。该作物生产富含棕榈酸和油酸的油,可以依次分离以生产液体油(Oleins)加上固体硬脂素,固体含量较高(凯伦et al。,2007年).从棕榈或其他来源提取的固体含量和脂肪的熔化曲线也可以通过随机化反应或酯交换反应(化学或酶化反应)来调节,从而增加了市场上用于食品配方的脂类的种类(et al。,2020年).糖果用脂肪是那些用于精心制作巧克力,涂料和在一般产品中需要脂肪与固体脆黄油或脂肪。本产品中最常用的脂肪是可可脂(史密斯,2021).然而,近年来,其他脂肪也被用作替代品。这些是可可脂等同物(CBEs),是与可可脂具有相同熔融形态和结晶模式的脂肪,因此可与该脂肪以任何比例兼容(史密斯,2001).CBE由富含硬脂酸盐的热带奶酪制成,如乳蛋白酱硬脂蛋白,与其他脂肪如棕榈中间分数相结合。总而言之,目前固体,塑料和结构脂肪的生产取决于热带脂肪的供应,由于其生产量,棕榈油特别提及棕榈油。

3个高硬脂的向日葵

尽管在今天的食品工业中完全替代棕榈油是一个不现实的目标,但新的替代脂肪仍有很大的空间,这种脂肪应该是多功能的、健康的、可持续的,而且在经济上可以负担得起。向日葵诱变项目始于1990年,其主要目标是生产固体替代脂肪。这些程序采用化学或辐射诱变的方法对向日葵种群进行繁殖,然后使用非破坏性的半种子方法进行筛选。这项研究的结果是收集了一组脂肪酸组成改变的向日葵突变体,其中包括,特别是几个高度饱和表型(Osorio.et al。,1995年Fernández-Martínez.et al。,1997年).最有前途的突变体是高硬脂阳光或CAS-3。该基因型累积含有高达25%硬脂酸的油(标签。1),这是一种高熔点脂肪酸,在同等浓度下提供比棕榈酸更高的固体含量。此外,尽管硬脂酸是一种饱和脂肪酸,但它的摄入不会增加血液胆固醇水平,因此可以认为它比棕榈酸脂肪或短链脂肪酸(猎人et al。, 2010年).因此,高硬脂灯泡油的动脉发生指数远低于来自棕榈,椰子或棕榈核脂肪的血管植物(标签。1).最后,糖果类脂肪通常富含硬脂酸盐(史密斯,2021),如在可可和乳酸的情况下。因此,高硬脂的向日葵油可能是高硬脂高油脂脂肪的潜在来源,拥有更广泛的应用。

第一个高硬脂向日葵系在高亚油酸背景下显示15-20%的硬脂酸,命名为CAS-3。对该性状的遗传进行了详细研究,发现该性状是部分显性的,由两个突变(Perez-Vichet al。,1999年).对硬脂水平有很大影响的是突变ES1,与一个与硬脂酰acp去饱和酶(悲伤的)来自向日葵,命名SAD17Perez-Vichet al。,2002年).另一个突变增强了由第一个突变引起的硬脂酸的增加,有关的基因尚未确定。因此,Es1突变导致质体内SAD活性降低,改变了酰基- acp库的组成,导致硬脂酰- acp的比例大幅增加。硬脂酸盐通过酰基- acp硫酯酶的作用从质体中输出,激活为辅酶a衍生物,并纳入TAG合成途径(萨拉斯et al。, 2014年).甘油脂素的出口,激活和合成的过程是复杂的,并且涉及大量基因和酶,其特异性和调节,这将在很大程度上决定该种子在其油中积聚硬脂酸盐的能力。突变种子体积提供硬脂酸酯出口的必要率以排出过量的这种脂肪酸。脂肪酸的出口需要酰基-ACP硫代酯酶酶的作用,其水解允许将脂肪酸转移到胞浆中的酰基-ACP衍生物。葵花籽体积具有脂肪型硫醇酶活性非常高的硫醇酶活性,对油酰-ACP具有高特异性,但仍然能够以中等的速率水解硬脂酰-ACP(Serrano-Vegaet al。,2005年).向日葵在较低水平的脂肪型硫酯酶下表达饱和衍生物的特异性(Aznar-Moreno.et al。,2016年2018年).体内标记研究表明,具有高水平血液施集硫代酯酶的高硬脂向日葵突变体能够积累较大量的硬脂酸(Pleiteet al。,2006年).进一步的研究表明,硬脂酸在向日葵中的积累还受到其他限制,如低水平的酰基coa合酶或甘油-3-磷酸酰基转移酶向硬脂酰coa的活性降低,这影响了硬脂酸在向日葵标签中的掺入和分布(萨拉斯et al。, 2014年Paya-Milanset al。,2016年).

其他与CAS-3不同的高硬脂突变体也有报道。CAS-14突变体可以产生比CAS-3更高的硬脂酸,尽管这种脂肪酸的含量和分布沿种子而变化,在种子底部或远端一半最大,在种子顶端一半最小(Fernández-Moya.et al。,2002年).这一性状与生长温度密切相关:生长温度越高,油中硬脂酸的比例越高。CAS-14性状是由于一个单一的突变,影响了两者的表达悲伤的向日葵(Perez-Vichet al。,2006年萨拉斯et al。,2008年).

原来的CAS-3突变体是在标准亚油酸背景下获得的,但该性状被转移到高脂-高油酸组合的高脂-高油酸系,该突变体的名称为CAS-15 (标签。1加尔et al。,2009年).在非常高的油质背景下,这些线条可以显示高达20%的硬脂酸。这种脂肪酸组成使这些线油极其稳定,并已被证明具有很高的热稳定性(Marquez-Ruizet al。,1999年),使其成为优秀的煎炸油,这是这种新脂肪的主要重要应用(标签。2).此外,这种油具有巨大的糖果脂肪来源,基于硬脂酸和油酸脂肪酸。

虽然目前可用的高硬脂阳光油的组成和潜力足以鼓励对其生产和开发的投资,但在新的诱变和育种计划中仍然可以改善一些方面。寻找具有比迄今为止的优势水平较高的高硬脂型突变对热带脂肪的更好的替代方案来说至关重要。新的突变应影响遗留标签合成中涉及的悲伤酶,对植物生长和发育没有限制,允许具有令人满意的产量的商业品种。

表格1

本研究提到的不同油和级分的典型组成。通过CAS-15的溶剂分馏制备了向日葵硬脂素。通过相同油的干分馏获得向日葵软茎。

表2

高硬脂灯水油和馏分的应用。

4个高硬脂向日葵分馏

对油料作物的生物合成和脂质生产调控的研究表明,在温带气候的油料作物,如向日葵、油菜籽或大豆,饱和脂肪酸的积累受到它们对低温的适应的限制(萨拉斯et al。,2009年).相比之下,在热带气候中,较高的温度允许植物在其膜中保持更高水平的饱和脂肪酸。这种类型的生化和生理学限制使得通过温带油脂的直接生产塑料脂肪不可能,这对于生产糖果脂肪来说更为真实。这种限制的解决方案可以是油提取后具有更高水平饱和度的标签的浓度。这是可以通过称为“油分馏A”的工业过程可以广泛应用于热带脂肪,主要是乳木果油,棕榈和棕榈核油(TIMMS,1997Gibon 2006).将精制油提交至高熔点标签的第一步,然后分离和浓缩形成的固相。该方法可以通过两种不同的方法进行,具有或不添加溶剂。在溶剂分馏中,将油与定义比例的溶剂混合以在结晶前形成胶束(Gibon 2006).一旦胶束结晶,就通过用新鲜溶剂清洗滤饼,通过洗涤蛋白质除去制备的硬脂蛋白。干燥分馏涉及油的直接结晶,然后通过在高压下挤压浸渍茎的过滤并除去夹带的油蛋白。第一过程更有效,可以连续进行并且不需要高压设备。然而,必须蒸馏除馏分以消除溶剂,并且该方法需要大量的有机溶剂(通常是己烷或丙酮),这显着提高了运营成本。因此,溶剂分馏通常仅适用于高价值的糖果脂肪(乳酸疱疹)。干分馏不效率,涉及不连续的过程(deffense,1985年).它还需要高压过滤设备,但运营成本降低,该过程可以很容易地分为一系列分馏,以产生具有不同性质和熔化型材的各种产品。这是最好的例子是棕榈油的多步分馏,这导致棕榈酱素,棕榈矿物,棕榈油蛋白和棕榈超级生产的生产。

将这些流程应用于高硬脂夫人的可能性将大大增加其工业利益,因此在早期的项目中被广泛调查。使用不同硬脂酸盐水平的油在实验室规模上广泛研究了高油酸高硬脂摩尔油的溶剂分级(萨拉斯et al。, 2011年).以丙酮或正己烷为溶剂,获得了高富集两种饱和脂肪酸或饱和脂肪酸标签的硬脂酸。所得硬脂醇中1,3-硬脂基-2-油酰甘油(StOSt)的含量为63.2%。其中一些硬脂在成分和熔化特性上与从乳木果油(标签。1图。1),广泛用于可可脂等同物(CBES)的配方中。溶剂和油溶剂比的作用进一步研究Bootello.et al。(2015)他指出,在1/1 ~ 1/4的油溶剂比和5 ~ 15℃的分馏温度下,丙酮促进了饱和标签StOSt和1(3)-棕榈酰-3(1)-硬脂酰-2-油酰甘油(POSt)的快速和完全结晶。使用己烷进行分馏需要较高的油溶剂比和较低的温度,这使得硬脂酸中饱和标签的含量非常高,尽管由于其在溶剂中的较高溶解度,其从初始油中的回收率降低了。这项工作的最终结论是,丙酮是一个合适的溶剂,对于需要最大产量的硬脂和高含量的固体使用中等结晶温度。正己烷分馏似乎更适合于制备饱和标签含量很高的特殊样品。由高硬脂葵花籽油溶剂分馏得到的黄油被表征为CBEs和糖果脂肪的组分。根据定义,CBEs是一种脂肪,其组成和结晶行为类似于CB,并且在混合物中与CB完全相容(利普和安克拉姆,1998年).CBE用于许多类型的糖果制剂和一些国家,它们可以将其混合到巧克力和巧克力化合物中的5%的限制。根据其相行为图和其固体脂肪含量数据在25℃下配制基于不同的向日葵硬硬脂蛋白的CBE。研究了它们的性质,并与用乳头茎配制的参考CBE进行了比较。来自向日葵茎的CBES显示熔融曲线,类似于参考的熔融曲线,并没有用Cb的共混物表现出共肠,所以它被结束,它们适用于配制化合物和糖果脂肪(Bootello.et al。,2012年2013年).在后期的研究中,将来自向日葵硬脂蛋白的CBES被测试为巧克力化合物的基础成分及其性能与由商业CBE配方中获得的比较。牛奶巧克力和用它们制造的一些涂料化合物在微观结构,热稳定性和硬度方面表征。还研究了晶体结构和盛开发展的变化。葵花籽化合物的微观结构比CB或商业CBE产生的更紧凑(Bootello.et al。, 2018年).向日葵基CBEs提供了更多的固体和较少的饱和脂肪酸,结晶动力学研究表明,它比牛奶巧克力更快的回化。因此,在巧克力化合物的配方中使用葵花硬脂醇可以改善回火过程,因为它可以加速结晶成更稳定的晶型,并在更短的储存时间内降低加工成本(标签。2).然而,通过溶剂分馏产生硬光灯二器硬炉的生产目前通过商业向日葵杂交种的油脂含量的低含量限制,得到了与该过程固有的高运行成本相比的茎素的低产量。硬硬脂蛋白的生产可以从具有较高水平硬脂酸酯的馏分更有效地进行,例如通过干分馏可以获得的硬脂蛋白。

缩略图 图。1

通过溶剂分级和一些商业热带草原从高硬脂岩葵花籽油和一些商业热带糖浆中获得的油和馏分的固体脂肪含量曲线的一些实例。(可可脂;()棕榈中馏分;(谢伊硬脂酸甘油酯;()向日葵茎(95%SUS);()向日葵茎(80%SUS);()向日葵硬脂酸(65% SUS)。数据取自Bootello.et al。(2012).SUS:杂质三酰基甘油。

5分馏新技术

高硬脂阳光油的干燥分馏是一种允许生产具有高水平饱和脂肪酸的馏分和高产率的馏分,但成本低于溶剂方法(Gibon 2006).干燥分馏涉及标签结晶,过滤所得浆料并在高压下挤压滤液。此程序需要特定设备,允许高达30个酒吧的压力,并涉及批量工作(deffense,1985年).油的结晶是该方法中最重要的步骤,因为需要容易过滤和挤压的大型良好的晶体;小晶体可以堵塞过滤介质,使固相的难以或不可能的分离和调节。在实验室,飞行员植物和工业秤上彻底调查了高硬脂向日葵的干分馏(Bootello.et al。, 2011年2012年).导致的饱和脂肪酸水平低于通过溶剂分级获得的脂肪酸水平较低,具有适合于烘焙,人造黄油和涂抹配方的塑料脂肪的固体脂肪含量的曲线(图2).这些试验表明,这种油的两个特性限制和阻碍了这一过程;长蜡酯的存在和饱和脂肪酸在油标签中的分布(Bootello.et al。, 2014年).与其他植物油不同,葵花籽油含有长链蜡酯,在室温下结晶,导致浑浊和粘度增加(带来的et al。, 2018年),经常向日葵油通常在商业化之前冬季化。由于必须将高硬脂灯泡油冷却,因此该方法还涉及蜡酯的结晶。不同鳞片的试验表明,结晶的蜡酯阻碍了标签的结晶和过滤,降低过滤速率,并且在最糟糕的堵塞过滤培养基(Bootello.et al。, 2014年).在高于施用的普通葵花籽油澄清和过滤的温度下,油的部分脱蜡是必要的,以避免蜡酯的负面影响。该油结晶动力学的研究表明,当施加晶体播种时,该方法更具可控性和重复性。这改变了结晶模式和改善的沙脂特征。播种可以在约0.25%(以0.25%)使用一些高熔点黄油(可可脂或乳蛋白)的粉末(Bootello.et al。, 2011年).饱和脂肪酸在高硬脂葵花籽油中的分布极不对称,含有单一饱和脂肪酸酯化标签或单一饱和标签(StOO型)的标签对更容易结晶的不饱和脂肪酸(Martinez-Forceet al。,2004年).这意味着不饱和标签的水平可以根据油的硬脂酸含量而显着变化。典型高硬脂灯泡油的工业提取产生10%至16%的茎。这些硬脂蛋白含有30%至40%的次饱和标签,并且只有经过饱和的痕迹,因此构成了烘焙,填充和人造黄油配方中的应用的塑料脂肪(标签。2Bootello.et al。, 2011年).这一过程产生的液体馏分是一种油,以二不饱和标签的形式含有高含量的油酸和硬脂酸,使其在室温下保持稳定和液态,适合油炸和零售(标签。2萨拉斯et al。,2007年).

如上所述,高硬脂葵花籽油的干燥分馏需要克服一些挑战,这使得它比棕榈或棕榈仁等其他油的分馏更难实现。最近的研究集中在通过开发新的加工和分馏技术来解决这些问题。这涉及到葵花籽油在分馏前的酯化反应。酯化可以是酶法或化学法,提供脂肪酸组成相同但TAG构象不同的酯化(IE)油。沿着标签的3个甘油位置的脂肪酸的随机化诱导了三饱和标签的形成,如三硬脂酸和一些硬脂酸在甘油的sn-2位置的存在。它还增加了饱和标签的含量,包括SSU和SUS形式。IE油的分馏比观察到的天然油的分馏问题要小得多:油容易结晶,没有蜡酯的干扰,不需要播种。此外,可以在较低的温度下进行分馏,同时增加饱和和三饱和的标签,使硬脂酸的产率提高25 ~ 35%,饱和标签的产率提高30%以上。该方法还允许低硬脂酸含量的油和高亚油酸含量的油分离,产生高固体含量的硬脂酸,可以用作塑料脂肪。这些硬脂酸及其生产方法受到最近申请的专利保护(Piispaet al。, 2019年).

缩略图 图2

某种级分,油和糖浆的固体脂肪含量曲线。(向日葵高硬脂油;()高硬脂向日葵硬脂苷经干燥分馏得到;()由干分馏产生的高硬脂葵花籽油蛋白;(可可脂。数据取自Bootello.et al。(2012)

6结论

总之,将高硬脂向日葵被认为是热带脂肪的健康替代品。但是,来自向日葵的高熔点脂肪的商业生产需要相当大的研发,涉及在标签中生产的品种较高和改善的硬脂酸盐。处理这些油用于生产具有特定应用的级分(标签。2)也得到了发展,最近取得了重大进展,使温带国家更接近利用当地生产大规模生产塑料和糖果用脂肪的目标。

参考文献

引用本文如下: Salas JJ, Bootello MA, Martínez-Force E, veneas Calerón M, Garcés R. 2021。高硬脂向日葵油:最新进展和应用。ocl.28:35。

所有表格

表格1

本研究提到的不同油和级分的典型组成。通过CAS-15的溶剂分馏制备了向日葵硬脂素。通过相同油的干分馏获得向日葵软茎。

表2

高硬脂灯水油和馏分的应用。

所有的数据

缩略图 图。1

通过溶剂分级和一些商业热带草原从高硬脂岩葵花籽油和一些商业热带糖浆中获得的油和馏分的固体脂肪含量曲线的一些实例。(可可脂;()棕榈中馏分;(谢伊硬脂酸甘油酯;()向日葵茎(95%SUS);()向日葵茎(80%SUS);()向日葵硬脂酸(65% SUS)。数据取自Bootello.et al。(2012).SUS:杂质三酰基甘油。

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缩略图 图2

某种级分,油和糖浆的固体脂肪含量曲线。(向日葵高硬脂油;()高硬脂向日葵硬脂苷经干燥分馏得到;()由干分馏产生的高硬脂葵花籽油蛋白;(可可脂。数据取自Bootello.et al。(2012)

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