◎ 梅 岚，李祎铭

（脂代科技（北京）有限公司，北京 100089）

甘油二酯（Diacylglycerol，DAG）是一种天然存在的来源于多种食用油脂的微量组分，也是油脂在人体代谢的中间产物，是公认的安全食品成分，具有营养、人体相容性高等优点，其在色泽、风味、口感上与食用油脂中的主要成分甘油三酯（Triacylglycerol，TAG）无异[1-2]。

1 甘油二酯概述

DAG 由于在缓解糖尿病等与营养相关的慢性代谢性疾病、抑制脂肪堆积方面有着重要的生理作用而受到广泛关注。DAG 根据脂肪酸与羟基结合的位点不同，可分为1,3-DAG 与1,2-DAG 两种异构体（图1），其中CO-R、CO-R1为饱和或不饱和脂肪酰基。由于空间位阻效应，1,3-DAG 在热力学上比1,2-DAG 更稳定。约70%的DAG 以1,3-DAG 形式存在于食用油脂中[3]；而1,2-DAG 主要存在于油脂代谢中间产物中。不同种类的食用油中DAG 含量不同，见表1[4]。

表1 食用油中DAG 的含量表（单位：%）

图1 甘油二酯的两种结构示意图

天然存在的DAG 很少，主要以普通油脂为原料，通过化学方法或生物酶法合成[5-6]。采用化学方法所需的化学试剂需通过额外步骤去除和回收，且工艺条件较苛刻（温度220 ～260 ℃），会产生较高的运行成本，同时高热环境可能导致热敏性的多不饱和脂肪酸降解。因此，目前DAG 的生产极少使用化学方法。酶法由于环境友好、反应温和、特异性强等特点而被广泛使用。

脂肪酶催化的酶法提供了几种合成DAG的途径。①脂肪酸和甘油之间的酯化反应。②TAG 和甘油之间的甘油解反应。③TAG 的部分水解反应。④TAG和MAG 之间的酯交换或部分水解和酯化的组合。尽管酶法是合成DAG 的首选方法，但其生产成本往往较高。一般通过固定化的方法使酶稳定并重复利用，从而降低酶法合成DAG 的成本。通常情况下，酶反应后产生的DAG 通过柱层析、分子蒸馏等进一步纯化从而消除反应过程中形成的副产物，如游离脂肪酸（Free Fatty Acid，FFA）、MAG 和TAG，以达到食品级DAG 的产品要求[7]。

2 甘油二酯的酶法合成

2.1 酯化反应

酯化是以甘油和脂肪酸为原料，以脂肪酶为催化剂，制备DAG。在酯化过程中，会生成TAG、MAG等副产物（图2）。在酯化反应中生成的水不仅会阻碍反应的正向进行，而且会降低脂肪酶的活性，所以控制适当的水含量至关重要。通常情况下，游离脂肪酸的供应量大于甘油，以提供足够的游离脂肪酸与甘油酯化，但不能过量，以免在反应结束时难以去除或因酸度高而影响脂肪酶活性。李相等[8]以诺维信435 为催化剂，调整油酸和甘油的物质的量比为2.27 ∶1.00，在真空除水的条件下反应6 h，可以得到含量为70wt%的DAG。直接酯化法具有反应时间短、产物纯度高、反应步骤简单等优势，但因游离脂肪酸非常昂贵，因此直接酯化法的成本较高。因此，LO等[9]用玉米和大豆油脱臭馏出物中的脂肪酸与甘油进行了酶促酯化反应，经纯化后DAG 的纯度可高达84wt%。脱臭馏出物作为DAG 合成的廉价原料，间接降低了DAG 的生产成本。但当其用于食用油时，馏出物中的杂质仍然令人堪忧。类似的研究还有使用椰子油和葵花籽油的混合除臭馏出物来生产DAG。该研究采用了一种不同的DAG 合成方法，其中脱臭馏出物经过两步酶促反应，先水解，使游离脂肪酸完全释放，再将水解的游离脂肪酸与甘油酯化。与一步酯化法相比，使用该方法再纯化后得到的DAG 纯度可高达70wt%～94wt%[10]。

2.2 部分水解法

部分水解法是将TAG 与水和酶反应，得到DAG、MAG 和FFA 的混合物，再通过分子蒸馏去除水、MAG、FFA和残留的TAG，得到高纯度的DAG，见图3。部分水解法反应过程简单、成本低廉，但该过程会引入水，可能会降低油的品质，特别是多不饱和脂肪酸含量高的油。CHEONG 等[11]采用固定化脂肪酶通过部分水解法生产棕榈基DAG，粗提纯后的DAG 经纯化后可获得纯度约90wt%的棕榈基DAG。有研究表明，在反应发生前，水在脂肪物质中的溶解度先影响反应速率。因此，部分水解反应中通常会加入有机溶剂或表面活性剂，从而增加反应物的互溶性，提高DAG的产率[12]。此外，反应物对酶分子活性部位的可及性，尤其是在固定化酶形式下，对水解反应有显著的影响。水分子还可与酶分子结合形成稳定的水酶复合物，在部分水解反应体系下与TAG 竞争，所以当水含量超过一定的临界限度时，TAG 的水解受到抑制。

图3 部分水解法制备甘油二酯图

2.3 甘油解法

甘油解法是生产DAG 最经济的方法。酶法甘油解是以TAG 和甘油为原料，在脂肪酶的催化下制备DAG的方法，具体反应见图4。在甘油解过程中，甘油是逐步加入的，以免甘油吸附在脂肪酶的活性部位而影响其催化活性[13]。KAHVECI 等[14]以甘油和菜籽油为原料，以诺维信435 为催化剂，制备了含量在40%～50% 的1,3-DAG。与部分水解法相似，有时会在甘油解反应中加入食品级表面活性剂，以克服甘油与油脂不混溶的问题。最近一项研究表明，超声波预处理可促进猪油中DAG 的产生。一定强度的超声功率强度会提高脂肪酶催化反应速率，但过高的超生功率强度可能导致脂肪酶失活从而降低反应速率。同时，超声波可提高底物和脂肪酶的混溶性，但规模生产时能耗和成本较高[15]。

图4 酶法甘油解制备甘油二酯图

2.4 酯交换

酯交换法是以TAG 和MAG 为原料，在脂肪酶的催化下生成DAG。酯交换法分为两步，先是TAG 的水解反应，再是TAG 水解后的脂肪酶与MAG 间的酯化反应，水解和酯化两步反应的平衡是关键也是难点。同时，MAG 成本较高，不利于实现工业化。

3 DAG 的纯化方法

在生产DAG的过程中，需对粗产物进行分离纯化，去除MAG 等副产物，从而得到高纯度的DAG。常用的纯化方法有溶剂结晶法、柱层析法、超临界CO2萃取法和分子蒸馏法[16]。

3.1 溶剂结晶法

溶剂结晶法利用混合物中脂肪酸、MAG、DAG和TAG 在特定溶剂中不同温度下的溶解度差异控制不同的温度使各组分得以结晶分离。此法的关键在于选择合适的溶剂及结晶温度。此法操作简单、成本低廉，但仅适用于溶解度不会随着温度变化而改变的物质，并且存在工业生产低温结晶难度较大、有机溶剂残留等缺点。

3.2 柱层析法

柱层析法需选择合适的液体洗脱剂及固体吸附剂，利用吸附剂对混合物各组分的吸附能力与脱附能力不同，通过柱内吸附剂的不断吸附及脱附作用，使各组分依次被洗脱下来，实现分离纯化。国外专利报道已实现采用离子交换树脂[17]和分子筛[18]作为吸附剂，分离MAG、DAG 及TAG。MAEKAWA 等[19]将离子交换树脂作为固定相，选择合适的溶剂作为洗脱剂对MAG 进行洗脱分离，得到了最终纯度为95%的MAG。ZINNEN 等[17]用柱层析法实现了MAG、DAG、TAG 的高效分离。柱层析法对真空度的要求比分子蒸馏低，成本相对较低，但处理能力低，且仅处于实验室阶段，尚未实现工业化生产。

3.3 超临界CO2 萃取法

当CO2温度高于31.26 ℃且压力高于7.38 MPa 时会转变为超临界状态。利用超临界CO2在特殊天然产物中溶解度增加而将各组分萃取出来，然后通过升温或减压下使CO2逸出后得到目标产物，这是近年来DAG 的最新分离方法[20]。超临界CO2具有无腐蚀、高纯度、无毒和价格低的优点，既如气体又如液体，具有较好的渗透性。但此法的缺点是操作压力较高，工业化成本较高。

3.4 分子蒸馏法

分子蒸馏又名短程蒸馏，是在一定温度和真空度下，利用不同物质分子运动的平均自由程差异实现液液分离的方法。此法具有操作温度低、真空度高、受热时间短、分离程度高等特点，适合于分离纯化高沸点、热敏性和易氧化的天然产物，能克服传统蒸馏方法易引起热敏性和易氧化成分的高温破坏，并能分离沸点高和沸点差异小的物质，已广泛应用于DAG 的纯化过程[21]。

4 结语

酶法合成特定结构的DAG以及纯化技术的发展，不仅促进了DAG 的产业化，而且满足了消费者对不同功能性脂肪酸DAG 的需求，弥补了DAG 在食品领域的空缺。其中，经济性较高的甘油解法由于产品产率高、反应时间短等特点常与操作温度低、分离效率高的分子蒸馏法相结合，作为DAG 生产的优势路线，具有很好的产业化前景。