結(jié)構(gòu)甘油酯定向合成進(jìn)展及其應(yīng)用

甘油酯的脂肪酸組成和位置決定著甘油酯的物理化學(xué)特性、生理代謝功能和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。結(jié)構(gòu)甘油酯(structural glycerides)指利用生物催化劑(如脂肪酶)或化學(xué)催化劑(如甲醇鈉)改變甘油酯的脂肪酸組成或者位置而得到的一類酯, 天然甘油酯成分中的脂肪酸隨機(jī)性較大，不能滿足人們需求。例如，天然油脂中甘油三酯(硬脂酸甘油酯、軟脂酸甘油酯、油酸甘油酯等)占93%～95%，甘油二酯占5%。天然甘油酯上的脂肪酸位置以及種類隨機(jī)分布帶來人體健康問題，例如長(zhǎng)期食用長(zhǎng)鏈甘油三酯不僅導(dǎo)致脂肪堆積和“三高并發(fā)癥”，還會(huì)導(dǎo)致必須氨基酸缺乏和腸胃病。定向合成的結(jié)構(gòu)甘油酯，因在特定位置上攜帶特定的脂肪酸，其氧化性、碘值、黏度和皂化值等物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，具有更多營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和功能，可以降膽固醇，改善免疫功能，防止血栓形成，減少蛋白質(zhì)分解，改善其他脂肪吸收，減少熱量，保護(hù)網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)，改善氮平衡，降低癌癥風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)防心腦血管疾病[1]等，擴(kuò)大了甘油酯的應(yīng)用范圍。例如，含有大量中鏈脂肪酸的甘油酯能有效抑菌、促進(jìn)腸道有益菌繁殖；含有中長(zhǎng)鏈脂肪酸的結(jié)構(gòu)甘油酯既補(bǔ)充人體所需脂肪酸，又抑制人體脂肪的積累。研究已經(jīng)證明共軛亞油酸甘油酯能有效降低高脂飲食誘導(dǎo)的非酒精性脂肪肝大鼠的體重，降低血脂，同時(shí)減輕高脂飲食引起的非酒精性脂肪肝損傷[2]。而天然甘油酯存在的弊端還有多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids,PUFA)含量低且分布隨機(jī)，導(dǎo)致進(jìn)入人體后胰脂酶水解能力低，吸收差，而甘油骨架Sn-2位結(jié)合PUFA的結(jié)構(gòu)甘油酯就可被有效吸收, 從而提高腦細(xì)胞的活性，增強(qiáng)記憶力和思維能力。結(jié)合在甘油骨架Sn-2位的棕櫚酸含量60%～70%的結(jié)構(gòu)甘油酯可以最大限度地促進(jìn)嬰幼兒對(duì)礦物質(zhì)與脂肪的吸收[3]，已經(jīng)作為母乳的替代品被廣泛使用。因此，結(jié)構(gòu)甘油酯的合成成為近年來的研究熱點(diǎn)。結(jié)構(gòu)甘油酯的合成方法主要有化學(xué)催化法和酶催化法。本文總結(jié)了結(jié)構(gòu)甘油酯的合成方法與研究進(jìn)展，以及甘油酯的應(yīng)用，并提出定向合成結(jié)構(gòu)甘油酯的展望。

1 結(jié)構(gòu)甘油酯的合成方法

結(jié)構(gòu)甘油酯的合成方法有化學(xué)催化和酶催化?；瘜W(xué)催化法采用無機(jī)酸、堿為催化劑，由脂肪酸和甘油進(jìn)行酯化反應(yīng)，后續(xù)再加入脫水劑而制得結(jié)構(gòu)甘油酯?；瘜W(xué)催化法的優(yōu)點(diǎn)為過程較簡(jiǎn)單、產(chǎn)率高，缺點(diǎn)為酸、堿會(huì)嚴(yán)重腐蝕設(shè)備，產(chǎn)生廢液與廢氣，污染環(huán)境[4]。酶法催化主要采用脂肪酶催化甘油酯進(jìn)行脂肪酸組成和位置的改變，合成結(jié)構(gòu)甘油酯，其優(yōu)點(diǎn)有(1)脂肪酶具有底物選擇性和產(chǎn)物特異性，以原子經(jīng)濟(jì)最大化的方式定向合成特定結(jié)構(gòu)的甘油酯，產(chǎn)物特異性好，產(chǎn)量高，副產(chǎn)物含量低。(2)脂肪酶催化工藝綠色環(huán)保，而且以固定化脂肪酶做催化劑可以回收，具有可重復(fù)利用的優(yōu)點(diǎn)，因此適合大規(guī)模發(fā)展。(3)脂肪酶催化過程中溫度、pH等條件溫和，可有效減少敏感型底物損失，避免了化學(xué)催化過程中反應(yīng)不穩(wěn)定、產(chǎn)物氧化、成品率底的缺點(diǎn)。結(jié)構(gòu)甘油酯的定向合成是化學(xué)催化法和酶催化法的目標(biāo)。因此開發(fā)化學(xué)和生物催化劑、研究其工藝路線成為近年來的研究熱點(diǎn)。

1.1 結(jié)構(gòu)甘油酯的化學(xué)法合成

1.1.1 甘油單酯的合成

甘油單酯是甘油上只有一個(gè)羥基與酸發(fā)生酯化反應(yīng)。目前化學(xué)合成甘油單酯主要集中在單硬脂酸甘油酯的研究。單硬脂酸甘油酯的脂肪?；哂杏H脂性，兩個(gè)羥基具有親水性。因此有顯著的兩親性，可穩(wěn)定乳液，是食品和化妝品行業(yè)中最重要的乳化劑，也常作為制藥行業(yè)中藥物遞送系統(tǒng)的納米脂質(zhì)體成分[5]。早期化學(xué)法合成甘油單酯使用無機(jī)化學(xué)催化劑[例如硫酸/磺酸/氮?dú)猸h(huán)境下的NaOH/KOH/Ca(OH)2]在高溫(220～250 ℃)條件下合成制備甘油單酯、甘油二酯和甘油三酯的混合物，再通過短程蒸餾的方式獲得高純度的甘油單酯[6]。但是該工藝所得產(chǎn)品的顏色深，甚至出現(xiàn)燒焦的現(xiàn)象，不利于該甘油單酯的應(yīng)用。目前主流的甘油單酯的合成方法為縮水甘油法和基團(tuán)保護(hù)法。使用縮水甘油與硬脂酸在堿性催化條件下進(jìn)行酯化制備純度達(dá)90%的單硬脂酸甘油酯。但由于縮水甘油價(jià)格昂貴, 限制了該工藝的工業(yè)化生產(chǎn)，因此采用含有75%粗甘油的生物柴油副產(chǎn)物替代純甘油合成單硬脂酸甘油酯，產(chǎn)率可以達(dá)到97.97%[7]。采用基團(tuán)保護(hù)法合成單硬脂酸甘油酯，且不含甘油二酯和三酯等副產(chǎn)物。呂成學(xué)等[8]利用對(duì)甲苯磺酸為催化劑，丙酮為基團(tuán)保護(hù)劑，三氯甲烷為帶水劑，最終確定了最佳甘油、丙酮、硬脂酸的物質(zhì)的量比為1.25∶2.5∶1，80 ℃縮合，反應(yīng)3 h。當(dāng)催化劑用量為硬脂酸摩爾分?jǐn)?shù)的2.5%，140 ℃酯化，反應(yīng)4 h單硬脂酸甘油酯產(chǎn)率達(dá)到96.42%。整個(gè)過程酯化反應(yīng)結(jié)束后要先經(jīng)過脫保護(hù)用減壓蒸餾法蒸出三氯甲烷和反應(yīng)中的丙酮，隨后不斷加入鹽酸攪拌后進(jìn)行抽濾和真空干燥再水洗、過濾、干燥后得到產(chǎn)品。雖然基團(tuán)保護(hù)法產(chǎn)率較高，但是生產(chǎn)步驟繁瑣，造成成本增加。

1.1.2 甘油二酯的合成

甘油二酯是甘油的兩個(gè)羥基與脂肪酸發(fā)生酯化反應(yīng)，由酯鍵位置不同可分為1,3、1,2、2,3-甘油二酯。雖然甘油二酯在食品中含量甚微，但它在脂肪代謝中發(fā)揮著重要作用。研究證明1,3-甘油二酯可以降低人體的脂肪積累，防止體重增加[1]。韓麗娟等[9]將3-氯甘油與醋酸鈉反應(yīng)生成3-醋酸甘油單酯,在堿性催化劑催化下與脂肪酸發(fā)生酯化反應(yīng)得到1,2-二脂肪酰-3-醋酸甘油酯, 后在甲醇溶液中與K2CO3進(jìn)行反應(yīng),得到1,2-甘油二酯的總收率達(dá)75%以上。PASINETTIG等[10]以1,3-二羥基丙酮與脂肪酸合成1,3-二甘油酯丙酮，再通過硼氫化鈉對(duì)2位羰基進(jìn)行還原，最終得到1,3-甘油二酯。而LI等[11]從丙酮縮甘油出發(fā)，與酰氯反應(yīng)首先制備兩端羥基被保護(hù)的甘油單酯。甘油單酯在酸性條件下脫保護(hù)后，與酰氯反應(yīng)制備1,3-甘油二酯。這種先縮合再還原的方法可以高效制備1,3-甘油二酯，而且可以制備1,3位不對(duì)稱的甘油二酯。

1.1.3 甘油三酯的合成

化學(xué)法合成甘油三酯主要利用濃硫酸催化甘油和乙酸/丁酸生產(chǎn)三醋酸甘油酯和三丁酸甘油酯。以上兩者都是無臭的油狀液體，前者主要用于香煙過濾嘴增塑劑、酯酶底物測(cè)定、固定香料、化學(xué)溶劑、氣相色譜固定液等，后者主要用于飼料添加劑，例如用于解決家畜的斷奶應(yīng)激綜合癥，從而提高家畜生產(chǎn)性能，以及降低家畜死亡率。由于濃硫酸的危險(xiǎn)性，近年來開發(fā)離子液體等毒性小、酸堿性可調(diào)、催化效率高的催化劑，可有效避免使用濃硫酸作為催化劑的嚴(yán)重腐蝕設(shè)備、后處理復(fù)雜和污染嚴(yán)重的缺點(diǎn)。例如，白漫等[12]用離子液體正丙基磺酸-三乙基對(duì)甲苯磺酸銨作為催化劑，在甘油∶醋酸∶離子液體比例為1.0∶4.0∶0.1時(shí)的三醋酸甘油酯得率高達(dá)96%。蔡志鋒等[13]將離子液體[(n-Bu-SO3H)MIm][HSO4] 與納米二氧化硅載體混合，制備成負(fù)載型離子液體催化劑BHS([(n-Bu-SO3H)MIm][HSO4][SiO2])，其甘油轉(zhuǎn)化率為97.2%。Br?nsted-Lewis酸性離子液體是一種不錯(cuò)的選擇。LIU等[14]采用此酸性離子液體在4 h反應(yīng)后得到高于98%的三醋酸甘油酯得率。而且，經(jīng)過6個(gè)循環(huán)后的三醋酸甘油酯得率不降低。離子液體做催化劑的不足在于反應(yīng)后離子液體與產(chǎn)物混為一相，分離困難。LIU等[15]合成了微/介孔結(jié)構(gòu)的分子篩催化劑HZSM-5/MCM-41，其甘油轉(zhuǎn)化率達(dá)到100%，甘油三醋酸酯的得率超過91%，且更易產(chǎn)物分離。周志剛等[16]采用傳統(tǒng)方法有機(jī)堿三乙胺為縛酸劑，使甘油和丁酰氯在三氯甲烷中發(fā)生反應(yīng)，三丁酸甘油酯得率達(dá)83.76%。徐國(guó)華等[17]針對(duì)氯酰腐蝕性強(qiáng)，不易運(yùn)輸，且遇空氣產(chǎn)酸霧等缺點(diǎn)，使用發(fā)煙硫酸作為催化劑將丁酸與甘油在無溶劑條件下反應(yīng)，最終三丁酸甘油酯的得率高于98%。該法操作簡(jiǎn)單，產(chǎn)物不用洗滌，減少了廢水和廢氣的排放。

1.2 酶法合成結(jié)構(gòu)甘油酯

結(jié)構(gòu)甘油酯的酶法合成采用脂肪酶(EC 3.1.1.3)的特異性將特定脂肪酸結(jié)合到甘油的特定羥基，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)甘油酯。脂肪酶被廣泛用于生物柴油和清潔劑生產(chǎn)，在生物修復(fù)、化妝品、皮革和造紙等領(lǐng)域也被廣泛應(yīng)用。為了適應(yīng)多樣化的原料和結(jié)構(gòu)甘油酯產(chǎn)物的需求，開發(fā)不同底物特異性、產(chǎn)物特異性的脂肪酶就成為研究熱點(diǎn)。目前開發(fā)特異性脂肪酶的方式主要通過改造已有脂肪酶，有理性設(shè)計(jì)、非理性設(shè)計(jì)、半理性設(shè)計(jì)3種方法。理性設(shè)計(jì)基于對(duì)脂肪酶的結(jié)構(gòu)與功能之間關(guān)系，找出相關(guān)殘基或者結(jié)構(gòu)區(qū)域，再進(jìn)行基因工程改造得到理想的脂肪酶。該方法的優(yōu)勢(shì)在于避免了大量篩選工作，但是難點(diǎn)在于突變位點(diǎn)的精準(zhǔn)選擇會(huì)出現(xiàn)潛在位點(diǎn)遺漏的現(xiàn)象。非理性設(shè)計(jì)不考慮酶結(jié)構(gòu)信息，進(jìn)行隨機(jī)突變后再進(jìn)行高通量篩選。半理性設(shè)計(jì)綜合以上2種方法，提高了成功率且不需要大量篩選。因此對(duì)于酶的理性設(shè)計(jì)和半理性設(shè)計(jì)成為近年來研究趨勢(shì)和熱點(diǎn)。例如，米根霉脂肪酶因其優(yōu)異的Sn-1,3區(qū)域選擇性而很重要，但其熱穩(wěn)定性差，嚴(yán)重限制了其應(yīng)用。ZHAO等[18]通過對(duì)其進(jìn)行理性設(shè)計(jì)，找到影響酶熱穩(wěn)定性的位點(diǎn)并預(yù)測(cè)，在第190～238位引入二硫鍵，大大提高了蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性。突變體E190C/E238C在55 ℃孵育720 min后仍保持58.2%活性，而野生型的半衰期僅為11.7 min。進(jìn)一步構(gòu)建四重突變體V209L/D262G/E190C/E238C的半衰期分別是野生型脂肪酶半衰期的102.5倍。LAN等[19]從米曲霉中分離出一種特殊的水解甘油單酯和甘油二酯的脂肪酶，通過序列比對(duì)發(fā)現(xiàn)269位較重要并進(jìn)行設(shè)計(jì)突變，V269D對(duì)1,3-甘油二酯的水解活性提高到約6倍，其酯化活性增加了2.6倍。

根據(jù)合成結(jié)構(gòu)甘油酯的類型，脂肪酶的分類如圖1所示。除結(jié)構(gòu)甘油酯中脂肪酸的數(shù)量、位置，還可以根據(jù)底物不同、脂肪酸的鏈長(zhǎng)分為短鏈甘油酯(short-chain triacylglycerols，SCT)、中鏈甘油酯(medium-chain triacylglycerols，MCT)、中長(zhǎng)鏈甘油酯(medium and long-chain triacylglycerols，MLCT)、長(zhǎng)鏈甘油酯(long-chain triacylglycerols，LCT)、長(zhǎng)短鏈甘油酯(short and long-chain triacylglycerols，SLCT)等。

圖1 脂肪酶特異性催化分類
Fig.1 Classification of lipase according to its specificity

目前已發(fā)現(xiàn)多種來源的脂肪酶[20]。表1總結(jié)了目前已發(fā)現(xiàn)的脂肪酶的位置選擇性、催化三聯(lián)體、結(jié)構(gòu)信息。由表1可知，目前發(fā)現(xiàn)的脂肪酶的位置選擇性主要為1,3位，底物主要為中長(zhǎng)鏈脂肪酸。因此，合成特定脂肪酸組分、特定甘油羥基位點(diǎn)的脂肪酶是合成結(jié)構(gòu)甘油酯的2個(gè)重要方向。

表1 脂肪酶的特異性及結(jié)構(gòu)信息
Table 1 Specificity and structural information of lipase

續(xù)表1

1.2.1 合成含有特定脂肪酸的甘油酯

根據(jù)脂肪酶的底物鏈長(zhǎng)特異性，可以合成特定鏈長(zhǎng)脂肪酸甘油酯。研究者初始采用脂肪酶篩選、固定化載體篩選的方式得到結(jié)構(gòu)甘油酯。將具有中鏈脂肪酸偏好性的YLL脂肪酶固定在Accurel MP 1000樹脂上后，在無溶劑條件下催化橄欖油、辛酸(C8∶0)、癸酸(C10∶0)和甘油發(fā)生反應(yīng)得到辛酸占25.6%、癸酸占21.3%的甘油酯[37]。IFEDUBA等[38]優(yōu)化了固定化RML脂肪酶的載體后，使辛酸、硬脂酸(C18∶0)與大豆油發(fā)生反應(yīng)得到含有辛酸32.5%、硬脂酸42.3%的結(jié)構(gòu)甘油酯。甘油酯的長(zhǎng)鏈脂肪酸為ω-3不飽和脂肪酸，例如二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)、二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid，EPA)時(shí)具有軟化血管、健腦益智、改善視力的功效多不飽和脂肪酸的功能。目前4種商業(yè)脂酶NS40086、Novozym 435、Lipozyme RM IM和Lipozyme TL IM中Lipozyme RM IM較適合生產(chǎn)富含DHA的長(zhǎng)鏈甘油酯，得率為44.70%，且Sn-2位含量為69.77%的結(jié)構(gòu)甘油酯[39]。Lipozyme AOAB8(來自米曲霉)在無溶劑體系催化也有相似的效果，產(chǎn)物中含有30.91%月桂酸和44.68%DHA 的結(jié)構(gòu)甘油酯，并且該酶可重復(fù)使用至少9次[40]。但是天然脂肪酶還不能滿足底物特異性的所有需求，所以，對(duì)脂肪酶進(jìn)行改造就成為必然選擇。例如，CRL脂肪酶LIP2底物結(jié)合口袋中L132突變后得到中長(zhǎng)鏈脂肪酸特異性更顯著的突變體L132A和L132I。這是因?yàn)榱涟彼岷捅彼岬氖杷院洼^小的側(cè)鏈導(dǎo)致更大的結(jié)合腔體與中長(zhǎng)鏈脂肪酸結(jié)合。突變成異亮氨酸后由于側(cè)鏈增加了甲基和乙基基團(tuán)而增強(qiáng)了親和力[41]。對(duì)華根霉(Rhizopus chinensis)脂肪酶進(jìn)行理性設(shè)計(jì)，在結(jié)合口袋氨基酸H284和L285中間插入一個(gè)親水性的谷氨酰胺，改變其親、疏水性以及側(cè)鏈基團(tuán)大小后，對(duì)長(zhǎng)鏈底物水解活力提高了2.72倍[42]。ZHAO等[43]將脂肪酶MAS1的關(guān)鍵位點(diǎn)替換為丙氨酸(H108A、F153A)以增強(qiáng)催化口袋的疏水性和底物結(jié)合腔，使脂肪酸催化C8的kcat/Km分別提高2.3、2.1倍；催化C16的kcat/Km分別提高3.0、2.2倍；催化C16的kcat/Km分別提高3.0、2.2倍。脂肪酶MAS1的苯丙氨酸被取代后減少脂肪酶表面張力，穩(wěn)定了酶結(jié)構(gòu)。因此，基于親、疏水性、結(jié)合口袋對(duì)脂肪酶進(jìn)行理性設(shè)計(jì)改造可以顯著提高底物特異性。

1.2.2 合成特定位置脂肪酸的結(jié)構(gòu)甘油酯

另一方面，脂肪酶的位置選擇性也是合成特定結(jié)構(gòu)甘油酯的重要方面。例如，人乳脂肪替代品的結(jié)構(gòu)甘油酯1,3-二油酸-2-棕櫚酸甘油酯(1,3-dioleoyl-2-palmitoylglycerol，OPO)、1-油酸-2-棕櫚酸-3-亞油酸 (1-oleoyl-2-palmitoyl-3-linoleylglycerol，OPL)都對(duì)位置選擇性有較高的要求。ROBLES等[44]在無溶劑條件下比較了固定在Accurel MP1000的ROL脂肪酶、Lipozyme RM IM、Lipozyme TL IM以富含棕櫚酸(palmitic acid，PA)甘油酯(74.5% Sn-2位為PA)和富含油酸(Oleic acid，OA)的游離脂肪酸為底物合成結(jié)構(gòu)甘油酯，結(jié)果表明固定化ROL脂肪酶對(duì)油酸在Sn-1,3摻入能力強(qiáng)，獲得Sn-1,3位油酸67.2%, Sn-2位棕櫚酸67.8%的結(jié)構(gòu)甘油酯。高亮等[45]利用 Lipozyme RM IM催化得到Sn-2位棕櫚酸占比高達(dá)84.70%的結(jié)構(gòu)甘油酯。ZHENG等[46]將篩選的解脂假絲酵母(Candida lipolytica)脂肪酶固定在磁性多壁碳納米管上，使產(chǎn)物中OPO含量達(dá)46.5%，明顯優(yōu)于固定化酶Lipozyme RM IM 和Lipozyme TL IM。針對(duì)在甘油Sn-1,3位置為中鏈脂肪酸和在Sn-2位置為長(zhǎng)鏈不飽和脂肪酸的結(jié)構(gòu)甘油酯可有效預(yù)防和/或治療與肥胖相關(guān)的代謝和炎癥紊亂，許多科研人員對(duì)合成該類型結(jié)構(gòu)甘油酯進(jìn)行研究。AKIL等[47]選擇TLL脂肪酶在無溶劑條件下中以癸酸(C10∶0)、月桂酸(C12∶0)和三油酸甘油酯反應(yīng)后，癸酸和月桂酸的摻入Sn-1,3的效率高達(dá)30%。由于破囊壺菌油含有豐富的DHA，采用破囊壺菌油與辛酸在正己烷環(huán)境下進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)物中辛酸40.8%(Sn-1,3位占的91.2%)，Sn-2位的DHA 45.5%[48]。

理性設(shè)計(jì)已經(jīng)在結(jié)構(gòu)甘油酯特定位置結(jié)合脂肪酸方面展示了強(qiáng)有力的效果。喻曉蔚等[49]通過理性設(shè)計(jì)對(duì)華根霉脂肪酶第8位甲硫氨酸、第9位的蘇氨酸、第10位亮氨酸替換成丙氨酸，發(fā)現(xiàn)其Sn-1,3位置專一性指數(shù)分別從野生型的20提升到100、95、99。趙澤鑫[50]發(fā)現(xiàn)脂肪酶MAS1的N45、H108、T237等位點(diǎn)參與脂肪酶的位置選擇性的調(diào)控，通過增加脂肪酶MAS1中殘基與以 Sn-2位反應(yīng)模式進(jìn)入口袋的極性部分(即甘油骨架)的靜電相互作用、避免不參與反應(yīng)羰基的結(jié)合位點(diǎn)附近存在帶負(fù)電基團(tuán)的殘基、提高脂肪酶MAS1的構(gòu)象穩(wěn)定性，提高其 Sn-2位反應(yīng)活性；相反，引入大側(cè)鏈殘基來封閉以Sn-2位反應(yīng)模式可以增加Sn-1,3位反應(yīng)活性。

2 結(jié)構(gòu)甘油酯在食品等相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 食品領(lǐng)域應(yīng)用

2.1.1 母乳脂肪替代品

母乳脂肪中富含必需脂肪酸和脂溶性維生素，同時(shí)為嬰兒提供了50%的能量，對(duì)嬰兒的生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要。例如，結(jié)構(gòu)甘油酯1,3-二油酸-2-棕櫚酸甘油酯、1-油酸-2-棕櫚酸-3-亞油酸等因其脂肪酸分布與母乳相似，棕櫚酸主要在Sn-2位，而Sn-1,3位主要由不飽和脂肪酸[3]。該結(jié)構(gòu)甘油酯由于獨(dú)特的脂肪酸分布還具有改善脂肪與礦物質(zhì)的吸收、減少便秘等功能，可以有效替代母乳，減輕母親的壓力。

2.1.2 類可可脂

類可可脂 (cocoa butter equivalents, CBEs) 與天然可可脂具有相似的物化性質(zhì)，可有效緩解由于天然可可脂的高生產(chǎn)成本和原料缺乏帶來的限制。CBEs主要成分為1,3-二棕櫚酸-2-油酸甘油酯(POP，15%～19%)、1-棕櫚酸-2-油酸-3-硬脂酸甘油酯(POS，36%～41%)和1,3-二硬脂酸-2-油酸甘油酯(SOS，25%～31%)，可由低成本植物油生產(chǎn)[3]。

2.1.3 低熱量脂質(zhì)

人體肥胖的主要原因是過多攝入油脂。而低熱量脂質(zhì)和普通油脂的物化性質(zhì)和口感相同，其熱量(4.5～6 kcal/g)要比普通油脂熱量(9 kcal/g)低,且具有降低膽固醇、降血脂的功效。低熱量脂質(zhì)主要由短長(zhǎng)鏈甘油三酯組成[3]，目前比較成熟的商用短長(zhǎng)鏈甘油酯產(chǎn)品是Salatrim系列，該酯進(jìn)入人體后較低的吸收會(huì)在小腸內(nèi)部留下未消化的脂肪酸，由于膽囊收縮素、胰高血糖素肽-1等調(diào)節(jié)食欲的胃腸激素作用產(chǎn)生更大的飽腹感[51]。該酯已經(jīng)廣泛用于食品加工領(lǐng)域生產(chǎn)低熱量產(chǎn)品，例如可制成一系列低熱量糖果，如焦糖、太妃糖、奶糖等。這些產(chǎn)品比用高熱量脂肪制成的糖果能量降低了約45%。

2.1.4 低反式/零反式脂肪

天然的油料作物加工成食用油時(shí)，高溫加熱會(huì)產(chǎn)生反式脂肪酸，市面上的人造黃油與起酥油中也含有大量反式脂肪酸，而攝入大量反式脂肪酸對(duì)心血管健康有不利影響，增加冠心病的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。還會(huì)導(dǎo)致肥胖、血栓、阿爾茲海默病等疾病。中短鏈飽和脂肪酸會(huì)被快速消化，轉(zhuǎn)化成能量消耗掉，促進(jìn)新陳代謝，達(dá)到減肥的效果[3]。表2列出了目前廣泛應(yīng)用于食品領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)甘油酯成分組成及其功能。

表2 常見結(jié)構(gòu)甘油酯的脂肪酸組成以及功能應(yīng)用
Table 2 Fatty acid composition and functional application of common structural glycerides

2.1.5 防腐劑、乳化劑

甘油單酯是一類重要的非離子型表面活性劑，含有一個(gè)親油的長(zhǎng)鏈烷基和兩個(gè)親水的羥基，具有優(yōu)良的表面活性，可作為乳化劑進(jìn)行應(yīng)用。部分甘油單酯具有一定的抗菌特性，例如月桂酸甘油單酯，具有廣譜抗菌性，而且安全性高、性能穩(wěn)定，同時(shí)表面活性也較強(qiáng)，已經(jīng)在多個(gè)國(guó)家實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，并作為食品防腐劑投放市場(chǎng)。

2.2 其他應(yīng)用

2.2.1 脂肪乳劑

脂肪乳劑可用于肝功能、腎功能不全及體弱嬰幼兒的腸外營(yíng)養(yǎng)。而傳統(tǒng)乳劑因原料大豆油中多不飽和脂肪酸過多在吸收過程中會(huì)對(duì)免疫功能造成損傷，而且容易過氧化。中長(zhǎng)鏈甘油酯為原料的脂肪乳劑可安全有效地為術(shù)后病人提供能量，使用過程中更加穩(wěn)定，減少氧化帶來的危險(xiǎn)。攜帶ω-3脂肪酸的脂肪乳劑具有抗炎與免疫調(diào)節(jié)作用，ω-3魚油脂肪乳劑能對(duì)環(huán)氧化酶產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用，從而抑制炎性因子生成。此外對(duì)T細(xì)胞膜脂肪酸組成產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響IL信號(hào)傳導(dǎo)，同時(shí)還可增大細(xì)胞膜流動(dòng)性[53]。

2.2.2 藥物載體輔劑

長(zhǎng)鏈甘油酯，例如山萮酸甘油酯，擁有高熔點(diǎn)、兩親性、固體粉末形式，更易引入制劑，具有良好的性能。例如山萮酸甘油酯商業(yè)化產(chǎn)品Compritol，與其他潤(rùn)滑劑相比，其惰性更好，更低的剪切力，對(duì)混合時(shí)間不敏感。由于具有良好的熔融與流變特性，該產(chǎn)品可作為親脂性黏合劑用于制備微丸[54]。作為載體材料對(duì)藥物有更高的相容性和包封效果。

2.2.3 飼料

中鏈甘油酯(己酸、辛酸、癸酸、月桂酸)被人體攝入后以通過血液運(yùn)輸快速到達(dá)肝臟和腸胃，不參與外周循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)高能量的快速供應(yīng)且易吸收，在家禽、家畜飼養(yǎng)中被廣泛應(yīng)用。此外中鏈甘油酯可以提高動(dòng)物機(jī)體的淋巴細(xì)胞增值速度，增強(qiáng)對(duì)白細(xì)胞介素的表達(dá)，實(shí)現(xiàn)免疫調(diào)節(jié)。中鏈甘油酯因高能量特點(diǎn)，還具有對(duì)腸道菌群起到促進(jìn)繁殖的作用，達(dá)到腸道調(diào)節(jié)的目的。研究證明飼料中添加了中鏈甘油三酯，使仔豬飼料轉(zhuǎn)化率提高7%，日增重提高5%[55]。

3 展望

雖然結(jié)構(gòu)甘油酯在食品工業(yè)方面具有光明前景，但是目前存在合成的甘油酯種類過少、傳統(tǒng)化學(xué)法特異性不足及合成過程不夠綠色環(huán)保等問題。利用酶法合成結(jié)構(gòu)甘油酯則可有效避免上述問題。而且，隨著生物信息學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、量子化學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，以及固定化、微囊化等技術(shù)的逐步成熟，對(duì)酶進(jìn)行修飾和突變，提高酶催化的特異性、熱穩(wěn)定性已取得較大進(jìn)展。雖然對(duì)于結(jié)構(gòu)甘油酯的合成充滿前景，但仍需要從以下2個(gè)方面進(jìn)行突破：(1)建立合成結(jié)構(gòu)甘油酯數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)包含化學(xué)法催化劑及達(dá)到最高含量甘油酯的催化過程的最適條件，以及催化所用離子液體的合成方法等；酶法催化中所用酶的品種、酶載體、突變策略、突變位點(diǎn)、突變效果等。這將為相關(guān)研究提供參考作用，有利于研究更加具有目的性。(2)多學(xué)科融合到生物催化研究。通過量子化學(xué)、生物信息學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、計(jì)算生物學(xué)等手段實(shí)現(xiàn)對(duì)酶的精確改造，對(duì)酶的催化機(jī)理進(jìn)行深層次的認(rèn)知。通過多學(xué)科參與酶的改造，使定向合成甘油酯不再盲目。以上措施將促進(jìn)酶催化法的研究，極大提高結(jié)構(gòu)甘油酯的合成效率和種類，達(dá)到綠色食品工業(yè)過程的目標(biāo)，擴(kuò)大結(jié)構(gòu)甘油酯在食品領(lǐng)域的應(yīng)用。