问题
OCL
体积28,2021
创建新的石油和蛋白质作物价值链/ Construire de nouvelles filières oléoprotéagineuses
货号 35
数量的页面(年代) 8.
DOI https://doi.org/10.1051/ocl/2021022
亚搏娱乐 2021年6月17日

©J.J.萨拉斯et al。,由EDP Sciences发布,2021

执照Creative Commons这是一篇根据知识共享署名许可(https://creativecommons.org/licenses/by/4.0),允许在任何媒介上不受限制地使用、分发和复制,但前提是原稿被适当引用。

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/世卫组织,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)或提供食物煎煮的媒介,例如(帕克什·科赫哈尔和格茨,2004年).植物油是从油料作物中提取的,油料作物的种子或果实中积累了三酰基甘油(TAG)。这些油是通过不同的过程提取的,不同的来源。然后将所得的原油进行精炼,去除杂质和抗营养成分,使其适合人体摄入。葵花籽油是从葵花籽,更严格地说是瘦果(干果)中提取的,它是在葵花籽头状花序上产生的。这些种子在子叶(或内核)中积累油,而子叶(或内核)发育在木质的果皮或外壳中(Bockisch 2015).向日葵油是一种高品质的油,受到消费者的高度赞赏。普通葵花籽油富含亚油酸和油酸脂肪酸,它们的相对比例随生长地点和温度而改变(萨拉斯et al。, 2015年).这种作物主要在温带国家生产,是继大豆和油菜籽(粮农组织,2020年).向日葵油可以很容易地用物理和溶剂法(Le Clef和Kemper,2015年).然后经过脱胶、中和、漂白、除臭和冬化澄清(Dijstra 2015).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使葵花籽油具有额外的氧化稳定性,但葵花籽油中的高水平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油或橄榄油(Martin-Polvilloet al。, 2004).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).该突变体油酸含量较高,以亚油酸为代价,油酸含量在70 ~ 90%之间。高油酸是一种半显性性状,由重复Δ12 desaturase发育中种子内质网油酸合成亚油酸的基因。这种突变降低了向日葵组织中这种酶的活性(Fernandez-Martinezet 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(Martinez-Rivaset al。, 2001年).Pervenets突变一直是广泛研究的对象,由拉孔布和Bervillé (2001)他报告了向日葵中油酸去饱和酶基因的一个紧密遗传连锁。后来的研究证实了导致基因沉默的机制(lacombe.et al。2002)和在后代中分离突变(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(Alberioet al。, 2018年).

高油分特性已转化为商品杂交种,高油分葵花在世界各地生产,是第一批与不含芥酸的油菜或菜籽油一起商品化的油料作物。其有益的特性和健康的脂肪酸组成使其得到了各类消费者的广泛接受。此外,也出现了对初始表型的修饰,如中油分或女孙葵花籽油(Kleingartner 2002).

2 .植物脂肪和替代品

尽管常规和高油分葵花籽油具有有趣的特性和性能,但由于它们的脂肪酸组成,它们是液态植物油。这一事实限制了它们在需要更多固体时的应用。因此,许多食品配方需要添加塑料或糖果脂肪,以达到适当的稠度或质地(ghotra.et al。, 2002年;托尔伯特,2009).在给定的温度下,脂肪的固体含量很大程度上取决于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、热带物种或通过部分氢化从液态植物油中生产出来。然而,近年来动物脂肪和部分氢化脂肪的工业使用有所减少,因为它们不被推荐作为健康饮食。此外,由于宗教饮食限制(清真和犹太食品),动物脂肪可能在全球分布中造成问题。因此,现在食品工业使用的大部分固体或结构脂肪来自热带植物,特别是椰子和油棕榈(特雷特尔和迪芬巴赫,1985年).在过去的几十年里,棕榈油的产量有了惊人的增长。这种作物生产富含棕榈酸和油酸的油,可依次分离生产液体油(油脂)和固体硬脂酸(固体含量更高)(凯伦et al。,2007年).从手掌或其他来源提取的脂肪的固体水平和融化曲线也可以通过随机化反应或酯交换反应(化学或酶)来调节,从而增加了市场上可供食品配方使用的油脂种类(et al。, 2020年).糖果油脂是那些用于巧克力,涂层和一般产品需要固体脆黄油或脂肪脂肪。这种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。这些是可可脂当量(cbe),是与可可脂具有相同的熔化轮廓和结晶模式的脂肪,因此可以与任何比例的可可脂相容(史密斯,2001年).cbe是由富含硬脂酸盐的热带黄油制成的,如牛油木脂硬脂酸酯,与其他脂肪结合,如棕榈中间部分。总而言之,固体、塑料和结构脂肪的生产目前依赖于热带脂肪的供应,其中特别提到棕榈油,因为它的产量很大。

3个高硬脂的向日葵

虽然今天食品行业的棕榈油的总替代品是一种不切实际的目标,但新的替代脂肪有足够的空间,这应该是多功能的,健康和可持续的,以及经济实惠。向日葵诱变计划开始大约1990年,使固体替代脂肪的生产是主要目标。这些程序将化学或辐射诱变的方法应用于向向日葵群中的向日葵群使用,然后使用非破坏性半种子方法繁殖和筛选。该研究的结果是脂肪酸组合物改变的向日葵突变体的集合,特别是具有高饱和表型的几种(Osorio.et al。, 1995年;Fernandez-Martinezet al。, 1997年).最有希望的突变体是高硬脂向日葵或CAS-3。这种基因型的油脂含有高达25%的硬脂酸(1选项卡。),是一种高熔点脂肪酸,在相同浓度下,能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,因此可以认为它比基于棕榈酸或短链脂肪酸的脂肪(猎人et al。, 2010年).因此,高硬脂葵花籽油的动脉粥样硬化指数明显低于棕榈、椰子或棕榈仁脂肪(1选项卡。).最后,糖果油脂通常含有丰富的硬脂酸盐(史密斯,2021),就像可可和牛油一样。因此,高硬脂葵花籽油可能是高硬脂高油分脂肪的潜在来源,具有更广泛的应用。

第一个高硬脂向日葵系分离显示15-20%的硬脂酸在高亚油酸背景,并命名为CAS-3。对这种性状的遗传进行了详细研究,发现它部分占主导地位,由两个突变(Perez-Vichet al。, 1999年).对硬脂层影响最大的是突变Es1,与与硬脂酰- acp去饱和酶(悲伤的)来自向日葵,命名SAD17Perez-Vichet al。, 2002年).另一个突变增强了第一个突变引起的硬脂酸的增加,相关基因尚未确定。因此,Es1突变产生了体内SAD活性的降低,改变了酰基- acp池的组成,从而导致硬脂酰- acp的比例大幅增加。硬脂酸通过酰基- acp硫酯酶的作用输出质体,激活为CoA衍生物,并并入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).向日葵还表达了较低水平的FatB型硫酯酶,对饱和衍生物具有特异性(Aznar-Moreno.et al。, 2016年2018).在活的有机体内标记研究表明,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,向日葵中硬脂酸盐的积累存在其他限制,例如低水平的酰基-CoA合酶或甘油-3-磷酸酰基转移酶的降低,朝向硬脂酰库的甘油-COA的活性,这会影响硬脂酸酯的掺入和分布到向日葵标签中(萨拉斯et al。,2014年;Paya-Milanset al。, 2016年).

其他与CAS-3不同的高硬脂酸突变体也有报道。CAS-14突变体能够产生比CAS-3更高水平的硬脂酸,尽管这种脂肪酸的含量和分布沿种子方向不同,在种子底部或远端最大,在种子顶部最小(Fernández-Moya.et al。, 2002年).这种特性强烈地依赖于生长温度:较高的生长温度导致油中硬脂酸盐的比例更高。CAS-14性状是由一个影响两者表达的单一突变造成的悲伤的向日葵表达的基因(Perez-Vichet al。, 2006年;萨拉斯et al。, 2008年).

原始CAS-3突变体是在标准亚油质背景下获得的,但该性状被转移到具有高硬脂-高油质组合的高油质系,命名为CAS-15 (1选项卡。加伦斯et al。, 2009年).在非常高的油酸背景下,这些品系可以显示高达20%的硬脂酸。这样的脂肪酸组成使这些品系的油非常稳定,而且已被证明具有很高的热稳定性(Marquez-Ruizet al。, 1999年),这使它成为一种极好的煎炸油,这是这种新脂肪的主要重要应用(2选项卡。).此外,这种油作为以硬脂酸和油酸为基础的糖果油脂的来源具有很大的潜力。

虽然目前可利用的高硬脂葵花籽油的成分和潜力足以鼓励对其生产和开发的投资,但在新的诱变育种方案中仍有一些方面有待改进。寻找比目前发现的具有更高显性水平的新的高硬脂酸突变,对于开发一种更好的热带脂肪替代品也至关重要。这些新突变会影响参与储备TAG合成的SAD酶,不受植物生长发育的限制,从而能够生产出令人满意的商业品种。

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

高硬脂向日葵油及其馏分的应用。

4个高硬脂向日葵分馏

油料作物脂质生产的生物合成和调控研究表明,向日葵、油菜籽或大豆等温带气候油料中饱和脂肪酸的积累受其对低温的适应(萨拉斯et al。, 2009年).相比之下,在热带气候中,较高的温度使植物在细胞膜中保持较高水平的饱和脂肪酸。这种生化和生理上的限制使得温和的油料作物不可能直接生产塑料脂肪,而糖果脂肪的生产更是如此。解决这一限制的一个方法是在油提取后提高标签的饱和度。这可以通过一种称为“油脂分馏a”的工业过程实现,该过程广泛应用于热带脂肪,主要是乳木果油、棕榈和棕榈仁油(蒂姆斯,1997;吉隆,2006年).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(吉隆,2006年).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(防御,1985).它还需要高压过滤设备,但降低了运行成本,过程可以很容易地分为一系列分馏,生产各种不同性能和熔炼型材的产品。这方面最好的例子是棕榈油的多步骤分馏,其结果是棕榈硬脂酸、棕榈中间部分、棕榈油脂和棕榈超油脂的生产。

将这些工艺应用于高硬脂向日葵的可能性将大大增加其工业利益,因此在早期的项目中对此进行了广泛的研究。在实验室规模下,使用不同的硬脂酸盐含量(萨拉斯et al。, 2011).用丙酮或己烷作为溶剂,可以获得富含两种饱和脂肪酸或不饱和标签的硬脂酸。所得到的硬脂酰中含有63.2%的1,3-硬脂酰-2-油基甘油(StOSt)。其中一些硬脂酸在成分和熔点上与从乳木果(1选项卡。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Bootelloet al。(2015)他指出,丙酮促进了不饱和标签StOSt和1(3)-棕榈酰-3(1)-硬脂酰-2-油酰甘油(POSt)的快速和完整结晶,使用油溶剂/比例从1/1到1/4,应用分离温度在5到15°C之间。用正己烷进行分馏需要较高的油溶剂比和较低的温度,这为硬脂酸提供了非常高的不饱和标签含量,尽管由于它们在初始油中较高的溶解度而降低了它们的回收率。该工作的最终结论是,丙酮是一个适当的溶剂,需要在适当的结晶温度下以高固体含量的硬脂酸的最高收率的过程。正己烷分馏更适合制备高不饱和tag含量的特殊样品。由高硬脂葵花籽油溶剂分馏得到的黄油被认为是cbe和糖果油脂的组成部分。根据定义,cbe是一种脂肪,其组成和结晶行为与CB相似,并且在任何比例的混合物中与CB完全相容(LIPP和Anklam,1998年).cbe被用于许多类型的糖果配方中,在一些国家,它们可以在巧克力和巧克力化合物中混合至多5%。根据不同的向日葵硬硬脂素在25℃时的相行为图和固体脂肪含量数据,制备了基于不同硬硬脂素的cbe。研究了它们的性能,并与用乳木果硬脂酸制成的参比CBE进行了比较。从向日葵硬脂酸中提取的cbe显示出与参比物相似的熔化曲线,在与CB共混时没有出现共晶,因此可以得出结论,它们适用于化合物和糖果脂肪的配制(Bootelloet al。, 2012年2013).在后来的研究中,测试了从向日葵硬脂酸中提取的CBE作为巧克力化合物的基本成分,并将其性能与从商业CBE配方中获得的CBE进行了比较。从微观结构、热稳定性和硬度等方面对牛奶巧克力及其制备的涂层进行了表征。研究了结晶结构的变化和水华的发展。向日葵基化合物的微观结构比CB或商用cbe (Bootelloet al。, 2018年).向日葵基的cbe提供了更多的固体和更少的饱和脂肪酸,结晶动力学研究表明,它比牛奶巧克力回火更快。因此,在巧克力化合物的配方中使用向日葵硬脂酸可以改善回火过程,加快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(2选项卡。).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

用溶剂分馏法从高硬脂向日葵油和一些商业热带黄油中获得的油和馏分的固体脂肪含量曲线的一些例子。(Cocoa黄油;()棕榈级分;(谢伊硬脂酸甘油酯;()向日葵硬脂酸(95% SUS);()向日葵硬脂酸(80% SUS);()向日葵硬脂酸(65% SUS)。数据取自Bootelloet al。(2012).SUS: disaturated甘油三酯。

5新分馏技术

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(吉隆,2006年).干式分馏包括TAG结晶,过滤产生的浆液,在高压下挤压滤液。这一程序需要特定的设备,压力可达30巴,需要分批工作(防御,1985).油的结晶是这一过程中最重要的一步,因为需要大的形状良好的晶体,可以很容易地过滤和挤压;小晶体会堵塞过滤介质,使固相的分离和调理变得困难或不可能。高硬脂向日葵的干燥分馏已在实验室、中试工厂和工业规模进行了彻底的研究(Bootelloet al。, 20112012).由此得到的硬脂酸组分比溶剂分馏得到的饱和脂肪酸含量低,其固体脂肪含量适合用作烘焙、人造黄油和涂敷配方的塑料脂肪(图2).这些试验表明,这一过程受到了这种油的两个特性的限制和阻碍;油标签中长蜡酯的存在和饱和脂肪酸的分布(Bootelloet al。,2014年).与其他植物油不同,葵花籽油含有长链蜡酯,在室温下会结晶,造成浊度和增加粘度(布劳顿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(Bootelloet 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(Bootelloet al。, 2011).饱和脂肪酸的分布在高硬脂阳光油中具有高度不对称的,并且具有单个饱和脂肪酸的标签的存在含有单一饱和脂肪酸的酸化物或单饱和的标签,对抗饱和剂的抗腐蚀剂有利,这更容易结晶(Martinez-Forceet al。, 2004).这意味着不饱和标签的水平可以显著不同,取决于油的硬脂酸含量。典型的高硬脂葵花籽油的工业提取得10到16%的硬脂酸。这些硬脂酸含有30%至40%的不饱和标签,只有微量的三饱和标签,因此构成可用于烘焙、填充物和人造黄油(2选项卡。Bootelloet al。, 2011).这一过程产生的液体馏分是一种以双不饱和标签形式含有大量油酸和硬脂酸的油,使其在室温下稳定和液态,适合油炸和零售(2选项卡。萨拉斯et al。,2007年).

如上所述,高硬脂灯泡油的干分馏需要克服一些挑战,使得更难以实现棕榈或棕榈核等其他油的分馏。最近的研究专注于通过开发新的加工和分级技术来解决这些问题。这涉及在分馏之前的葵花籽油的兴趣。有趣的化可以是酶促或化学物质,并提供有含有相同脂肪酸组合物但不同标签构象的有关的(IE)油。沿着标签3甘油位置的脂肪酸随机化诱导形成的特殊标签,例如Tristearin,以及在甘油的Sn-2位置中存在一些硬脂酸的存在。它还增加了包括SSU和SUS形式的抗衰性标签的含量。IE油的分馏显示出比原生油的观察到的问题更少,因此易于结晶,没有蜡酯干涉,没有必要。此外,分馏可以在较低温度下进行,该较低温度与次饱和和饱和标签的增加一起导致25%至35%的茎素产率增加,并且对于抗衰性标签的30%以上。该方法还允许用较低硬脂酸含量的油分离,含有较高水平的亚油酸,生产具有高水平固体的硬脂素,可用作塑料脂肪。这些硬脂素和生产方法受到最近提交的专利保护(piispa.et 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;()干分馏法获得的高硬脂向日葵硬脂酸;()由干分馏产生的高硬脂葵花籽油蛋白;(可可脂。数据取自Bootelloet al。(2012)

6结论

总之,高硬脂向日葵被认为是热带脂肪的健康替代品。但是向日葵高熔点脂肪的商业生产需要大量的研究和开发,包括生产标签中硬脂酸盐分布更高和更好的品种。加工这些油以生产具有特定用途的馏分(2选项卡。),最近取得了重大进展,使我们更接近于利用温带国家当地生产的塑料和糖果油脂大规模生产的目标。

参考文献

引用本文为: Salas JJ, Bootello MA, Martínez-Force E, Venegas Calerón M, Garcés R. 2021。高硬脂向日葵油:最新进展和应用。OCL28: 35。

所有的表

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

高硬脂向日葵油及其馏分的应用。

所有数字

缩略图 图。1

用溶剂分馏法从高硬脂向日葵油和一些商业热带黄油中获得的油和馏分的固体脂肪含量曲线的一些例子。(Cocoa黄油;()棕榈级分;(谢伊硬脂酸甘油酯;()向日葵硬脂酸(95% SUS);()向日葵硬脂酸(80% SUS);()向日葵硬脂酸(65% SUS)。数据取自Bootelloet al。(2012).SUS: disaturated甘油三酯。

在文本中
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;()干分馏法获得的高硬脂向日葵硬脂酸;()由干分馏产生的高硬脂葵花籽油蛋白;(可可脂。数据取自Bootelloet al。(2012)

在文本中

当前使用指标显示了Vision4Press平台上的文章视图(全文文章视图,包括HTML视图,PDF和ePub下载,根据可用数据)和摘要视图的累计计数。

数据对应于2015年之后的Plateform上的用法。在线出版物后48-96小时可用,并在一周日每天更新。

指标的初始下载可能需要一段时间。