全 文 ：收稿日期:2013 － 01 － 23;修回日期:2013 － 03 － 14
基金项目:海南省科学事业费项目(2010 － 04)
作者简介:查宝萍(1989)，女，硕士研究生，研究方向为粮食、油
脂及植物蛋白工程(E-mail)s110111002@ vip． jiangnan． edu． cn。
通信作者:陈正行，教授(E-mail)zxchen_2008@ 126． com。
综合利用
固定化脂肪酶催化椰子油制备月桂酸单甘油酯
查宝萍1，郑联合2，王 莉1，王 韧1，陈正行1，王 涛2
(1．江南大学 食品学院，粮食发酵工艺与技术国家工程实验室，江苏 无锡 214122;
2．海南省粮油科学研究所，海南 琼海 571400)
摘要:利用 3 种固定化脂肪酶(Novozym 435、Lipozyme TL IM、Lipozyme ＲM IM)催化椰子油与甘油
酯交换制备月桂酸单甘油酯(GML)。以椰子油与甘油(含水量 5%)摩尔比、加酶量、反应温度、反
应时间和使用次数为考察因素，以 GML含量为指标，比较了 3 种固定化脂肪酶的酯交换能力;在此
基础上，采用正交实验优化最佳酶催化制备 GML的工艺条件。结果表明:Novozym 435 催化酯交换
效果最佳，重复使用 7 次，其活性保持在 80%;Novozym 435 催化制备 GML 的最佳反应条件为:椰
子油与甘油摩尔比 1∶ 4，加酶量 8%，反应温度 50℃，反应时间 36 h。在最佳反应条件下所得混合
脂肪酸甘油酯中 GML含量为 30． 76%。
关键词:月桂酸单甘油酯;固定化脂肪酶;椰子油;酯交换
中图分类号:TS225． 1;TS202． 3 文献标志码:A 文章编号:1003 － 7969(2013)11 － 0064 － 04
Production of glycerol monolaurate from coconut oil
catalyzed by immobilized lipase
ZHA Baoping1，ZHENG Lianhe2，WANG Li1，WANG Ｒen1，
CHEN Zhengxing1，WANG Tao2
(1． National Engineering Laboratory for Cereal Fermentation Technology，
School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，Jiangsu，China;
2． Hainan Institute of Grain and Oil Sciences，Qionghai 571400，Hainan，China)
Abstract:Glycerol monolaurate (GML)was produced from glycerol and coconut oil catalyzed by three
immobilized lipases (Novozym 435，Lipozyme TL IM，Lipozyme ＲM IM)． In order to compare the trans-
esterification ability of the three immobilized lipases for choosing the best transesterification enzyme，mo-
lar ratio of coconut oil to glycerol (water content 5%)，enzyme dosage，reaction temperature，reaction
time and reaction times were investigated with the content of GML as index． On these basis，the GML pro-
duction conditions were optimized by orthogonal experiment． The results showed that Novozym 435 had the
best catalytic transeste rification effect on GML production，and its activity remained at 80% after reused
for seven times;the optimal production conditions of GML catalyzed by Novozym 435 were as follows:mo-
lar ratio of coconut oil to glycerol 1∶ 4，enzyme dosage 8%，reaction temperature 50℃，reaction time 36
h． Under the optimal conditions，the content of GML in fatty acid glyceride mixture was 30． 76% ．
Key words:glycerol monolaurate;immobilized lipase;coconut oil;transesterification
椰子在我国有 2 000 多年的栽培历史，主产于
海南、广东等东南沿海地区，其中海南的种植面积和
产量占全国的 80%［1］。椰子油是椰子加工最主要
的产品之一，研究表明，椰子油具有多重生理功能，
例如预防心血管疾病、抗病毒和抗菌功能等［1］，这
些保健功能主要源于椰子油中含有的大量中碳链脂
肪酸，其中最主要脂肪酸是月桂酸(含量约 50%)。
月桂酸单甘油酯(Glycerol Monolaurate，简称 GML)
是月桂酸和甘油形成的单酯，是一种安全、高效、多
功能的食品添加剂，不仅具有优良的乳化功能，而且
是一种广谱抑菌剂，能够抑制 HIV 病毒，细胞巨化
46 CHINA OILS AND FATS 2013 Vol. 38 No. 11
病毒，疱疹病毒，大量的细菌及原生动物，其抑菌效
果几乎不受 pH的影响［2］。美国食品与药物管理局
(FDA)于 1977 年批准 GML 为一般公认安全
(GＲAS)类食品添加剂，并已将 GML 广泛应用于各
类食品、药品及化妆品中。我国卫生部也于 2005 年
4 月批准 GML用于各类食品，且规定在食品中根据
实际生产需要添加即可［3］。
脂肪酸单甘油酯的生产方法主要有直接酯化
法、酯交换法、油脂水解法等，近年来酶法催化脂肪
酸酯化、催化油脂酯交换生产单甘油酯受到关注。
脂肪酶是一种界面催化的高效生物催化剂，不仅具
有高专一性，而且反应条件温和、能耗低，但由于脂
肪酶的价格较高，且游离脂肪酶无法重复使用，这些
劣势制约了其广泛应用;固定化脂肪酶的出现解决
了此问题，成为制备单甘油酯较理想的催化剂［4］。
近年来报道了许多在有机溶剂体系中酶法催化油脂
生产甘油酯的研究，使用有机溶剂的优点是增强油
脂与甘油界面的相容性，便于脂肪酶的作用，但有机
溶剂会对脂肪酶产生不可预期的危害，同时有机溶
剂难以完全去除［5］，这对生产食品级的单甘油酯无
疑是最大的弊端。
本实验以椰子油为原料，在无溶剂体系中使用
固定化脂肪酶催化其与甘油酯交换反应，测定混合
脂肪酸甘油酯中 GML含量，比较 3 种固定化脂肪酶
对椰子油酯交换的能力。本研究旨在寻找酯交换反
应的最佳固定化脂肪酶，探索生产 GML的最佳工艺
条件，提高混合脂肪酸甘油酯中 GML 含量，为生产
高质量的食品级 GML提供技术参考和依据。
1 材料与方法
1． 1 实验材料
1． 1． 1 原料与试剂
椰子油(食品级，海南省粮油科学研究所提
供)，其主要脂肪酸组成为:辛酸 8． 18%、癸酸
6． 39%、月桂酸 50． 36%、肉豆蔻酸 17． 85%、棕榈酸
7． 96%，不饱和脂肪酸含量约 5． 73%。
Novozym 435、Lipozyme TL IM、Lipozyme ＲM IM
(诺维信公司);月桂酸单甘油酯标样(Sigma公司);
甘油(AＲ)、乙腈(GCS)、丙酮(HPLC)。
1． 1． 2 仪器与设备
Agilent 1260 高效液相色谱仪(配备示差折光检
测器)，HH －4 数显恒温水浴锅，IKA － ＲW20 digital
数显型顶置式机械搅拌器，Sigma 1 － 14 离心机，赛
多利斯 BSA124S － CW分析天平。
1． 2 实验方法
1． 2． 1 酶法催化椰子油酯交换制备 GML
配制含水量为 5%(质量分数)的甘油。于 150
mL平底烧瓶中加入一定量的椰子油和配制好的甘
油(无特殊说明，以下甘油含水量均为 5%)，置于已
设定温度的恒温水浴锅中加热，搅拌使其充分混合，
温度达到预定值后加入精准称量的固定化脂肪酶
(加酶量占椰子油的质量百分比)，搅拌反应，定时
取样，然后在 5 000 r /min条件下离心 5 min，收集上
层油层(混合脂肪酸甘油酯)保存待测定 GML
含量。
1． 2． 2 GML含量的测定
样品预处理:精确称取反应后混合脂肪酸甘油
酯样品 0． 200 g，用少量乙腈 － 丙酮溶液(体积比
1∶ 1)溶解，定容至 10 mL，摇匀;用 0． 45 μm 有机滤
膜过滤，收集滤液用于高效液相色谱分析。
高效液相色谱分析条件［6］:C18 色谱柱(5 μm，
150 mm ×4． 6 mm);示差折光检测器，温度 40℃;流
动相，乙腈 － 丙酮溶液(体积比 1 ∶ 1)，流速，
1． 0 mL /min;柱温 35℃;进样量 20 μL。
根据标样的保留时间和峰面积，采用外标法计
算混合脂肪酸甘油酯样品中 GML含量。
2 结果与讨论
2． 1 单因素实验
2． 1． 1 椰子油与甘油摩尔比对 GML含量的影响
Novozym 435，加酶量为 4%，反应温度为 50℃，
反应时间为 36 h;Lipozyme TL IM，加酶量为 4%，反
应温度为 40℃，反应时间为 24 h;Lipozyme ＲM IM，
加酶量为 4%，反应温度为 50℃，反应时间为 48 h。
在上述条件下，考察椰子油与甘油摩尔比对 GML含
量的影响，结果如图 1 所示。
图 1 椰子油与甘油摩尔比对 GML含量的影响
由图 1 可知，Novozym 435、Lipozyme TL IM 和
Lipozyme ＲM IM分别在椰子油与甘油摩尔比为1∶ 4、
1∶ 6、1∶ 5 时 GML 含量最高，且 Novozym 435 的明显
高于 Lipozyme TL IM 和 Lipozyme ＲM IM 的。由于
本反应属于界面反应，从化学平衡和酶反应理论的
角度分析，椰子油与甘油摩尔比达到一定数值时，甘
油用量已经超过脂肪酶活性中心的所需量，此时再
增加甘油将不会增加最终 GML 的含量。Ferreira －
dias等［7］通过响应面分析 Novozym 435 对油脂甘油
562013 年第 38 卷第 11 期 中 国 油 脂
解，发现油脂与甘油的摩尔比并不是一个决定性因
素，在操作上甘油用量的增加会加大分离的难度。
故 Novozym 435、Lipozyme TL IM和 Lipozyme ＲM IM
分别选择椰子油与甘油摩尔比为 1 ∶ 4、1 ∶ 6、1 ∶ 5 较
合适。
2． 1． 2 加酶量对 GML含量的影响
Novozym 435，椰子油与甘油摩尔比为 1∶ 4，反应
温度为 50℃，反应时间为 36 h;Lipozyme TL IM，椰
子油与甘油摩尔比为 1∶ 4，反应温度为 40℃，反应时
间为 24 h;Lipozyme ＲM IM，椰子油与甘油摩尔比为
1∶ 4，反应温度为 50℃，反应时间为 48 h。在上述条
件下，考察加酶量对 GML 含量的影响，结果如图 2
所示。
图 2 加酶量对 GML含量的影响
由图 2 可知，Novozym 435、Lipozyme TL IM 和
Lipozyme ＲM IM分别在加酶量 8%、6%、4%时 GML
含量最高，且 Novozym 435 的明显高于 Lipozyme TL
IM和 Lipozyme ＲM IM的。彭立凤等［8］利用固定化
脂肪酶催化棕榈油甘油解，研究结果表明，理想情况
下加酶量对反应最终平衡时的产物含量没有明显影
响。对于 Lipozyme TL IM，加酶量增加会导致体系
黏度迅速上升，对产物的离心分离不利，故加酶量为
6%适合;对于 Lipozyme ＲM IM，加酶量达 4%反应
趋于平衡，故从成本上考虑加酶量为 4%;对于催化
效果最优的 Novozym 435，加酶量为 8%时 GML 含
量最高，增加加酶量 GML 含量会降低，这可能是由
于反应体系中生成了其他脂肪酸甘油酯，故综合考
虑选择 8%加酶量。
2． 1． 3 反应温度对 GML含量的影响
Novozym 435，椰子油与甘油摩尔比为 1∶ 4，加酶
量为 4%，反应时间为 36 h;Lipozyme TL IM，椰子油
与甘油摩尔比为 1∶ 4，加酶量为 4%，反应时间为 24
h;Lipozyme ＲM IM，椰子油与甘油摩尔比为 1∶ 4，加
酶量为 4%，反应时间为 48 h。在上述条件下，考察
反应温度对 GML含量的影响，结果如图 3 所示。
由图 3 可知，Novozym 435、Lipozyme TL IM 和
Lipozyme ＲM IM分别在 50、40、50℃时 GML含量最
高，且 Novozym 435 的明显高于 Lipozyme TL IM 和
Lipozyme ＲM IM 的。适当升高温度可以降低反应
体系的黏度，增强底物的互溶性，从而促进脂肪酶与
底物间的相互作用。对于 Lipozyme TL IM 和 Li-
pozyme ＲM IM，反应温度超过各自最适温度后体系
黏度增加，反应不充分;而 Novozym 435 催化的体系
中，反应温度升高到 65℃时，脂肪酶仍具有较高的
催化活性，但当反应温度高于 60℃时，体系中的 No-
vozym 435 难以回收，故综合考虑脂肪酶的重复使用
及成本，选择 Novozym 435、Lipozyme TL IM 和 Li-
pozyme ＲM IM 的反应温度分别为 50、40、50℃
合适。
图 3 反应温度对 GML含量的影响
2． 1． 4 反应时间对 GML含量的影响
Novozym 435，椰子油与甘油摩尔比为 1∶ 4，加酶
量为 4%，反应温度为 50℃;Lipozyme TL IM，椰子油
与甘油摩尔比为 1 ∶ 4，加酶量为 4%，反应温度为
40℃;Lipozyme ＲM IM，椰子油与甘油摩尔比为 1∶ 4，
加酶量为 4%，反应温度为 50℃。在上述条件下，考
察反应时间对 GML含量的影响，结果如图 4 所示。
图 4 反应时间对 GML含量的影响
由图 4 可知，Novozym 435、Lipozyme TL IM 和
Lipozyme ＲM IM分别在 32、24、48 h时 GML含量最
高，且 Novozym 435 的明显高于 Lipozyme TL IM 和
Lipozyme ＲM IM的。对于催化效果最优的 Novozym
435，反应 36 h 后 GML 含量趋于稳定，从成本考虑
选择反应时间为 36 h。
2． 1． 5 使用次数对 GML含量的影响
Novozym 435，椰子油与甘油摩尔比为 1∶ 4，加酶
量为 4%，反应温度为 50℃，反应时间为 36 h;
Lipozyme TL IM，椰子油与甘油摩尔比为 1 ∶ 4，加酶
量为 4%，反应温度为 40℃，反应时间为 24 h;
66 CHINA OILS AND FATS 2013 Vol. 38 No. 11
Lipozyme ＲM IM，椰子油与甘油摩尔比为 1∶ 4，加酶
量为 4%，反应温度为 50℃，反应时间为 48 h。在上
述条件下，考察固定化脂肪酶使用次数对 GML含量
的影响，结果如图 5 所示。
图 5 使用次数对 GML含量的影响
由图 5 可知，Novozym 435 重复使用的催化效果
明显高于 Lipozyme TL IM和 Lipozyme ＲM IM。对于
Lipozyme TL IM，重复使用 4 次时所得 GML 含量已
降低到 5． 37%，且 Lipozyme TL IM 易使体系黏稠、
难以分离，重复使用效果差。对于 Lipozyme ＲM IM，
重复使用 3 次时所得 GML 含量为 20． 32%，活性仍
保持约 86%，但重复使用 7 次时所得 GML 含量已
降低到 13． 87%，重复使用效果欠佳。对于催化效
果最优的 Novozym 435，重复使用 7 次时所得 GML
含量仍达到 24． 84%，活性仍保持约 80%，同时 No-
vozym 435 不使体系黏稠、容易分离。
2． 2 正交实验
从 3 种固定化脂肪酶的单因素实验可知，No-
vozym 435 催化效果最佳，反应后易分离，具有最优
的重复使用效果，为椰子油制备 GML 的合适催化
剂。因此，在单因素实验的基础上，采用正交实验探
索 Novozym 435 为催化剂的最适反应条件。正交实
验设计与极差分析结果见表 1，方差分析结果见
表 2。
表 1 正交实验设计与极差分析结果
实验号
A椰子油与
甘油摩尔比
B加酶量
C反应
温度
D反应
时间
GML含
量 /%
1 1(1∶3) 1(4%) 1(45℃) 1(32 h) 22． 53
2 1 2(6%) 2(50℃) 2(36 h) 25． 52
3 1 3(8%) 3(55℃) 3(40 h) 27． 63
4 2(1∶4) 1 2 3 24． 34
5 2 2 3 1 26． 58
6 2 3 1 2 28． 47
7 3(1∶5) 1 3 2 22． 38
8 3 2 1 3 24． 19
9 3 3 2 1 27． 12
k1 25． 230 23． 080 25． 06000 25． 4100
k2 26． 460 25． 430 25． 66000 25． 4600
k3 24． 560 27． 740 25． 5300 25． 3900
Ｒ 1． 90 4． 66 0． 600 0． 070
表 2 方差分析结果
方差来源 平方和 自由度 均方 F 显著性
A 05． 579 2 02． 790 0． 577 不显著
B 32． 527 2 16． 264 3． 362 显著
C 00． 591 2 00． 296 0． 061 不显著
D 00． 008 2 00． 004 0． 001 不显著
误差 38． 710 8
由表 1、表 2 可知，各因素对 GML 含量影响大小
顺序为加酶量 ＞椰子油与甘油摩尔比 ＞反应温度 ＞
反应时间，加酶量对 GML 含量有显著影响;
Novozym 435催化制备GML的最佳条件为 A2B3C2D2，
即椰子油与甘油摩尔比 1∶ 4，加酶量 8%，反应温度
50℃，反应时间 36 h。在此条件下所得混合脂肪酸甘
油酯中 GML含量为 30． 76%。
3 结 论
比较了 3 种固定化脂肪酶(Novozym 435、
Lipozyme TL IM、Lipozyme ＲM IM)催化椰子油与甘
油酯交换制备 GML的能力，结果表明:Novozym 435
催化制备 GML含量最高，重复使用 7 次酶活仍保持
约 80%，催化效果最佳;Novozym 435 制备 GML 的
最佳反应条件为:椰子油与甘油(含水量 5%)摩尔
比 1∶ 4，加酶量 8%，反应温度 50℃，反应时间 36 h。
在最佳反应条件下所得混合脂肪酸甘油酯中 GML
含量为 30． 76%。
参考文献:
［1］吕名蕊，史宣明，张骊． 椰子油的研究概况［C］/ / 中
国粮油学会油脂分会第二十届学术年会暨产品展示会
论文集，2011．
［2］汤姆·克拉乌齐克． 化妆品中的脂质体(英) ［J］． 周静
怡，刑英站，译．日用化学品科学，1998(1):12 － 14，17．
［3］冯凤琴，杜鹃，王小刘． 食品防腐乳化剂月桂酸单甘油
酯及其在食品中的应用［C］/ / 第十三届中国国际食品
添加剂和配料展览会暨第十九届全国食品添加剂生产
应用技术展示研讨会论文集，2009．
［4］刘新喜，彭立凤． 固定化脂肪酶催化合成单甘酯［J］．
中国油脂，2001，26(1):40 － 43．
［5］FIAMETTI K G，ＲOVANI S，DE OLIVEIＲA D B，et al．
Kinetics of solvent － free lipase － catalyzed production of
monoacylglycerols from olive oil in Aerosol － OT surfactant
［J］． Ind Eng Chem Ｒes，2009，48(2):708 － 712．
［6］VALＲIO A，KＲGEＲ Ｒ L，NINOW J，et al． Kinetics of
solvent － free lipase － catalyzed glycerolysis of olive oil in
surfactant system ［J］． J Agric Food Chem，2009，57
(18):8350 － 8356．
［7］FEＲＲEIＲA － DIAS S，COＲＲEIA A C，BAPTISTA F O，
et al． Contribution of response surface design to the devel-
opment of glycerolysis systems catalyzed by commercial im-
mobilized lipases ［J］． J Mol Catal B Enzym，2001，11
(4 /5 /6):699 － 711．
［8］彭立凤，刘新喜，杨国营． CaCO3 粉末作载体固定化脂
肪酶催化合成单甘酯［J］． 日用化学工业，2001，31
(5):13 － 15．
762013 年第 38 卷第 11 期 中 国 油 脂