甘三酯分子空间结构对油脂结晶行为的影响及其调控机理

Crystallization behavior of lipids is determined by the molecular structure of Triacylglycerols (TAGs) it contained. The correlation between molecular structure of TAGs and crystallization behavior is prerequisite to the control of lipid crystallization. So far, researches on crystallization behavior of TAGs are limited. The relationship between TAGs molecular structure and polymorphism, and the relationship between TAGs molecular structure and mixing behavior are still unclarified. In this work, polymorphisms of mixed-acid TAGs containing Palmitoyl(P), Oleoyl(O), Elaidoyl(E) residues but with different structure are going to be studied by coupling Differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffraction (XRD), and Synchrotron radiation X-ray diffraction(SR-XRD). As the simplest model of lipids, binary TAG mixtures PEP/PPE, PEP/EPE, POP/PEP are designed to make thermodynamic and crystallization kinetics studies. Binary phase diagrams and models of crystal molecular structure will be constructed. By comparing a variety of binary systems, key factors contribute to the mixing behavior and miscibility will be concluded, mechanisms of lipid crystal control are going to be explored. This research has both scientific and practical importance for the optimization of dry fractionation process and the development of Low-trans margarine, Low-trans confectionary fat and chocolate fat.

油脂的结晶特性取决于其组成甘三酯的分子空间结构。掌握甘三酯分子空间结构对结晶行为的影响及其规律，是实现调控油脂结晶的前提。迄今为止，有关甘三酯结晶特性的研究报道极为有限。甘三酯分子空间结构与同质多晶现象以及混合体系相行为之间的关系尚不明确。本课题选取包含棕榈酰(P)、油酰(O)、反油酰(E)，空间结构各异的甘三酯样品，采用差示扫描量热与X射线衍射、同步辐射X射线衍射相结合的方法，进行同质多晶特性研究。以二元体系作为研究油脂结晶的简化模型，设计PEP/EPE，PEP/PPE，POP/PEP二元体系，进行热力学和结晶动力学研究。通过绘制相图，构建晶体分子模型，并与其他二元体系相对比，明确决定甘三酯二元体系相容性的关键结构因素，探索调控油脂结晶的机理。该项目的研究，对油脂干法分提工艺的优化，低反式酸人造奶油、糖果及巧克力用油产品的开发，具有重要的理论指导意义。

掌握甘三酯分子空间结构对结晶行为的影响及其规律，是实现调控油脂结晶的前提。本项目选取1,3-二棕榈酸-2-反油酸-甘三酯（PEP)和1,3-二反油酸-2-棕榈酸-甘三酯（EPE）作为主要研究对象，将相同位置含反油酰（E）、油酰（O）、硬脂酰（S）三种脂酰基类型的系列甘三酯，以及在相同位置将棕榈酰替换为硬脂酰的系列甘三酯进行对比。以甘三酯分子中不饱和双键的顺、反异构以及脂酰基的位置异构、链长差异为主要研究线索，分析其对于甘三酯结晶行为的影响。在此基础上进行二元混合物体系的结晶行为研究，绘制相图、构建分子复合物结构模型，分析各结构因素决定二元体系相容性的机理，探索油脂结晶的调控机制。研究发现，含反油酸甘三酯的所有晶型都具有两倍链长的片层结构，链长差及甘油基的构型所导致的甲基端的堆叠状况，是决定含反油酸的系列甘三酯结晶稳定性的关键因素。链长差较小的SES、SEE、SSE以及甲基端平面规整的EPE都可以形成稳定的β晶型，而PEP却只能稳定于β′晶型。含油酸-饱和脂肪酸的系列甘三酯具有更为复杂的同质多晶特性，影响其结晶行为的最主要因素为脂酰基的排列，晶型稳定于三倍链长的片层结构。通过对一系列甘三酯二元体系PEP/EPE、PEP/PPE、POP/PPO、POP/OPO、POP/OOP、OPO/OOP、PPO/OPO、PPO/OOP等的相行为总结和对比，归纳出饱和-单不饱和-混合脂肪酸甘三酯两组分分子复合物的形成规律。本项目的研究成果解释了固脂曲线极为相似的高反式酸脂肪产品和低反式脂肪产品，在操作性能上存在显著差异的原因。本研究的成果可为新型健康脂质的开发提供理论依据，指导功能性油脂产品的设计和甘三酯结构的改造。