中链甘油三酯的制备、分析及应用研究进展

卢宇欣，陈雪帆

(浙江工业大学, 绿色制药协同创新中心，浙江 杭州，310014)

脂肪酸按其碳链的长度可分为短链、中链和长链3种，其中中链脂肪酸(medium chain fatty acid, MCFA)通常指的是含有6～12个碳原子链的脂肪酸，主要包括辛酸(C8)和癸酸(C10)脂肪酸以及少量的己酸(C6)和月桂酸(C12)脂肪酸[1]，其与甘油的3个羟基发生酯化反应，便形成了中链脂肪酸甘油三酯(medium chain triglycerides, MCT)，其中最典型的MCT指的是饱和辛酸甘油三酯、饱和癸酸甘油三酯和饱和辛酸-癸酸甘油三酯的复合物[2]。天然的MCT仅存在于椰子油、动物母乳脂肪、棕榈仁油等天然油脂中，且含量较少，仅有3%～5%[3]，因此目前MCT主要的来源是通过中碳链脂肪酸(medium-chain fatty acid, MCFA)与甘油进行酯化，再经纯化所得到。由于MCT是由碳链较短的中链脂肪酸所构成的，因此其具有熔/沸点低、相对分子质量小、密度小等特点，其在室温下是无色无味的油状液体，黏度小，表面张力小；相较于其他普通的油脂，MCT中不饱和脂肪酸的含量非常低，碘值小于0.5，因此具有极好的氧化稳定性[4]。此外，MCT的代谢速度是普通长链脂肪酸甘油三酯(long chain triglycerides, LCT)的10倍，这是因为MCT在人体内可以快速水解，产生的MCFA不经过淋巴系统，而是直接通过门静脉运输到肝脏，并在肝脏快速地被分解，迅速产生能量[5]。因此，基于这些特殊物理性质和代谢特性，MCT已被广泛应用于食品、营养、医药等领域。20世纪50年代，MCT被引入到各种临床营养环境中[6]，随后在欧盟、美国和日本等国通过了食品安全检测，其并被批准为食品添加剂或保健功能食品。1986年，我国在GB 2760—86《食品添加剂使用卫生标准》中将MCT作为一种食品添加剂纳入其中；2012年，中链脂肪酸甘油酯食用油被卫生部批准为一种新资源食品[7]。近年来，中链脂肪酸甘油酯在食品领域优越的性能和应用价值逐渐为人们所熟知，其对人体健康具有许多益处，如治疗脂肪吸收不良、乳糜泄、高血脂、肥胖等，MCT既可作为稳定剂、乳化剂和润滑剂，还可作为食品、医药品、化妆品及保健品等生产的原辅料，在功能性食品、医药品及日用化工等领域具有广阔的应用前景[8]。

本文从MCT的合成制备途径、检测分析技术以及在食品、医药等领域的应用展开论述，并系统地分析比较了不同方法和技术的优缺点，以期通过分析对比为MCT的开发与应用提供参考。

1 中链脂肪酸甘油三酯的合成

1.1 化学法

化学法主要是指使用非酶催化剂方法，使MCFA与甘油酯化合成MCT，其主要包括强酸催化酯化法、水解酯化法以及酰氯醇解法。

1.1.1 强酸催化酯化法

1.1.2 水解酯化法

水解酯化法是以含有MCFA的油脂为起始物料，通过将其水解分馏得到辛酸和癸酸等中链脂肪酸，然后与甘油进行酯化反应，再经脱酸、脱色及精炼处理，最终得到高质量、高纯度的MCT[12]。工业上通常采用常压酸性水解法、高压连续水解法和中压水解法水解油脂[13]。余春涛等[14]使用分子蒸馏技术对MCT进行精炼纯化，其反应条件为：一级分子蒸馏的进料量为1.6 L/h，压力10 Pa，温度105～110 ℃；二级分子蒸馏进料量为1.2 L/h，压力1 Pa，温度200～210 ℃，在该条件下，采用二级串联分子蒸馏法纯化后，得到MCT的纯度达97%。虽然利用此法制备中链脂肪酸甘油三酯的纯度较高，但存在其副产物难分离、整个水解过程用时长以及能耗大的缺点。

1.1.3 醇解法

醇解法是利用MCFA与亚硫酰氯(SOCl2)、三卤化磷(PX3)或五卤化磷(PX5)等反应生成酰氯，然后再将酰氯与甘油进行醇解反应而制得MCT。韦一良等[15]从樟树籽仁油中制得中链脂肪酸甲酯，再经过分馏，得到了高纯度的辛酸甲酯和癸酸甲酯，然后分别以辛酸甲酯和癸酸甲酯为原料，采用一步法和分段升温法合成MCT，结果表明，两种方法的酯化率均为83.10%。使用该方法合成中链脂肪酸甘油三酯过程能耗低、反应耗时短；但工艺路线较为复杂，产品的产率较低，且生成副产物较多，污染比较重，不利于环保。

1.2 生物酶法合成

酶法合成是指在特异固定化酶的催化作用下，将甘油与特定的脂肪酸甘油酯反应生成MCT[16]，其主要包括直接酯化法和酯交换法。

1.2.1 生物酶直接酯化法

生物酶直接酯化法是一种生物合成方法，是指在特异固定化脂肪酶催化的条件下，将中链脂肪酸与甘油，或者与特定的脂肪酸甘油酯进行酯化反应生成MCT。杨剀舟等[17]采用了响应面设计的方法，实验以Novozym 435脂肪酶作为催化剂，在无溶剂体系中催化甘油与中长碳链脂肪酸进行酯化反应，生成中长碳链甘油三酯。结果表明，酶的添加量为6.5%、底物摩尔比为3.5∶1，在90 ℃下反应12.97 h合成中长链甘油三酯，其中甘油三酯平均得率达78.5%，生成产品中中长链甘油三酯的含量为85.6%，这与中长碳链甘油三酯产品的指标基本一致。马传国等[18]以脂肪酶Lipozyme 435为催化剂，在无溶剂体系中催化甘油与辛酸和癸酸的混合物反应生成中链甘油三酯，得率达92.10%。PAN等[19]在自制的酸性离子液体[C4MIM]PF6作为溶剂的体系下，采用Novozym 435为催化剂，催化辛酸与甘油反应合成中链甘油三酯，结果表明，当温度为66.7 ℃、脂肪酶添加量为底物质量的6.1%、辛酸与甘油的物质的量之比为4.5∶1时反应，产率高达92.4%。该法合成中链甘油三酯其催化活性高、安全性高、选择性较好且反应条件温和，但该方法需要耐高温酶、成本较高、工艺复杂耗时长且生物酶重复利用度低。

1.2.2 生物酶酯交换法

生物酶酯交换法指的是利用不同甘油三酯之间或甘油三酯与脂肪酸酯之间的酰基进行位置交换来生成MCT的方法。陆继源等[20]采用Lipozyme 435脂肪酶为催化剂，催化中链甘油三酯和大豆油酯进行酯交换反应制备中长链甘油三酯，并采用响应面法对反应条件进行优化，结果表明，在中链甘油三酯与大豆油的质量比为60∶40，酶添加量为5.5%，89 ℃反应4.36 h的条件下，生成的中长链甘油三酯含量达到84.15%，所得产品指标符合国家标准。黄昭先等[21]以紫苏油和MCT为原料，采用脂肪酶Lipozyme RM IM为催化剂，通过酯交换法合成中长链甘油三酯，MCT与紫苏油物质的量之比为4∶6，酶加量6%，在60 ℃条件下反应4 h，结果表明，中长链甘油三酯得率超过70%，经纯化后产品中的甘油三酯纯度达到97%。该法合成中链甘油三酯的过程中，经过酯交换反应后会生成2种及2种以上脂肪酸链不同的甘油三酯，因此，该法很难合成含量高的目标产物，所以该法主要用于对脂质进行局部改性或者是合成脂肪酸链不确定的脂肪酸甘油三酯。此法成本低、原料来源广泛，但所得产物的位置特异性较差，不适合合成化学结构已知的MCT。

1.3 物理辅助合成法

物理辅助合成法是指通过超声波、微波等对酯化法进行物理辅助处理，微波可以直接与反应物耦合而产生瞬时加热，从而导致温度升高，使反应速率加快；超声可以将能量直接传递到反应物中，加快了反应物到产物的转化速度，从而加快酯化反应，提高反应收率。BHASKAR等[22]以Amberlyst-15为催化剂，通过超声空化预处理，在无溶剂反应混合物中合成己酸甘油三酯，反应物的物质的量之比为5∶3(甘油/脂肪酸)，Amberlyst-15负载量为5%，反应温度为140 ℃，与常规合成己酸甘油三酯的反应时间相比，反应时间缩短至7 h，最大转化率达96%。DESHMANE等[23]研究了在超声波存在下，以硫酸为催化剂，以脂肪酸和甘油为原料合成中链甘油酯，反应6 h左右，得到的转化率约为98.5%。JADHAV等[24]以酸性Amberlyst-15为催化剂，采用微波辅助法合成三辛酸甘油酯，辛酸与甘油的摩尔比为3∶5、反应温度为800 ℃、催化剂添加量为4%的条件下，微波辅助反应16 min，转化率达99.5%，而常规工艺在反应16 min内转化率仅为10%。因此，微波合成比传统合成能够在更短的时间内产生较高的转化率，是长时间常规合成中链甘油三酯的最佳选择。总的来说，使用超声波和微波辐射等物理辅助法强化合成MCT，与传统合成方法相比具有显著的优势，是一种新型绿色酯化合成辅助制备技术，该法对环境友好、安全且耗时耗能少、催化率高。

1.4 各种合成方法的比较

化学法制备中碳链甘油三酯工艺过程简单、能耗低、反应时间短、成本相对较低，但是副产物很难分离且易造成产物污染、转化率低、产品颜色较深及有异味、高污染、不环保。酶法合成其催化活性高、产物特异性高、反应条件温和、产品质量及色泽好、无异味、无污染、环保，但酶催化法最大的缺点是酶催化剂价格高，且总成本较高，难以实现规模化生产。物理辅助合成法是一种新型绿色的辅助制备技术，在酯化合成方面已有深入研究，其具有良好的选择性、低能耗、无污染、高效催化率等特点，与该法有关的研究也将越来越深入[25]。

2 检测技术

2.1 薄层色谱法

薄层色谱法(thin-layer chromatography，TLC)在脂质分离中有着广泛应用，但由于其分离效果具有一定的局限性，该法只能用于复杂脂质混合物中单甘油酯、甘油二酯(diacylglycerol，DAGs)、甘油三酯(triglyceride，TAGs)、游离脂肪酸(free fatty acids，FFAs)以及胆固醇等的分离[26]。PENGON等[27]使用薄层色谱法测定椰子油中脂肪酸及其甘油酯的含量，以V(正己烷)∶V(乙醚)∶V(乙酸)=60∶40∶1为溶剂体系A、V(正己烷)∶V(乙酸乙酯)∶V(乙酸)=60∶40∶0.5为溶剂体系B，在硅胶60 F254薄层板上分别对椰子油、FFA标准品及其甘油酯进行分析，在254 nm紫外灯和碘蒸汽下显色后对斑点进行检测比较。结果表明，溶剂体系A的溶解度优于溶剂体系B，各组分的保留因子(Rf)值与极性基本一致。该方法可为椰子油的定性分析提供指导。

2.2 气相色谱法

气相色谱技术(gas chromatography，GC)是广泛使用的分析MCT方法之一。由于MCT具有沸点与分解温度相近及热不稳定性等理化特性，因此，采用气相色谱法测定中链甘油三酯的含量时，通常先将中链甘油三酯在甲醇-硫酸混合溶液中加热回流数小时，目的是将其水解和甲酯化，然后再用正己烷进行一系列前处理后得到样品溶液，最后利用气相色谱法测定其甲酯衍生物的含量[28]，并根据归一法计算各衍生物组分的含量，以此来表示产品中各组分相应的表征含量。李堃等[29]使用GC法来测定MCT的组成及含量，选用HP-5毛细管柱(30 m×0.32 mm×0.25 m)，FID检测器，结果表明，辛酸、辛酸甘油一酯、辛酸甘油二酯和辛酸甘油三酯的色谱峰面积与其浓度线性关系良好，线性相关系数R2为0.994 7～0.999 8，相对标准偏差(relative standard deviation，RSD)为0.261%～2.527%；加标回收率为95.732%～102.703%，RSD为0.728%～3.028%。结果表明，该方法具有良好的重复性和精密度，可用于对辛酸、辛酸甘油一酯、辛酸甘油二酯、辛酸甘油三酯进行检测。赵婧子等[30]采用GC法测定辛酸-癸酸-聚乙二醇甘油酯中脂肪酸组成，实验选用DB-WAX 毛细管柱(30 m×0.53 mm×1.0 μm)和FID检测器，结果表明，己酸甲酯、辛酸甲酯、癸酸甲酯和月桂酸甲酯的RSD均小于1.5%，表明该方法可以完成对于辛酸-癸酸-聚乙二醇甘油酯中脂肪酸组成的测定的快速准确分析，重复性良好。此外，高温气相色谱(high-temperature gas chromatography，HTGC)可以实现直接分析高沸点的甘油三酯，它省略了复杂的甲酯衍生化操作处理，也因此避免了因衍生化不完全所引起的测定误差，使MCT的分析更加方便、准确[31]。王丽丽等[32]采用髙温气相色谱来检测油脂中甘油酯和脂肪酸的含量，采用外标法定量，保留时间定性，实验选用色谱柱DB-1ht 毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.1 μm)和FID检测器, 检测温度为360 ℃，分析30 min，结果表明，在0.5～20.0 mg/mL，其峰面积与被测物的质量浓度呈良好线性关系，加样回收率为95.69%～105.78%，RSD为0.27%～2.98%，因此，该方法对分析检测各种脂肪酸和甘油酯具有良好的精密度和重复性。

2.3 液相色谱法

液相色谱法可以对MCT进行分析检测且分析条件温和，MCT的挥发性和热不稳定对液相色谱法法无影响。杨博等[33]采用高效液相色谱-示差折光法(high performance liquid chromatography-refractive index detector，HPLC-RID)对油脂中甘油二酯进行定量分析，采用外标法进行定量，选用Nova-Pak 3.9 mm×150 mm硅胶体, 正己烷-异丙醇(体积比50∶1)为流动相，结果表明，在1.0～10.0 mg/mL呈良好的线性关系，RSD为1.27%，平均回收率为101.9%，实现了对油脂中甘油二酯的定量分析。FLISZAR等[34]建立了反相高效液相色谱法分析中链甘油酯的方法，采用Waters Symmetry C18(150 mm×4.6 mm×3.5 m)色谱柱，以乙腈和水为梯度，该方法采用外标定量法准确定量各组分、总单甘油酯、总双甘油酯、总甘油三酯、总游离脂肪酸和辛酸与己酸的比值，在220 nm波长下监测流出物，确定所有成分的相对响应因子，进而实现对中链甘油的准确定量。沈杰等[35]采用高效液相色谱-蒸发光散射检测法(high performance liquid chromatography-evaporative light scattering detection，HPLC-ELSD)测定丙泊酚乳状注射液中三辛酸甘油酯和胆固醇的含量，选用Cosmosil 3 C18-EB 色谱柱(100 mm×2.0 mm×3 μm)，以甲醇-水(体积比97∶3)为流动相，柱温30 ℃，实验结果表明，在三辛酸甘油酯质量浓度为53.25～426.00 μg/mL时，其浓度对数与峰面积的对数线性关系良好，线性相关系数为0.999 6，平均回收率为99.41%，RSD为2.16%，可见该方法快速、准确、灵敏度高，可用于三辛酸甘油酯含量测定。

2.4 色谱与质谱联用技术

色谱与质谱联用技术主要有两大类：高效液相色谱与质谱联用技术(high performance liquid chromatography-mass spectrometry，HPLC-MS)和气相色谱-质谱联用技术(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)。色谱与质谱联用技术既具备色谱法对复杂化合物的高分离能力，又有质谱高分辨率、高灵敏度及准确鉴定能力，可用于MCT的定性和定量检测，为MCT的检测提供了有效的分析手段[36]。汪勇等[37]采用HPLC-MS检测甘油二酯的纯度，以乙腈-异丙醇-甲酸(体积比550∶450∶0.5)为流动相，选用Pin-nacleIIC18 (150 mm×2.1 mm×5 μm,)为色谱柱，质谱采用电喷雾离子源(electron spray ionization，ESI)，在正离子模式下进行测定，结果表明，在质量浓度范围1.01～2.0 mg/mL内，甘油二酯的标准曲线线性关系良好，加样回收率达104%～109%，RSD为0.69%～5.19%，表明该标准样品中甘油二酯纯度高，无单甘油酯和甘油三酯。邹建凯[38]采用气相色谱-质谱技术，对辛癸酸甘油酯进行分离，采用的毛细管柱为HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，以分流/不分流进样口，成功的分离了辛癸酸甘油酯中二辛酸甘油酯、二癸酸甘油酯、三辛酸甘油酯、三癸酸甘油酯、二辛酸单癸酸甘油酯和单癸酸二辛酸甘油酯等成分，并测定了各化合物的EI质谱。

2.5 各种检测方法的比较

TLC具有装置简单、适用范围广、成本低廉、操作方便的优点，缺点主要是精度不高，且不能实现定量检测，通常并不作为主要的检测方法。GC的优点是能较准确地检测MCT的纯度及脂肪酸的组成，但它需要专门的程序升温到接近380 ℃，因此会导致基线有较大的漂移；而且这种测定操作繁琐复杂，结果易受甲酯化衍生效率的影响，并且分析时间较长，单个样品单分析时间往往超过30 min。而高温气相色谱法虽然不需要进行甲酯衍生化操作，但是高温容易导致毛细管柱固定相流失严重以及柱寿命缩短等问题。HPLC的优点是精度高、分离度高、分析时间短、适用范围广泛，样品前处理简单、柱温低、响应值波动小，是一种适合测定MCT含量的高效、准确的分析方法。色谱与质谱联用技术结合了色谱法对复杂化合物的高分离能力和质谱的高分辨率、高灵敏度及准确鉴定能力，该技术的迅速发展，使得对中链甘油三酯的组成及其结构鉴定提供了有效的分析手段。

3 MCT的应用

3.1 MCT在食品工业中的应用

3.1.1 功能性食品

MCT的代谢转运过程是独立的，不依赖于肉碱转运系统，因此，其代谢速度非常快，可以快速高效的产生能量，非常适合作为运动食品，用于提高运动员的耐力和快速消除疲劳[39]。其次，中链甘油三酯中的卡路里明显低于标准油脂，同时还可以提高人体饱腹感，在人体内能促进新陈代谢且不会储存脂肪，这使得中链甘油三酯被广泛地应用于减肥产品中[40]。目前，已广泛应用在蛋糕、冰淇淋、巧克力中，许多欧美国家已将其引入肥胖患者的饮食中，且取得了良好的效果[41]。同时，由于MCT不仅在体内极易消化吸收，而且在血液中的代谢速度也非常快，因此，非常适合用于术后感染、皮肤烧伤、艾滋病、脂肪吸收不良和癌症病人的营养食品中[42]；并且由于它对血液中葡萄糖和胰岛素浓度没有不良影响，因此也适合用于糖尿病病人的饮食中。此外，由于婴幼儿体内的脂蛋白脂酶和肝脂酶活性较低，可能会导致脏器中脂肪堆积，中链甘油三酯可作为一种快速提供能量的物质，对消化系统功能尚不十分发达的婴幼儿、尤其对早产儿和虚弱婴幼儿的生长发育方面起着重要作用[43]。

3.1.2 食品添加剂

MCT作为食品添加剂时可充当食用香精和色素的载体。在食品烘焙过程中，中链甘油三酯常被用作抗粘剂，以防止烘焙食品粘在锅或模具上；在香肠压模过程中，纯中链甘油三酯或其与植物油的混合油也经常被用作润滑剂和脱模剂；中链甘油三酯也被用来代替易氧化的乳脂，用来制作牛乳酒和奶酪仿制品。当MCT与其他乳化剂混合时，具有良好的互溶性和较强的抗氧化性，因而经常被用于巧克力、冰淇淋和奶酪产品中用于改善外观和口感。

3.2 MCT在医药学领域中的应用

MCT在临床营养中已被用于治疗营养不良、脂肪吸收不良、乳糜泄、慢性胰腺功能不全、肠瘘、胆管阻塞、高脂血症、胆固醇高、阻塞性黄疸、炎性肠病、脂肪肝、胰腺炎等其他相关疾病[44]。2020年6月，由Ultragenyx公司研发的三庚酸甘油酯经美国食品药物管理局(Food and Drug Administration，FDA)批准上市，该药是FDA首批的用于治疗长链脂肪酸氧化代谢病疾病的药物[45]。除此之外，MCT因其卓越的抗氧化性、溶解性、低黏度、低凝固点等特性，且还能够降低细菌的耐热性，在许多药品制剂方面有着广泛应用，例如MCT可以显著地促进人体对脂溶性维生素E的消化吸收，可作为消化不良或者能量吸收低患者的食物补充剂，而且，当药品采用MCT制备成乳化制剂时，其生物利用率均有很大程度的改善[46-47]。

3.3 MCT在化妆品中的应用

MCT在化妆品中可作为凡士林油、羊毛脂和角鲨烷的替代品，具有良好的氧化稳定性和乳化稳定性，使化妆品易于保存。同时，还可以用作保湿因子的基础辅料、化妆品的稀释剂、防冻剂及均质剂等[48]。此外，因其具有抗菌活性，还可作为具有强效抗菌作用的保湿剂、加脂剂、皮肤柔润剂和乳化剂使用，其性质温和，能被皮肤很好地吸收。

4 结语与展望

综上所述，中链甘油三酯同普通的油脂相比，具有更多的生理功能和更丰富的营养价值，在人体健康与商业应用上有着巨大的潜力。随着科技的进步和发展，对中链甘油三酯的特点、性能和应用价值有了越来越多的认识，其应用范围也越来越大，特别是在食品工业领域对中链甘油三酯的需求越来越大。因此，对中链甘油三酯合成途径及分析检测手段的研究尤为重要。在合成中链甘油三酯的工艺中，酶法合成的MCT相较于化学法具有副产物少、产品的质量及色泽较好、安全性好、反应条件温和、环保等优点，因此，可采用以酶法合成为主、同时辅助以超声波、微波等物理方法，能够有效改善酶法合成反应时间长、转化率低等缺点。相信随着酶工业的发展，酶法的成本会不断降低，酶法的商业化发展也指日可待。此外，在分析检测中链甘油三酯的方法中，GC能准确地检测MCT的纯度以及脂肪酸的组成，HPLC精度高、适用范围广且样品前处理简单，上述两种方法均适合高效、准确地分析检测MCT；同时随着色谱与质谱联用技术的迅速发展，也为中链甘油三酯的组成及其结构鉴定提供了有效的分析手段。因此，在科学技术日益进步的当下，在实际生产和检测中可以采用适合的方法对中链甘油三酯进行研究，并积极推动MCT的开发、应用及产业化研究，为食品安全和人类健康造福。