SUBSTYTUTY TŁUSZCZU MLEKA KOBIECEGO PRODUKOWANE Z TŁUSZCZÓW ZWIERZĘCYCH Dorota Kowalska, Eliza Gruczyńska, Joanna Bryś
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
Streszczenie. Mleko matki jest najlepszym pokarmem dla noworodków i niemowląt w po- czątkowym okresie ich życia. Jednak gdy karmienie piersią jest niemożliwe lub niepożą- dane, konieczne jest stosowanie substytutów mleka kobiecego (HMS). Substytuty mleka kobiecego zawierają strukturyzowane lipidy (HMFS), które odzwierciedlają skład i mole- kularną strukturę triacylogliceroli (TAG) obecnych w tłuszczu mleka kobiecego. Obecnie HMFS są produkowanie głównie z oleju palmowego i jego frakcji. Od niedawna prowadzo- ne są badania dotyczące technologii wykorzystujących reakcje enzymatyczne w produkcji HMFS z tłuszczów zwierzęcych (smalec, tłuszcz mlekowy, olej z tuńczyka).
W artykule dokonano przeglądu prac dotyczących HMFS opublikowanych w okresie ostat- nich 15 lat. W tej pracy przedstawiono strategie i metody produkcji HMFS z tłuszczów zwierzęcych. Omówiono także właściwości różnych HMFS, zasady ich jakościowej oceny oraz metody wyboru lipaz, substratów i optymalizacji parametrów reakcji enzymatycz- nych. Smalec jest najczęściej stosowany jako substrat pochodzenia zwierzęcego do syntez HMFS z potencjalnymi możliwościami użycia w przemysłowej produkcji HMS.
Słowa kluczowe: substytuty tłuszczu mleka kobiecego, lipazy, kwas palmitynowy, smalec, tłuszcz mlekowy, olej z tuńczyka
WSTĘP
Powszechnie przyjęta jest opinia, że mleko matki (HM) jest najlepszym pokarmem bezpośrednio po urodzeniu i w pierwszych sześciu miesiącach życia dziecka, aczkol- wiek zalecane jest przedłużanie takiego karmienia do 12 i więcej miesięcy [Guo 2014].
W przypadkach gdy karmienie piersią z różnych względów staje się niemożliwe lub nie- pożądane, stosowane są inne rozwiązania. Stevens i inni [2009] podają, powołując się na starożytny zapis (egipski papirus Ebersa), że już w 1550 roku przed naszą erą stosowano
nr 584, 2016, 47–60
Adres do korespondencji – Corresponding author: Dorota Kowalska, Szkoła Główna Gospodar- stwa Wiejskiego w Warszawie, Wydział Nauk o Żywności, Katedra Chemii, ul. Nowoursynowska 159c, 02-776 Warszawa, e-mail: dorota_kowalska@sggw.pl
alternatywne karmienie niemowląt. Wcześniej, bo już od 2000 roku przed naszą erą, stoso- wano karmienie niemowląt mlekiem innej niż matka kobiety. W wielu krajach w arystokra- tycznych rodzinach rozwiązanie to (ang. wet nursing) było stosowane przez stulecia.
Ostatnie 25–30 lat to rozwój badań naukowych i komercjalizacja opracowywanych rozwiązań w alternatywnym karmieniu noworodków, niemowląt i małych dzieci. Współ- czesne trendy badawcze i osiągnięcia oraz wydawane na ich podstawie rekomendacje i standardy są szeroko relacjonowane w literaturze [Alles i in. 2004, Koletzko i in. 2005, Dobrzańska i in. 2012]. Podstawowym wskaźnikiem strategicznym w takich pracach jest skład HM, a celem opracowanie takiej mieszanki (substytutu – HMS), aby jak najmniej różniła się od HM w zakresie składu chemicznego i właściwości biologicznych.
Opracowywanie receptur i produkcja mieszanek do karmienia alternatywnego nie- mowląt i małych dzieci wymaga zabezpieczenia potrzeb żywnościowych i bezpieczeństwa zdrowotnego. Jako składniki proteinowe i inne zawierające azot stosowane są: preparaty białek zwierzęcych (z mleka krów) i roślinnych (izolaty sojowe), hydrolizaty białkowe, laktoferyna, koncentraty nukleotydów, zestawy aminokwasów i związków zawierających azot niebiałkowy. Stosowane węglowodany to skrobia i cukry (laktoza, glukoza, galak- toza, fukoza, pochodne kwasu sialowego i inne) oraz preparaty probiotyczne (oligocukry związane w postaci glikolipidów i glikoprotein). Jako substraty lipidowe (kwasy tłusz- czowe, fosfolipidy, cholesterol) stosowane są zwykle oleje roślinne, z ryb i ze zwierząt morskich oraz tłuszcze zwierząt lądowych (tłuszcz mlekowy i smalec), a także żółtka jaj.
Tłuszcze obecne w HM stanowią zabezpieczenie głównej części potrzeb energetycznych (40–54%) oraz funkcji fizjologicznych niemowlęcia. Współczesne HMS używane w al- ternatywnym żywieniu niemowląt łącznie ze stosowanymi zestawami witamin i składni- ków mineralnych w wysokim stopniu odzwierciedlają HM [Guo 2014].
Analiza chemiczna tłuszczu mleka kobiecego (HMF) wskazuje na kilka istotnych problemów dotyczących składu i struktury obecnych triacylogliceroli (TAG). Należy tu wymienić główne kwasy tłuszczowe: palmitynowy (P,16:0) i stearynowy (S,18:0), kwas oleinowy (O,18:1), kwasy linolowy (L,18:2) i linolenowy (Ln,18:3) oraz kwasy arachi- donowy (ARA, 20:4 n-6) i dokozaheksaenowy (DHA, 22:6 n-3). Kwasy ARA i DHA biorą udział w procesach fizjologicznych dziecka w szczególności w kształtowaniu bu- dowy i rozwoju mózgu oraz układu wzrokowego (siatkówki oka). ARA i DHA mogą być syntetyzowane przez organizm dziecka (z kwasów L i Ln), jednakże wydolność w tym zakresie może być w początkowej fazie rozwoju niemowlęcia niewystarczająca, co wy- maga uzupełniania ich w diecie [Lauritzen i in. 2001, Koletzko i in. 2005, Koletzko i in.
2008]. Szczególnie ważną rolę w HMF odgrywa kwas palmitynowy. Występuje on w do- minującej ilości w pozycji sn-2 TAG, co umożliwia jego łatwe przyswajanie i zapobiega niekorzystnemu powstawaniu palmitynianów wapnia i magnezu [Innis i in. 1994, Bar- -Yoseph i in. 2013]. Wpływ stereo-specyficznego rozmieszczenia kwasów tłuszczowych, ze szczególnym podkreśleniem pozycji sn-2 w cząsteczkach TAG, na procesy absorbcji i metabolizmu lipidów szczegółowo omawiali Karuipaiah i Sundram [2007]. Badano [Ku- rvinen i in. 2002] metodą NICI MS (ang. Negative Ion Chemical Ionization Mass Spec- trometry) struktury izomeryczne TAG tłuszczu mleka kobiecego i jego 32 handlowych substytutów produkowanych w Europie Zachodniej, USA i Kanadzie. Wyniki grupowane w relacji ACN/DB (ang. Acyl Carbon Number / Double Bonds) poszczególnych triacy- logliceroli wykazały, że głównymi regioizomerami TAG dla HMF są 18:1—16:0―18:1
(83% mol), 18:1―16:0―18:2 (83% mol), 18:1―16:0―16:0 (80% mol). Dla HMFS od- powiednie zawartości wymienionych TAG zmieniały się od 0–82% mol, 0–100% mol i 0–73% mol.
Analiza tłuszczów naturalnych wskazuje, że takich, które w znaczącej części spełnia- ją podstawowe wymagania w zakresie budowy strukturalnej składowych TAG tłuszczu z HM, tzn. takich, które zawierają w pozycji wewnętrznej (sn-2) kwas palmitynowy, jest niewiele (olej palmowy i jego frakcje, tłuszcz mlekowy, smalec, olej z tuńczyka). Rozwój technologii wykorzystujących reakcje enzymatyczne otrzymywania lipidów struktury- zowanych [Osborn i Akoh 2002, Adamczak 2004, Bornscheuer i in. 2013, Ferreira-Dias i in. 2013, Lewandowska i in. 2014] pozwala jednak na syntetyzowanie triacylogliceroli o założonej strukturze i właściwościach fizykochemicznych.
Celem przedstawionej pracy było dokonanie przeglądu literaturowego obejmującego publikacje z ostatnich 15 lat dotyczące zastosowania tłuszczów zwierzęcych do syntez strukturyzowanych TAG o zwiększonej zawartości kwasu palmitynowego w pozycji sn-2 triacylogliceroli. Mieszaniny takich TAG określane jako substytuty tłuszczu mleka kobie- cego (HMFS) są wykorzystywane, po spełnieniu warunków klinicznego żywienia, jako składniki HMS i preparatów stosowanych w żywieniu niemowląt i małych dzieci. HMFS produkowane są zwykle z tłuszczu palmowego i jego frakcji. Zmiana bazy surowcowej na popularne tłuszcze zwierzęce jest alternatywą dla krajów z tych stref klimatycznych, gdzie nie uprawia się palmy oleistej.
STRATEGIE I METODY PRODUKCJI SUBSTYTUTÓW TŁUSZCZÓW MLEKA LUDZKIEGO
Otrzymywanie HMFS to enzymatyczna modyfikacja dostępnych tłuszczów jadal- nych z wykorzystaniem potencjału możliwości stosowanych jako katalizatory lipaz (EC 3.1.1.3) pochodzenia mikrobiologicznego, roślinnego lub zwierzęcego. Opracowanie strategii otrzymywania HMFS polega na ustaleniu celu planowanej syntezy lub syntez, tzn. wybraniu hipotetycznego lub realnego składu ilościowego i strukturalnego poten- cjalnych produktów reakcji. Skład i rozmieszczenie kwasów tłuszczowych w TAG mleka kobiecego z danego terytorium jest wzorcem o pierwszorzędnym znaczeniu. Dalej należy wybrać odpowiednie surowce (substraty reakcji), katalizatory (lipazy/lipazę) i zaplano- wać etapy procesu otrzymywania danego HMFS.
Soumanou i inni [2013] analizowali enzymatyczne technologie otrzymywania HMFS na drodze oddzielnych lub szeregowo połączonych procesów alkoholizy, acydolizy i transestryfikacji. Wskazano na rolę lipaz, wymieniając 12 najczęściej stosowanych, omawiano ich pozycyjną i strukturalną selektywność oraz wpływ temperatury, pH, ak- tywności wody, immobilizacji i rodzaju rozpuszczalnika na aktywność katalityczną lipaz.
Omawiane strategie produkcji autorzy w zasadzie utożsamiają z etapowością procesów, dzieląc je na jedno- , dwu- i trójetapowe. Należy zwrócić uwagę, że ilość etapów pro- cesu produkcji HMFS jest równa ilości różnych reakcji enzymatycznych przeprowadza- nych w danym procesie. Jest to o tyle ważne, że niektórzy autorzy, oznaczając etapowość procesu, biorą pod uwagę nie tylko te, w których zachodzą reakcje enzymatyczne, ale także operacje wydzielania i oczyszczania finalnego produktu [Robles i in. 2011].
Według Soumanou i innych [2013] jednoetapowy proces otrzymywania HMFS to enzymatyczna acydoliza bądź enzymatyczne przeestryfikowanie tłuszczu podstawowego odpowiednio z kwasami tłuszczowymi lub innym tłuszczem. W takich reakcjach acydo- liza daje masę poreakcyjną o mniejszej zawartości produktów ubocznych, z której łatwiej można wydzielić HMFS o określonym stopniu czystości. Typowym przykładem jest syn- teza 1,3-dioleoilo-2-palmitoiloglicerolu głównego triacyloglicerolu mieszanki Betapol i innych HMFS. Wydajność jednoetapowych acydoliz i interestryfikacji sięga 40%, dla- tego w celu jej zwiększenia opracowywane są procesy wieloetapowe. Najczęściej poda- wanym przykładem jest dwuetapowa synteza strukturyzowanych lipidów z naturalnego tłuszczu poprzez jego etanolizę w obecności lipazy 1,3-selektywnej, co pozwala uzyskać 2-monoacyloglycerol (2-MAG). Następnie w drugim etapie oczyszczony 2-MAG podda- je się katalizowanej lipazą 1,3-specyficzną estryfikacji kwasami tłuszczowymi. Zastoso- wanie etanolizy zamiast hydrolizy w pierwszym etapie zabezpiecza przed migracją acyli, co pozwala otrzymać czysty 2-MAG, jeżeli reakcja prowadzona jest w rozpuszczalniku umożliwiającym utrzymanie odpowiedniej wartości aktywności wody. Innym przykła- dem jest dwuetapowa synteza 1,3-dioleoilo-2-palmitoiloglicerolu (OPO) poprzez etano- lizę tripalmitynianu glicerolu w obecności lipazy z Rhizopus delemar. Po oddzieleniu wykrystalizowanego z acetonu 2-palmitynianu glicerolu następuje acydoliza produktu z etapu pierwszego kwasem oleinowym w rozpuszczalniku niepolarnym, dając OPO.
Szczegółową dyskusję jedno- i dwuetapowych syntez strukturyzowanych TAG przepro- wadził Adamczak [2004].
Związek OPO jest syntetyzowany także w procesie trójetapowym, który polega na enzymatycznych: estryfikacji, glicerolizie i acydolizie frakcji bogatej w kwas palmity- nowy (PARF) kwasami frakcji zawierającej duże ilości kwasu oleinowego (OARF), uzy- skiwanych po zmydleniu rafinowanego oleju palmowego i krystalizacji frakcjonowanej.
Pierwszym etapem jest estryfikacja PARF etanolem w obecności enzymu z Pseudomonas cepacia. Powstały palmitynian etylu reaguje z glicerolem w obecności preparatu Novo- zym 435 (etap drugi), dając tripalmitynian glicerolu (PPP). Trzeci etap to acydoliza PPP kwasami z OARF katalizowana preparatem Lipozyme RM [Chen i in. 2004]. Prowa- dzenie reakcji enzymatycznych w rozpuszczalnikach organicznych ułatwia syntezę, ale może stanowić przeszkodę we wdrażaniu technologii dwu- i trójetapowych do seryjnej produkcji HMFS [Adamczak 2004, Soumanou i in. 2013].
Końcową fazą produkcji HMFS jest wydzielenie i oczyszczenie otrzymanego pro- duktu oraz laboratoryjna i systemowa ocena jego jakości. Zespół kierowany przez Wan- ga i innych [2010a] opracował na podstawie wyników analiz ogólnego składu kwasów tłuszczowych (dane sektora I) i ich ilościowej obecności w pozycji sn-2 (dane sektora II) w tłuszczu mleka kobiecego (colostrum i mleko dojrzałe od 20 kobiet) metodę punktowej oceny jakości w znaczeniu zgodności z wzorcem różnych próbek HMF i HMFS, miesza- nek dla dzieci, smalcu oraz olejów sojowego i kukurydzanego. W uproszczonej procedu- rze obliczeń uwzględniano tylko osiem kwasów w sektorze I (nasycone o parzystej ilości atomów węgla od C10:0 do C18:0 oraz nienasycone C16:1, C18:1 i C18:2) oraz sześć z nich (bez C10:0 i C16:1) w sektorze II. W obliczanym punktowym stopniu podobień- stwa do wzorcowych HMF w równaniu G = G1 + G2 przyjęto zakresy dla G od 0 do 100, a dla G1 i G2 od 0 do 50 oraz podano zasady ich obliczania w powiązaniu z wynikami analiz chromatograficznych. Obliczane stopnie podobieństwa dla HMF wynosiły w gra-
nicach od 98,32 do 99,74 pkt dla HMFS od 76,89 do 83,16 pkt, a dla mieszanek dla dzieci od 49,28 (wartość G2 = 1,77) do 78,18 pkt. Dla kukurydzanego i sojowego oleju wartość G wynosiła odpowiednio 30,01 i 26,20 pkt, a czynnikami zaniżającymi były wartości parametru G2 (3,49 i 2,60 pkt) wyliczane na podstawie wyników oznaczeń składów kwa- sów tłuszczowych w pozycji sn-2. Uzyskana dla smalcu duża wartość G = 75,89 wyni- kała z praktycznie równych ocen dla G1 = 37,79 i G2 = 38,10, co oznacza, że smalec jest dobrym substratem do produkcji HMFS. W równolegle prowadzonych badaniach [Wang i in. 2010b] dokonano analogicznej oceny HMFS zsyntetyzowanych przez acydolizę smalcu. Donorem acyli była mieszanina kwasów tłuszczowych pochodzących z tłuszczu ziaren palmy, oleju z nasion herbaty i oleju sojowego. Tak dobrana mieszanina zabezpie- czała odpowiednio udziały kwasów krótko- i średniołańcuchowych C8:0–C14:0 (tłuszcz z ziaren palmy), oleinowego (olej z nasion herbaty) oraz linolowego i linolenowego (olej sojowy). Acydolizę prowadzono w obecności preparatu Lipozyme RM IM zawierającego immobilizowaną lipazę z Rhizomucor miehei. Składy mieszanin przed reakcją zmieniano tak, aby uzyskać zróżnicowane wartości sumarycznych współczynników podobieństwa HMFS do HMF kobiet z Guangzhou w Chinach. Otrzymywano wartości G z zakresu od 90,64 do 18,17 pkt, G1 od 48,88 do 13,66 i G2 od 41,76 do 4,52. Wyniki wskazują na dużą sterowalność procesu acydolizy smalcu w zakresie finalnej jakości HMFS i domi- nującą rolę współczynnika G2, wynikającego ze składu kwasów tłuszczowych w pozycji sn-2 TAG używanych substratów.
OTRZYMYWANIE SUBSTYTUTÓW MLEKA KOBIECEGO Z TŁUSZCZÓW ZWIERZĘCYCH
Tłuszcze pochodzenia zwierzęcego (tłuszcz mlekowy, lipidy jaj, smalec, łój, oleje z ryb) zawierają znaczne ilości kwasu palmitynowego [Karupaiah i Sundram 2007, Ro- bles i in. 2011]. Dodatkowo smalec, frakcje tłuszczu mlekowego oraz niektóre oleje z ryb (np. z tuńczyka) zawierają triacyloglicerole, w których kwas palmitynowy w znaczącej części jest estryfikowany w pozycji wewnętrznej (sn-2). Szczególnie należy wyróżnić smalec, który spełnia warunki dużej zawartości kwasu palmitynowego i jego obecności w pozycji sn-2 [Yang i in. 2003, Silva i in. 2009, Wang i in. 2010b, Gruczyńska i in. 2013, Zou i in. 2014, Kotani i in. 2015]. Silva i inni [2009] podają, że najliczniej występują- cymi triacyloglicerolami w smalcu są: POO (23,2 g·100 g–1), PSO (18,3 g·100 g–1), PLL (12,2 g·100 g–1), POL (8.5 g·100 g–1), PPO (7,8 g·100 g–1) i PPL (5,7 g·100 g–1), gdzie P, O, S i L oznaczają odpowiednio kwasy: palmitynowy, oleinowy, stearynowy i linolowy.
Połączenia trójliterowe oznaczają sn-1,2,3 triacyloglicerole. Po przeestryfikowaniu enzy- matycznym zawartość PPO i PPL wzrasta.
Tłuszcz mlekowy to wyjątkowo skomplikowana mieszanina triacylogliceroli za- wierająca ponad 100 000 różnych triacylogliceroli, w skład których wchodzi ponad 400 różnych kwasów tłuszczowych od krótkołańcuchowych (kwas masłowy) do długo- łańcuchowych zawierających nawet kilkadziesiąt atomów węgla w łańcuchu [Kontkanen i in. 2011]. Rozmieszczenie acyli w triacyloglicerolach jest nieprzypadkowe, wykazu- jąc wyraźne preferencje estryfikacji w pozycji sn-2 nasyconymi kwasami tłuszczowymi C8:0–C14:0 i C16:0 oraz kwasami C4:0–C8:0 w pozycji sn-3 [Kontkanen i in. 2011]. Do
głównych kwasów tłuszczowych tłuszczu mlekowego należą kwasy nasycone o parzystej liczbie atomów węgla od C4:0 do C18:0, kwasy nienasycone C14:1, C16:1, C18:1, C18:2 i C18:3 oraz kwasy o nieparzystej ilości atomów węgla C15:0 i C17:0.
Ze względu na ważną rolę, jaką odgrywają długołańcuchowe polienowe kwasy tłusz- czowe LC-PUFA (arachidonowy – ARA, dokozaheksaenowy – DHA, eikozapentaenowy – EPA) w rozwoju układu nerwowego, budowy mózgu i układu wzrokowego dziecka w życiu płodowym i bezpośrednio po urodzeniu [Koletzko i in. 2008], zawartość tych kwasów w HMFS często jest zwiększana do poziomu ułamków procenta całkowitej ilości kwasów tłuszczowych w HMFS. Źródłem tych kwasów są oleje z ryb i zwierząt morskich. Fidler i inni [1999] podają, że szczególnie bogate w DHA i EPA są oleje ryb morskich (śledź DHA%/EPA% = 3/3, śledź amerykański 16%/14%, olej z wątroby dor- sza 27%/6%). Arab-Techrany i inni [2012] podają średnie składy kwasów tłuszczowych [mg·100 g–1] kilku popularnych na rynku ryb morskich. Z przytoczonych zestawień wyni- ka, że najwięcej LC-PUFA (n-6) zawierają łosoś, makrela, halibut, sardynka (odpowied- nio 671, 259, 191, 130 mg·100 g–1), a LC-PUFA (n-3) łosoś, halibut, makrela, sardynka (odpowiednio 4472, 3960, 2585, 2270 mg·100 g–1). Oleje tych ryb zawierają duże ilości kwasu palmitynowego (2472 mg·100 g–1 łosoś, 1198 mg·100 g–1 makrela). Na uwagę zasługuje olej z tuńczyka, który obok korzystnej zawartości DHA i EPA zawiera kwas palmitynowy 109 mg·100 g–1 w znaczącej części ulokowany w pozycji sn-2 triacylogli- ceroli. Dokładne dane dotyczące składu i rozmieszczenia (sn-2) kwasów tłuszczowych w oleju z tuńczyka zawiera praca Roblesa i innych [2011].
Należy zwrócić uwagę, że ryby nie mają zdolności syntezy kwasów DHA, EPA i ARA, a ich obecność w organizmach ryb pochodzi ze zjadanych alg lub innych ryb. Fakt ten zwraca uwagę na możliwość wykorzystania alg do produkcji olejów i koncentratów DHA, EPA. Przykładem takiego produktu jest koncentrat DHASCO firmy Martek (USA) produkowany z Mikroalg MK 8809, zawierających ok. 35% DHA [Fidler i in. 1999].
Bigogno i inni [2002] wskazują, że najbogatszym źródłem ARA jest zielona alga oleista Pariatochloris incisa zawierająca w fazie logarytmicznej 33,6%, a w fazie stacjonarnej 42,5% tego kwasu oraz znaczące ilości kwasów C16:0, C18:1 i C18:2.
Według standardów obowiązujących w Australii i Nowej Zelandii koncentraty DHA- -SCO – (ang. DHA-rich Single Cell Oil) i ARASCO – (ang. ARA-rich Single Cell Oil) produkowane z alg morskich Crypthecodinum cohnii (DHASCO) i Mortierella alpina (ARASCO) są dodawane w ilości 1,25% do HMS, zabezpiecza to odpowiednią zawar- tość kwasów DHA i ARA w diecie dziecka [Technical Report 2003].
SYNTEZY HMFS ZE SMALCU
Skład chemiczny i struktura triacylogliceroli smalcu wskazuje, że tłuszcz ten jest bardzo dobrym surowcem do produkcji HMFS. Dominująca struktura triacylogliceroli HMFS ma postać R1―P― R2, przy czym R1 i R2 są acylami innymi niż palmitynowy, najczęściej nienasyconymi (C18–C22) lub nasyconymi C10–C14 i C18. Rozwój techno- logii bazujących na reakcjach enzymatycznych stosowanych w produkcji lipidów struk- turyzowanych stworzył „narzędzia” do syntezy odpowiednich TAG i spowodował, że ograniczenia surowcowe dla takich syntez przestały praktycznie istnieć. W ostatnim dzie-
sięcioleciu smalec jest często stosowany jako podstawowy surowiec do produkcji HMFS.
W zasadzie jedynym czynnikiem ograniczającym jego stosowanie są reguły niektórych religii i wybory żywieniowe (weganie, wegetarianie).
Yang i inni [2003] pierwsi zastosowali smalec jako tłuszcz podstawowy do produkcji HMFS. Stosując jednoetapową acydolizę smalcu kwasami otrzymanymi z oleju sojowe- go, uzyskali tłuszcz, który ze względu na skład i rozmieszczenie (sn-2) kwasów tłuszczo- wych oraz temperaturę topnienia był odpowiedni jako HMFS. Autorzy przeprowadzili optymalizację warunków prowadzenia reakcji (temperatura 61°C, czas 1 h, stosunek mo- lowy smalec : kwasy tłuszczowe = 1 : 2,4 katalizator 13,7% Lipozyme RM IM o zawar- tości wody 3,5%). Podane zostały równania ułatwiające mieszanie substratów reakcji:
smalec + kwasy tłuszczowe – (lipaza sn-1,3 specyficzna) → HMFS, oraz omawiano kinetykę inkorporacji kwasów tłuszczowych do TAG smalcu, warunki powiększania ska- li procesu i możliwości wielokrotnego użycia wsadu katalizatora. W podobnej pracy inny zespół autorów [Zhao i in. 2006] badał acydolizę smalcu kwasem kaprylowym. Badano aktywność katalityczną (stopień inkorporacji C8:0 do TAG smalcu) komercyjnych kata- lizatorów enzymatycznych: Lipozyme TL IM (Thermomyces lanuginosus), PPL (Porci- ne pancreatic lipase), Amano 10 (Mucor javanicus), FAP-15 (Rhizopus oryzae), AY-30 (Candida rugosus), która malała w kolejności wymienionych preparatów. Dla każdego katalizatora badano wpływ rozpuszczalników o różnych wartościach log P (P – współ- czynnik podziału między wodę i oktan-1-ol). Stopień inkorporacji kwasu C8:0 malał w kolejności heksan > izooktan > eter etylowy > acetonitryl > octan etylu > aceton > chlo- roform. Poza tym badane były wpływy: ilości użytego w danej syntezie katalizatora, stosunku molowego smalcu do kwasu C8:0, czasu reakcji (w zakresie od 1 do 72 h) oraz temperatury na inkorporację C8:0. Dla najlepszego katalizatora (Lipozyme TL IM) wy- znaczono następujące optymalne warunki prowadzenia acydolizy: wsad katalizatora 10–
–15% wag., stosunek molowy smalcu do kwasu = 1 : 2, temperatura 55–60°C, czas reakcji 24 h, rozpuszczalnik heksan. Nielsen i inni [2006] przeprowadzili zmieniając parametry (temperatura, czas, zawartość wody), ciągłe serie produkcji HMFS w skali ¼-technicznej (kilogramowe ilości produktu) poprzez acydolizę smalcu kwasami tłuszczowymi z oleju sojowego w reaktorze rurowym ze złożem zawierającym Lipozyme RM IM.
Właściwości otrzymanego i oczyszczonego przez destylację molekularną HMFS porównywano z właściwościami preparatów handlowych HMFS i ze smalcem wyjścio- wym (składy i rozmieszczenie kwasów tłuszczowych oraz aktywność przeciwutleniająca OA). Stwierdzono znaczne obniżenie wartości OA otrzymanego HMFS w porównaniu z preparatami handlowymi. Mniejsza różnica występowała natomiast w porównaniu ze smalcem. Tak znaczące obniżenie parametru OA dla HMFS przypisano nieobecności w otrzymanym HMFS tokoferoli, które występowały w niewielkiej ilości (21–34 μg·g–1) w smalcu i w znacznej ilości (550–580 μg·g–1) w handlowych preparatach HMFS. Quin i inni [2014] opracowali, bazując na wcześniejszej pracy [Quin i in. 2011], metodę pro- dukcji HMFS. Metoda polega na katalizowanej preparatem Lipozyme RM IM acydolizie smalcu kwasami tłuszczowymi z oleju z nasion drzewa herbacianego (Camellia oil). Pro- dukt reakcji oczyszczano przez destylację molekularną (frakcja bogata w 1,3-dioleoilo-2- -palmitoiloglicerol – OPO) i następnie mieszano OPO z olejami roślinnymi (olej z ziaren palmy + olej sojowy + olej lniany + olej słonecznikowy). Przeprowadzono optymalizację składu mieszaniny olejów roślinnych oraz punktową ocenę (ang. scores deducting prin-
ciple) stopnia podobieństwa jakościowego otrzymanego HMFS i substratów acydolizy do wzorcowego HMF według wcześniej opisanej [Wang i in. 2010a, b] metodyki. Sma- lec nie zawiera LC-PUFA w szczególności kwasów ARA, EPA i DHA. Ze względu na fizjologiczne role wypełniane przez te kwasy w organizmach noworodków i niemowląt, niektóre HMFS produkuje się w taki sposób, aby zawierały LC-PUFA (suplementacja produktu).
Simoes i inni [2014] badali skuteczność działania handlowych preparatów enzyma- tycznych: Lipozyme RM IM (Rhizomucor miehei), Lipozyme TL IM (Thermomyces lanuginosa), Novozym 435 (Candida antarctica) oraz laboratoryjnego preparatu rROL otrzymanego przez immobilizację heterologowej lipazy Rhizopus oryzae na nośniku po- lipropylenowym Accurel MP 1000. Testowano reakcję acydolizy smalcu kwasami LC- -PUFA otrzymywanymi z koncentratu olejowego EPAX 1050 TG zawierającego ok. 10%
EPA i ok. 50% DHA. Najlepszymi katalizatorami (wprowadzenie ok. 17% mol DHA do TAG smalcu) okazały się: Lipozyme RM IM, Novozym 435 i rROL. W przypadku Lipo- zyme TL IM inkorporacja DHA do TAG smalcu wynosiła tylko 7,2 %mol. Autorzy zwró- cili uwagę na fakt, że w warunkach prowadzonej acydolizy preparat Novozym 435 okazał się sn-1,3 regioselektywny. Dokładnie badano efektywność katalizatora rROL. Optymal- ne parametry acydolizy, wyznaczone metodą CCRD (Central Composite Rotable Design) bazującą na 11 dobowych eksperymentach, wynosiły: temperatura 40°C, stosunek molo- wy kwasów do smalcu = 3 : 1. Preparaty HMFS zawierające kwasy oleinowy i linolowy lub kwasy EPA i DHA syntetyzowali Kotani i inni [2015], stosując metodę dwuetapową.
Pierwszy etap to etanoliza smalcu katalizowana preparatem Novozym 435 prowadzą- ca do 2-palmitoiloglicerolu, który następnie rozpuszczano w heksanie i estryfikowano w obecności preparatu Lipozyme RM IM mieszaniną kwasów oleinowego i linolowego lub EPA i DHA. Otrzymywane HMFS poddawano badaniom składu i rozmieszczenia kwasów tłuszczowych, składu triacylogliceroli oraz oznaczano aktywność przeciwutle- niającą i temperatury topnienia HMFS. Stwierdzono, że HMFS acydolizowane kwasami oleinowym i linolowym oraz acydolizowane kwasami EPA i DHA mogą być stosowane w komponowaniu HMS.
Obok acydolizy smalcu kwasami tłuszczowymi prowadzono prace, w których sma- lec przeestryfikowywano bezpośrednio z olejem sojowym (SBO) w obecności prepara- tu Lipozyme TL IM [Silva i in. 2009, Silva i in. 2011] lub olejem rzepakowym (RSO) w obecności preparatu Lipozyme IM RM [Gruczyńska i in. 2013]. Wyniki oznaczeń składów i rozmieszczenia (sn-2) kwasów tłuszczowych przeestryfikowanych mieszanin smalcu i SBO lub RSO o zawartości smalcu powyżej lub równo 50% pokazały, że ta- kie mieszaniny spełniają podstawowe wymagania składu chemicznego i strukturalnego triacylogliceroli HMFS. W niedawno opublikowanej pracy Zou i innych [2014] przed- stawiono wyniki otrzymywania HMFS przez interestryfikację smalcu z mieszaniną ole- jów: słonecznikowy (SFO), canola (RSO), z ziaren palmowych (PKO), palmowy (PO), z alg (AO) i pochodzenia mikrobiologicznego (MO). Po optymalizacji składu mieszanek tłuszczów (smalec: SFO : RSO : PKO : PO : AO : MO = 1,00 : 0,10 : 0,50 : 0,13 : 0,12 : 0,02 : 0,02) przeprowadzano ich przeestryfikowanie w obecności 11% wag. prepara- tu Lipozyme RM IM. Następujące parametry reakcji uznano za optymalne: temperatura 60°C, czas reakcji 3 h zawartość wody 3,5%. Otrzymany produkt wykazywał wysoki stopnień podobieństwa w zakresie składu i rozmieszczenia (sn-2) kwasów tłuszczowych
(odpowiednio 92,5 i 90,3%) oraz zawartości LC-PUFA i składowych TAG (odpowiednio 61,5 i 71,9%). Autorzy pracy [Zou i in. 2014] uznali, że nadaje się on do przemysłowego wytwarzania HMFS.
SYNTEZY HMFS Z TŁUSZCZU MLEKOWEGO
Z publikowanych charakterystyk składu tłuszczu mlekowego i produktów jego mo- dyfikacji [Kontkanen i in. 2011] wynika, że można uzyskać frakcje, z których dość ła- two otrzymuje się HMFS. W niektórych przypadkach wystarczy wprowadzić do cząste- czek TAG w pozycję sn-1,3 kwasy nienasycone (L, Ln, ARA, EPA, DHA), aby uzyskać oryginalne pełnowartościowe HMFS, ponieważ kwas palmitynowy w znaczącej części (~ 45,4%) znajduje się w pozycji sn-2. Procentowy udział kwasu palmitynowego w pozy- cji sn-2 TAG tłuszczu mlekowego można jeszcze podnieść przez frakcjonowanie. Jedno- cześnie w wyniku enzymatycznych modyfikacji ulegnie zmniejszeniu zawartość kwasów C4:0 i C6:0 znajdujących się głównie w pozycji sn-3 (odpowiednio ok. 98 i 93%) [Kont- kanen i in. 2011].
W ostatnich latach ze względu na konkurencyjne technologie otrzymywania HMFS z wykorzystaniem tłuszczu palmowego i smalcu stosowanie tłuszczu mlekowego do wytwarzania HMFS stało się mniej popularne. Li i inni [2010] otrzymywali HMFS przez acydolizę tłuszczu mlekowego kwasami otrzymanymi z mieszaniny oleju so- jowego i rzepakowego w obecności katalizatora enzymatycznego Lipozyme RM IM.
Otrzymany produkt oczyszczano przez destylację molekularną (oddestylowanie wol- nych kwasów tłuszczowych i acylogliceroli kwasów niskocząsteczkowych) i następnie przez krystalizację z acetonu. Otrzymany produkt końcowy użyto do sporządzenia mie- szanek, którymi żywiono szczury doświadczalne, równolegle prowadzono doświadcze- nia z użyciem mieszanek zawierających niemodyfikowany tłuszcz o podobnym skła- dzie kwasów tłuszczowych. Monitorowano skład lipidów i składników mineralnych w odchodach zwierząt oraz lipidów w ich krwi. Stwierdzono, że pasza zawierająca wy- twarzany HMFS jest wyższej jakości niż ta z tłuszczem niemodyfikowanym, jednakże ważniejszą rolę niż modyfikacje struktury TAG odgrywa suplementacja witaminą D i LC-PUFA.
Sørensen i inni [2010] badali możliwości użycia frakcji tłuszczu mlekowego do produkcji HMFS w procesie enzymatycznej acydolizy kwasami uzyskanymi z mie- szaniny (RSO : SBO = 7 : 3), frakcjonowania oczyszczonej mieszaniny poreakcyjnej i dodatków kwasów ARA i DHA do finalnego produktu, aby uniknąć ich utleniania się podczas acydolizy. Badano dwa warianty technologii. W pierwszym frakcjonowano tłuszcz mlekowy, który poddawano acydolizie, w drugim odwrotnie – najpierw prze- prowadzano acydolizę, a następnie frakcjonowanie. W obydwu wariantach frakcjono- wanie przeprowadzano z acetonu. Według autorów finalny produkt z każdego wariantu może być stosowany do produkcji HMFS. Jednakże produkt z wariantu drugiego wy- kazywał większą (56%) zawartość kwasu palmitynowego w pozycji sn-2 niż produkt z wariantu pierwszego (47%). Do doświadczeń w skali ¼-technicznej (reaktor rurowy ze złożem zawierającym preparat Lipozyme RM IM) wybrano wariant drugi prowa- dzony według schematu: tłuszcz mlekowy → acydoliza enzymatyczna → mieszanina
poreakcyjna → oczyszczanie przez dwustopniową (w 90 i 180°C) destylację moleku- larną → krystalizacja frakcjonowana → frakcja właściwa → odwanianie → HMFS.
Otrzymany HMFS poddawano kontrolnym badaniom jakościowym (skład i rozmiesz- czenie kwasów tłuszczowych, liczby nadtlenkowa i anizydynowa, zawartość wolnych kwasów tłuszczowych, stężenie lotnych produktów utleniania, straty tokoferoli, okres indukcji, analiza sensoryczna) w dniu wyprodukowania i po 21 dniach magazynowania.
Wirkowska i inni [2012] przeprowadziły próby wzbogacania tłuszczu mlekowego (MF) kwasami EPA i DHA pochodzącymi z koncentratu olejowego ROPUFA zawierające- go 9,3% EPA i 16,9% DHA. Mieszaniny MF z ROPUFA o składzie masowym 2 : 1 poddawano przeestryfikowaniu przez 2 lub 8 h w temperaturze 50 i 80°C w obecności preparatu Lipozyme RM IM. W przeestryfikowanych mieszaninach stwierdzano obec- ność kwasów EPA (3,6 ±0,2% niezależnie od czasu i temperatury) i DHA (5,5 ±0,1%
po 2 h i 6,2 ±0,1% po 8 h). W innej pracy z tego ośrodka [Bryś i in. 2014] oceniano aktywność przeciwutleniającą przeestryfikowywanych w temperaturach 60, 70, 80°C przez 2 h w obecności preparatu Lipozyme RM IM mieszanin smalcu z koncentratem ROPUFA oraz tłuszczu mlekowego z ROPUFA. Oznaczano okres indukcyjny metodą ciśnieniowej różnicowej kalorymetrii skanningowej (PDSC) oraz liczby nadtlenkową i anizydynową. Analizowano także składy i rozmieszczenie kwasów tłuszczowych oraz zawartość związków polarnych w przeestryfikowanych tłuszczach. Autorzy potwier- dzają przydatność otrzymywanych produktów do produkcji HMFS oraz rekomendują stosowane metody analityczne.
SYNTEZY HMFS Z OLEJÓW Z RYB
Oleje z ryb, alg i ze zwierząt morskich stosowane są w produkcji HMFS jako skład- niki dostarczające LC-PUFA ( kwasy ARA, EPA i DHA) i są najczęściej używane jako suplementy. Jak do tej pory wyjątkiem jest olej z tuńczyka, który był stosowany jako tłuszcz główny poddawany przeestryfikowaniu enzymatycznemu z olejami roślinnym.
Hita i inni [2007] przedstawili pracę, w której relacjonowano wyniki badań nad otrzy- mywaniem strukturyzowanych triacylogliceroli (sTAG) zawierających w pozycjach sn-1 i sn-3 kwas kaprylowy (CA) i kwas DHA w pozycji sn-2. Zastosowano metodę acydolizy oleju z tuńczyka (20% DHA) kwasem CA w obecności lipazy z Rhizopus oryzae lub lipazy z Rhizopus delemar (Rd). W przypadku lipazy Rd uzyskano lepsze wyniki inkor- poracji CA do TAG oleju z tuńczyka. Po 73 h acydolizy produkt reakcji zawierał 51% CA i 13% DHA. Po oczyszczeniu finalny sTAG zawierał 45% CA i 16% DHA, którego 51%
było ulokowane w pozycji sn-2. Poza tym w pozycji tej znajdowały się kwasy palmityno- wy, EPA i oleinowy. W innej pracy [Munio i in. 2009] stosowano enzymatyczną etanolizę mieszaniny oleju z tuńczyka i dorsza. Otrzymane 2-monoacyloglicerole estryfikowano kwasem CA. Uzyskano inkorporację CA do TAG oleju z ryb w wysokości ponad 90%, z czego 98% wprowadzonego do TAG kwasu kaprylowego było w pozycjach sn-1 i sn-3.
Robles i inni [2011] opisali proces złożony z: acydolizy oleju z tuńczyka handlowymi kwasami palmitynowym i oleinowym w obecności preparatu Novozym 435, zobojętnie- nia wolnych kwasów tłuszczowych w produkcie alkoholowo-wodnym roztworem KOH i ekstrakcji TAG heksanem, ponownej acydolizy otrzymanych TAG kwasem oleinowym
(1 : 6 m/m) w obecności lipazy DF z Rhizopus oryzae w celu otrzymania TAG bogatych w O—P—O i O—DHA—O oraz oczyszczenia końcowego produktu. Wyniki analiz pro- duktu wykazały, że może on być stosowany jako HMFS.
PODSUMOWANIE
Opinia, że mleko matki (HM) jest najlepszym pokarmem dla noworodków i niemow- ląt jest naukowo uzasadniona. Gdy karmienie piersią jest niemożliwe lub niepożądane, dziecko karmione jest specjalnymi mieszankami określanymi jako substytuty mleka ko- biecego HMS, które powinny zabezpieczyć jego potrzeby żywnościowe i gwarantować mu bezpieczeństwo zdrowotne. W skład HM i HMS wchodzą tłuszcze, których skład i struktura składowych triacylogliceroli powinna być tak bliska jak to tylko możliwe.
Tłuszcze naturalne nie spełniają wymaganych warunków podobieństwa do tłuszczów HM, więc prowadzone są ich enzymatyczne modyfikacje, tak aby wytwarzane substytuty (HMFS) mogły być stosowane do produkcji HMS.
Tradycyjnie HMFS produkowane są zwykle z frakcji oleju palmowego. Alternatywą jest wytwarzanie HMFS z niektórych tłuszczów zwierzęcych, których triacyloglicerole mają strukturę zbliżoną do TAG HM. Takimi tłuszczami są smalec, frakcje tłuszczu mle- kowego i olej z tuńczyka, które po modyfikacji mogą być stosowane jako składniki HMS.
Wymienione tłuszcze spełniają rolę substratów głównych, wśród których szczególną rolę odgrywa smalec – tłuszcz tani i łatwo dostępny, o potencjalnych możliwościach zastoso- wania w przemysłowej produkcji HMFS.
W przedstawionej pracy, bazując na publikacjach, omówiono problemy dotyczące produkcji HMFS poprzez enzymatycznie katalizowane procesy alkoholizy, acydolizy lub przeestryfikowania wymienionych wcześniej substratów z innymi tłuszczami. Podkreślo- no aspekty strategii planowanych produkcji HMFS oraz metod ich realizacji, zwracając uwagę na relacjonowane metody optymalizacji przeprowadzanych modyfikacji enzyma- tycznych. Odnoszono się także do zasad ocen jakości produkowanych HMFS oraz stoso- wanych metod laboratoryjnej kontroli ich jakości.
LITERATURA
Adamczak M., 2004. The application of lipases in modifying the composition, structure and proper- ties of lipids a review. Pol. J. Food Nutr. Sci. 13/54 (1), 3–10.
Alles M.S., Scholtens P.A.M.J., Bindels J.G., 2004. Current trends in the composition of infant milk formulas. Current Paediatrics 14, 51–63.
Arab-Tehrany E., Jacquot M., Gaiani C., Imran M., Desobry St., Linder M., 2012. Beneficial effects and oxidative stability of omega-3 long chain polyunsaturated fatty acids. Trends Food Sci. Technol. 25, 24–33.
Bar-Yoseph F., Lifshitz Y., Cohen T. 2013. Review of sn-2 palmitate oil implications for infant he- alth. Prostaglandins, Leukotrienes, Essential Fatty Acids (PLEFA) 89(4), 139–143.
Bigogno Ch., Khozin-Goldberg I., Boussiba S., Vonshak A., Cohen Z., 2002. Lipid and fatty acid composition of the green oleaginous alga Parietochloris incisa, the richest plant source of arachidonic acid. Phytochem. 60, 497–503.
Bornscheuer U.T., Adamczak M., Soumanou M.M. 2013. Lipase-catalyzed synthesis of modified lipids. W: Red. F.D. Gunstone, Lipids as Constituents of Functional Foods. Woodhead Publishing Limited, 149–182.
Bryś J., Wirkowska M., Górska A., Ostrowska-Ligęza E., Bryś A., 2014. Application of the calori- metric and spectroscopic methods in analytical evaluation on the human milk fat substi- tutes. J. Therm. Anal. Calorim. 118, 841–848.
Chen L.M., Vali S.R., Lin J.Y., Ju Y.H., 2004. Synthesis of the structured lipid 1,3-dioleoyl-2-pal- mitoyl-glicerol from palm oil. J. Am. Oil Chem. Soc. 81, 525–532.
Dobrzańska A., Charzewska J., Weker H., Socha P., Mojska H., Książyk J., Gajewska D. Szajewska H., Stolarczyk A., Marć M., Czerwionka-Szaflarska M., Ryżko J., Wąsowska-Królikow- ska K., hwojnowska Z., Chybicka A., Horvath A., Socha J., 2012. Normy żywienia zdro- wych dzieci w 1-3 roku życia. Stanowisko Polskiej Grupy Ekspertów. Część I. Zapotrze- bowanie na energię i składniki odżywcze. Standardy Medyczne Pediatria 3, 313–316.
Ferreira-Dias S., Sandoval G., Plou F., Valero F., 2013. The potential use of lipases in the pro- duction of fatty acid derivatives for the food and nutraceutical industries. Electron.
J. Biotechnol. 16(3), 1–30.
Fidler N., Koletzko B., Sauerwald T.U., 1999. Single cell oils production and application. Zb. Bio- tehniske Fak. Univ. v Ljubljani. Kmetijstvo, Zootehnika 74(2), 37–45.
Gruczyńska E., Kowalska D., Kozłowska M., Kowalska M., Kowalski B., 2013. Enzymatic inter- esterification of a lard and rapeseed oil equal-weight blend. J. Oleo Sci. 62(4), 187–193.
Guo M., 2014. Introduction: trends and issues in breastfeeding and the use of infant formula. W:
red. M. Guo, Human milk Biochemistry and Infant Formula Manufacturing Technology.
Elsevier, 1–16.
Hita E., Robles A., Camacho B., Ramirez A., Esteban L., Jimenez M.J., Munio M.M., Gonzalez P.A., Molina E., 2007. Production of structured triacylglycerols (STAG) rich in docosa- hexaenoic acid (DHA) in position 2 by acidolysis of tuna oil catalysed by lipases. Process Biochem. 42(3), 415–422.
Innis S.M., Dyer R., Nelson C.M., 2004. Evidence that palmitic acid is absorbed as sn-2 monoacyl- glycerol from human milk by breast-fed infants. Lipids 29, 541–545.
Karupaiah T., Sundram K., 2007. Effects of stereospecific positioning of fatty acids in triacylglyc- erol structures in native and randomized fats: a review of their nutritional implications.
Nutr. Metabol. 4, 16–31.
Koletzko B., Baker S., Cleghorn G. et al., 2005. Global standard for the composition of infant formula: Recommendations of an ESPGHAN Coordinated International Expert Group.
J. Pedietr. Gastroenterol. Nutr. 41, 584–599.
Koletzko B., Lien E., Agostini C. et al., 2008. The roles of long-chainpolyunsaturated fatty acids in pregnacy, lactation and infancy: review of current knowledge and consensus recom- mendations. J. Perinat. Med. 36(1), 5–14.
Kontkanen H., Rokka S, Kemppinen A., et al., 2011. Enzymatic and physical modification a milk fat: a review. Intern. Dairy Journal 21, 3–13.
Kotani K., Yamamoto Y., Hara S., 2015. Enzymatic preparation of human milk fat substitutes and their oxidation stability. J. Oleo Sci. 64 (3), 275–281.
Kurvinen J-P, Sjöval O., Kallio H., 2002. Molecular weight distribution and regioisomeric struc- ture of triacylglycerols in some common human milk substitutes. J. Am. Oil Chem.
Soc.79,13–22.
Lauritzen L., Hansen H.S., Jorgensen M.H., Michaelsen K.F. 2001. The essentiality of long chain n-3 fatty acids in relation to development and function of the brain and retina. Progress Lipid Res. 40, 1–94.
Lewandowska M., Kordala N., Bednarski W., 2014. Współczesne możliwości stosowania nano- technologii w doskonaleniu katalizy enzymatycznej. ZPPNR 579, 37–47.
Li Y., Mu H., Andersen J.E.T., Xu X., Meyer O., Orngreen A., 2010. New human milk fat substitu- tes from butterfat to improve fat absorption. Food Res. Intern. 43, 739–744.
Munio M.M., Robles A., Esteban L., Gonzalez P.A., Molina E., 2009. Synthesis of structured lipids by two enzymatic steps: Etanolysis of fish oils and esterification of 2-monoacylglycerols.
Proc. Biochem. 44(7), 723–730.
Nielsen N.S., Yang T., Xu X., Jacobsen Ch., 2006. Production and oxidative stability of a human milk fat substitute produced from lard by enzyme technology in a pilot packed-bed reac- tor. Food Chem. 94, 53-60.
Osborn H.T., Akoh C.C., 2002. Structured lipids – Novel fats with medical, nutraceutical, and food applications. Compr. Rev. Food Sci. Safety 3, 110–120.
Quin X-L., Zhong J-F., Wang Y.H., Yang B.,Lan D-M., Wang F-H., 2014. 1,3-Dioleoyl-2-palmi- toylglicerol rich human milk fat substitutes. Production, purification, characterization and modeling of the formulation. Eur. J. Lipid. Sci Technol. 116(3), 282–290.
Quin X-L., Wang Y.M., Wang Y.H., Huang H.H., Yang B., 2011. Preparation and characterization of 1,3-dioleoyl-2-palmitoylglycerol. J. Agric. Food Chem. 59(10), 5714–5719.
Robles A., Jimenez M.J., Esteban L., Gonzalez P.A., Martin L., Rodriguez A., Molina E., 2011.
Enzymatic production of human milk fat substitutes containing palmitic and dodosahexa- enoic acids at sn-2 position and oleic acid at sn-1,3 positions. LWT – Food Sci. Technol.
44, 1986–1992.
Silva R.C., Cotting L.N., Poltronieri P., Balcao V.M., de Almeida D.B., Gonçalves L.A.G., Gri- maldi R., Gioielli L.A., 2009. The effects of enzymatic interesterification on the phy- sical-chemical properties of blends of lard and soybean oil. LWT – Food Sci. Technol.
1275–1282.
Silva R.C., Soares F.A.S. D.M., Fernandes T.G., Castels A.L.D., da Silva K.C.G., Gonçalves M.I.A., Ming C.C., Gonçalves L. A.G., Gioieli L.A., 2011. Interesterificatiuon of Lard and soy- bean oil blends catalyzed by immobilized lipase in a continuous packed bed reactor.
J. Am. Oil Chem.Soc. 88, 1925–1933.
Simoes T., Valero F., Tecelao, Ferreira-Dias S., 2014. Production of human milk fat substitutes catalyzed by a heterologus Rhizopur oryzae lipase and commercial lipases. J. Am. Oil.
Chem. Soc. 91, 411–419.
Stevens E.E., Patrick T.E., Pickler R., 2009. A history of infant feeding. J. Perinat. Educ. 18(2), 32–39.
Sørensen A-D.M., Xu X., Zhang L., Kristensen J.B., Jacobsen Ch., 2010. Human milk fat substitute from butter fat: Production by enzymatic interesterification and evaluation of oxidative stability. J. Am. Oil Chem. Soc. 87, 185–194.
Soumanou M.M., Perignon M., Villeneuve P., 2013. Lipase-catalyzed interesterification for human milk fat substitutes production: A review. Eur. J. Lipid Sci. Technol. 115, 270–285.
Technical Report. Series 22. Food Standards Australia – New Zealand. June 2003. Canberra BC ACT 2610.
Wang Y-H., Mai Q-Y., Quin X-L., Yang B., Wang Z-L., Chen F-T., 2010a. Establishment of an eva- luation model for human milk fat substitutes. J. Agric. Food Chem. 58, 642–649.
Wang Y.H., Qin X.L., Zhu Q.S., Zhou R., Yang B., Li L., 2010b. Lipase-catalyzed acidolysis of lard for the production of human milk fat substitute. Eur. Food Res. Technol. 230, 769–777.
Wirkowska M., Bryś J., Górska A., Ostrowska-Ligęza E., Tarnowska K., 2012. Próba wzbogacania tłuszczu mlecznego kwasami EPA i DHA. ŻNTJ 3, 46–55.
Yang T., Xu X., He Ch., Li L., 2003. Lipase-catalyzed modification of lard to produce human milk fat substitutes. Food Chem. 80, 473–481.
Zhao H., Lu Z., Lu F., Bie X., Liu Z., Zeng X., 2006. Lipase-catalyzed acidolysis of lard with capry- lic acid to produce structured lipid. Intern. J. Food Sci. Technol. 41, 1027–1032.
Zou X., Huang J., Jin Q., Guo Z., Cheong L., Xu X., Wang X., 2014. Preparation of human milk fat substitutes from lard by lipase-catalyzed interesterification based on triacylglycerol profiles. J. Am. Oil Chem. Soc. 91, 1987–1998.
HUMAN MILK FAT SUBSTITUTES PRODUCED FROM ANIMAL FATS Summary. Mother’s milk (HM) is the best food for new-borns and infants. The breast- feeding is considered to be necessary during the first 6 months after the birth and there are recommendations for prolongation of the breast-feeding period until 12 or even more months. When breast-feeding is impossible or undesirable the human milk substitutes (HMS) have to be used. Apart from proteins, carbohydrates, vitamins, minerals etc., the human milk substitutes contain fats formed mainly by special structured lipids related to as human milk fat substitutes (HMFS). The HMFS mimic the composition and molecular structure of triacylglycerols (TAG) present in human milk fat (HMF). The HMF contains structured TAGs especially these ones containing larger part of palmitic acid esterified at sn-2 position of TAG molecule. Apart from HMF only few natural fats (palm oil and its fractions, lard, cow milk fat, tuna oil) have such unique molecular property. On the other hand HMF contains also rather small quantities of triacylglycerols formed by long-chain polyunsaturated fatty acids (LC-PUFA) so it have to be reflected by HMFS. Currently HMFS are produced mainly from palm oil and its fractions. Since recently the studies concerned with the production of HMFS from animal fats (lard, butter oil, tuna oil) by enzymatic technologies are reported.
The papers on HMFS production from above mentioned animal fats by enzymatic technologies published during the period of last 15 years were reviewed. In this article the published strategies (1-step, 2-steps and 3-steps) and methods (alkoholysis, acidolysis and interesterification) in enzymatic production of HMFS and the procedures for their quality control, optymalization for reaction parameters, lipases selection and their immobilizations are discussed. As reported the ratios of reagents, catalyst loads, time and temperatures for synthesis of HMFS are optymalized by Central Composite Rotable Design (CCRD) methodology. The quality of final products are evaluated by simple laboratory determinations. Recently the “scores deducting principle” based on an orthogonal design with three levels and three factors was introduced. Most methods of HMFS synthesis are based on the acydolysis of selected fat (lard, butter oil, tuna oil) with mixture of fatty acids obtained from various vegetable or fish oils in the presence of lipase. Simple enzymatic interesterification of above listed animal fats with various oils became less popular. Lard is the most frequently used as an animal origin substrate for production of HMFS and there are prospects to use it for industrial production of HMS.
Key words: human milk fat substitutes, lipases, palmitic acid, lard, milk fat, tuna oil
