一种1,3-二β-谷甾醇-2-乙醇柠檬酸三酯化合物及其制备方法与应用

本发明属于生物化工与食品科学，具体涉及一种1,3-二β-谷甾醇-2-乙醇柠檬酸三酯化合物及其制备方法与应用；尤其涉及该化合物及结合化学酯化与酶促酯交换的制备方法，与其在水性食品、化妆品乳液中的应用。

背景技术：

1、甾醇是一种含有甾核和羟基结构的甾体类化合物，分为植物甾醇、动物甾醇和菌类甾醇。植物甾醇是植物来源甾醇的总称，是广泛存在于植物根、茎、叶、花、果实以及种子中的一类天然生物活性物质，油脂、坚果、谷物中含量较多，蔬菜、水果中含量较少。植物甾醇来源广泛，种类繁多，已鉴定出甾醇分子的种类有250多个，其中β-谷甾醇是所有植物甾醇中含量最多的组分。

2、β-谷甾醇不溶于水，生化特性、分子结构与胆固醇相类似，具有降低血清胆固醇、抗炎、防癌、防治心血管疾病等生物活性。β-谷甾醇在油中仅能溶解1%左右，且不能在体内合成，只能通过膳食摄取。β-谷甾醇自身的理化特性，使其在实际应用中受到了限制。

3、为扩大甾醇的应用范围，提高甾醇在体内的消化和吸收。现有的国内外技术多采取以甾醇和油酸、亚油酸、亚麻酸等油溶性脂肪酸为原料，进行酯化改性的技术，合成甾醇油酸酯、甾醇亚油酸酯、甾醇亚麻酸酯等多种产物。如此能使酯化后植物甾醇在油脂中溶解度大大提高，从而可以应用在更多的油溶性食品中。如cn108976274a公开一种没食子酰谷甾醇功能分子，该功能分子通过没食子酸的羧基与谷甾醇的羟基形成酯基，将没食子酸与谷甾醇连接，制得的没食子酰谷甾醇具有很好的抗氧化性能，能较好地用作脂溶性抗氧化剂。但，这类酯化态的甾醇仍不具备亲水性能，无法满足水基产品的添加需求，使其在水性食品中应用受限。并且，传统的化学法直接酯化反应，常面临反应温度高、副产物多、选择性差、难以精准控制酯化位点等问题。

4、亟待研发一种水溶性高的植物甾醇酯化合物及其制备方法，以提升其水分散性，能更好地应用于水性食品及化妆品乳液中，同时解决传统化学酯化反应选择性差、反应温度高等问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种结构新颖的1,3-二β-谷甾醇-2-乙醇柠檬酸三酯化合物及其制备方法。该化合物通过分子内同时引入疏水性的甾醇骨架和亲水性的柠檬酸乙酯链，能显著提升甾醇的水分散性；其制备方法结合化学酯化与酶促酯交换技术，具有反应条件温和、区域选择性高、产物纯度高且易于规模化生产的优点。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种1,3-二β-谷甾醇-2-乙醇柠檬酸三酯化合物，具有如下式（1）所示的化学结构式：

4、

5、式（1）。

6、该化合物具有两亲性结构，同时包含疏水性的甾醇骨架和亲水性的柠檬酸乙酯链，能显著提升甾醇的水分散性。

7、第二方面，本发明提供一种1,3-二β-谷甾醇-2-乙醇柠檬酸三酯化合物的制备方法，包括如下步骤：

8、s1、中间体合成：以柠檬酸和乙醇为原料，在酸性或碱性催化剂作用下加热回流，合成柠檬酸三乙酯；

9、s2、纯化处理：s1反应后的物料利用旋转蒸发脱除反应生成的水及过量的乙醇，得到纯净的中间体；

10、s3、乳化体系构建：将s2得到的中间体与作为油相的β-谷甾醇混合，加入去离子水，通过高速剪切均质形成稳定的皮克林乳液，以增大油水界面接触面积；

11、s4、酶促酯交换：在s3得到皮克林乳液中加入1,3特异性脂肪酶作为催化剂，催化柠檬酸三乙酯与β-谷甾醇发生酯交换反应，1,3特异性脂肪酶的高选择性能保证产物为c3位羟基被特异性酯化的目标结构；

12、s5、分离纯化：s4反应后的产物加热灭活酶，冷却、过滤，收集固体产物即得。

13、进一步的，s1中柠檬酸和乙醇的摩尔比为1：3~2：5，加入柠檬酸和乙醇总质量0.05%~0.15%的催化剂。

14、进一步的，s1中的催化剂为硫酸、磷酸、甲醇钠、乙醇钠中的任一种。

15、进一步的，s1中的反应条件为65~80℃加热回流反应2~4h。

16、进一步的，s2的纯化处理具体为：s1反应后的混合溶液冷却至25℃，置于95~110℃加热条件下，旋转蒸发1~3h。

17、进一步的，s3中加入的β-谷甾醇为初始柠檬酸摩尔添加量的66.7%~100%。

18、进一步的，s3的具体操作为：s2旋转蒸发后的混合溶液冷却至25℃，加入β-谷甾醇然后加入与混合溶液等体积的去离子水，使用高速剪切分散机以7000~12000 r/min的速度在25℃下连续高速剪切均质3~6 min，得到稳定的皮克林乳液。

19、进一步的，s4中1,3特异性脂肪酶的添加量为β-谷甾醇质量分数的4%~6%。

20、进一步的，s4中1,3特异性脂肪酶为源自米黑根毛霉（rhizomucor miehei）的rmim游离酶、 源自疏棉状嗜热丝孢菌（thermomyces lanuginosus）的tl im游离酶、源自南极假丝酵母（candida antarctica）的435游离酶中的任一种。

21、进一步的，s4的具体反应条件为：28~42℃恒温水浴，150~300rmp磁力搅拌条件下反应2~6h。

22、进一步的，s5的具体操作为：s4反应后的混合溶液80℃加热10min使1,3特异性脂肪酶灭活；然后冷却至25℃，过滤溶液即得。

23、第三方面，本发明提供1,3-二β-谷甾醇-2-乙醇柠檬酸三酯化合物或上述方法制得的1,3-二β-谷甾醇-2-乙醇柠檬酸三酯化合物在水性食品（如水基食品、乳制品、饮料、口服液等）、化妆品乳液中的应用。

24、本发明与现有技术相比，至少具有如下有益效果：

25、1、产品性能优越：本发明提供的1,3-二β-谷甾醇-2-乙醇柠檬酸三酯化合物是一类结构明确的新化合物，分子中同时存在β-谷甾醇疏水骨架、亲水的柠檬酸乙酯基和可调节的酰基链，水中溶解度可达0.5~3.5%，相比原料β-谷甾醇有显著提升，兼具乳化、分散和生物活性，可直接应用于水性食品和化妆品体系。

26、2、工艺高效简便，产物纯度高：本发明采用的原料廉价、易得，制备方法操作简便、反应条件温和，避免了传统的化学合成法高温、强酸、强碱等苛刻条件。采用酶催化酯交换，避免了高温强酸条件，能耗低；皮克林乳液体系的使用极大提高了传质效率，能使反应时间缩短至2-6小时。

27、3、反应选择性高：本发明采用传统化学法难以实现的1,3特异性脂肪酶作为酯化反应催化剂，酯化反应具有非常好的立体选择性和催化专一性，1,3特异性脂肪酶对β-谷甾醇c3位羟基具有专一性识别作用，副反应少，反应条件温和，反应活性高，区域选择性好，产物得率可达72%以上，且后处理简单。本发明通过生物酶法将柠檬酸分子和β-谷甾醇分子通过酯化反应合成β-谷甾醇柠檬酸三酯能改善甾醇与水之间相互作用，为制备新型食品乳化剂提供一种新的思路。

28、4、应用前景广阔：由于本发明提供的1,3-二β-谷甾醇-2-乙醇柠檬酸三酯化合物在水中的溶解能力得到了较大改善，使其更易于添加到水性食品（如水基食品、乳制品、饮料、口服液等）、化妆品乳液等产品类型中，为开发新一代功能性产品提供了优质的原料选择。