《Food Chemistry》：Continuous-flow enzymatic reactor for medium- and long-chain triglycerides production: From process intensification to flavor retention
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溶剂-free连续流固定床生物反应器用于MLCTs高效合成，优化条件（菜籽油与MCT质量比6:4，50℃，1 mL/min）实现73.5%转化率，30天连续运行产率达320 g/g催化剂。该平台适用于十种以上油源，转化率超71.28%，并通过电子鼻和GC-MS证实保留原料风味。
作者：杨创 | 张宇飞 | 郑明明
单位：中国农业科学院油料作物研究所，湖北脂质化学与营养重点实验室，湖北洪山实验室，农业部油料加工重点实验室，武汉 430062，中国
摘要
中链和长链甘油三酯（MLCTs）作为下一代功能性脂质，在酶法生产过程中面临效率低下和风味损失等挑战。本文开发了一种无溶剂的连续流固定床生物反应器，使用疏水改性的介孔二氧化硅微球进行脂肪酶固定（CSL@MMSS-C8）。在优化条件下（菜籽油：MCT = 6:4（w/w），50°C，流速1 mL/min），该系统的MLCT转化率为73.5%。连续运行30天后，系统表现出优异的操作稳定性，每克催化剂可产320克MLCT。此外，这种连续流反应器可应用于十余种油脂的MLCT酯交换合成，转化率超过71.28%。电子鼻和GC–MS分析证实产品保留了原料的特征风味。这些综合优势使得该连续流生物催化过程易于实现工业化生产。
引言
中链和长链甘油三酯（MLCTs）是备受关注的下一代功能性脂质。每个MLCT分子包含中链脂肪酸（MCFAs）和长链脂肪酸（LCFAs），它们都与相同的甘油骨架酯化。摄入后，MCFAs在胃肠道中迅速水解，通过门静脉吸收并输送到肝脏进行β-氧化和能量释放；而LCFAs则通过淋巴系统输送，持续提供必需脂肪酸（Wang等人，2023年）。这种双途径代谢机制增加了MLCT在临床营养和功能性食品领域的应用前景。MLCTs能改善脂质消化、调节能量消耗、降低肥胖指标、降低血清胆固醇和甘油三酯水平，并具有免疫调节作用（Wang等人，2025年；Wei, Jin, & Wang，2019年）。目前MLCTs已广泛应用于临床营养和食品工业（Cheng等人，2024年；Wang等人，2021年；Wu, Zaniolo, Schuster, Schlotzer, & Pradelli，2017年）。Yang等人（2025年）研究了人乳脂肪替代品的酶法合成，其MLCT含量达到80.98%，其中MLL型组分占48.13%，该替代品的结构与人乳高度相似。越来越多的证据表明，MLCT作为运动营养补充剂具有潜力，可促进脂肪酸利用和快速供能。从机制上看，MLCT通过抑制NF-κB信号通路的激活发挥抗炎作用，从而下调促炎介质和细胞因子的表达，有助于代谢调节和运动后恢复（Wang等人，2025年）。
商业化的MLCT主要通过酶法酯交换生产。酯化和酸解方法均被用于将中链脂肪酸引入植物油甘油三酯中。酶法酯交换效率最高（Zhang等人，2024年）。Zou等人（2024年）报告称，在批次反应器中，生物印迹脂肪酶可从鱼油和中链三酰甘油（MCT）中3小时内生成56.7%的MLCT；而Novozym 40,086在类似条件下从橡胶籽油（RSO）和MCT中实现了75.4%的转化率（Liu等人，2024年）。传统的搅拌批次反应器因剪切作用会导致酶失活，限制了工业化应用（Tran等人，2021年）。连续流生物催化提供了一种可扩展的替代方案。早在2008年，Novozym 435在填充床连续流反应器中的使用就实现了7.5小时内97%的烷基酯转化率，证明了其优异的操作稳定性（Woodcock等人，2009年）。目前，连续流生物催化已成功应用于植物甾醇酯和生物柴油的合成，表现出优异的效率和生产力（Britton, Majumdar, & Weiss，2018年；Xu等人，2017年；Xu, Wang, Huang, & Zheng，2022年）。连续流结合生物催化技术可实现高效的质量和热量传递、精确的反应条件控制以及提升的安全性，适用于多步合成和大规模生产（Hao等人，2024年）。然而，关于MLCT的连续酶法合成报道仍然较少（Zhang等人，2020年）。
连续流酶生物反应器根据酶固定方式分为整体式和填充床式两种类型。整体式柱子制造难度大，孔隙控制较差，酶负载量低，限制了其工业化应用（Xiao等人，2018年；Xu等人，2022年）。填充床式反应器则克服了这些缺点：组装简单、尺寸可调、孔隙均匀且通道效应小（Gopi, Thangarasu, Vinayakaselvi, & Ramanathan，2022年）。不过，填充床对固定化酶的物理化学性质有严格要求：过小或过软的载体在流动过程中容易压实，导致背压升高和过早堵塞（Britton等人，2018年）；过大或大孔颗粒会形成过多的空隙体积，扩大停留时间分布，降低催化效率（Hao等人，2019年；Leudjo Taka, Klink, Yangkou Mbianda, & Naidoo，2021年）。因此，合理设计载体几何形状、孔隙率和机械强度对于填充床连续流生物反应器的成功应用至关重要。
虽然功能性脂质（如MLCT）的营养成分和代谢益处是主要研究焦点，但其感官属性——尤其是风味——同样重要，但往往被忽视。酶介导的油脂加工不可避免地引发脂质氧化，产生醛类、短链酸和其他具有气味的挥发物，这些物质会改变最终油脂的风味（Ma等人，2024年；Zhang等人，2023年）。值得注意的是，脂肪酶在风味活性油脂的酯交换过程中可能催化氧化副反应，从而直接影响油脂风味（Xiang等人，2025年；Zhong, Jin, Zhou, Zhang, & Zheng，2024年）。尽管已有相关研究，但关于MLCT的这些风味改变过程的机制机制仍缺乏深入研究，特别是连续流与批次反应系统的比较分析。理论上，连续流反应器在风味保护方面具有优势，这得益于四个相互关联的操作和结构特性的协同作用：首先，其管状设计提供了高的表面积与体积比，实现高效的热传递和精确的温度控制，避免了局部过热或过冷；其次，连续流系统的塞流模式使得所有流体元素的停留时间一致，减少了热敏风味化合物的累积热应力；第三，精确的停留时间调控确保底物仅在目标温度下通过加热反应区，非反应阶段无额外热应力；第四，连续流反应器的封闭密封结构减少了反应混合物与顶部空间氧气的接触面积和时间，而批次系统通常需要剧烈搅拌以实现均匀混合，从而加速氧气向液相的传递和脂肪酶介导的脂质氧化。然而，这一理论优势在MLCT合成中的实证验证尚缺。
为解决这些问题，本研究构建了一种基于酶法酯交换的创新连续流MLCT生产平台，以提高产品质量和香气。通过酸碱缩合合成了微米级介孔二氧化硅微球，用于固定脂肪酶，制备了CSL@MMSS-C8。这些颗粒被填充到优化的连续流反应器中用于MLCT合成。系统评估了关键工艺参数，包括底物比例、温度、流速和多循环操作稳定性。产品成分通过LC-MS进行分析，关键香气化合物通过GC–MS鉴定，不同品种的香气特征得以区分。成功合成十一种植物油来源的MLCT，验证了该平台在连续催化生物反应器中的广泛应用潜力。
材料
菜籽油和大豆油由中国农业科学院油料作物研究所提供。中链甘油三酯购自郑州裕兴食品添加剂有限公司。四乙基硅酸盐-40（TEOS）购自上海麦克莱恩生物技术有限公司。Triton X-100购自北京兰洁科技术有限公司。十二烷基硫酸钠购自阿拉丁试剂有限公司（上海）。BCA蛋白测定试剂盒...
MMSS、MMSS-C8和CSL@MMSS-C8的特性
微米级介孔二氧化硅微球（MMSS）专为脂肪酶固定设计。其微米级尺寸和较高的机械强度减少了填充床反应器中的堵塞问题（Nishida等人，2025年）。介孔结构提供了高负载能力，同时不影响甘油三酯和产物的扩散。SEM（图1a）显示MMSS具有均匀的球形形态，直径范围为10至30 μm。
结论
本研究成功开发了一种基于疏水介孔二氧化硅微球的填充床连续流酶反应器，为酶催化的MLCT生产提供了创新平台。载体材料的高比表面积、大孔径和理想的微米级颗粒尺寸共同创造了理想的微环境，确保了脂肪酶的固定和低压力下的平稳底物流动。
作者贡献声明
杨创：撰写初稿、方法学设计、实验设计、概念构思。
张宇飞：审稿与编辑、撰写初稿、监督工作、方法学设计、数据管理、概念构思。
郑明明：项目管理、资金争取。
未引用的参考文献
Alijani, Hahn, Harris 和 Schuchardt, 2025
Ngo, Nguyen 和 Lee, 2025
Yuan 等人, 2025
Yuan 等人, 2025
Zeng 等人, 2025
Zhu, Fan, Yan 和 Li, 2024
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（2025YFE0111500）、安徽省重点研发计划项目（2023n06020039）、湖北省技术创新计划（2024BBB040）以及中国农业科学院农业科学技术创新计划（CAAS-ASTIP-2016-OCRI）的支持。
统计结果显示甘油三酯含量大于0.5%。条目28–31展示了系统的...
