概述[1]
脂肪酶能使脂肪水解为脂肪酸和甘油的酶。这里指的脂肪为生物产生的天然脂肪。其水解特征之一是酯键水解,水解三酸甘油酯的α-、α′-位的速度快,而β-位的速度慢;特征之二是本酶只能在异相系统,即油-水的界面上进行水解反应,对均匀分散的或水溶性的底物不作用,或作用极缓慢,因此,为了增加水-油界面,可加入乳化剂或加强搅拌及震荡。本品是一种白色或浅棕色的结晶性粉末。广泛存在于动植物界。最适宜pH=7~9。最适温度为40~60℃。几乎不溶于乙醇、乙醚和氯仿,溶于水。
来源[2]
脂肪酶是一种普遍存在于生物体的酶类,具有重要的生理学意义,同时也具有工业化应用的潜在可能性。脂肪酶能够催化三酰甘油酯水解成为甘油和游离脂肪酸,而在有机相中,脂肪酶则催化酯化、酯交换以及转酯化反应。在真核生物体内,脂肪酶参与许多类脂化合物的代谢过程,包括脂肪的消化、吸收、利用以及脂蛋白的代谢。在植物中,脂肪酶存在于储存能量的组织中。脂肪酶在微生物界分布很广,大约65个属微生物可产脂肪酶,其中细菌有28个属、放线菌4个属、酵母菌10个属、其它真菌23个属,但实际上微生物脂肪酶分布远远超过这个数目。
应用[2]
脂肪酶是一类能够作用于羧酸酯键的水解酶。脂肪酶的生物学特性是将甘油三酯水解为甘油二酯、单甘酯、脂肪酸及甘油。另外,脂肪酶除了具有水解羧酸酯键的天然作用外,在非水相体系中,还能够催化酯化、酯交换和转酯化等反应的进行。脂肪酶的这些特性使得其被广泛的应用于食品、药物、洗涤剂、皮革制品、造纸工业以及生物柴油的制造中。
1.脂肪酶在食品工业中的应用
脂肪酶可以催化油脂水解,酯交换、酯合成等反应,这使得其在油脂工业中得到广泛应用。如利用脂肪酶生产制作巧克力的原料代可可酯,脂肪酶可以在非水相中催化酯交换反应,将价格低廉的棕榈油改性为价格较高的代可可脂,对于食品工业有较大的实际意义,因此这一工艺受到广泛的重视,近年来已有多项研究围绕其展开。
1)酶促油脂水解脂肪酶的天然作用底物为油脂类化合物,在水相中,脂肪酶催化油脂水解为甘油和脂肪酸,脂肪酶催化的这种反应被称为油脂水解反应,它在脂肪酸与肥皂工业上广泛应用。随着脂肪酶工业化生产技术的日趋成熟,脂肪酶生产的成本和市场销售价格逐渐降低,目前,在油脂水解工业中,脂肪酶作为生物催化剂已逐渐取代传统催化剂。
2)酶促酯化反应脂肪酶在非水相体系中可以催化脂肪酸同醇的酯化反应。传统的酯化工艺采用的是化学方法,常用的催化剂为金属或强碱性物质以及无机酸等,但是化学法生产得到的产物副产品较多切成分不确定,给产品的安全应用以及后续的分离纯化过程造成很大的麻烦。利用脂肪酶生产的多种短链脂肪酸酯因具有特殊的风味和香气被广泛的应用于食品和化妆品中,目前已有利用脂肪酶生产的醋酸异戊酯、异丁酸戊酯等多种芳香酯在工业上得到了应用。
3)酶促酯交换反应酯交换反应(transesterification),即酯与醇在酸、碱或者生物酶等催化剂的催化下生成一个新酯和一个新醇的反应,即酯的醇解反应。近年来,利用脂肪酶生产人乳替代品以及生产高、低能量的多不饱和脂肪酸也逐渐成为新的研究热点。
4)脂肪酶在乳品工业中的应用脂肪酶主要应用于乳酯水解包括奶酪和奶粉风味的增强奶酪的熟化、代用奶制品的生产、奶油及冰淇淋的酯解改性等。脂肪酶作用于乳酯并产生脂肪酸,能赋予奶制品独特的风味。脂肪酶在生产酶改性奶酪制品中起关键作用,酶改性奶酪中含有的游离脂肪酸比只经过普通处理的奶酪中要高10倍以上,这对于其作为风味增强剂是十分有利的。
5)脂肪酶在焙烤食品中的应用脂肪酶是酶制剂的一种,酶的所有特性它都具有,与其他酶制剂如葡萄糖氧化酶复配后加入到面团中能够取代化学增筋剂溴酸钾,能够提高面包入炉急胀率,增大面包体积,且对面包芯有二次增白作用。脂肪酶能催化甘油三酯水解生成甘油二酯、甘油一酯或甘油,因此,脂肪酶可以提高烘焙制品的安全性以及改善口感和风味。脂肪酶还能够提高面制品的烘焙品质、改善面包质地、延长制品的货架期。
2. 脂肪酶在其他工业领域中的应用
在医药领域中,脂肪酶是非常重要的药物作用靶点或标记物同时也可以用来生产多不饱和脂肪酸等多种医药中间体;同时随着环境保护的意识越来越强,生产易于被生物降解的无污染洗涤剂已经是现代洗涤剂发展的方向,而将脂肪酶加入洗涤剂中可大大提高其去污效果,并且脂肪酶是生物产品,易被降解,不污染环境;在皮革加工过程中需要把皮毛上脂肪去除。
以前主要是用石灰掩埋去除,但效果不明显,现在利用脂肪酶的特性将依附脂肪分解成易于祛除的脂肪酸和甘油。用酶对各种动物皮毛进行处理,其脱脂效果明显,可提高皮革质量;另外,脂肪酶还被用于造纸工业,主要是利用脂肪酶除去造纸出现的洽脂。生物柴油是生物质能的一种形式,生物酶法生产生物柴油是通过脂肪酶进行酯化反应,制备相应的脂肪酸酯。酶催化法对原料没有特殊要求,可以废油脂、高酸油脂等为原料进行生产,且产物提取简单、反应条件温和、醇用量小、甘油易回收和无废物产生,在此过程还能合成一些高价值的产品,增加经济效益。
制备[3]
一种采用固定化马抗体提取纯化脂肪酶的方法,包括步骤:
S1:将产脂肪酶的假单胞菌ATCC21808的单一菌落置于装有25mL摇瓶培养液的250mL摇瓶中,在28℃、200rpm条件下培养20h,然后按10%的接种量转入发酵培养液中,在28℃、200rpm条件下培养68h,得到发酵液;其中,每升摇瓶培养液中包括:酵母提取物5g、蛋白胨5g、植物油10g,余量为水;pH值为7.0;每升发酵培养液中包括:酵母提取物10g、蛋白胨5g、NaCl0.5g、植物油10g,余量为水;pH值为7.0;
S2:将发酵液离心,收集上清液,得到脂肪酶粗酶液;其中,离心是采用高速冷冻离心机,在4℃、10800g条件下离心15min;
S3:将脂肪酶粗酶液上固定化马抗体柱,上柱期间,检测流出液的脂肪酶活性,直到有脂肪酶活性流出,停止上液;之后用pH值为7.2的0.1M的磷酸氢二钠-磷酸二氢钾缓冲液洗柱,再采用pH值为3的0.1M磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液洗脱,收集洗脱液,得到纯化后的脂肪酶;并且待酶流出后,立即用pH值为8的1M的磷酸氢二钠-磷酸二氢钾缓冲液洗柱至中性,也用该溶液调洗脱液至pH值至7;其中,固定化马抗体柱的制备方法包括步骤:选4匹蒙古马(重量和对应的年龄分别为:重量为240公斤且年龄为3岁、重量为290公斤且年龄为5岁、重量为320公斤且年龄为7岁、重量为360公斤且年龄为10岁),每两周免疫一次,共进行12周的免疫,每次2mL,剂量分别为15mg脂肪酶加等量的弗氏完全佐剂,多点皮下免疫,ELISA检测抗体滴度大于1:10000后收集抗血清;将抗血清离心除去细胞成分和其他沉淀物,收集上清液后采用proteinA或proteinG亲和层析柱纯化出多克隆抗体;将多克隆抗体与活化的Sepharose2B连接,得到固定化马抗体柱;
S4:在纯化后的脂肪酶中加入聚乙二醇,使脂肪酶沉淀;之后离心,收集沉淀;将沉淀透析后冻干干燥,得到脂肪酶,酶活经测定达15-25万单位/克;其中,离心是在4℃、000g条件下离心8min。
主要参考资料
[1] 实用精细化工辞典
[2] 微生物脂肪酶的研究与应用
[3] CN201910183987.8采用固定化马抗体提取纯化脂肪酶的方法