脂肪酶 (EC3111113,甘油酯水解酶)是一類特殊的酯鍵水解酶, 根據底物專一性分為非專一性脂肪酶、脂肪酸專一性脂肪酶和專一性脂肪酶。脂肪酶存在于動物、植物和微生物中。

在有機相中,脂肪酶能催化酯合成、酯交換反應、酯聚合反應、肽合成以及酰胺合成等,因此 ,近年來, 在食品工業中得到廣泛應用。

01脂肪酶的性質

自1834年脂肪酶被發現以來,已有一百多年的研究曆史,脂肪酶是生物體内一類重要的代謝酶,其天然底物為長鍊脂肪酸酯 (如各種油脂等) ,可以在異相系統 (油、水界面 ) 或有機相中起作用,并且具有一定的位置專一 性。

盡管脂肪酶來源不同 ,不同來源的脂肪酶的氨基酸組成不同,但其分子量都在20000 - 60000之間,其活性中心具有相同或相似的結構組成 ,其活性中心除少數例外,一般都是由絲氨酸、天冬氨酸、組氨酸組成的三聯體,酶分子空間結構的中央是一個疏水的β-折疊 ,其周圍包繞着兩親的α - 螺旋,三個氨基酸以高度保守的幾何取向位于中央β-折疊一側的“環”中。

大多數脂肪酶還有一個可移動的結構- “蓋子”。這個“蓋子”在脂肪酶未活化時會蓋住“環”中的活性催化部位,脂肪酶分子活化後 ,此“蓋子”就會打開,使得酶作用的底物能結合到酶分子的“底物結合位置 ”上。脂肪酶隻能在異相系統即油水的界面上作用,對均勻分散的或水溶的底物不作用 ,即使作用也極為緩慢,脂肪酶作用在體系的親水、疏水界面層。

02在食品工業中的應用

2.1 在油脂加工中應用

脂肪酶可催化脂肪生成脂肪酸和甘油,發生油脂水解反應 ,在脂肪酸與肥皂工業上廣泛應用。

由于一般水解反應時,固體油脂在反應系統中極難分散,反應速度緩慢。小林哲夫等在水-有機溶劑二相反應系統進行脂肪酶的水解,将牛油脂溶于适當的有機溶劑中,使含有基質的有機溶劑充分分散于水相中,提高反應速度,反應生成物的脂肪酸和甘油分别分配于有機相和水相進行分離回收, 48h後,牛油的分解率可達100%。

脂肪酶可将一種酯與另一種脂肪酸或醇或酯混合并伴随酰基交換生成新酯,發生酯交換反應。通過酯交換反應 ,改變油脂的性質。

ChangM K等通過固定化脂肪酶以正己烷為溶劑催化氫化的棉籽油和一定比例的菜子油進行轉酯反應,産品的熔點較天然可可脂高36℃,可作為 可可脂的替代品;

林志勇進行了烏桕脂生産類可可脂的研究,通過酯交換反應條件,研究得到了較好的可可脂類似物的生産條件。脂肪酶在一定條件下能催化脂肪酸與甘油間的酯化反應, 從而把油中的大量遊離脂肪酸轉變成中性甘油酯, 這樣既降低了酸值, 又增加了中性甘油酯的量,實現油脂的生物精煉脫酸處理。此外 ,脂肪酶還可應用在多不飽和 脂肪酸的強化、合成磷脂等方面。

2.2 在乳品工業中應用

脂肪酶在乳品生産中會産生雙重影響,一方面,由于脂肪酶對乳脂肪的分解,會造成鮮奶在儲藏過程中産生苦味,造成乳粉在保存過程中質量劣化,會使幹酪制品産生不愉快的風味。在酸乳制品中,酶解産生的遊離脂肪酸還會抑制一些發酵劑的生産。

另一方面,通過應用脂肪酶在乳品中進行乳酯水解,可進一步增強幹酪、奶粉、奶油的風味,促進幹酪的成熟,改善乳制品的品質。例如:通過特異性脂肪酶解,奶油可以具有很強烈的香味。在奶油中加入的一定量的脂酶蘇打水溶液, 然後均質、保溫酶解 ,再用加熱的方法滅酶,除去下層酶液,過濾 ,可得增香奶油制品 ,其香氣風味大大改善。

2.3 在食品添加劑工業中應用

L-抗壞血酸棕榈酸酯被廣泛地用作酯溶性抗氧化劑及營養強化劑。抗壞血酸棕榈酸酯是由L-抗壞血酸酯化而得,同L-抗壞血酸相比,首先,其抗氧化性有了顯著的提高;其次,由于棕榈酸基的植入,使得它既有親水的抗壞血酸基,又有親油的棕榈酸基,從而成為一種優良的表面活性劑;此外,它還具有極強的抗癌和抗腫瘤功效。

湯魯宏等對水、庚烷和叔戊醇等幾種反應媒體和NOVO435 (Candida antartica) , MML (Mucormiehei) , LIPOLASE, PPL ( Porcine pancreas) 等數種脂肪酶對L - 抗壞血酸棕榈酸酯合成反應的影響進行了系統的研究 ,結果表明:反應媒體及脂肪酶品種對反應影響極大,所研究的幾種反應媒體中,叔戊醇是惟一适用于該反應的反應媒體,在所研究的幾種脂肪酶中, NO2 VO435表現出了良好的催化活性。

蔗糖月桂酸酯具有乳化、抗菌等功能。已經引起人們越來越多的關注。越來越多的研究者關注于應用酶作為催化劑區域選擇性地合成蔗糖月桂酸酯。如 : Pedersen等 用 metallop rotease thermolysin、Bacillus p seudofirmusAL - 89 催化合成出蔗糖 2 - 月桂酸單酯。

通常情況下,芳香和香味成分是由化學合成或從天然來源中提取的, 從植物中提取芳香物質的量有限,無法滿足人們的需求,因此目前開始轉向用生物技術的方法生産, 目前國内外多用微生物酶法合成芳香化合物。如 Shieh CJ通過響應面方法研究了毛黴固定化脂肪酶催化己醇和三乙酰甘油酯在正十六烷中的轉酯優化條件。 Gandolfi R報道了用 Rhizopus oryzae幹菌絲體在有機相 中有選擇地催化不同芳香酯 (乙酸己酯 ,丁酸己酯 ,乙酸香 葉酯和丁酸香葉酯 ) 的合成。

2.4 在食品廢料處理中的應用

油脂加工過程中産生的含脂廢物以及廢餐飲油 ,主要成分為脂肪酸三甘油酯。不僅遊離脂肪酸含量高 ,而且含有醛、酮和聚合物等氧化産品。

汪勇等研究了以廢餐飲油為原料,用三步間歇式工藝酶催化的酯化反應制備生物柴油,反應時間為48h,總轉化率為90.4%。對比以精煉植物油為原料的制備過程, 在相同的反應條件下,酯化反應的轉化率為97.3%。

Wa2tanabe Y等研究了用廢餐飲油為原料的連續式酶催化酯化反應,轉化率為90%,對比以精煉植物油為原料的制備過程,在相同的反應條件下,酯化反應的轉化率為93%。

Yuji shimada等建立了使用固定化脂肪酶分步醇解廢棄餐飲油的反應系統,酯化反應轉化率超過 90%。

03展望

脂肪酶合成技術在食品及相關領域的研究目前已有很多報道,但大都還處于應用基礎研究階段,脂肪酶催化合成的工業化嘗試還不多。随着基因工程和蛋白質工程的發展 ,脂肪酶在食品中的應用将得到更大的發展 ,對促 進食品工業一些領域的快速發展具有重要意義。

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