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酶工程
指导教师:吴疆
脂肪酶综述
摘要:
脂肪酶
(
Triacylglycerol lipase E C3.1.1.3
)
是广泛存在的
一种酶,在脂质代谢中发挥重要的作用。在油水 界面上,
脂肪酶催化三酰甘油的酯键水解,释放更少酯键的甘油酯
或甘油及脂肪酸。脂肪酶反应 条件温和,具有优良的立体
选择性,并且不会造成环境污染,因此,在食品、皮革、
医药、饲料 和洗涤剂等许多工业领域中均有广泛的应用。
本文着重介绍脂肪酶的特点及应用。
关键字:
脂肪酶
性质
来源
应用
酶工程
指导教师:吴疆
一、脂肪酶简介
脂肪酶即三酰基甘油酰基水解酶,它催化天然底物油脂水解,生成脂 肪酸、
甘油和甘油单酯或二酯。
脂肪酶基本组成单位仅为氨基酸,通常只有一条多肽
链。它的催化活性仅仅决定于它的蛋白质结构。它是分解脂肪的酶
。在动植物
体和微生物中普遍存在
,
是一类特殊的酯键水解酶
,
催化如下反应
:
甘油三酯
+
水
=
甘油
+
游离脂肪酸。它的 另一重要特征是只作用于异相系统
,
即在油
(
或脂
)
一水
界面上作用
,
对均匀分散的或水溶性底物无作用即使作用也极缓慢
,
因此脂肪酶也
可说是专门在异相系统或水不溶性系统的油
(
脂
)
—
水界面上水解酯的酶。
二、脂肪酶的来源
脂肪酶广泛 的存在于动植物和微生物
中。植物中含脂肪酶较多的是油料作
物的种子,
如蓖麻籽、< br>油菜籽,
当油料种子发芽时,
脂肪酶能与其他的酶协同发
挥作用催化分解油脂类 物质生成糖类,提供种子生根发芽所必需的养料和能量;
动物体内含脂肪酶较多的是高等动物
的 胰脏和脂
肪组织
,在肠液中含有少量的
脂肪酶,用于补充胰脂肪酶对脂肪消化的不足, 在肉食动物的胃液
中含有少量
的丁酸甘油酯酶。
在动物体内,
各类脂肪酶控制 着消化、吸收、
脂肪重建和脂蛋
白代谢等过程;细菌
、真菌和酵母
中的脂肪酶 含量更为丰富
(Pandey
等
)
。由于
微生物种类多、繁殖快、易 发生遗传变异,具有比动植物更广的作用
p H
、作用
温度范围以及底物专一性
,且微生物来源的脂肪酶一般都是分泌性的胞外酶
,
适合于工业化大生产
和获得高纯 度样品,因此微生物脂肪酶是工业用脂肪酶的
重要来源,并且在理论研究方面也具有重要的意义。
三、脂肪酶的性质
1.
脂肪酶的理化性质
脂肪酶是一类具有多种催化能力的酶,可以催化三酰甘油酯及其他一些水
不溶性酯类的水解、醇解、酯 化、转酯化及酯类的逆向合成反应,除此之外还
表现出其他一些酶的活性,如磷脂酶、溶血磷脂酶、胆固 醇酯酶、酰肽水解酶
活性等。脂肪酶不同活性的发挥依赖于反应体系的特点,如在油水界面促进酯
水解,而在有机相中可以酶促合成和酯交换。
脂肪酶的性质研究主要包括最适温度与
pH
、温度与
pH
稳定性、底物特异性
等几个方面。迄今,已分离、纯化了 大量的微生物脂肪酶,并研究了其性质,
它们在分子量、最适
pH
、最适温度、
pH
和热稳定性、等电点和其他生化性质
方面存在不同。总体而言,微生物脂肪酶具有比动植 物脂肪酶更广的作用
pH
、
酶工程
指导教师:吴疆
作用温度范围,高稳定性和活性,对底物有特异性。
脂肪酶的催化特性在于:在油水界面上其催化活力最大,早在
1958
年< br>Sarda
和
Desnnelv
就发现了这一现象。溶于水的酶作用于不溶于 水的底物,反
应是在
2
个彼此分离的完全不同的相的界面上进行。
2.
脂肪酶催化活性的提高
由 于游离脂肪酶在有机反应体系中容易失活,并且难于从反应物体系中回
收,
不能循环使用,导致生产成本较高。
因此,
为了使脂肪酶能够大规模应用于
工业生产,人们致力于 提高催化有机反应脂肪酶的活性和稳定性。
①增加脂肪酶在有机溶剂中的分散度
有 机催化反应中,
由于脂肪酶的水溶性蛋白质的本质,
使其不能均匀分散于
有机溶剂中,
导致其催化活性不能得到充分发挥。
因而可以通过某种方式增加脂
肪酶在有机溶剂中的 溶解度,以提高脂肪酶的催化性能。
②脂肪酶的固定化
固定化方法是生物催化剂实现其工业化应用的重要手段。
脂肪 酶可以通过固
定化获得很强的操作稳定性好及可重复利用性,
因而寻找适宜的固定化载体及探< br>索新的简单可行的固定化技术一直是研究的热点。
四、脂肪酶的生产
脂肪酶的制备方法有提取法、化学合成法和微生物发酵法。提取法资源有
限、工艺复杂、产量低;化学 合成法成本太高;微生物发酵法的应用前景要远
远大于提取法和化学合成法,它不受环境影响,资源丰富 ,产酶周期短,产物
较单纯且成本低,生产上易于管理。
1.
微生物脂肪酶的产生菌及筛选方法
Fagery
规定优良产 酶菌株的标准应是短时、营养基质低廉、菌株易分离、
胞外酶、非致病菌、不产生毒素、遗传性状稳定及 对噬菌体不敏感等。目前
,
产
脂肪酶菌株主要集中在根霉、
曲霉、
假 丝酵母、
青霉、
毛霉、
须霉及假单胞菌等。
2.
微生物脂肪酶的发酵生产
脂肪酶液态发酵可采用分批发酵,
补 料分批发酵,
连续发酵,
反复分批发酵;
而固态发酵一般只见于分批发酵。
五、脂肪酶的应用
1.
脂肪酶在食品加工中的应用
脂肪酶在肉类加工中已得到有效的利用,如鱼肉加工中,脂肪酶参与生物
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