Hvad er anvendelsesmulighederne for immobiliserede lipaser i fødevarer?

Enzymer er en klasse af biokatalysatorer, der er kendetegnet ved høj effektivitet og specificitet. Enzymer kan biotransformeres ind og ud af organismer og har fremragende stereoselektivitet, regioselektivitet og kemoselektivitet. Lipase som en grøn biokatalysator anvendes i vid udstrækning inden for kemi, fødevarer, lægemidler, energi, miljø og andre områder.
Denne artikel fokuserer på anvendelsen af immobiliseret lipase i fødevareindustrien.
Syntese af aromatiske forbindelser

Kortkædede estere med frugtagtig smag er populære som aromastoffer i fødevareindustrien, og disse aromastoffer kan syntetiseres kemisk eller udvindes fra naturlige kilder.
Smagsstoffer er normalt kortkædede fedtsyrer og alkoholer som methylbutyrat, butylbutyrat, isoamylisobutyrat til ananas- eller æbleagtig smag, ethylbutyrat til ananas- eller jordbæragtig smag og isoamylacetat/isoamylbutyrat til bananagtig smag.
Immobiliserede lipaser katalyserer syntesen af naturlige smagsstoffer under milde forhold, og de er sikrere og mere pålidelige end kemisk syntese, hvilket giver en bred vifte af anvendelsesmuligheder inden for syntesen af aromatiske forbindelser.
Garlapati et al. undersøgte syntesen af methylbutyrat og octylacetat ved hjælp af immobiliseret Aspergillus oryzae NRRL3562 lipase ved katalytisk forestring under opløsningsmiddelfrie forhold. Effekten af forskellige esterificeringsreaktionsparametre såsom alkoholmolforhold, reaktionstid og temperatur på molær konvertering (%) blev undersøgt. Resultaterne viste, at det immobiliserede enzym opretholdt mere end 95% relativ aktivitet for methylbutyrat og octylacetat op til henholdsvis 5 og 6 gange med høj lipaseaktivitet.
Ghamgui et al. katalyserede syntesen af isoamylacetat (banansmag) fra forestringsreaktionen af eddikesyre og isoamylalkohol under rene substratforhold ved hjælp af ikke-kommerciel Staphylococcus similars immobiliseret lipase og undersøgte effekten af reaktionsparametre såsom lipasedosering og det molære forhold mellem eddikesyre og isoamylalkohol på reaktionen. Resultaterne viste, at omdannelsen af eddikesyre og isoamylalkohol kunne nå 64% på 8 timer. Det immobiliserede enzympræparat viste ikke noget signifikant fald i den immobiliserede enzymaktivitet efter 4 brugscyklusser, og den immobiliserede enzymstabilitet og -aktivitet var høj.
Matte et al. immobiliserede Thermomyces lanuginosus-lipase (TLL) på naturlig og modificeret Immobead 150 for at syntetisere butylbutyrat og isoamylbutyrat ved multipoint kovalent kobling ved hjælp af ethylendiamin. Resultaterne viste, at den multipoint kovalent immobiliserede lipase på naturlig Immobead 150 (EMULTI) havde en halveringstid på 5,32 timer ved 70 °C, hvilket var ca. 30 gange mere stabilt end dens TLL-opløsning, og udviste høj stabilitet i acetone, n-hexan og iso-octan. Forestringsreaktionen kunne nå mere end 60%-forestringshastighed inden for 24 timer. Blandt alle immobiliseringsmetoderne viste EMULI den bedste termiske stabilitet, opløsningsmiddelstabilitet og ioniske væskestabilitet.
Modificering af olie og fedt
Immobiliseret lipase har et bredt anvendelsesområde i olie- og fedtindustrien. Den bruges hovedsageligt til fedtforarbejdning, og fedtmodifikation er en meget kritisk del af fødevareforarbejdningen.
Immobiliseret lipase er bedre end frit enzym, fordi immobilisering kan forbedre enzymets stabilitet og aktivitet. I den immobiliserede form kan enzymet genbruges. De fleste immobiliseringsmetoder bruger ikke-kovalente interaktioner.
Naturlige fedtstoffer og olier er mindre stabile på grund af ulemperne ved lange forgrenede kæder og forskellige mætninger af fedtsyrer, og lipaser kan bruges som biokatalysatorer til at modificere fedtstoffer og olier ved at udnytte deres positionsspecificitet og fedtsyrespecificitet.
Lipase-modificerede fedtstoffer og olier har højere næringsværdi, stabilitet og kvalitet og har et større markedspotentiale inden for fødevareforarbejdning.
Paula et al. immobiliserede kommerciel ikke-regioselektiv Pseudohyphomyces-lipase (Novozym 435) og 1,3-regioselektiv Mycobacterium mycenae-lipase i en organisk-uorganisk polysiloxan-poly(vinylalkohol)-heterogen matrix, der fungerede som biokatalysatorer i reaktoren, for at modulere de fysiske egenskaber af mælkefedt ved enzymatiske transesterificeringsreaktioner og opnå en sund transesterificeret fedtblanding, der er egnet til industriel produktion.
Tecelão et al. syntetiserede humane mælkefedtstoffer (HMF'er) ved at kombinere tripalmitin med oliesyre eller omega-3 flerumættede fedtsyrer under betingelser for enzymkatalyseret acidolyse i et opløsningsmiddelfrit medium ved 60 °C. Fire immobiliserede lipaser, Lipozyme RM IM, Theromyces Lanuginosa lipase, Lipozyme TLIM og Novozym 435 blev testet, og resultaterne viste, at biokatalysatorernes aktivitet og driftsstabilitet afhang af den anvendte acyldonor.
Forbedring af fødevaretilsætningsstoffers fedtopløselighed
Isoascorbinsyre bruges i vid udstrækning som antioxidant i fødevareindustrien, men den er vanskelig at anvende i lipidbaserede fødevarer på grund af dens høje hydrofilicitet.
Omdannelsen af ascorbinsyre til ascorbatestere katalyseret af immobiliseret lipase kan effektivt forbedre produktets lipofilicitet, som bedre kan bruges i fedtholdige fødevarer.
Santibáñez et al. brugte forskellige bærere til at immobilisere Pseudomonas aeruginosa lipase TL til enzymatisk esterificering af ascorbylpalmitatsyntese fra palmitinsyre og ascorbinsyre i et organisk medium og sammenlignede dens ydeevne med den kommercielle Novozym 435 lipase. Resultaterne viste, at omdannelsesgraden for Pseudomonas lipase TL nåede 57% ved 55 °C, hvilket var højere end substratomdannelsesgraden for kommerciel Novozym 435-lipase ved 70 °C.
Sun et al. omdannede isoascorbinsyre til D-isoascorbylpalmitat ved hjælp af immobiliseret lipase, som forbedrede isoascorbinsyrens olieopløselighed i organisk medium og havde en høj omdannelsesgrad med et udbytte på 95,32%.
Tang Luhong et al. vil heptan og tertiær amylalkohol og flere slags reaktionsmedier og flere slags lipase på syntesen af L-ascorbylpalmitatreaktion, resultaterne viser, at tert-butanol er velegnet til estersyntesereaktion, og Novozym 435 lipase har god katalytisk aktivitet.
Syntese af sukkerestere til fødevareemulgatorer
Sukkerestere er nonioniske overfladeaktive stoffer med en hydrofil gruppe af en sukkergruppe og en hydrofob gruppe af en fedtsyre samt amfifile egenskaber. De kan syntetiseres i et enkelt enzymatisk reaktionstrin ved hjælp af lipaser baseret på brug af vedvarende, billige og lettilgængelige råmaterialer, hvor det er muligt. Sukkerestere som fødevareemulgatorer bruges i vid udstrækning i fødevareindustrien på grund af deres bionedbrydelighed og ikke-toksicitet og ikke-farlige natur for miljøet.
Zaidan et al. katalyserede syntesen af laktoseestere ved at tværbinde lipase til en nanoreaktor (dvs. NER-CRL) via kovalent binding og fysisk adsorption og immobilisere sammenkrøllet pseudoligactomyces lactis (CRL)-lipase på aminoaktiveret glimmer. Resultaterne viste, at NER-CRL og Amino-CRL havde høj driftsstabilitet med halveringstider på henholdsvis mere end 13 og 10 gange og en stigning i specifik aktivitet på henholdsvis 2,4 og 2,6 gange i forhold til det frie enzym.
Adnani et al. efterlignede den fedtkatalyserede forestringsreaktion af xylitol og stearinsyre og katalyserede syntesen af xylitol-fedtsyreestere med Novozym 435 (makroporøs harpiksimmobiliseret antarktisk Pseudomalleiomyces-gærlipase) i n-hexan. Resultaterne viste, at det faktiske udbytte af fedtsyreestere var 96,10%.
Kapoor et al. katalyserede forestring af glycerol med palmitinsyre under forhold med lavt vandindhold ved hjælp af tværbundne enzymaggregater (CLEAS) af Antarctic pseudomalleye lipase B (CALB). Resultaterne viste, at reaktionen kunne nå en konvertering på 90,3% i 24 timer. Udbyttet af mono- og diglycerider var henholdsvis 87% og 3,3%.
Syntetisk kakaosmør
Kakaosmør har et smeltepunkt på 37 °C, har den egenskab, at det smelter i munden, indeholder palmitinsyre og stearinsyre og er et vigtigt råmateriale til forarbejdning af chokolade i fødevareindustrien.
Produktionen af naturligt kakaosmør er dog lav og relativt dyr, så immobiliserede lipaser er blevet brugt til at katalysere transesterificeringen af fedtstoffer og olier for at producere erstatninger for kakaosmør, som er mere udbredt i fødevareindustrien. Dutt et al. brugte Bacillus RK-3-stammen isoleret fra jord til at producere 1,3-region-specifik lipase til transesterificeringsreaktioner med palmeolie og methylstearat som råmaterialer. Resultaterne viste, at slutproduktet lignede CB og havde en omdannelse på 83,17% inden for 24 h. Resultaterne af reaktionen viste, at slutproduktet lignede CB.
Gong Xin et al. undersøgte den katalytiske fremstilling af Sapium sebiferum-kakaosmør med lavt kalorieindhold ved hjælp af immobiliseret lipase Lipozyme TLIM og fandt, at den højeste udvekslingskurs på 34,9% blev opnået ved en temperatur på 65 ℃, en Aw på 0.06 og en katalytisk tid på 15,5 timer, og produktet havde en SI-værdi på 0,55 og et smeltepunkt på 37 °C, hvilket indikerede, at kakaosmør med lavt kalorieindhold kunne fremstilles af Sapium sebiferum-lipider.
Hu Fang et al. brugte lipase Lipozyme TLIM til at katalysere transesterificeringsreaktionen til at syntetisere kakaosmør, og resultatet var, at udbyttet af kakaosmør var så højt som 85,586%, og den avancerede strukturelle analyse viste, at sammensætningen og strukturen af triglycerider i produktet svarede til det naturlige kakaosmør.