Lipasen ( EC3111113, Glycerinester-Hydrolasen ) sind eine besondere Klasse von Esterbindungs-Hydrolasen, die nach ihrer Substratspezifität in unspezifische, fettsäurespezifische und spezifische Lipasen unterteilt werden. Lipasen kommen in Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen vor. In der organischen Phase kann Lipase die Ester-Synthese, die Ester-Austauschreaktion, die Ester-Polymerisationsreaktion, die Peptid-Synthese und die Amid-Synthese usw. katalysieren. Daher wurde Lipase in den letzten Jahren in der Lebensmittelindustrie häufig eingesetzt.

Eigenschaften der Lipase

Seit der Entdeckung der Lipase im Jahr 1834 gibt es mehr als hundert Jahre Forschungsgeschichte, Lipase ist eine wichtige Klasse von Stoffwechselenzymen in Organismen, ihr natürliches Substrat für langkettige Fettsäureester (wie verschiedene Fette und Öle, etc.), kann eine Rolle in der heterogenen System (Öl-Wasser-Grenzfläche) oder die organische Phase zu spielen, und hat eine gewisse Position Spezifität.

Obwohl Lipase aus verschiedenen Quellen stammt und die Aminosäurezusammensetzung von Lipase aus verschiedenen Quellen unterschiedlich ist, liegt ihr Molekulargewicht zwischen 20.000-60.000, und ihr aktives Zentrum hat die gleiche oder eine ähnliche strukturelle Zusammensetzung, und ihr aktives Zentrum ist, abgesehen von einigen Ausnahmen, im Allgemeinen ein Triplex, das aus Serin, Asparaginsäure und Histidin besteht, und der zentrale Teil der räumlichen Struktur des Enzymmoleküls ist eine hydrophobe β-Faltung, umgeben von einer amphiphilen α-Helix. Die räumliche Struktur des Enzymmoleküls besteht aus einer hydrophoben β-Faltung in der Mitte, die von einer amphiphilen α-Helix umgeben ist, und die drei Aminosäuren befinden sich in dem "Ring" an der Seite der zentralen β-Faltung in einer hochkonservierten geometrischen Ausrichtung. Die meisten Lipasen haben auch eine bewegliche Struktur, den "Deckel".

Dieser "Deckel" bedeckt die aktive katalytische Stelle im "Ring", wenn die Lipase nicht aktiviert ist. Wenn das Lipase-Molekül aktiviert wird, öffnet sich der "Deckel", so dass das Substrat für die Enzymaktivität Die Aktivierung des Lipase-Moleküls öffnet den Deckel, so dass das Substrat des Enzyms an die "Substratbindungsstelle" des Enzymmoleküls binden kann.
Lipase kann nur in heterogenen Systemen wirken, d. h. an der Grenzfläche zwischen Öl und Wasser, und wirkt nicht auf gleichmäßig dispergierte oder wasserlösliche Substrate, und selbst wenn sie wirkt, dann sehr langsam, und Lipase wirkt an den hydrophilen und hydrophoben Grenzflächen des Systems.

Anwendung von Lipase in der Lebensmittelindustrie

1. Anwendung in der Ölverarbeitung

Lipase kann die Erzeugung von Fettsäuren und Glycerin aus Fetten und Ölhydrolysereaktionen katalysieren, was in der Fettsäure- und Seifenindustrie weit verbreitet ist.

Aufgrund der allgemeinen Hydrolysereaktion lassen sich feste Fette und Öle nur sehr schwer im Reaktionssystem dispergieren, und die Reaktionsgeschwindigkeit ist langsam. Tetsuo Kobayashi et al. führten die Lipase-Hydrolyse in einem Zweiphasen-Reaktionssystem aus Wasser und organischem Lösungsmittel durch und lösten Talg in einem geeigneten organischen Lösungsmittel auf, so dass das organische Lösungsmittel, das das Substrat enthielt, vollständig in der wässrigen Phase dispergiert wurde, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen, und die Fettsäuren und das Glycerin der Reaktionsprodukte wurden der organischen Phase und der wässrigen Phase zur Trennung bzw. Rückgewinnung zugewiesen, und die Zersetzung von Talg konnte nach 48 Stunden 100% erreichen. Die Lipase kann einen Ester mit einem anderen Ester hydrolysieren und wird häufig in der Fettsäure- und Seifenindustrie eingesetzt.

Lipase kann eine Art von Ester mit einer anderen Art von Fettsäure oder Alkohol oder Ester mischen und einen neuen Ester mit Acylaustausch erzeugen, die Umesterungsreaktion findet statt. Durch die Umesterungsreaktion können die Eigenschaften von Fetten und Ölen verändert werden.

ChangM K et al. katalysierten die Umesterungsreaktion von hydriertem Baumwollsaatöl und einem bestimmten Anteil Rapsöl durch immobilisierte Lipase mit n-Hexan als Lösungsmittel, und der Schmelzpunkt des Produkts war 36℃ höher als der der natürlichen Kakaobutter, die als Ersatz für Kakaobutter verwendet werden kann; Lin Zhiyong führte eine Studie über die Herstellung von Kakaobutter aus Sebiferumöl durch und erhielt bessere Bedingungen für die Herstellung von Kakaobutteranalog durch die Bedingungen der Umesterungsreaktion.

Unter bestimmten Bedingungen kann Lipase die Veresterungsreaktion zwischen Fettsäure und Glycerin katalysieren, so dass eine große Anzahl freier Fettsäuren im Öl in neutrale Glycerinester umgewandelt wird, was nicht nur die Säurezahl verringert, sondern auch die Menge an neutralen Glycerinestern erhöht und die Bioraffinerie und Entsäuerung von Fetten und Ölen ermöglicht. Darüber hinaus kann Lipase auch zur Verstärkung von mehrfach ungesättigten Fettsäuren, zur Synthese von Phospholipiden usw. verwendet werden.

2. Anwendung in der Molkereiindustrie

Lipase in der Milchproduktion wird eine doppelte Wirkung haben, auf der einen Seite, durch die Lipase auf die Zersetzung von Milchfett, wird dazu führen, dass frische Milch in den Prozess der Lagerung, um einen bitteren Geschmack, verursacht durch das Milchpulver in den Prozess der Erhaltung der Qualität Verschlechterung, wird die Käse-Produkte produzieren unangenehmen Geschmack.

In Sauermilchprodukten hemmen die durch enzymatische Verdauung entstehenden freien Fettsäuren auch die Produktion einiger Fermentationsmittel. Andererseits kann die Laktidhydrolyse in Milcherzeugnissen durch den Einsatz von Lipase den Geschmack von Käse, Milchpulver und Sahne weiter verbessern, die Reifung von Käse fördern und die Qualität von Milcherzeugnissen verbessern.

Zum Beispiel, durch spezifische Lipolyse, Sahne kann einen sehr starken Geschmack haben. In der Creme hinzugefügt eine bestimmte Menge an Lipase Soda-Lösung, und dann Homogenisierung, Isolierung Enzym, und dann Hitze die Methode der Enzym-Inaktivierung, entfernen Sie die untere Schicht der Enzym-Lösung, Filtration, kann erhalten werden, um das Aroma von Sahne-Produkte, sein Aroma und Geschmack stark verbessert.

3. Anwendung in der Lebensmittelzusatzstoffindustrie

L-Ascorbylpalmitat wird häufig als esterlösliches Antioxidans und Nahrungsergänzungsmittel verwendet. Ascorbylpalmitat wird aus L-Ascorbinsäure verestert. Im Vergleich zu L-Ascorbinsäure ist erstens seine antioxidative Eigenschaft deutlich verbessert worden; zweitens hat es aufgrund der Implantation der Palmitinsäuregruppe sowohl eine hydrophile Ascorbinsäure- als auch eine lipophile Palmitinsäuregruppe, was es zu einer Art hervorragendem Tensid macht; außerdem hat es starke krebshemmende und antitumorale Wirkung.

Luhong Tang et al. führten eine systematische Studie über die Auswirkungen verschiedener Reaktionsmedien wie Wasser, Heptan und tert-Amylalkohol sowie verschiedener Lipasen wie NOVO435 (Candida antartica), MML (Mucormiehei), LIPOLASE, PPL (Schweinepankreas) usw. auf die Synthesereaktion von L-Ascorbylpalmitat durch. Die Ergebnisse zeigten, dass das Reaktionsmedium und die Lipasespezies einen großen Einfluss auf die Reaktion hatten. Unter den verschiedenen untersuchten Reaktionsmedien war nur tert-Amylalkohol für die Reaktion geeignet, und unter den untersuchten Lipasen zeigte NO2VO435 eine gute katalytische Aktivität.

Saccharose-Laurat hat eine emulgierende und antibakterielle Wirkung. Es hat mehr und mehr Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Immer mehr Forscher konzentrieren sich auf die Anwendung von Enzymen als Katalysatoren zur selektiven Synthese von Saccharose-Laurat-Säure. Beispielsweise katalysierten Pedersen et al. die Synthese von Saccharose-2-Laurat-Monoester durch Metalloprotease-Thermolysin, Bacillus p seudofirmus AL-89.

In der Regel, aromatische und geschmackliche Komponenten sind chemisch synthetisiert oder aus natürlichen Quellen extrahiert, die Menge der aromatischen Substanzen aus Pflanzen extrahiert ist begrenzt, um die Bedürfnisse der Menschen, also die aktuelle Verlagerung auf die Produktion von biotechnologischen Methoden, die aktuelle in-und ausländischen mikrobiellen enzymatischen Synthese von aromatischen Verbindungen.

So untersuchte Shieh CJ die optimierten Bedingungen für die Umesterung von Hexanol- und Triacylglycerinestern in n-Hexadecan, katalysiert durch immobilisierte Trichoderma-Lipase mit Hilfe der Response-Surface-Methodologie. Gandolfi R berichtete über die Synthese verschiedener aromatischer Ester (Hexylacetat, Hexylbutyrat, Geranylacetat und Geranylbutyrat), katalysiert durch den selektiven Einsatz von Rhizopus oryzae-Trockenmyzel in der organischen Phase.

4. die Anwendung bei der Behandlung von Lebensmittelabfällen

Die bei der Öl- und Fettverarbeitung anfallenden fetthaltigen Abfälle und Altrestaurantöle bestehen hauptsächlich aus Fettsäuretriglyceriden. Sie enthalten nicht nur einen hohen Gehalt an freien Fettsäuren, sondern auch Aldehyde, Ketone, Polymere und andere Oxidationsprodukte. Wang Yong et al. untersuchten die Herstellung von Biodiesel aus Altrestaurantöl durch enzymkatalysierte Umesterung in einem dreistufigen Batch-Prozess mit einer Reaktionszeit von 48 Stunden und einer Gesamtumwandlungsrate von 90,4%.

Im Vergleich zu dem Verfahren, bei dem raffiniertes Pflanzenöl als Ausgangsstoff verwendet wurde, betrug die Umwandlungsrate der Umesterung 97,3% unter denselben Reaktionsbedingungen.

Wa tanabe Y et al. untersuchten die kontinuierliche enzymkatalysierte Umesterung von Altrestaurantöl mit einem Umsatz von 90%, verglichen mit dem von raffiniertem Pflanzenöl, der unter den gleichen Reaktionsbedingungen 93% betrug. yuji shimada et al. entwickelten ein Reaktionssystem für die schrittweise Alkoholyse von Altrestaurantöl unter Verwendung von immobilisierter Lipase, und der Umsatz der Umesterung betrug mehr als 90%. Die Umwandlungsrate der Veresterung betrug mehr als 90%.

Aussichten

Über die Technologie der Lipase-Synthese in Lebensmitteln und verwandten Bereichen wurde schon viel berichtet, aber die meisten von ihnen befinden sich noch im Stadium der angewandten Grundlagenforschung, und es gibt nicht viele Versuche, die Lipase-katalysierte Synthese zu industrialisieren. Mit der Entwicklung der Gentechnik und des Protein-Engineerings wird die Anwendung von Lipase in Lebensmitteln weiter ausgebaut werden, was für die rasche Entwicklung einiger Bereiche der Lebensmittelindustrie von großer Bedeutung ist.