Las lipasas ( EC3111113, glicerol éster hidrolasas ) son una clase especial de hidrolasas de enlace éster que se clasifican según la especificidad del sustrato como lipasas no específicas, específicas de ácidos grasos y específicas. Las lipasas se encuentran en animales, plantas y microorganismos. En la fase orgánica, la lipasa puede catalizar la síntesis de ésteres, la reacción de intercambio de ésteres, la reacción de polimerización de ésteres, la síntesis de péptidos y la síntesis de amidas, etc. Por lo tanto, la lipasa se ha utilizado ampliamente en la industria alimentaria en los últimos años.

Propiedades de la lipasa

Desde el descubrimiento de la lipasa en 1834, ha habido más de cien años de historia de la investigación, la lipasa es una clase importante de enzimas metabólicas en los organismos, su sustrato natural de ésteres de ácidos grasos de cadena larga (tales como diversas grasas y aceites, etc.), puede desempeñar un papel en el sistema heterogéneo (interfaz aceite-agua) o la fase orgánica, y tiene una cierta especificidad de posición.

Aunque la lipasa proviene de diferentes fuentes, y la composición de aminoácidos de la lipasa de diferentes fuentes es diferente, su peso molecular está entre 20.000-60.000, y su centro activo tiene la misma o similar composición estructural, y su centro activo, salvo algunas excepciones, es generalmente un triplex compuesto de serina, ácido aspártico, histidina, y la parte central de la estructura espacial de la molécula de enzima es un β-plegamiento hidrofóbico rodeado por una α-hélice anfifílica. La estructura espacial de la molécula enzimática tiene un β-plegamiento hidrófobo en el centro, rodeado por una α-hélice anfifílica, y los tres aminoácidos están situados en el "anillo" a un lado del β-plegamiento central en una orientación geométrica muy conservada. La mayoría de las lipasas también tienen una estructura móvil, la "tapa".

Esta "tapa" cubre el sitio catalítico activo en el "anillo" cuando la lipasa no está activada. Cuando la molécula de lipasa se activa, la "tapa" se abre, permitiendo que el sustrato de la acción enzimática sea La activación de la molécula de lipasa abre la tapa, permitiendo que el sustrato de la enzima se una al "sitio de unión del sustrato" de la molécula de enzima.
La lipasa sólo puede funcionar en sistemas heterogéneos, es decir, en la interfaz del aceite y el agua, y no funciona en sustratos uniformemente dispersos o solubles en agua, e incluso si funciona, lo hace muy lentamente, y la lipasa funciona en las interfaces hidrofílicas e hidrofóbicas del sistema.

Aplicación de la lipasa en la industria alimentaria

1. Aplicación en el procesamiento del aceite

La lipasa puede catalizar la generación de ácidos grasos y glicerol a partir de grasas y la reacción de hidrólisis del aceite, que se utiliza ampliamente en la industria de los ácidos grasos y el jabón.

Debido a la reacción general de hidrólisis, las grasas y aceites sólidos son extremadamente difíciles de dispersar en el sistema de reacción, y la velocidad de reacción es lenta. Tetsuo Kobayashi et al. llevaron a cabo la hidrólisis de la lipasa en un sistema de reacción bifásico de agua y disolvente orgánico, y disolvieron el sebo en un disolvente orgánico adecuado, de modo que el disolvente orgánico que contenía el sustrato se dispersó completamente en la fase acuosa para aumentar la velocidad de reacción, y los ácidos grasos y el glicerol de los productos de reacción se asignaron a la fase orgánica y a la fase acuosa para su separación y recuperación, respectivamente, y la descomposición del sebo pudo alcanzar 100% después de 48 h. La lipasa puede hidrolizar un éster con otro éster, y se utiliza ampliamente en las industrias de ácidos grasos y jabones.

La lipasa puede mezclar un tipo de éster con otro tipo de ácido graso o alcohol o éster y generar un nuevo éster con intercambio de acilo, se produce la reacción de transesterificación. Mediante la reacción de transesterificación se pueden modificar las propiedades de las grasas y aceites.

ChangM K et al. catalizaron la reacción de transesterificación de aceite de semilla de algodón hidrogenado y una cierta proporción de aceite de colza mediante lipasa inmovilizada con n-hexano como disolvente, y el punto de fusión del producto fue 36℃ superior al de la manteca de cacao natural, que puede utilizarse como sustituto de la manteca de cacao; Lin Zhiyong realizó un estudio sobre la producción de manteca de cacao a partir de aceite de sebiferum, y obtuvo mejores condiciones para la producción de análogo de la manteca de cacao mediante las condiciones de la reacción de transesterificación.

En determinadas condiciones, la lipasa puede catalizar la reacción de esterificación entre el ácido graso y el glicerol, a fin de convertir un gran número de ácidos grasos libres en el aceite en ésteres neutros de glicerol, lo que no sólo reduce el valor ácido, sino que también aumenta la cantidad de ésteres neutros de glicerol, y realiza la biorrefinería y la desacidificación de grasas y aceites. Además, la lipasa también puede utilizarse para reforzar los ácidos grasos poliinsaturados, sintetizar fosfolípidos, etc.

2. Aplicación en la industria láctea

Lipasa en la producción de lácteos tendrá un doble efecto, por un lado, debido a la lipasa en la descomposición de la grasa de la leche, hará que la leche fresca en el proceso de almacenamiento para producir un sabor amargo, causado por la leche en polvo en el proceso de conservación de deterioro de la calidad, hará que los productos de queso producir sabor desagradable.

En los productos lácteos agrios, los ácidos grasos libres producidos por la digestión enzimática también inhiben la producción de algunos agentes de fermentación. Por otra parte, la hidrólisis de lactida en productos lácteos mediante la aplicación de lipasa puede potenciar aún más el sabor del queso, la leche en polvo y la nata, favorecer la maduración del queso y mejorar la calidad de los productos lácteos.

Por ejemplo, a través de la lipólisis específica, crema puede tener un sabor muy fuerte. En la crema añadido una cierta cantidad de solución de sosa lipasa, y luego homogeneización, enzima de aislamiento, y luego calentar el método de inactivación de la enzima, eliminar la capa inferior de la solución de enzima, filtración, se puede obtener para mejorar el aroma de los productos de crema, su aroma y sabor mejorado en gran medida.

3. Aplicación en la industria de aditivos alimentarios

El palmitato de L-ascorbilo se utiliza ampliamente como antioxidante soluble en éster y fortificante nutricional. El palmitato de ascorbilo se esterifica a partir del ácido L-ascórbico, en comparación con el ácido L-ascórbico, en primer lugar, su propiedad antioxidante se ha mejorado significativamente; en segundo lugar, debido a la implantación del grupo de ácido palmítico, tiene tanto ácido ascórbico hidrófilo como grupo de ácido palmítico lipofílico, lo que lo convierte en un tipo de tensioactivo excelente; además, también tiene fuertes efectos anticancerígenos y antitumorales.

Luhong Tang et al. realizaron un estudio sistemático sobre los efectos de varios medios de reacción como el agua, el heptano y el alcohol tertamílico, y de varias lipasas como NOVO435 (Candida antartica), MML (Mucormiehei), LIPOLASE, PPL (páncreas porcino), etc. sobre la reacción de síntesis del palmitato de L-ascorbilo. Los resultados mostraron que los medios de reacción y las especies de lipasa tenían gran influencia en la reacción. Entre los diversos medios de reacción estudiados, el alcohol tertamílico fue el único adecuado para la reacción, y entre las lipasas estudiadas, la NO2VO435 mostró una buena actividad catalítica.

El laurato de sacarosa tiene funciones emulsionantes y antibacterianas. Ha atraído cada vez más atención. Cada vez más investigadores se centran en la aplicación de enzimas como catalizadores para sintetizar el ácido laúrico de sacarosa de forma selectiva. Por ejemplo, Pedersen et al. catalizaron la síntesis del monoéster 2-laurato de sacarosa mediante la termolisina metaloproteasa, Bacillus p seudofirmus AL-89.

Por lo general, los componentes aromáticos y de sabor son sintetizados químicamente o extraídos de fuentes naturales, la cantidad de sustancias aromáticas extraídas de las plantas es limitada para satisfacer las necesidades de la gente, por lo tanto, el cambio actual a la producción de métodos biotecnológicos, la actual síntesis enzimática microbiana nacional y extranjera de compuestos aromáticos.

Por ejemplo, Shieh CJ estudió las condiciones optimizadas para la transesterificación de ésteres de hexanol y triacilglicerol en n-hexadecano catalizada por lipasa inmovilizada de Trichoderma mediante la metodología de superficie de respuesta.Gandolfi R informó de la síntesis de diferentes ésteres aromáticos (acetato de hexilo, butirato de hexilo, acetato de geranilo y butirato de geranilo) catalizada por el uso selectivo de micelio seco de Rhizopus oryzae en la fase orgánica.

4.Aplicación en el tratamiento de residuos alimentarios

Los residuos que contienen grasa y los aceites usados de restaurante producidos en el proceso de transformación de aceites y grasas están compuestos principalmente por triglicéridos de ácidos grasos. No sólo el contenido de ácidos grasos libres es alto, sino que también contienen aldehídos, cetonas y polímeros y otros productos oxidados. Wang Yong et al. estudiaron la preparación de biodiésel a partir de aceite de restaurante usado mediante transesterificación catalizada por enzimas en un proceso discontinuo de tres pasos con un tiempo de reacción de 48 h y una tasa de conversión total de 90,4%.

En comparación con el proceso que utiliza aceite vegetal refinado como materia prima, el índice de conversión de la transesterificación fue de 97,3% en las mismas condiciones de reacción.

Wa tanabe Y et al. investigaron la transesterificación continua catalizada por enzimas de aceite usado de restaurante con una conversión de 90%, comparada con la del aceite vegetal refinado, que fue de 93% en las mismas condiciones de reacción. yuji shimada et al. desarrollaron un sistema de reacción para la alcohólisis escalonada de aceite usado de restaurante utilizando lipasa inmovilizada, y la conversión de la transesterificación fue superior a 90%. La tasa de conversión de la esterificación fue superior a 90%.

Perspectivas

Ha habido muchos informes sobre la tecnología de síntesis de lipasa en los alimentos y campos relacionados, pero la mayoría de ellos se encuentran todavía en la etapa de investigación básica aplicada, y no hay muchos intentos de industrializar la síntesis catalizada por lipasa. Con el desarrollo de la ingeniería genética y la ingeniería de proteínas, la aplicación de la lipasa en los alimentos estará más desarrollada, lo que es de gran importancia para promover el rápido desarrollo de algunos campos de la industria alimentaria.