Les lipases ( EC3111113, glycerol ester hydrolases ) sont une classe particulière d'hydrolases à liaison ester qui sont classées selon la spécificité du substrat en lipases non spécifiques, spécifiques des acides gras et spécifiques. Les lipases sont présentes chez les animaux, les plantes et les micro-organismes. En phase organique, la lipase peut catalyser la synthèse d'esters, la réaction d'échange d'esters, la réaction de polymérisation d'esters, la synthèse de peptides et la synthèse d'amides, etc. C'est pourquoi la lipase a été largement utilisée dans l'industrie alimentaire au cours des dernières années.

Propriétés de la lipase

Depuis la découverte de la lipase en 1834, il y a eu plus de cent ans d'histoire de la recherche, la lipase est une classe importante d'enzymes métaboliques dans les organismes, son substrat naturel pour les esters d'acides gras à longue chaîne (tels que diverses graisses et huiles, etc.), peut jouer un rôle dans le système hétérogène (interface huile-eau) ou dans la phase organique, et a une certaine spécificité de position.

Bien que la lipase provienne de différentes sources et que la composition en acides aminés de la lipase de différentes sources soit différente, son poids moléculaire se situe entre 20 000 et 60 000, et son centre actif a une composition structurelle identique ou similaire, et son centre actif, à quelques exceptions près, est généralement un triplex composé de sérine, d'acide aspartique, d'histidine, et la partie centrale de la structure spatiale de la molécule d'enzyme est un repliement β hydrophobe entouré d'une hélice α amphiphile. La structure spatiale de la molécule d'enzyme comporte un repli β hydrophobe au centre, entouré d'une hélice α amphiphile, et les trois acides aminés sont situés dans l'"anneau" sur le côté du repli β central dans une orientation géométrique hautement conservée. La plupart des lipases possèdent également une structure mobile, le "couvercle".

Ce "couvercle" recouvre le site catalytique actif dans l'"anneau" lorsque la lipase n'est pas activée. Lorsque la molécule de lipase est activée, le "couvercle" s'ouvre, permettant au substrat de l'action enzymatique de se lier au "site de liaison du substrat" de la molécule d'enzyme.
La lipase ne peut agir que dans des systèmes hétérogènes, c'est-à-dire à l'interface de l'huile et de l'eau, et n'agit pas sur des substrats uniformément dispersés ou solubles dans l'eau, et même si elle agit, elle le fait très lentement, et la lipase agit sur les interfaces hydrophiles et hydrophobes du système.

Application de la lipase dans l'industrie alimentaire

1. Application dans le traitement de l'huile

La lipase peut catalyser la production d'acides gras et de glycérol à partir des graisses et de la réaction d'hydrolyse de l'huile, ce qui est largement utilisé dans l'industrie des acides gras et du savon.

En raison de la réaction générale d'hydrolyse, les graisses et les huiles solides sont extrêmement difficiles à disperser dans le système de réaction, et la vitesse de réaction est lente. Tetsuo Kobayashi et al. ont réalisé l'hydrolyse de la lipase dans un système de réaction à deux phases eau-solvant organique, et ont dissous le suif dans un solvant organique approprié, de sorte que le solvant organique contenant le substrat soit entièrement dispersé dans la phase aqueuse pour augmenter la vitesse de réaction, et les acides gras et le glycérol des produits de réaction ont été répartis entre la phase organique et la phase aqueuse pour la séparation et la récupération, respectivement, et la décomposition du suif a pu atteindre 100% après 48 heures. La lipase peut hydrolyser un ester avec un autre ester, et elle est largement utilisée dans les industries des acides gras et du savon.

La lipase peut mélanger un type d'ester avec un autre type d'acide gras, d'alcool ou d'ester et générer un nouvel ester avec échange d'acyle, la réaction de transestérification se produit. La réaction de transestérification permet de modifier les propriétés des graisses et des huiles.

ChangM K et al. a catalysé la réaction de transestérification de l'huile de coton hydrogénée et d'une certaine proportion d'huile de colza par la lipase immobilisée avec le n-hexane comme solvant, et le point de fusion du produit était 36℃ plus élevé que celui du beurre de cacao naturel, qui peut être utilisé comme substitut du beurre de cacao ; Lin Zhiyong a mené une étude sur la production de beurre de cacao à partir de l'huile de sebiferum, et a obtenu de meilleures conditions pour la production d'un analogue du beurre de cacao par les conditions de la réaction de transestérification.

Dans certaines conditions, la lipase peut catalyser la réaction d'estérification entre l'acide gras et le glycérol, de manière à convertir un grand nombre d'acides gras libres dans l'huile en esters de glycérol neutres, ce qui non seulement réduit l'indice d'acidité, mais augmente également la quantité d'esters de glycérol neutres, et réalise le bioraffinage et la désacidification des graisses et des huiles. En outre, la lipase peut également être utilisée pour renforcer les acides gras polyinsaturés, synthétiser les phospholipides, etc.

2. Application dans l'industrie laitière

La lipase dans la production laitière aura un double effet, d'une part, en raison de la lipase sur la décomposition de la graisse du lait, le lait frais dans le processus de stockage produira un goût amer, causé par la poudre de lait dans le processus de conservation de la détérioration de la qualité, les produits fromagers produiront une saveur désagréable.

Dans les produits laitiers acides, les acides gras libres produits par la digestion enzymatique inhibent également la production de certains agents de fermentation. D'autre part, l'hydrolyse du lactide dans les produits laitiers par l'application de la lipase peut renforcer la saveur du fromage, du lait en poudre et de la crème, favoriser la maturation du fromage et améliorer la qualité des produits laitiers.

Par exemple, grâce à une lipolyse spécifique, la crème peut avoir une saveur très forte. Dans la crème ajoutée à une certaine quantité de solution de lipase, puis homogénéisation, isolation de l'enzyme, puis chauffage de la méthode d'inactivation de l'enzyme, élimination de la couche inférieure de la solution enzymatique, filtration, on peut obtenir pour renforcer l'arôme des produits à base de crème, son arôme et sa saveur grandement améliorés.

3. Application dans l'industrie des additifs alimentaires

Le palmitate de L-ascorbyle est largement utilisé comme antioxydant soluble dans l'ester et comme fortifiant nutritionnel. Le palmitate d'ascorbyle est estérifié à partir de l'acide L-ascorbique. Par rapport à l'acide L-ascorbique, sa propriété antioxydante a été considérablement améliorée ; deuxièmement, en raison de l'implantation du groupe acide palmitique, il possède à la fois l'acide ascorbique hydrophile et le groupe acide palmitique lipophile, ce qui en fait une sorte d'excellent agent tensioactif ; en outre, il a également de puissants effets anticancéreux et antitumoraux.

Luhong Tang et al. ont mené une étude systématique sur les effets de plusieurs milieux de réaction tels que l'eau, l'heptane et l'alcool tert-amylique, et de plusieurs lipases telles que NOVO435 (Candida antartica), MML (Mucormiehei), LIPOLASE, PPL (pancréas de porc), etc. sur la réaction de synthèse du palmitate de L-ascorbyle. Les résultats ont montré que les milieux de réaction et les espèces de lipases avaient une grande influence sur la réaction. Parmi les différents milieux de réaction étudiés, l'alcool tert-amylique est le seul qui convienne à la réaction, et parmi les lipases étudiées, NO2VO435 a montré une bonne activité catalytique.

Le laurate de saccharose a des fonctions d'émulsification et d'antibactérien. Il a attiré de plus en plus d'attention. De plus en plus de chercheurs se concentrent sur l'application d'enzymes comme catalyseurs pour synthétiser sélectivement l'acide laurique de saccharose. Par exemple, Pedersen et al. ont catalysé la synthèse du monoester de sucrose 2-laurate par la thermolysine de la métalloprotéase Bacillus p seudofirmus AL-89.

Habituellement, les composants aromatiques et gustatifs sont synthétisés chimiquement ou extraits de sources naturelles, mais la quantité de substances aromatiques extraites des plantes est limitée pour répondre aux besoins de la population. C'est pourquoi la tendance actuelle est à la production de méthodes biotechnologiques, à la synthèse enzymatique microbienne de composés aromatiques.

Par exemple, Shieh CJ a étudié les conditions optimisées pour la transestérification de l'hexanol et des esters de triacylglycérol dans le n-hexadécane catalysée par la lipase immobilisée de Trichoderma par le biais de la méthodologie de la surface de réponse. Gandolfi R a rapporté la synthèse de différents esters aromatiques (acétate d'hexyle, butyrate d'hexyle, acétate de géranyle et butyrate de géranyle) catalysée par l'utilisation sélective du mycélium sec de Rhizopus oryzae dans la phase organique.

4.Application au traitement des déchets alimentaires

Les déchets contenant des graisses et les huiles de restaurant usées produites dans le processus de transformation des huiles et des graisses sont principalement composés de triglycérides d'acides gras. Non seulement la teneur en acides gras libres est élevée, mais elle contient également des aldéhydes, des cétones, des polymères et d'autres produits oxydés. Wang Yong et al. ont étudié la préparation de biodiesel à partir d'huile de restaurant usagée par transestérification catalysée par enzyme dans un processus discontinu en trois étapes avec un temps de réaction de 48 h et un taux de conversion total de 90,4%.

Par rapport au procédé utilisant de l'huile végétale raffinée comme matière première, le taux de conversion de la transestérification était de 97,3% dans les mêmes conditions de réaction.

Wa tanabe Y et al. ont étudié la transestérification continue catalysée par des enzymes d'huiles de restaurant usagées avec une conversion de 90%, comparée à celle de l'huile végétale raffinée, qui était de 93% dans les mêmes conditions de réaction. yuji shimada et al. ont développé un système de réaction pour l'alcoolyse par étapes d'huiles de restaurant usagées en utilisant une lipase immobilisée, et la conversion de la transestérification était supérieure à 90%. Le taux de conversion de l'estérification était supérieur à 90%.

Perspectives

De nombreux rapports ont été publiés sur la technologie de synthèse de la lipase dans l'alimentation et les domaines connexes, mais la plupart d'entre eux en sont encore au stade de la recherche fondamentale appliquée, et il n'y a pas beaucoup de tentatives d'industrialisation de la synthèse catalysée par la lipase. Avec le développement du génie génétique et de l'ingénierie des protéines, l'application de la lipase dans l'alimentation sera plus développée, ce qui est très important pour promouvoir le développement rapide de certains domaines de l'industrie alimentaire.