Milyen alkalmazásokat kínálnak az immobilizált lipázok az élelmiszerekben?

Az enzimek a biokatalizátorok egy olyan osztálya, amelyet nagy hatékonyság és specifitás jellemez. Az enzimek biotranszformálhatók a szervezeten belül és kívül, és kiváló sztereoszelektivitással, regioszelektivitással és kemoszelektivitással rendelkeznek. A lipázt mint zöld biokatalizátort széles körben használják a vegyiparban, az élelmiszeriparban, a gyógyszeriparban, az energetikában, a környezetvédelemben és más területeken.
Ez a tanulmány az immobilizált lipáz élelmiszeripari alkalmazására összpontosít.
Aromás vegyületek szintézise

A gyümölcsös ízű, rövid láncú észterek népszerű aromaanyagok az élelmiszeriparban, és ezek az aromavegyületek kémiailag szintetizálhatók vagy természetes forrásokból nyerhetők.
Az aromavegyületek általában rövid szénláncú zsírsavak és alkoholok, mint például metil-butirát, butil-butirát, izoamil-izobutirát az ananász vagy alma-szerű ízek esetében, etil-butirát az ananász vagy eper-szerű ízek esetében, és izoamil-acetát/izoamil-butirát a banán-szerű ízek esetében.
Az immobilizált lipázok enyhe körülmények között katalizálják a természetes aromák szintézisét, és biztonságosabbak és megbízhatóbbak, mint a kémiai szintézis, így széleskörűen alkalmazhatók az aromás vegyületek szintézisében.
Garlapati és munkatársai metil-butirát és oktil-acetát szintézisét vizsgálták immobilizált Aspergillus oryzae NRRL3562 lipázzal, katalitikus észteresítéssel, oldószermentes körülmények között. Vizsgálták a különböző észteresítési reakcióparaméterek, mint például az alkohol moláris aránya, a reakcióidő és a hőmérséklet hatását a moláris konverzióra (%). Az eredmények azt mutatták, hogy az immobilizált enzim 95%-nél nagyobb relatív aktivitást tartott fenn metil-butirát és oktil-acetát esetében 5, illetve 6-szorosáig, magas lipázaktivitás mellett.
Ghamgui és munkatársai nem kereskedelmi Staphylococcus similars immobilizált lipázzal katalizálták az izoamil-acetát (banáníz) szintézisét az ecetsav és az izoamil-alkohol észteresítési reakciójából tiszta szubsztrát körülmények között, és vizsgálták a reakció paramétereinek, például a lipáz adagolásának és az ecetsav és az izoamil-alkohol moláris arányának hatását a reakcióra. Az eredmények azt mutatták, hogy az ecetsav és az izoamilalkohol átalakulása 8 óra alatt elérte a 64% értéket. Az immobilizált enzimkészítmény nem mutatott jelentős csökkenést az immobilizált enzim aktivitásában 4 ciklusnyi használat után, és az immobilizált enzim stabilitása és aktivitása magas volt.
Matte és munkatársai a Thermomyces lanuginosus lipázt (TLL) természetes és módosított Immobead 150-en immobilizálták, hogy többpontos kovalens kötéssel, etiléndiamin felhasználásával butil-butirátot és izoamil-butirátot szintetizáljanak. Az eredmények azt mutatták, hogy a természetes Immobead 150-en több ponton kovalensen immobilizált lipáz (EMULTI) felezési ideje 70 °C-on 5,32 óra volt, ami körülbelül 30-szor stabilabb, mint a TLL oldata, és nagy stabilitást mutatott acetonban, n-hexánban és izo-oktánban. Az észteresítési reakció 24 óra alatt több mint 60% észteresítési sebességet tudott elérni. Az összes immobilizációs módszer közül az EMULI mutatta a legjobb hőstabilitást, oldószerstabilitást és ionos folyadék stabilitást.
Olaj- és zsírfeldolgozás
Az immobilizált lipáz széleskörűen alkalmazható az olaj- és zsíriparban. Elsősorban a zsírfeldolgozásban használják, és a zsír módosítása nagyon kritikus szerepet játszik az élelmiszer-feldolgozásban.
Az immobilizált lipáz jobb, mint a szabad enzim, mert az immobilizáció javíthatja az enzim stabilitását és aktivitását. Immobilizált formában az enzim újra felhasználható. A legtöbb immobilizációs módszer nem-kovalens kölcsönhatásokat használ.
A természetes zsírok és olajok kevésbé stabilak a hosszú elágazó láncok és a zsírsavak eltérő telítettsége miatt, és a lipázok biokatalizátorként használhatók a zsírok és olajok módosítására, kihasználva a zsírsavspecificitásukat és a zsírsavspecificitásukat.
A lipázzal módosított zsírok és olajok magasabb tápértékkel, stabilitással és minőséggel rendelkeznek, és nagyobb piaci potenciállal rendelkeznek az élelmiszer-feldolgozásban.
Paula és munkatársai kereskedelmi forgalomban kapható, nem regioszelektív Pseudohyphomyces lipázt (Novozym 435) és 1,3-regioszelektív Mycobacterium mycenae lipázt immobilizáltak egy szervetlen-szervetlen polisziloxán-poli(vinil-alkohol) heterogén mátrixban, amelyek biokatalizátorként működtek a reaktorban, hogy a tejzsírok fizikai tulajdonságait enzimatikus átészterezési reakciókkal módosítsák, és egészséges, ipari termelésre alkalmas átészterezett zsírkeveréket kapjanak.
Tecelão és munkatársai emberi tejzsírokat (HMF) szintetizáltak tripalmitin és olajsav vagy omega-3 többszörösen telítetlen zsírsavak kombinálásával, enzimkatalizált acidolízis körülmények között, oldószermentes közegben, 60°C-on. Négy immobilizált lipázt, a Lipozyme RM IM, a Theromyces Lanuginosa lipázt, a Lipozyme TLIM-et és a Novozym 435-öt vizsgáltuk, és az eredmények azt mutatták, hogy a biokatalizátorok aktivitása és működési stabilitása a felhasznált acil-donortól függ.
Az élelmiszer-adalékanyagok zsírban való oldhatóságának fokozása
Az izoaszkorbinsavat széles körben használják antioxidánsként az élelmiszeriparban, de magas hidrofilitása miatt nehezen alkalmazható lipidalapú élelmiszerekben.
Az aszkorbinsav immobilizált lipáz által katalizált aszkorbát-észterekké történő átalakítása hatékonyan javíthatja a termék lipofilitását, amely jobban felhasználható zsíros élelmiszerekben.
Santibáñez és munkatársai különböző hordozókat használtak a Pseudomonas aeruginosa TL lipáz immobilizálásához az aszkorbil-palmitát enzimatikus észteresítéséhez palmitinsavból és aszkorbinsavból szerves közegben, és összehasonlították teljesítményét a kereskedelmi forgalomban kapható Novozym 435 lipázéval. Az eredmények azt mutatták, hogy a Pseudomonas lipáz TL konverziós rátája 55 ℃-nál elérte az 57% értéket, ami magasabb volt, mint a kereskedelmi Novozym 435 lipáz szubsztrátkonverziós rátája 70 ℃-nál.
Sun és munkatársai az izoaszkorbinsavat D-izoaszkorbil-palmitáttá alakították immobilizált lipázzal, amely javította az izoaszkorbinsav olajoldékonyságát szerves közegben, és magas konverziós arányt ért el, 95,32% hozammal.
Tang Luhong et al. heptán és tercier amilalkohol és többféle reakcióközeg és többféle lipáz az L-aszkorbil-palmitát reakció szintézisére, az eredmények azt mutatják, hogy a tert-butanol alkalmas az észterszintézis reakcióhoz, és a Novozym 435 lipáz jó katalitikus aktivitással rendelkezik.
Cukorészterek szintézise élelmiszer-emulgeálószerekhez
A cukorészterek nemionos felületaktív anyagok, amelyek egy cukorcsoport hidrofil és egy zsírsav hidrofób csoportjával, valamint amfifil tulajdonságokkal rendelkeznek. Egyetlen enzimatikus reakciós lépésben szintetizálhatók lipázok felhasználásával, lehetőség szerint megújuló, olcsó és könnyen hozzáférhető nyersanyagok felhasználásával.A cukorészterek élelmiszer-emulgeálószerek széles körben használatosak az élelmiszeriparban, mivel biológiailag lebonthatók, nem mérgezőek és nem veszélyesek a környezetre.
Zaidan és munkatársai a laktózészterek szintézisét úgy katalizálták, hogy a lipázt kovalens kötés és fizikai adszorpció révén keresztkötéssel egy nanoreaktorhoz (azaz NER-CRL) kapcsolták, és a gyűrött pseudoligactomyces lactis (CRL) lipázt aminoaktivált csillámon immobilizálták. Az eredmények azt mutatták, hogy a NER-CRL és az Amino-CRL nagy működési stabilitással rendelkezett, a felezési idő több mint 13-szoros, illetve 10-szeres volt, és a fajlagos aktivitás 2,4, illetve 2,6-szoros növekedést mutatott a szabad enzimhez képest.
Adnani és munkatársai a xilit és a sztearinsav zsírkatalizált észteresítési reakcióját utánozták, és a xilit zsírsavészterek szintézisét Novozym 435 (makroporózus gyantával immobilizált antarktiszi Pseudomalleiomyces élesztő lipáz) segítségével katalizálták n-hexánban. Az eredmények azt mutatták, hogy a zsírsavészterek tényleges hozama 96,10% volt.
Kapoor és munkatársai a glicerin palmitinsavval történő észteresítését alacsony vízszintű körülmények között katalizálták az antarktiszi pszeudomalleye lipáz B (CALB) keresztkötésű enzimaggregátumaival (CLEAS). Az eredmények azt mutatták, hogy a reakció 24 óra alatt 90,3% konverziót tudott elérni. A mono- és digliceridek hozama 87%, illetve 3,3% volt.
Szintetikus kakaóvaj
A kakaóvaj olvadáspontja 37 ℃, olvadási tulajdonsága a szájban olvad, palmitinsavat és sztearinsavat tartalmaz, és az élelmiszeriparban a csokoládé feldolgozásának fontos nyersanyaga.
A természetes kakaóvaj előállítása azonban alacsony és viszonylag drága, ezért immobilizált lipázokat használtak a zsírok és olajok átészterezésének katalizálására, hogy kakaóvajhelyettesítőket állítsanak elő, amelyeket szélesebb körben használnak az élelmiszeriparban.Dutt és munkatársai a talajból izolált Bacillus RK-3 törzset használták 1,3-regionális specifikus lipáz előállítására átészterezési reakciókhoz pálmaolaj és metil-sztearát mint nyersanyagok felhasználásával. Az eredmények azt mutatták, hogy a végtermék a CB-hez hasonló volt, és 24 óra alatt 83,17% konverziót ért el.
Gong Xin et al. az alacsony kalóriatartalmú Sapium sebiferum kakaóvaj katalitikus előállítását vizsgálták immobilizált lipáz Lipozyme TLIM használatával, és megállapították, hogy a legmagasabb, 34,9% cserearányt 65 ℃ hőmérsékleten, 0 Aw értékkel érték el.06 és 15,5 órás katalitikus idő mellett, a termék SI-értéke 0,55 és olvadáspontja 37 ℃ volt, ami azt jelezte, hogy a Sapium sebiferum lipidekből alacsony kalóriatartalmú kakaóvajat lehet előállítani.
Hu Fang és munkatársai Lipozyme TLIM lipázt használtak az átészterezési reakció katalizálására a kakaóvaj szintéziséhez, és az eredmény az volt, hogy a kakaóvaj hozama elérte a 85,586%-t, és a fejlett szerkezeti elemzés azt mutatta, hogy a termékben lévő trigliceridek összetétele és szerkezete hasonló volt a természetes kakaóvajéhoz.