Липазы (EC3111113, гидролазы эфиров глицерина) - это особый класс гидролаз эфирных связей, которые классифицируются в зависимости от специфичности субстрата как неспецифические, специфические для жирных кислот и специфические липазы. Липазы встречаются у животных, растений и микроорганизмов. В органической фазе липаза может катализировать синтез сложных эфиров, реакцию обмена сложных эфиров, реакцию полимеризации сложных эфиров, синтез пептидов, синтез амидов и т. д. Поэтому в последние годы липазы широко используются в пищевой промышленности.

Свойства липазы

С момента открытия липазы в 1834 году прошло более ста лет истории исследований, липаза является важным классом метаболических ферментов в организмах, ее естественным субстратом являются длинноцепочечные эфиры жирных кислот (такие как различные жиры, масла и т.д.), может играть роль в гетерогенной системе (граница раздела фаз масло-вода) или органической фазе, и обладает определенной позиционной специфичностью.

Хотя липаза поступает из разных источников, и аминокислотный состав липазы из разных источников отличается, ее молекулярная масса находится в пределах 20 000-60 000, а ее активный центр имеет одинаковый или похожий структурный состав, и ее активный центр, за редким исключением, обычно представляет собой триплекс, состоящий из серина, аспаргиновой кислоты, гистидина, а центральная часть пространственной структуры молекулы фермента представляет собой гидрофобный β-складень, окруженный амфифильной α-спиралью. Пространственная структура молекулы фермента имеет гидрофобную β-складку в центре, окруженную амфифильной α-спиралью, а три аминокислоты расположены в "кольце" по бокам от центральной β-складки в высококонсервативной геометрической ориентации. Большинство липаз также имеют подвижную структуру - "крышку".

Эта "крышка" закрывает активный каталитический сайт в "кольце", когда липаза не активирована. Когда молекула липазы активируется, "крышка" открывается, позволяя субстрату для действия фермента Активация молекулы липазы открывает крышку, позволяя субстрату фермента связываться с "сайтом связывания субстрата" молекулы фермента.
Липаза может работать только в гетерогенных системах, то есть на границе раздела масла и воды, и не работает на однородно дисперсных или водорастворимых субстратах, а если и работает, то очень медленно, и липаза действует на гидрофильных и гидрофобных границах системы.

Применение липазы в пищевой промышленности

1. Применение в переработке нефти

Липаза может катализировать образование жирных кислот и глицерина из жиров и реакции гидролиза масла, что широко используется в производстве жирных кислот и мыла.

Из-за общей реакции гидролиза твердые жиры и масла очень трудно диспергировать в реакционной системе, а скорость реакции низкая. Тецуо Кобаяши и др. провели гидролиз липазы в двухфазной реакционной системе вода-органический растворитель, растворив таллоу в подходящем органическом растворителе, так что органический растворитель, содержащий субстрат, был полностью диспергирован в водной фазе для увеличения скорости реакции, а жирные кислоты и глицерин продуктов реакции были выделены в органическую и водную фазы для отделения и восстановления, соответственно, и разложение таллоу могло достичь 100% через 48 ч. Липаза может гидролизовать сложный эфир с другим сложным эфиром и широко используется в производстве жирных кислот и мыла.

Липаза может смешивать один вид эфира с другим видом жирной кислоты, спирта или эфира и образовывать новый эфир с ацильным обменом, происходит реакция переэтерификации. Благодаря реакции переэтерификации свойства жиров и масел могут быть изменены.

ChangM K и др. катализировали реакцию переэтерификации гидрогенизированного хлопкового масла и определенной доли рапсового масла с помощью иммобилизованной липазы с н-гексаном в качестве растворителя, и температура плавления продукта была на 36℃ выше, чем у натурального масла какао, которое можно использовать в качестве заменителя масла какао; Линь Чжиюн провел исследование по производству масла какао из масла себиферума, и получил лучшие условия для производства аналога масла какао через условия реакции переэтерификации.

При определенных условиях липаза может катализировать реакцию этерификации между жирной кислотой и глицерином, чтобы превратить большое количество свободных жирных кислот в масле в нейтральные эфиры глицерина, что не только снижает кислотное число, но и увеличивает количество нейтральных эфиров глицерина, а также реализует биопереработку и обезкисливание жиров и масел. Кроме того, липаза может использоваться для усиления полиненасыщенных жирных кислот, синтеза фосфолипидов и так далее.

2. Применение в молочной промышленности

Липаза в молочном производстве будет иметь двойной эффект, с одной стороны, из-за липазы на разложение молочного жира, вызовет свежее молоко в процессе хранения, чтобы произвести горький вкус, вызванный сухого молока в процессе консервации ухудшение качества, сделает сырные продукты производить неприятный вкус.

В кисломолочных продуктах свободные жирные кислоты, образующиеся в результате ферментативного сбраживания, также подавляют выработку некоторых ферментных агентов. С другой стороны, гидролиз лактида в молочных продуктах с помощью липазы может дополнительно усилить вкус сыра, сухого молока и сливок, способствовать созреванию сыра и улучшить качество молочных продуктов.

Например, благодаря специфическому липолизу, сливки могут иметь очень сильный аромат. В сливки добавляют определенное количество содового раствора липазы, затем гомогенизируют, изолируют фермент, а затем нагревают методом инактивации фермента, удаляют нижний слой ферментного раствора, фильтруют, можно получить усиление аромата сливочных продуктов, их аромат и вкус значительно улучшаются.

3. Применение в производстве пищевых добавок

L-аскорбил пальмитат широко используется в качестве эфирорастворимого антиоксиданта и пищевого обогатителя. Аскорбил пальмитат этерифицирован из L-аскорбиновой кислоты, по сравнению с L-аскорбиновой кислотой, во-первых, его антиоксидантные свойства значительно улучшены; во-вторых, благодаря имплантации группы пальмитиновой кислоты, он имеет как гидрофильную аскорбиновую кислоту, так и липофильную группу пальмитиновой кислоты, что делает его своего рода отличным поверхностно-активным веществом; кроме того, он также обладает сильным противораковым и противоопухолевым действием.

Лухун Танг и др. провели систематическое исследование влияния нескольких реакционных сред, таких как вода, гептан и трет-амиловый спирт, и нескольких липаз, таких как NOVO435 (Candida antartica), MML (Mucormiehei), LIPOLASE, PPL (Porcine pancreas) и др. на реакцию синтеза L-аскорбилпальмитата. Результаты показали, что реакционная среда и виды липаз оказывают большое влияние на реакцию. Среди нескольких исследованных реакционных сред трет-амиловый спирт был единственным подходящим для реакции, а среди исследованных липаз NO2VO435 показала хорошую каталитическую активность.

Лаурат сахарозы обладает функциями эмульгирования и антибактериального действия. Она привлекает все большее внимание. Все больше исследователей уделяют внимание применению ферментов в качестве катализаторов для селективного синтеза лауриновой кислоты из сахарозы. Например, Педерсен и др. катализировали синтез моноэфира сахарозы-2-лаурат с помощью металлопротеазы термолизина Bacillus p seudofirmus AL-89.

Обычно ароматические и вкусовые компоненты химически синтезируются или извлекаются из природных источников, количество ароматических веществ, извлекаемых из растений, ограничено для удовлетворения потребностей людей, поэтому в настоящее время происходит переход на производство биотехнологическими методами, в настоящее время используется отечественный и зарубежный микробный ферментативный синтез ароматических соединений.

Например, Shieh CJ изучил оптимизированные условия переэтерификации эфиров гексанола и триацилглицерина в н-гексадекане, катализируемой иммобилизованной липазой Trichoderma с помощью методологии поверхности отклика. Gandolfi R сообщил о синтезе различных ароматических эфиров (гексилацетата, гексила бутирата, геранилацетата и геранила бутирата), катализируемом селективным использованием сухого мицелия Rhizopus oryzae в органической фазе.

4.Применение в переработке пищевых отходов

Жиросодержащие отходы и отходы ресторанных масел, образующиеся в процессе переработки масел и жиров, состоят в основном из триглицеридов жирных кислот. В них не только высокое содержание свободных жирных кислот, но и альдегиды, кетоны, полимеры и другие окисленные продукты. Ванг Йонг и др. исследовали получение биодизеля из отработанного ресторанного масла путем катализируемой ферментами переэтерификации в трехстадийном периодическом процессе с временем реакции 48 ч и общей степенью конверсии 90,4%.

По сравнению с процессом, в котором в качестве сырья использовалось рафинированное растительное масло, степень конверсии переэтерификации составила 97,3% при тех же условиях реакции.

Wa tanabe Y et al. исследовали непрерывную фермент-катализируемую переэтерификацию отработанного ресторанного масла с конверсией 90%, по сравнению с конверсией рафинированного растительного масла, которая составила 93% при тех же условиях реакции. yuji shimada et al. разработали реакционную систему для поэтапного алкоголиза отработанного ресторанного масла с использованием иммобилизованной липазы, и конверсия переэтерификации составила более 90%. Конверсия этерификации составила более 90%.

Перспективы

Существует множество сообщений о технологии синтеза липазы в пищевой и смежных областях, но большинство из них все еще находятся на стадии прикладных фундаментальных исследований, и не так много попыток промышленного синтеза, катализируемого липазой. С развитием генной инженерии и белковой инженерии применение липазы в пищевой промышленности будет развиваться, что имеет большое значение для содействия быстрому развитию некоторых областей пищевой промышленности.