Каковы области применения иммобилизованных липаз в пищевой промышленности?

Ферменты - это класс биокатализаторов, характеризующихся высокой эффективностью и специфичностью. Ферменты могут быть биотрансформированы в организме и вне его и обладают превосходной стереоселективностью, региоселективностью и хемоселективностью. Липаза как "зеленый" биокатализатор широко используется в химической, пищевой, фармацевтической, энергетической, экологической и других областях.
Данная статья посвящена применению иммобилизованной липазы в пищевой промышленности.
Синтез ароматических соединений

Короткоцепочечные эфиры с фруктовыми ароматами популярны в качестве ароматизаторов в пищевой промышленности. Эти ароматические соединения могут быть химически синтезированы или получены из природных источников.
Ароматические соединения обычно представляют собой короткоцепочечные жирные кислоты и спирты, такие как метилбутират, бутилбутират, изоамилизобутират для ананасового или яблочного аромата, этилбутират для ананасового или клубничного аромата, а также изоамилацетат/изоамилбутират для бананового аромата.
Иммобилизованные липазы катализируют синтез натуральных ароматизаторов в мягких условиях, они безопаснее и надежнее химического синтеза, что открывает широкие возможности для их применения в синтезе ароматических соединений.
Гарлапати и др. исследовали синтез метилбутирата и октилацетата с помощью иммобилизованной липазы Aspergillus oryzae NRRL3562 путем каталитической этерификации в условиях, не содержащих растворителей. Было исследовано влияние различных параметров реакции этерификации, таких как молярное соотношение спиртов, время реакции и температура, на молярную конверсию (%). Результаты показали, что иммобилизованный фермент сохранял относительную активность более 95% для метилбутирата и октилацетата до 5 и 6 раз, соответственно, с высокой липазной активностью.
Ghamgui et al. катализировали синтез изоамилацетата (банановый аромат) из реакции этерификации уксусной кислоты и изоамилового спирта в условиях чистого субстрата с использованием некоммерческой иммобилизованной липазы Staphylococcus similars и исследовали влияние параметров реакции, таких как дозировка липазы и молярное соотношение уксусной кислоты и изоамилового спирта, на ход реакции. Результаты показали, что конверсия уксусной кислоты и изоамилового спирта достигает 64% за 8 часов. Иммобилизованный ферментный препарат не показал значительного снижения активности иммобилизованного фермента после 4 циклов использования, а стабильность и активность иммобилизованного фермента были высокими.
Матте и др. иммобилизовали липазу Thermomyces lanuginosus (TLL) на натуральном и модифицированном Immobead 150 для синтеза бутилбутирата и изоамилбутирата путем многоточечного ковалентного связывания с использованием этилендиамина. Результаты показали, что многоточечная ковалентно иммобилизованная липаза на натуральном Immobead 150 (EMULTI) имела период полураспада 5,32 ч при 70 °C, что примерно в 30 раз стабильнее, чем ее раствор в TLL, и демонстрировала высокую стабильность в ацетоне, н-гексане и изооктане. Реакция этерификации достигала более 60% в течение 24 ч. Среди всех методов иммобилизации EMULI показал наилучшую термическую стабильность, стабильность в растворителе и стабильность в ионной жидкости.
Модифицированная обработка масел и жиров
Иммобилизованная липаза имеет широкие перспективы применения в масложировой промышленности. В основном она используется при переработке жиров, а модификация жиров - очень важная составляющая в пищевой промышленности.
Иммобилизованная липаза превосходит свободный фермент, поскольку иммобилизация позволяет повысить стабильность и активность фермента. В иммобилизованной форме фермент может быть использован повторно. Большинство методов иммобилизации используют нековалентные взаимодействия.
Натуральные жиры и масла менее стабильны из-за длинных разветвленных цепей и различной насыщенности жирных кислот, и липазы могут быть использованы в качестве биокатализаторов для модификации жиров и масел, используя их позиционную специфичность и специфичность жирных кислот.
Жиры и масла, модифицированные липазой, обладают более высокой питательной ценностью, стабильностью и качеством, а также имеют большой рыночный потенциал в пищевой промышленности.
Паула и др. иммобилизовали коммерческую нерегиоселективную липазу Pseudohyphomyces (Novozym 435) и 1,3-региоселективную липазу Mycobacterium mycenae в органо-неорганической полисилоксан-поли(виниловый спирт) гетерогенной матрице, которые действовали как биокатализаторы в реакторе, для изменения физических свойств молочных жиров путем ферментативной реакции переэтерификации, получая здоровую смесь переэтерифицированного жира, пригодную для промышленного производства.
Tecelão et al. синтезировали жиры человеческого молока (HMF), соединив трипальмитин с олеиновой кислотой или омега-3 полиненасыщенными жирными кислотами в условиях ферментативного катализируемого ацидолиза в среде без растворителя при 60°C. Были протестированы четыре иммобилизованные липазы: Lipozyme RM IM, липаза Theromyces Lanuginosa, Lipozyme TLIM и Novozym 435. Результаты показали, что активность и операционная стабильность биокатализаторов зависят от используемого ацильного донора.
Повышение растворимости пищевых добавок в жирах
Изоаскорбиновая кислота широко используется в качестве антиоксиданта в пищевой промышленности, но ее трудно применять в продуктах на основе липидов из-за ее высокой гидрофильности.
Превращение аскорбиновой кислоты в эфиры аскорбата, катализируемое иммобилизованной липазой, позволяет эффективно улучшить липофильность продукта, который может быть лучше использован в жирных продуктах.
Santibáñez et al. использовали различные носители для иммобилизации липазы Pseudomonas aeruginosa TL для ферментативной этерификации синтеза аскорбилпальмитата из пальмитиновой и аскорбиновой кислот в органической среде и сравнили ее эффективность с эффективностью коммерческой липазы Novozym 435. Результаты показали, что скорость конверсии липазы Pseudomonas TL достигла 57% при 55 ℃, что было выше, чем скорость конверсии субстрата коммерческой липазы Novozym 435 при 70 ℃.
Sun et al. превратили изоаскорбиновую кислоту в D-изоаскорбилпальмитат с помощью иммобилизованной липазы, которая улучшила растворимость изоаскорбиновой кислоты в органической среде и обеспечила высокую степень превращения, с выходом 95,32%.
Тан Лухун и др. использовали гептан и третичный амиловый спирт, несколько видов реакционных сред и несколько видов липаз для синтеза L-аскорбил пальмитата. Результаты показали, что трет-бутанол подходит для реакции синтеза эфира, а липаза Novozym 435 обладает хорошей каталитической активностью.
Синтез сахарных эфиров для пищевых эмульгаторов
Сахарные эфиры - неионогенные ПАВ с гидрофильной группой сахара и гидрофобной группой жирной кислоты, а также амфифильными свойствами. Они могут быть синтезированы за один этап ферментативной реакции с использованием липаз на основе использования возобновляемого, дешевого и легкодоступного сырья, где это возможно. Пищевые эмульгаторы на основе сахарных эфиров широко используются в пищевой промышленности благодаря их биоразлагаемости, нетоксичности и неопасности для окружающей среды.
Зайдан и др. катализировали синтез эфиров лактозы путем сшивания липазы с нанореактором (NER-CRL) посредством ковалентной связи и физической адсорбции и иммобилизации измельченной липазы pseudoligactomyces lactis (CRL) на аминоактивированной слюде. Результаты показали, что NER-CRL и Amino-CRL обладают высокой операционной стабильностью с периодами полураспада более чем в 13 и 10 раз, соответственно, и 2,4 и 2,6-кратным увеличением удельной активности по сравнению со свободным ферментом, соответственно.
Аднани и др. имитировали катализируемую жирами реакцию этерификации ксилита и стеариновой кислоты и катализировали синтез эфиров жирных кислот ксилита с помощью Novozym 435 (иммобилизованной на макропористой смоле липазы антарктических дрожжей Pseudomalleiomyces) в н-гексане. Результаты показали, что фактический выход эфиров жирных кислот составил 96,10%.
Капур и др. катализировали этерификацию глицерина с пальмитиновой кислотой в условиях низкой влажности с использованием сшитых ферментных агрегатов (CLEAS) антарктической псевдомаллеи липазы B (CALB). Результаты показали, что за 24 ч реакция достигла конверсии 90,3%. Выход моно- и диглицеридов составил 87% и 3,3%, соответственно.
Синтетическое масло какао
Какао-масло имеет температуру плавления 37℃, обладает свойством таять во рту, содержит пальмитиновую и стеариновую кислоты и является важным сырьем для переработки шоколада в пищевой промышленности.
Однако производство натурального масла какао невелико и относительно дорого, поэтому иммобилизованные липазы используются для катализа переэтерификации жиров и масел с целью получения заменителей масла какао, которые более широко применяются в пищевой промышленности.Dutt et al. использовали штамм Bacillus RK-3, выделенный из почвы, для получения 1,3-регион-специфической липазы для реакции переэтерификации с использованием пальмового масла и метилстеарата в качестве сырья. Результаты показали, что конечный продукт был похож на CB и имел конверсию 83,17% в течение 24 ч. Результаты реакции показали, что конечный продукт был похож на CB.
Гун Синь и др. исследовали каталитическое получение низкокалорийного какао-масла из Sapium sebiferum с использованием иммобилизованной липазы Lipozyme TLIM и обнаружили, что самая высокая скорость обмена 34,9% была достигнута при температуре 65 ℃, Aw 0.06 и времени катализа 15,5 ч, а продукт имел значение SI 0,55 и температуру плавления 37 ℃, что указывает на возможность получения низкокалорийного какао-масла из липидов Sapium sebiferum.
Ху Фанг и др. использовали липазу Lipozyme TLIM для катализации реакции переэтерификации с целью синтеза масла какао, в результате чего выход масла какао составил 85,586%, а расширенный структурный анализ показал, что состав и структура триглицеридов в продукте были аналогичны составу и структуре натурального масла какао.