İmmobilize lipazların gıdalardaki uygulamaları nelerdir?

Enzimler, yüksek verimlilik ve özgüllük ile karakterize edilen bir biyokatalizör sınıfıdır. Enzimler organizmaların içinde ve dışında biyotransformasyona uğrayabilir ve mükemmel stereoseçicilik, regioseçicilik ve kemoseçiciliğe sahiptir. Yeşil bir biyokatalizör olarak lipaz, kimya, gıda, ilaç, enerji, çevre ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Bu makale, immobilize lipazın gıda endüstrisindeki uygulamalarına odaklanmaktadır.
Aromatik bileşiklerin sentezi

Meyvemsi aromalara sahip kısa zincirli esterler gıda endüstrisinde aroma maddeleri olarak popülerdir ve bu aroma bileşikleri kimyasal olarak sentezlenebilir veya doğal kaynaklardan elde edilebilir.
Aroma bileşikleri genellikle metil bütirat, bütil bütirat, ananas veya elma benzeri aromalar için izoamil izobütirat, ananas veya çilek benzeri aromalar için etil bütirat ve muz benzeri aromalar için izoamil asetat/izoamil bütirat gibi kısa zincirli yağ asitleri ve alkollerdir.
İmmobilize lipazlar, hafif koşullar altında doğal aromaların sentezini katalize eder ve kimyasal sentezden daha güvenli ve daha güvenilirdir, bu nedenle aromatik bileşiklerin sentezinde geniş bir uygulama yelpazesi gösterir.
Garlapati ve arkadaşları immobilize Aspergillus oryzae NRRL3562 lipaz ile metil bütirat ve oktil asetat sentezini solventsiz koşullar altında katalitik esterifikasyon ile araştırmışlardır. Alkol molar oranı, reaksiyon süresi ve sıcaklık gibi farklı esterifikasyon reaksiyon parametrelerinin molar dönüşüm (%) üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Sonuçlar, immobilize enzimin yüksek lipaz aktivitesi ile metil bütirat ve oktil asetat için sırasıyla 5 ve 6 kata kadar 95%'den daha fazla bağıl aktivite sürdürdüğünü göstermiştir.
Ghamgui ve arkadaşları, ticari olmayan Staphylococcus similars immobilize lipaz kullanarak saf substrat koşulları altında asetik asit ve izoamil alkolün esterleşme reaksiyonundan izoamil asetat (muz aroması) sentezini katalize etmiş ve lipaz dozajı ve asetik asitin izoamil alkole molar oranı gibi reaksiyon parametrelerinin reaksiyon üzerindeki etkisini incelemişlerdir. Sonuçlar, asetik asit ve izoamil alkol dönüşümünün 8 saat içinde 64%'ye ulaşabildiğini göstermiştir. İmmobilize enzim preparatı, 4 kullanım döngüsünden sonra immobilize enzim aktivitesinde önemli bir düşüş göstermedi ve immobilize enzim stabilitesi ve aktivitesi yüksekti.
Matte ve arkadaşları Thermomyces lanuginosus lipazı (TLL), etilendiamin kullanarak çok noktalı kovalent bağlantı yoluyla butil bütirat ve izoamil bütirat sentezlemek için doğal ve modifiye Immobead 150 üzerine immobilize etmiştir. Sonuçlar, doğal Immobead 150 (EMULTI) üzerine çok noktalı kovalent olarak immobilize edilmiş lipazın 70 °C'de 5,32 saat yarılanma ömrüne sahip olduğunu ve TLL çözeltisinden yaklaşık 30 kat daha stabil olduğunu ve aseton, n-hekzan ve izo-oktan içinde yüksek stabilite sergilediğini göstermiştir. Esterleşme reaksiyonu 24 saat içinde 60%'den fazla esterleşme oranına ulaşabilmiştir. Tüm immobilizasyon yöntemleri arasında EMULI en iyi termal stabilite, çözücü stabilitesi ve iyonik sıvı stabilitesini göstermiştir.
Yağ ve katı yağ modifikasyon işlemleri
İmmobilize lipaz, yağ ve katı yağ endüstrisinde geniş bir uygulama alanına sahiptir. Esas olarak yağ işlemede kullanılır ve yağ modifikasyonu gıda işlemenin çok kritik bir parçasıdır.
İmmobilize lipaz, serbest enzime göre daha üstündür çünkü immobilizasyon enzimin stabilitesini ve aktivitesini artırabilir. İmmobilize formda, enzim yeniden kullanılabilir. İmmobilizasyon yöntemlerinin çoğu kovalent olmayan etkileşimler kullanır.
Doğal katı ve sıvı yağlar, uzun dallı zincirlerin ve farklı yağ asidi doygunluklarının dezavantajları nedeniyle daha az kararlıdır ve lipazlar, konum özgüllükleri ve yağ asidi özgüllükleri kullanılarak katı ve sıvı yağları modifiye etmek için biyokatalizör olarak kullanılabilir.
Lipaz ile modifiye edilmiş katı ve sıvı yağlar daha yüksek besin değerine, stabiliteye ve kaliteye sahiptir ve gıda işlemede daha büyük pazar potansiyeline sahiptir.
Paula ve arkadaşları, reaktörde biyokatalizör görevi gören organo-inorganik polisiloksan-poli(vinil alkol) heterojen matriks içinde ticari non-rejiyoselektif Pseudohyphomyces lipaz (Novozym 435) ve 1,3-rejiyoselektif Mycobacterium mycenae lipazı immobilize ederek enzimatik transesterifikasyon reaksiyonları ile süt yağlarının fiziksel özelliklerini modüle etmiş ve endüstriyel üretime uygun sağlıklı bir transesterifiye yağ karışımı elde etmiştir.
Tecelão ve arkadaşları, tripalmitini oleik asit veya omega-3 çoklu doymamış yağ asitleri ile birleştirerek 60°C'de çözücü içermeyen bir ortamda enzim katalizli asidoliz koşulları altında insan sütü yağlarını (HMF'ler) sentezlemiştir. Dört immobilize lipaz, Lipozyme RM IM, Theromyces Lanuginosa lipaz, Lipozyme TLIM ve Novozym 435 test edilmiş ve sonuçlar biyokatalizörlerin aktivitesinin ve operasyonel stabilitesinin kullanılan açil donörüne bağlı olduğunu göstermiştir.
Gıda katkı maddelerinin yağda çözünürlüğünün artırılması
İzoaskorbik asit gıda endüstrisinde antioksidan olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır, ancak yüksek hidrofilikliği nedeniyle lipit bazlı gıdalarda uygulanması zordur.
Askorbik asidin immobilize lipaz tarafından katalize edilen askorbat esterlerine dönüştürülmesi, ürünün lipofilikliğini etkili bir şekilde artırabilir ve bu da yağlı gıdalarda daha iyi kullanılabilir.
Santibáñez ve arkadaşları, organik bir ortamda palmitik asit ve askorbik asitten askorbil palmitat sentezinin enzimatik esterifikasyonu için Pseudomonas aeruginosa lipaz TL'yi immobilize etmek üzere farklı taşıyıcılar kullanmış ve performansını ticari Novozym 435 lipazınki ile karşılaştırmıştır. Sonuçlar, Pseudomonas lipaz TL'nin dönüşüm oranının 55 ℃'de 57%'ye ulaştığını ve bunun ticari Novozym 435 lipazın 70 ℃'deki substrat dönüşüm oranından daha yüksek olduğunu göstermiştir.
Sun ve arkadaşları, izoaskorbik asidi, organik ortamda izoaskorbik asidin yağda çözünürlüğünü artıran ve 95.32%'lik bir verimle yüksek bir dönüşüm oranına sahip olan immobilize lipaz ile D-izoaskorbil palmitata dönüştürmüştür.
Tang Luhong ve arkadaşları, L-askorbil palmitat reaksiyonunun sentezinde heptan ve tersiyer amil alkol ve birkaç çeşit reaksiyon ortamı ve birkaç çeşit lipaz kullanacak, sonuçlar tert-butanolün ester sentezi reaksiyonu için uygun olduğunu ve Novozym 435 lipazın iyi katalitik aktiviteye sahip olduğunu göstermektedir.
Gıda Emülgatörleri için Şeker Esterlerinin Sentezi
Şeker esterleri, bir şeker grubunun hidrofilik grubuna ve bir yağ asidinin hidrofobik grubuna ve ayrıca amfifilik özelliklere sahip noniyonik yüzey aktif maddelerdir. Mümkün olan her yerde yenilenebilir, ucuz ve kolayca bulunabilen hammaddelerin kullanımına dayanan lipazlar kullanılarak tek bir enzimatik reaksiyon adımında sentezlenebilirler. Şeker esterleri gıda emülgatörleri, biyolojik olarak parçalanabilirlikleri ve toksik olmamaları ve çevreye zararlı olmamaları nedeniyle gıda endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Zaidan ve arkadaşları, lipazı kovalent bağlanma ve fiziksel adsorpsiyon yoluyla bir nanoreaktöre (yani NER-CRL) çapraz bağlayarak ve buruşuk pseudoligactomyces lactis (CRL) lipazı amino ile aktive edilmiş mika üzerine immobilize ederek laktoz esterlerinin sentezini katalize etmiştir. Sonuçlar, NER-CRL ve Amino-CRL'nin sırasıyla 13 ve 10 kattan fazla yarılanma ömürleri ve serbest enzime göre spesifik aktivitede sırasıyla 2,4 ve 2,6 kat artış ile yüksek operasyonel stabiliteye sahip olduğunu göstermiştir.
Adnani ve arkadaşları, ksilitol ve stearik asidin yağ katalizli esterleşme reaksiyonunu taklit etmiş ve ksilitol yağ asidi esterlerinin sentezini n-hekzan içinde Novozym 435 (makro gözenekli reçine ile immobilize edilmiş Antarktik Pseudomalleiomyces maya lipazı) ile katalize etmiştir. Sonuçlar, yağ asidi esterlerinin gerçek veriminin 96.10% olduğunu göstermiştir.
Kapoor ve arkadaşları, Antarktik pseudomalleye lipaz B'nin (CALB) çapraz bağlı enzim agregatlarını (CLEAS) kullanarak düşük su koşulları altında gliserolün palmitik asit ile esterleştirilmesini katalize etmiştir. Sonuçlar, reaksiyonun 24 saat boyunca 90.3% dönüşüme ulaşabildiğini göstermiştir. Mono- ve digliserit verimleri sırasıyla 87% ve 3.3% olmuştur.
Sentetik kakao yağı
Kakao yağı 37°C erime noktasına sahiptir, ağızda erime özelliğine sahiptir, palmitik asit ve stearik asit içerir ve gıda endüstrisinde çikolata işlemek için önemli bir hammaddedir.
Bununla birlikte, doğal kakao yağı üretimi düşük ve nispeten pahalıdır, bu nedenle immobilize lipazlar, gıda endüstrisinde daha yaygın olarak kullanılan kakao yağı ikamelerini üretmek için katı ve sıvı yağların transesterifikasyonunu katalize etmek için kullanılmıştır.Dutt ve arkadaşları, hammadde olarak palm yağı ve metil stearat kullanarak transesterifikasyon reaksiyonları için 1,3-region-spesifik lipaz üretmek üzere topraktan izole edilen Bacillus RK-3 suşunu kullanmıştır. Sonuçlar, nihai ürünün CB'ye benzer olduğunu ve 24 saat içinde 83.17%'lik bir dönüşüme sahip olduğunu göstermiştir.
Gong Xin ve arkadaşları, immobilize lipaz Lipozyme TLIM kullanarak düşük kalorili Sapium sebiferum kakao yağının katalitik hazırlanmasını araştırmış ve en yüksek 34,9% değişim oranının 65 ℃ sıcaklıkta, 0 Aw06 ve 15,5 saatlik bir katalitik sürede elde edildiğini ve ürünün SI değerinin 0,55 ve erime noktasının 37 ℃ olduğunu, bu da düşük kalorili kakao yağının Sapium sebiferum lipidlerinden hazırlanabileceğini göstermiştir.
Hu Fang ve arkadaşları, kakao yağı sentezlemek üzere transesterifikasyon reaksiyonunu katalize etmek için lipaz Lipozyme TLIM kullanmış ve sonuçta kakao yağı verimi 85.586% kadar yüksek olmuş ve ileri yapısal analiz, üründeki trigliseritlerin bileşiminin ve yapısının doğal kakao yağına benzer olduğunu göstermiştir.