Lipazlar (EC3111113, gliserol ester hidrolazlar), substrat özgüllüğüne göre spesifik olmayan, yağ asidine özgü ve spesifik lipazlar olarak sınıflandırılan özel bir ester bağı hidrolaz sınıfıdır. Lipazlar hayvanlarda, bitkilerde ve mikroorganizmalarda bulunur. Organik fazda, lipaz ester sentezini, ester değişim reaksiyonunu, ester polimerizasyon reaksiyonunu, peptid sentezini ve amid sentezini vb. katalize edebilir. Bu nedenle lipaz, son yıllarda gıda endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Lipazın özellikleri

Lipazın 1834'teki keşfinden bu yana, yüz yıldan fazla bir araştırma geçmişi olmuştur, lipaz organizmalarda önemli bir metabolik enzim sınıfıdır, uzun zincirli yağ asidi esterleri (çeşitli katı ve sıvı yağlar vb.) için doğal substratıdır, heterojen sistemde (yağ-su arayüzü) veya organik fazda rol oynayabilir ve belirli bir pozisyon spesifikliğine sahiptir.

Lipaz farklı kaynaklardan gelmesine ve farklı kaynaklardan gelen lipazın amino asit bileşimi farklı olmasına rağmen, moleküler ağırlığı 20.000-60.000 arasındadır ve aktif merkezi aynı veya benzer yapısal bileşime sahiptir ve aktif merkezi, birkaç istisna dışında, genellikle serin, aspartik asit, histidinden oluşan bir triplekstir ve enzim molekülünün uzamsal yapısının merkezi kısmı, amfifilik bir α-sarmal ile çevrili hidrofobik bir β-katlanmadır. Enzim molekülünün uzamsal yapısı, merkezde amfifilik bir α-sarmal ile çevrili hidrofobik bir β katına sahiptir ve üç amino asit, merkezi β katının yanındaki "halka" içinde oldukça korunmuş bir geometrik yönde bulunur. Çoğu lipazın "kapak" adı verilen hareketli bir yapısı da vardır.

Bu "kapak", lipaz aktive edilmediğinde "halka" içindeki aktif katalitik bölgeyi örter. Lipaz molekülü aktive edildiğinde, "kapak" açılır ve enzim etkisi için substratın Lipaz molekülünün aktivasyonu kapağı açarak enzimin substratının enzim molekülünün "substrat bağlama bölgesine" bağlanmasına izin verir.
Lipaz sadece heterojen sistemlerde, yani yağ ve su ara yüzeyinde çalışabilir ve homojen olarak dağılmış veya suda çözünür substratlar üzerinde çalışmaz ve çalışsa bile bunu çok yavaş yapar ve lipaz sistemin hidrofilik ve hidrofobik ara yüzeylerinde çalışır.

Gıda endüstrisinde lipaz uygulaması

1. Yağ işlemede uygulama

Lipaz, yağ asidi ve sabun endüstrisinde yaygın olarak kullanılan yağlardan ve yağ hidroliz reaksiyonundan yağ asitleri ve gliserol oluşumunu katalize edebilir.

Genel hidroliz reaksiyonu nedeniyle, katı katı ve sıvı yağların reaksiyon sisteminde dağılması son derece zordur ve reaksiyon hızı yavaştır. Tetsuo Kobayashi ve arkadaşları su-organik çözücü iki fazlı reaksiyon sisteminde lipaz hidrolizi gerçekleştirmiş ve donyağını uygun bir organik çözücüde çözmüştür, böylece substratı içeren organik çözücü reaksiyon hızını artırmak için sulu fazda tamamen dağılmıştır ve reaksiyon ürünlerinin yağ asitleri ve gliserolü sırasıyla ayırma ve geri kazanım için organik faza ve sulu faza tahsis edilmiştir ve donyağının ayrışması 48 saat sonra 100%'ye ulaşabilir. Lipaz, bir esteri başka bir esterle hidrolize edebilir ve yağ asidi ve sabun endüstrilerinde yaygın olarak kullanılır.

Lipaz, bir tür esteri başka bir tür yağ asidi veya alkol veya ester ile karıştırabilir ve açil değişimi ile yeni bir ester oluşturabilir, transesterifikasyon reaksiyonu meydana gelir. Transesterifikasyon reaksiyonu sayesinde katı ve sıvı yağların özellikleri değiştirilebilir.

ChangM K ve ark. hidrojene pamuk tohumu yağı ve belirli oranda kolza yağının transesterifikasyon reaksiyonunu çözücü olarak n-hekzan ile immobilize lipaz ile katalize etmiş ve ürünün erime noktası, kakao yağı yerine kullanılabilecek doğal kakao yağından 36 ℃ daha yüksek olmuştur; Lin Zhiyong, sebiferum yağından kakao yağı üretimi üzerine bir çalışma yürütmüş ve transesterifikasyon reaksiyonu koşulları aracılığıyla kakao yağı analoğunun üretimi için daha iyi koşullar elde etmiştir.

Belirli koşullar altında, lipaz yağ asidi ve gliserol arasındaki esterleşme reaksiyonunu katalize edebilir, böylece yağdaki çok sayıda serbest yağ asidini nötr gliserol esterlerine dönüştürür, bu da sadece asit değerini düşürmekle kalmaz, aynı zamanda nötr gliserol esterlerinin miktarını da arttırır ve katı ve sıvı yağların biyorafinerisini ve asitsizleştirilmesini gerçekleştirir. Ayrıca lipaz, çoklu doymamış yağ asitlerinin güçlendirilmesinde, fosfolipidlerin sentezlenmesinde vb. de kullanılabilir.

2. Süt endüstrisinde uygulama

Süt ürünleri üretiminde lipazın çifte etkisi olacaktır, bir yandan süt yağının ayrışması üzerindeki lipaz nedeniyle, depolama sürecinde taze sütün acı bir tat üretmesine neden olacak, süt tozunun kalite bozulma koruma sürecinde neden olduğu, peynir ürünlerinin hoş olmayan bir lezzet üretmesine neden olacaktır.

Ekşi süt ürünlerinde, enzimatik sindirimle üretilen serbest yağ asitleri de bazı fermantasyon ajanlarının üretimini engeller. Öte yandan, süt ürünlerinde lipaz uygulaması yoluyla laktid hidrolizi, peynir, süt tozu ve kremanın lezzetini daha da artırabilir, peynirin olgunlaşmasını teşvik edebilir ve süt ürünlerinin kalitesini artırabilir.

Örneğin, spesifik lipoliz yoluyla krema çok güçlü bir aromaya sahip olabilir. Kremaya belirli miktarda lipaz soda çözeltisi eklenir ve ardından homojenizasyon, yalıtım enzimi ve ardından enzim inaktivasyon yöntemini ısıtın, enzim çözeltisinin alt katmanını çıkarın, filtrasyon, krema ürünlerinin aromasını arttırmak için elde edilebilir, aroması ve aroması büyük ölçüde iyileştirilir.

3. Gıda katkı maddesi endüstrisinde uygulama

L-askorbil palmitat, esterde çözünen antioksidan ve besin takviyesi olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Askorbil palmitat, L-askorbik asitten esterleştirilmiştir, L-askorbik asit ile karşılaştırıldığında, öncelikle antioksidan özelliği önemli ölçüde iyileştirilmiştir; ikincisi, palmitik asit grubunun implantasyonu nedeniyle, hem hidrofilik askorbik asit hem de lipofilik palmitik asit grubuna sahiptir, bu da onu bir tür mükemmel yüzey aktif madde yapar; ayrıca güçlü antikanser ve antitümör etkilere sahiptir.

Luhong Tang ve arkadaşları su, heptan ve tert-amil alkol gibi çeşitli reaksiyon ortamlarının ve NOVO435 (Candida antartica), MML (Mucormiehei), LIPOLASE, PPL (Porcine pancreas) gibi çeşitli lipazların L-askorbil palmitat sentezleme reaksiyonu üzerindeki etkileri üzerine sistematik bir çalışma yürütmüştür. Sonuçlar, reaksiyon ortamının ve lipaz türlerinin reaksiyon üzerinde büyük etkisi olduğunu göstermiştir. Çalışılan çeşitli reaksiyon ortamları arasında, tert-amil alkol reaksiyon için uygun olan tek ortamdı ve çalışılan lipazlar arasında NO2VO435 iyi katalitik aktivite gösterdi.

Sükroz laurat emülsifikasyon ve antibakteriyel işlevlere sahiptir. Giderek daha fazla ilgi çekmektedir. Giderek daha fazla araştırmacı, sükroz laurik asidi seçici olarak sentezlemek için enzimlerin katalizör olarak uygulanmasına odaklanmaktadır. Örneğin, Pedersen ve arkadaşları sükroz 2-laurat monoester sentezini metaloproteaz termolizin, Bacillus p seudofirmus AL-89 ile katalize etmiştir.

Genellikle, aromatik ve lezzet bileşenleri kimyasal olarak sentezlenir veya doğal kaynaklardan ekstrakte edilir, bitkilerden ekstrakte edilen aromatik maddelerin miktarı insanların ihtiyaçlarını karşılamak için sınırlıdır, bu nedenle biyoteknolojik yöntemlerin üretimine, aromatik bileşiklerin mevcut yerli ve yabancı mikrobiyal enzimatik sentezine geçiş.

Örneğin Shieh CJ, yanıt yüzey metodolojisi aracılığıyla Trichoderma immobilize lipaz tarafından katalize edilen n-hekzadekan içinde hekzanol ve triasilgliserol esterlerinin transesterifikasyonu için optimize edilmiş koşulları incelemiştir.Gandolfi R, organik fazda Rhizopus oryzae kuru miselyumunun seçici kullanımı ile katalize edilen farklı aromatik esterlerin (heksil asetat, heksil bütirat, geranil asetat ve geranil bütirat) sentezini rapor etmiştir.

4. Gıda atığı arıtımında uygulama

Yağ ve katı yağ işleme sürecinde üretilen yağ içeren atıklar ve atık restoran yağları esas olarak yağ asidi trigliseritlerinden oluşur. Sadece serbest yağ asidi içeriği yüksek olmakla kalmaz, aynı zamanda aldehitler, ketonlar ve polimerler ve diğer oksitlenmiş ürünler de içerir. Wang Yong ve arkadaşları, 48 saatlik bir reaksiyon süresi ve 90.4%'lik bir toplam dönüşüm oranı ile üç aşamalı bir kesikli işlemde enzim katalizli transesterifikasyon yoluyla atık restoran yağından biyodizel hazırlanmasını incelemiştir.

Hammadde olarak rafine bitkisel yağ kullanılan prosesle karşılaştırıldığında, transesterifikasyon dönüşüm oranı aynı reaksiyon koşulları altında 97,3% olmuştur.

Wa tanabe Y ve arkadaşları, aynı reaksiyon koşulları altında 93% olan rafine bitkisel yağ ile karşılaştırıldığında 90%'lik bir dönüşümle atık restoran yağının sürekli enzim katalizli transesterifikasyonunu araştırmıştır. yuji shimada ve arkadaşları, immobilize lipaz kullanarak atık restoran yağının kademeli alkolizi için bir reaksiyon sistemi geliştirmiş ve transesterifikasyon dönüşümü 90%'den fazla olmuştur. Esterifikasyonun dönüşüm oranı 90%'den daha fazlaydı.

Beklentiler

Gıda ve ilgili alanlarda lipaz sentez teknolojisi hakkında birçok rapor bulunmaktadır, ancak bunların çoğu hala uygulamalı temel araştırma aşamasındadır ve lipaz katalizli sentezi sanayileştirmek için çok fazla girişim yoktur. Genetik mühendisliği ve protein mühendisliğinin gelişmesiyle birlikte, gıdada lipaz uygulaması daha da gelişecektir ve bu da gıda endüstrisinin bazı alanlarının hızlı gelişimini teşvik etmek için büyük önem taşımaktadır.