sn-1,3位专一性脂肪酶在食品工业中的应用

2013~2014学年第一学期《生物技术在食品中的应用》第二次作业论文题目：sn－1,3位专一性脂肪酶在食品工业中的应用学院：生物与农业工程学院专业：食品科学与工程班级：XXXXX学号：XXXXX姓名：XXXXX任课教师：XXXXXsn－1,3位专一性脂肪酶在食品工业中的应用生物与农业工程学院4XXXX9XXXX摘要：由于油脂中三酰甘油的1,3位和2位的脂肪酸对油脂的理化、营养和生理特性方面有较大的差异，因此专一性水解三酰甘油1,3位的脂肪酶成为研究的热点。文章综述了sn－1,3位专一性脂肪酶在结构脂质、母乳脂肪替代品、类可可脂和甘油二酯等方面的应用，并展望了今后的研究开发方向及前景。关键词：sn－1,3位专一性脂肪酶；结构脂质；母乳脂肪替代品；类可可脂；甘油二酯；前景展望脂肪酶是一类特殊的酯键水解酶，主要水解三酰甘油的酶。它作用在体系的亲水-疏水界面层，其催化部位含有亲核催化三联体（Ser-Asp-His）或（Ser-Glu-His），催化部位被埋在蛋白质分子中，表面由相对疏水的氨基酸残基形成。脂肪酶按照其底物的专一性分为三大类：第一类是非专一性脂肪酶，表现为三酰甘油被水解为游离脂肪酸和甘油；第二类是脂肪酸专一性脂肪酶，表现为专一性地水解特定类型的脂肪酸;第三类是位置专一性脂肪酶，这类脂肪酶对于三酰甘油特定位置的脂肪酸优先水解，主要是三酰甘油的1位和3位，因此也被称为sn－1,3位专一性脂肪酶。最近，随着对三酰甘油中脂肪酸不同位置对人体的生理功能不同的深入了解，研究者对sn－1,3位专一性脂肪酶表示出独特的兴趣和关注。1酶法合成结构脂质结构脂质(SLs)是经化学或者酶法改变甘油骨架上脂肪酸组成和(或者)位置分布，得到具特定分子结构的三酰基甘油[1]。通过改变三酰基甘油骨架上脂肪酸组成及位置分布，可最大限度地降低脂肪本身潜在的或不合理摄入带来的危害，最大限度地发挥脂肪的有益作用[2]。目前合成SLs主要有化学方法和酶法。化学法一般是以碱金属为催化剂，通常反应条件剧烈、产物难于分离、副反应多且采用的化学试剂容易污染环境。相比之下，脂肪酶具有精确的位置特异性、化学基团专一性、脂肪酸链长专一性和立体结构专一性，因此，可根据需要对期望的产品实现精确的控制，并可以随意设计具有特定生理功能的健康油脂疗效油脂[3]。SLs根据应用功能的不同分为很多种，如MLM型、强化多不饱和脂肪酸的SLs、低热量油脂等。MLM型SLs即在C-1，C-3位上携带有2条8-12个碳的直脂肪酸链，而在2位上是长不饱和脂肪酸链，如亚油酸和亚麻酸。MLM摄入体内在脂肪酶和胰酶的作用下，以中等脂肪酸和长链脂肪酸的中间速度被水解，有较高的柔水性，比长链有更强的消化吸收性，并提供了足够必需脂肪酸。MLM可以同时满足能量需要和必需脂肪酸的需要，具有特殊的营养价值[4]。MLM型的结构脂质通常是通过sn－1,3－专一性脂肪酶对中链脂肪酸三酰甘油(MCT)和长链脂肪酸(LCT)进行酯交换或者催化LCT与中链脂肪酸乙酯得到的。Kuan－HsiangHuang等[5]采用Rhizomucormiehei产生的固定化酶IM60催化三油酸甘油酯和辛酸乙酯的酯交换，他们对8种脂肪酶进行了考察，最终选定了催化活性最高的IM60。李琳媛等[6]利用固定化脂肪酶LipozymeTLIM催化酯交换合成MLM结构的SLs。Lee等[7]使用固定化专一性脂肪酶催化脂肪酸三酰甘油与二十二碳五烯酸乙酯酯交换，得到一种SL,并证实IM60固定化脂肪酶有较高的1,3位专一性。利用sn－1,3位专一性脂肪酶生产低热量油脂也是最近研究的热点。短链脂肪酸(SCFA)具有分子量小、分解迅速、单位量产能少等特点，而SCFA主要位于三酰甘油的sn－3位，因此利用sn－1,3位专一性脂肪酶将丙酸、丁酸等短链脂肪酸引入三酰甘油可制成低热量的油脂。最近国对大豆油进行改性的研究，使用LipozymeRMIM催化大豆油与辛酸酸解反应，制备高附加值的低热量型功能性脂[8]。2合成母乳替代品婴儿体内血浆、组织和细胞膜的脂类组成模式依赖于母乳中脂类的组成。随着对母乳脂肪的研究深入，母乳脂肪酸的特点已经被人们所知，在婴儿配方奶粉中添加DHA、ARA等已经广泛用于生产。近来的研究表明，乳脂中饱和脂肪酸主要是棕榈酸的结构位置对婴儿的生长发育起到了关键的作用。因为母乳油脂中sn－2位棕榈酸含量较高，且婴幼儿食品要求成分纯净，有害物质极少的特点，利用sn－1,3位专一性脂肪酶合成母乳脂肪替代品(humanmilkfatsubstitute，HMFS)似乎是最好的选择。Lee等[9]采用富含三棕榈甘油酯(PPP)的分馏物和油酸乙酯在sn－1,3专一性脂肪酶LipozymeTLIM的催化下反应生成1,3－油酸－2－棕榈酸三酰甘油(OPO)，并通过响应曲面分析对反应物比例、时间及温度进行优化，得到的优化模型产物为80.6%的sn－2位棕榈酸。Shimada等[10]利用固定化的sn－1,3专一性脂肪酶酯Ta－lipase合成一种1,3－花生四烯酸－2－棕榈酸的结构脂质作为母乳脂肪替代品。这种油脂既能满足母乳为2位富含棕榈酸的需要，同时又提供大量婴儿生长所必须的花生四烯酸。国内对于合成HFMS多是用sn－2位富含棕榈酸且价格低廉的猪油作为原料，使用sn－1,3位专一性脂肪酶催化游离脂肪酸合成到三酰甘油。利用sn－1,3专一性脂肪酶催化生产HFMS在油脂工业中有广阔的应用前景,但是由于酶的价格高\固定化方法效率低，酶生物反应器的应用限制等因素制约了此项技术在工业上的大规模应用。3生产类可可脂可可脂(CB)是可可豆经压榨法制得的具有特殊功能的油脂,常温下为乳黄色固体,外观类似白蜡,具有芳香气。可可脂含硬脂酸酯比较多,且熔点在37℃,可可脂在口中溶化会给人一种清凉爽滑的感觉,是制作巧克力类产品的最佳油脂。CB的脂肪酸组成主要为棕榈酸25.5%，硬脂酸34.0%，油酸35.1%，亚油酸3.4%，其他2.0%，sn－2位主要的脂肪酸为油酸(含量约为68．7%)，脂肪酸的分布主要分为POP(15．2%)，POS(37．3%)和SOS(26．8%)。利用有1,3-位置专一性的霉菌属的脂肪酶，可使棕榈油同硬脂酸单酯进行交换反应，可制成类可可脂作为可可脂代用品。该产品中甘油-1,3-二硬脂酸-2-油酸酯(SOS)和甘油1-软脂酸-2-油酸-3-硬脂酸(VOS)的总含量达到56.5%，天然可可脂SOS和VOS总含量为60%，两者相类似，使用功能上基本相同。ChangMK等[11]通过固定化脂肪酶以正己烷为溶剂催化氢化的棉籽油和一定比例的菜子油进行转酯反应,产品的熔点较天然可可脂高36℃,可作为可可脂的替代品。我国的研究者进行了乌桕脂生产可可脂的研究。根据道张根旺等[12]采用猪胰脂肪酶在正已烷中改性乌桕脂制取类可可脂,结果显示催化产物的组分结构和性质与天然可可脂相近。利用酶法生产CBE原料来源广泛、反应条件温和、合成的CBE结构与CB更为相近等。然而,因脂肪酶价格较高,生产成本高,暂时的解决方法是通过反复利用脂肪酶和将脂肪酶固定化来降低生产成本。4合成甘油二酯甘油二酯(DAG)是由甘油和两个脂肪酸酯化后得到的,它是油脂的天然成分,也是油脂在人体内代谢的中间产物。DAG具有安全、营养、加工适性好、人体相容性高等诸多优点。研究表明,1,3－甘二酯能够降低人体血清三酰甘油,从而可以用于预防和治疗高脂血症以及与血脂异常密切相关的疾病。长期食用甘油二酯,可减少肝脏腹部等的脂肪堆积,从而起到预防肥胖症的功效。目前对DAG的研究主要是按照Birgitte等的经典方法，即在高温高压下提取大豆油或者菜籽油中的脂肪酸，在sn－1,3位专一性脂肪酶的作用下与甘油酯化合成甘二酯。Blasi等[13]先通过无专一性的脂肪酶Novozym435水解特级初榨橄榄油得到甘油和脂肪酸，然后在1,3专一性脂肪酶的催化下合成1,3－甘油二酯。孟祥河等[14]以亚油酸甘油为原料，用专一性脂肪酶LipozymeRMIM在无溶剂系统中快速合成了1,3－甘油二酯。邱寿宽等[15]以大豆油和甘油为底物，在LipozymeRMIM催化下的无溶剂体系中进行甘油解制备甘二酯,甘二酯得率为51.7%。5前景展望sn－1,3位专一性脂肪酶因为其高度的专一性，在食品工业中显示了强大的应用潜力，而且越来越多的被应用于不同的领域，如医药、化妆品、造纸、洗涤剂、皮革、水产品加工、环保等相关行业。目前,sn－1,3位专一性脂肪酶在非水体系中反应的研究在国外已取得突破性进展,国内关于它在非水介质中的酶促反应亦成为近几年的研究热点,并取得一些可喜的成果。但由于固定化酶的方法过于复杂、效率低、成本高或由于使用了有毒的化学试剂而不符合食品加工所必须满足的安全标准,所有这些都限制了sn－1,3位专一性脂肪酶在食品工业中的应用。但随着生物技术以及材料、化工等各相关学科的发展,相信固定化脂肪酶的工作会有新的突破。参考文献：[1]王瑛瑶.新型功能性油脂——结构脂质的研究现状[J].食品研究与开发,2008(4):162－165.[2]王瑛瑶,栾霞.脂质代谢营养学特点及结构脂质的应用[J].粮油食品科技,2008,16(5):33－35.[3]孟祥河,段作营,毛忠贵.重构脂质的研究进展[J].中国油脂,2002(2):14－17.[4]葛清秀,黄祖新,陈建平.脂肪酶有机相催化在食品工业中的应用[J].福建轻纺,2005,2(189):6－11.[5]HuangKH,AkohCC.Enzymaticsynthesisofstructuredlipids:Transesterificationoftrioleinandcaprylicacidethylester[J].JournaloftheAmericanOilChemistsSociety,1996,73(2):245－250.[6]李琳媛,刘萍,刘莉等.超声波对酶法制备MLM型结构脂质的影响[J].中国油脂,2008(8):43－46.[7]LeeKT,AkohCC.Immobilizedlipase－catalyzedproductionofstructuredlipidswitheicosapentaenoicacidatspecificPositions[J].JournaloftheAmericanOilChemistsSociety,1996,73(5):611－615.[8]丁双,杨江科,闫云君.酶法改良大豆油制备质构脂质的研究[J].食品科学,2008(1):173－176.[9]LeeJH,JeoungMS,CasimirCA,etal.Optimizedsynthesisof1,3－dioleoyl－2－palmitoylglycerol－richtriacylglycerolviainteresterificationcatalyzedbyalipasefromThermomyceslanuginosus[J].NewBiotechnology,2010,27(1):38－45.[10]Ikarabulut.ProductionofHumanMilkFatSubstitute[J].FoodTechnologyandBiotechnology,2007,45(4):434－438.[11]ChangMK,AbrahamG,JohnVT,etal.Productionofcocoabutter-likefatfrominteresterficationofvegetableoils[J].JAOCS,1990,67:832-834.[12]张根旺,胡晓中.酶促乌桕脂分子结构调整制类可可脂研究[J].中国油脂,1996,21(2):41-43.[13]BlasiF.Biocatalysedsynthesisofsn－1,3－diacylglyceroloilfromextravirginoliveoil[J].EnzymeandMicrobialTechnology,2