脂肪酶论文.doc

专业： 学号： 姓名： 摘要 脂肪酶是工业中很重要的催化剂，来源广泛，制备简单，应用于工农业等诸多领域。本文概述了脂肪酶组成，来源，特性，失活原因及其固定化产品的应用途径。关键词 脂肪酶 来源 脂肪酶特性 应用 失活 脂肪酶固定化一脂肪酶的组成脂肪酶即三酰基甘油酰基水解酶，它催化天然底物油脂水解，生成脂肪酸、甘油和甘油单酯或二酯。 脂肪酶基本组成单位仅为氨基酸，通常只有一条多肽链。它的催化活性仅仅决定于它的蛋白质结构。水解生成的脂肪酸，可以用标准的碱溶液滴定，以滴定值表示酶活力。二脂肪酶正常值 (1)滴定法：酶促反应4h为0.060.89U/ml，酶促反应1624h为0.21.5U/ml。 (2)比浊法：呈正偏态分布，最低为OU，单侧95%上限为7.9U。三几种重要的脂肪酶ATGL脂肪甘油三酯脂肪酶，HSL激素敏感性脂肪酶，和单脂脂肪酶，其中ATGL只水解TG，而HSL可以水解TG和DG,而MGL只水解甘油单酯。四脂肪酶的来源脂肪酶按其来源主要分为3类：（1）动物源性脂肪酶，如猪、牛等胰脂肪酶提取物。（2）植物源脂肪酶，如蓖麻籽、油菜等。（3）微生物源性脂肪酶。由于微生物种类多、繁殖快、易发生遗传变异，具有比动植物更广的作用pH、作用温度范围以及底物专一性，且微生物来源的脂肪酶一般都是分泌性的胞外酶，所以微生物脂肪酶是主要的研究对象。产微生物脂肪酶菌种的研究主要集中在真菌，包括根霉、黑曲霉、镰孢霉、红曲霉、黄曲霉、毛霉、犁头霉、须霉、白地霉、核盘菌、白地霉、青霉、木霉，其次是细菌，如假单胞菌、枯草芽抱杆菌、大肠杆菌工程菌、无色杆菌、小球菌、发光杆菌、粘质赛氏杆菌、无色杆菌、非极端细菌和洋葱伯克霍尔德菌等，另外还有解酯假丝酵母和放线菌。五脂肪酶的催化特性脂肪酶不同活性的发挥依赖于反应体系的特点，在油水界面促进酯水解，而在有机相中可以酶促合成和酯交换。其催化特性在于：在油水界面上其催化活力最大，溶于水的酶作用于不溶于水的底物，对均匀分散的或水溶性底物不作用，反应是在两个彼此分离的完全不同的相的界面上进行。Macrae等研究表明，在油水界面上油脂量决定脂肪酶活性，增加乳化剂量，可提高油水界面饱和度，从而提高脂肪酶活性，增加油水界面面积，可承载更多脂肪酶分子，也可增加催化反应速率。而在水体系中，大多数脂肪酶活性很低或没有活性。 由于脂肪酶在非均相体系中表现出的高催化活性，且在酶催化反应中不需要辅酶，所以可利用非水相中的脂肪酶催化完成各种有机合成及油脂改性反应，如酯化、酸解、醇解、转酯、羟基化、甲基化、环氧化、氨解、酰基化、开环反应、聚合等反应。脂肪酶广泛存在于动植物和微生物中，它可将脂肪分解成甘油和脂肪酸，是一类特殊的酯键水解酶。它的一个特点是只能作用在异相或有机相中，主要催化酯类化合物水解、醇解、酯化、酯交换及合成等，反应不需要辅酶，条件温和，副产物少。六脂肪酶的固定化方法大致分为物理法和化学法：物理法包括吸附法和包埋法；化学法包括交联法和共价结合法。 吸附法一般可分为物理吸附法和离子交换吸附法。物理吸附法是将酶蛋白通过较弱的范德华力等相互作用吸附到不溶于水的载体表面上而使酶固定化物理吸附法是最简单的固定化方法。该法酶蛋白的活性中心不易受破坏，酶的高级结构变化也不明显，而缺点是酶与载体的相互作用较弱，因而吸附的酶极易从载体表面上脱落下来。离子交换吸附法是通过离子效应，将酶固定到具有离子交换基团的非水溶性载体上。主要优点是操作条件比较温和，所制备的固定化酶活力损失较少。但与物理吸附法存在着同样的缺点，即酶与载体的相互作用较弱。 包埋法是将酶包裹于凝胶形成的网络结构中，或半透膜聚合物的超滤膜内使其固定化。包埋法可分为凝胶包埋法(网格型)和微胶囊法(微囊型)2种。包埋法比较简单，采用惰性材料作为载体，一般不会与酶蛋白的氨基酸残基进行结合反应，很少改变酶的空间构象，酶活回收率较高，可以应用于多种酶的固定化。但值得注意的是它只适用于分子量比较小的底物和产物的酶催化反应，因为只有小分子物质才可以透过高分子网格或微囊中。 共价结合法是指酶分子之间或酶蛋白分子的功能团与载体表面上的反应基团之间以共价键相互连接，形成固定化酶。共价结合法包括载体共价结合和非载体共价结合。共价结合法具有酶与载体结合牢固、不易脱落、可连续使用时间较长等优点，但反应条件苛刻、操作复杂、酶活回收率低，甚至酶的底物专一性有时也会发生变化，并且在操作过程中常常会引起酶蛋白高级结构发生变化，从而导致活性中心受到破坏，因此，其重复性不高，并不是每次都能获得高活力的固定化酶。 交联法，利用交联剂对晶体酶或溶解酶交联后就形成能保持一定催化活性的交联酶。目前主要有交联酶体(CrossLinked Enzyme Crystals，CLECs)、交联溶解酶(CrossLinked Dissolved Enzyme，CLEs)、交联酶聚集体(CrossLinked Enzyme Aggregate，CLEAs)和交联喷雾干燥酶 CrossLinked Spraydried Enzyme，CLSDs)等4种无载体酶系统。七脂肪酶的失活酶与底物作用的活性，受温度、pH值、酶液浓度、底物浓度、酶的激活剂或抑制剂等许多因素的影响。酶是一种活性蛋白质。因此，一切对蛋白质活性有影响的因素都影响酶的活性。蛋白质对于温度非常敏感，温度过高，会引起蛋白质的结构发生变化，作为酶来说，其活性部位结构的改变会引起酶的失活，在这一过程中，往往会伴随着疏水基团的暴露，其溶解性也会降低。而且失活行为还与酶的应用形式有关 : 如游离酶或固定化酶,酶的固定化方法和载体等因素 都会影响酶的失活行为。八脂肪酶的生产脂肪酶的制备方法有提取法、化学合成法和微生物发酵法。提取法资源有限、工艺复杂、产量低；化学合成法成本太高；微生物发酵法的应用前景要远远大于提取法和化学合成法，它不受环境影响，资源丰富，产酶周期短，产物较单纯且成本低，生产上易于管理。商品化脂肪酶主要来源于各种细菌、酵母和真菌等微生物的发酵，有些霉菌可通过固态发酵及液体深层发酵两种方法进行发酵。通过传统诱变育种以及优化发酵条件提高了脂肪酶的产量，使得许多脂肪酶实现了产业化生产，尤其是基因工程的引入，大大提高了脂肪酶的产量。由于提取材料来源和酶含量的因素，动植物脂肪酶主要应用于科学研究。九.脂肪酶的应用91 脂肪酶在食品加工中的应用脂肪酶在肉类加工中已得到有效的利用，如鱼肉加工中，脂肪酶参与生物酯解， 除去鱼肉的脂类。近年，油脂改良技术成为研究的热点，最有价值的应用是将棕榈油转化为类可可脂。在非水相中用米赫毛霉(Mucor miehe)脂肪酶Lipozyme IM催化，使硬脂酸甲酯与3339熔点棕榈油进行酯交换，制取类可可脂 J。此外，脂肪酶在改变植物油物理性状方面也有很大的潜力。与化学合成的氢化油相比，脂肪酶具有催化酯交换改性油脂风味好， 异构体少，不产生对人体有害的反式脂肪酸等优点，可生产营养价值高的塑性脂肪。脂肪酶可用于改良食品风味。在适当条件下，脂肪酶生成短链脂肪酸酯、乙醇、丙酮、乙醛、二甲硫醚及低级脂肪酸等风味成分，增强食品香味。如在奶酪生产中，脂肪酶将脂肪降解为游离脂肪酸，游离脂肪酸分解形成有挥发性的脂肪酸，异戊醛，二乙酰，3羟基丁酮等呈味物质，改善了奶酪风味，并产生特殊香味。脂肪酶还能催化脂肪释放中链(C C )脂肪酸产生爽滑感。释放出游离脂肪酸参与化学反应，诱发合成乙酰乙酸、p一酮类酸、甲基酮、香味酯和内酯等香味成分 。有机溶剂中，南极假丝酵母脂肪酶B催化合成短链香味酯转化率较高，现已用作酯化反应的高效催化剂。用产朊假丝酵母(Candida utilis)发酵脂肪酶处理的牛肉汁或黄油，可产生类似牛肉或蓝纹奶酪的风味物质。脂肪酶还可延长面包的货架期，控制非酶促褐变，增加面包体积，改善面包结构。国外BioCatInc、Enzyme Industry、Troy、VA等公司已开始销售添加脂肪酶面包的生产设备。9.2脂肪酶在饲料中的应用饲料资源不足一直是我国养殖业面临的一个大问题，在耕地和水资源严重紧缺的情况下，粮食产量已很难提高。我国动物生产中饲料转化率低，猪、鸡、奶牛等的饲料转化率均比国际先进水平低0.30.6个百分点，使得饲料资源不足的问题更加严峻。饲料用酶制剂的开发和应用极大的缓解了饲料资源的不足。近年来，酶制剂一直是国内外动物营养研究的热点之一，它们在饲料工业中的有效应用使得饲料工业和养殖业安全、高效、环保和可持续发展成为可能。脂肪在畜禽体内的作用主要是氧化供能，它含有的能量是碳水化合物的2.25倍，可满足动物体对较高能量浓度的要求；脂肪是脂溶性维生素和某些激素的溶剂，促进对这些物质的吸收和利用，同时为畜禽提供必需的不饱和脂肪酸，保证畜禽的健康生长；添加脂肪还可减少饲料加工过程中的粉尘，改善饲料外观，在高温条件下，还有利于提高能量摄入量，降低畜禽的体热增耗，减缓热应激。此外，添加脂肪可有效地提高饲料的适口性。因此，在猪、鸡和奶牛饲养中，在饲料中添加脂肪是比较普遍的。93 脂肪酶在纺织物中的应用 织物表面脂质影响织物的柔软度、光亮度和着色与手感。传统脂处理法是用化学品脱除，效果不理想，且污染环境，成本高。脂肪酶能将织物表面脂质水解成易溶于水的脂肪酸，易于脱除。E1一Syed等 研究了酶处理羊毛毯的防缩性能，比未处理的羊毛缩水性有明显改善用脂肪酶和淀粉酶协同处理棉布纤维，棉布白度提高，染色瑕疵少，更柔软、舒适。94 脂肪酶的医学应用脂肪酶是一种重要的药物靶或中间体标记酶。作为诊断工具，脂肪酶可预测疾病。测定脂肪酶催化甘油三酸酯产生的甘油可间接获得血清甘油三酸酯的含量，血清中脂肪酶还可用于检测急性胰腺炎和胰腺损伤。Ahmed1 31研究了脂肪酶和血清淀粉酶测定胰腺炎的特异性，结果表明，胰腺炎病发后血脂肪酶明显升高，诊断有特异性，结果比血清淀粉酶更可靠。研究发现，从蜡蛀虫中提取的脂肪酶或酯酶，对分生杆菌属结核杆菌H37Rv有杀灭作用。提取植物脂肪酶制成的药物，可改善患者的消化吸收功能。美国俄勒冈州健康护理专业研究中心已有脂肪酶类药品上市，用于治疗胃肠紊乱、消化不良等疾病。在手性药物合成中，用脂肪酶制备单异构体手性药物可提高转化率、减少环境污染。95 脂肪酶在生物柴油中的应用生物柴油是碳链长度为16-19的脂肪酸和甲醇或乙醇形成的酯类化合物的总称。近年，用脂肪酶催化合成生物柴油，代替石化能源成为研究热点。用物理吸附法将假丝酵母脂肪酶(Candida sp99125)固定于大孔树脂，可催化大豆油制造生物柴油。研究表明，粗酶，树脂重量比为192：1，水，油重量比为3：17，4O，pH 74时，脂肪酶活性较高，转化率9 73。用固定化南极假丝酵母(cantarctica)脂肪酶催化泔水油，可制造生物柴油。96 脂肪酶在生物传感器中的应用用脂肪酶的催化特性研制生物传感器逐渐受到关注。固定在pH或氧化电极的脂肪酶联合葡萄糖氧化酶可作为脂质生物传感器，测定甘油三酯、血胆固醇含量。参考文献：【1】 韩振林， 朱传合，赵明明，等铜绿假单胞菌脂肪酶基在枯草芽孢杆菌中的克隆与表达【J】，食品与发酵工业，2009，32 (1)：1卜l4【2】Gao Y，Tan T W，Nie K L，et a1Immobilization of lipaseon macroporous resin and its application in synthesis ofbiodiesel in low aqueous media【J】Chin J Biotechnol，2008，22(1)114118【3】 吴华昌，邓静无溶剂系统酶促POMF酯交换反应生产CBE的正交实验研究【J】四川食品与发酵，2009，4l(4)：l5一l7【4】 Xu Y Wang D，Mu X Q Biosynthesis of ethyl esters ofshort chain fatty acids using wholecell lipase from Rhizopus chinesis CCTCC M201021 in non-aqueous phaseJJMol Catal Enzym，2010，1 8(1)：2937【5】Lafios A，Garcia H S，Oliart R M，Valerio Alfo GSynthesisof flavor and fragran