[科普中國]-解脂酶

簡介

解脂酶是重要的工業(yè)酶制劑品種之一，可以催化解脂、酯交換、酯合成等反應(yīng)，廣泛應(yīng)用于油脂加工、食品、醫(yī)藥、日化等工業(yè)。不同來源的解脂酶具有不同的催化特點(diǎn)和催化活力。其中用于有機(jī)相合成的具有轉(zhuǎn)酯化或酯化功能的脂肪酶的規(guī)?；a(chǎn)對于酶催化合成精細(xì)化學(xué)品和手性化合物有重要意義。

目前酯化反應(yīng)大多是高溫酸堿催化，存在副產(chǎn)物有毒，反應(yīng)條件苛刻，能耗高，環(huán)境污染等問題。而酶法合成能夠克服以上缺點(diǎn)，反應(yīng)條件溫和，能耗低，催化反應(yīng)特異性強(qiáng)，不易產(chǎn)生副產(chǎn)物，對環(huán)境友好，是綠色化學(xué)工業(yè)的發(fā)展方向1。

解脂酶的主要類型脂肪酶酵母菌產(chǎn)生的脂肪酶(lipase，亦稱甘油酯水解酶，glycerol esterhy drolase)能水解三脂酰甘油酯形成甘油和脂肪酸，而3分子脂肪酸基是逐步被水解的。產(chǎn)生胞外脂肪酶的酵母，大都屬于不產(chǎn)生子囊孢子的酵母，主要是假絲酵母屬和球凝酵母屬的種。

全部酵母菌大概都能夠合成胞內(nèi)脂肪酶，以轉(zhuǎn)換膜的脂酰甘油酯。經(jīng)研究得知，自溶后的面包酵母、頂面啤酒酵母和底面啤酒酵母能水解橄欖油。已知釀酒酵母的脂肪酶活性與細(xì)胞膜相聯(lián)結(jié)。

磷脂酶磷脂酶(phospholipase)可催化磷脂水解形成甘油、脂肪酸、磷酸和含氮堿部分。

1、磷脂酶類：經(jīng)研究得知，參與磷脂分解的酶有磷脂酶A1、磷脂酶A2、磷脂酶C和磷脂酶D等。磷脂酶A1專一地水解磷酸甘油酯分子中與甘油分子的第一個(gè)碳原子相聯(lián)的酯鍵，磷脂酶A2專一地水解與甘油分子第二個(gè)碳原子相聯(lián)的酯鍵。這兩種酶過去被認(rèn)為是磷脂酶B。磷脂酶C專一地水解甘油和磷酸形成的酯鍵，而磷脂酶D則專一地水解極性堿基與磷酸基團(tuán)間形成的酯鍵。磷脂酶作用的專一性，已成為鑒定磷酸甘油酯結(jié)構(gòu)的重要工具酶。這些酶在自然界分布很廣。現(xiàn)以卵磷脂為例說明磷脂的水解過程。已知在不同的生物體內(nèi)，卵磷脂的代謝途徑是不同的，但被酶水解的部位則是相同的(見圖1）。

2、酵母細(xì)胞中的磷脂酶及其作用?？苿P(Kokke)等于1963年報(bào)道了啤酒酵母的卵磷脂分解代謝中有磷脂酶A的活性。此酶水解卵磷脂形成1分子脂肪酸和溶血磷脂，再水解出1分子脂肪酸形成甘油磷酸膽堿。他們指出，磷脂酶的活性是因二乙基醚(diethylether)和其它有機(jī)溶劑的存在而得以提高的。有人認(rèn)為這種刺激效應(yīng)，是有機(jī)溶劑分子穿透到磷脂微團(tuán)(micelle)，致使脂類與水分子的內(nèi)表面空間擴(kuò)大，使酶比較容易接近脂酰的酯鍵?；舴蚵?Hoffmann)等于1961年報(bào)道說釀酒酵母提取液中含有磷脂酶C活性，它催化磷脂水解，產(chǎn)生二脂酰甘油和磷酸膽堿，因而他認(rèn)為酵母的脂提取物中出現(xiàn)的二脂酰甘油與此酶有關(guān)。

脂酶亦催化鞘脂水解，但有關(guān)酵母的這種作用尚無報(bào)道?？梢韵胂?，在酵母菌的某些分化過程中，脂酶尤其是磷脂酶具有重要作用。但在酵母的任何分化過程中，至今尚沒有報(bào)道涉及脂解酶的作用。

解脂酶的應(yīng)用脂肪酶的應(yīng)用1、食品工業(yè)

利用酶作用后釋放出的鏈較短的脂肪酸，增加和改進(jìn)食品的風(fēng)味和香味；利用脂肪酶催化的醇解和酯化反應(yīng)來生產(chǎn)各種香精酯，作調(diào)料劑；用有1，3－專一性的微生物脂肪酶提高食用油營養(yǎng)價(jià)值和增加食用油的花色品種，制備代可可酯等高檔油脂；另外，脂肪酶還可以用于酒類的去濁除渣、改善面包質(zhì)量，改善蛋白的發(fā)泡等等方面。

2、洗滌劑工業(yè)

Novo公司首先將含脂肪酶的洗滌劑推向國際市場，作為洗滌劑的增效劑，該酶在15～60℃、pH9.0以上的條件下可去除油污2。

3、有機(jī)相脂肪酶催化合成精細(xì)化學(xué)產(chǎn)品

八十年代，用脂肪酶在有機(jī)溶劑中催化合成低分子量羧酸酯系列香精酯、萜烯醇酯、中長鏈脂肪酸、短鏈醇酯及長鏈脂肪酸長鏈脂肪醇酯等系列產(chǎn)品的研究開發(fā)取得了顯著進(jìn)展，且產(chǎn)品可歸入GRAS(一般認(rèn)為是安全的)范疇，視作天然的“綠色”替代品。

目前酶法合成酯產(chǎn)品已從實(shí)驗(yàn)室研究邁向工業(yè)化生產(chǎn)，成為補(bǔ)充和取代部分化學(xué)合成產(chǎn)品的又一新的生產(chǎn)工藝，在生產(chǎn)實(shí)際中很多酯化產(chǎn)品如生物柴油、維A棕櫚酸酯、棕櫚酸異辛酯等產(chǎn)品在經(jīng)濟(jì)和環(huán)保兩方面的優(yōu)勢已經(jīng)超過了化學(xué)合成法。

4、消旋混合物的光學(xué)拆分

酶催化反應(yīng)的高效性、高立體選擇性及溫和反應(yīng)條件使得酶催化拆分法可用于某些用一般法難以拆分的手性化合物。脂肪酶是水解酶,對廣泛的底物能催化不對稱水解或不對稱酯化。脂肪酶對手性化合物如醇、羧酸、酯、酰胺和胺等均有較好的立體選擇性,因此脂肪酶被廣泛地用來拆分外消旋醇和羧酸。拆分的主要途徑為立體選擇性水解、酯化或轉(zhuǎn)酯反應(yīng)。

用乙烯基酯為活性酯，在無水二氯甲烷中用假單胞菌脂肪酶催化氰醇的化學(xué)拆分，得S型醇，經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)化合成β-腎上腺素抑制劑。此外，脂肪酶還用于酯環(huán)仲醇的拆分，擬除蟲菊酯中間體的拆分，除草劑對甲氧基苯甲酸基奈普生、布羅芬的拆分等3。

磷脂酶的應(yīng)用磷脂酶是生物體內(nèi)負(fù)責(zé)磷脂的代謝和生物合成的一類酶，能催化甘油磷脂各種水解反應(yīng)，根據(jù)其水解磷脂位置的不同可分為5類：磷脂酶A1、A2、B、C、D。其生物功能可歸納為三類：細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的維護(hù)和修復(fù)；細(xì)胞內(nèi)代謝機(jī)制和信號傳導(dǎo)的調(diào)節(jié)及體內(nèi)磷脂的消化。如磷脂酶A2（PLA2）大量存在于蛇毒、蜂毒、蝎毒、動(dòng)物胰臟及植物組織中，可介導(dǎo)產(chǎn)生具有磷脂轉(zhuǎn)運(yùn)、膜修復(fù)、胞外水解及神經(jīng)元轉(zhuǎn)移因子等功能的脂質(zhì)介質(zhì)。而磷脂酶C（PLC）在生物的生命活動(dòng)中起著第二信使的作用，其廣泛存在于各種原核、真核生物之中，只是在分子結(jié)構(gòu)上略有差異。磷脂酶不僅在生物體內(nèi)具有很重要的生理功能，而且具有很高的應(yīng)用價(jià)值，可廣泛地用在科學(xué)研究、醫(yī)藥、飼料改良和食品工業(yè)等諸多方面。例如在醫(yī)藥方面PLA2被應(yīng)用于抗炎藥物的生產(chǎn)，PLC被應(yīng)用于抗腫瘤藥物的研制等；在飼料改良方面，磷脂酶被添加于飼料中水解甘油磷脂，可改善飼料的利用效率和促進(jìn)動(dòng)物生長；在食品工業(yè)方面，PLA1、PLA2和PLC可被廣泛應(yīng)用于油脂脫膠，同時(shí)由于磷脂酶可使面團(tuán)形成膠狀復(fù)合體，可以減少淀粉回生，因此在烘焙行業(yè)應(yīng)用也非常廣泛4。此外磷脂酶D（PLD）還廣泛應(yīng)用于甘油磷脂改性。磷脂酶普遍存在于動(dòng)物、植物和微生物中。由于微生物來源的磷脂酶具有種類繁多、多為外泌表達(dá)、單亞基蛋白、容易大量快速制備和成本低等特點(diǎn)，已經(jīng)成為當(dāng)前食品工業(yè)應(yīng)用的最重要途徑。但是野生菌株的磷脂酶生產(chǎn)能力往往很有限，無法滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。此外，為了適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)過程中高溫、高壓、高酸度、高離子濃度以及重金屬離子超標(biāo)的極端環(huán)境，就需要對現(xiàn)有的磷脂酶進(jìn)行改造，以適應(yīng)生產(chǎn)的需要5。