脂肪酶的微生物生产技术综述
脂肪酶综述
脂肪酶综述摘要:脂肪酶是一类能够催化酯的水解反应以及在非水相体系中催化脂肪酸和醇类发生酯化反应的酶类。
随着酶学技术的快速发展,微生物脂肪酶也受到了越来越多的关注作为生物催化剂,脂肪酶一直以来都是生物技术领域中最重要的一类酶。
关键字:脂肪酶,酶活测定,非水相,食品工业应用。
简介:脂肪酶(三酰甘油酯水解酶,EC 3.1.1.3),是一类广泛存在于多种微生物中的生物催化剂。
脂肪酶最早被发现可追溯至1901年,其天然作用底物为三脂酰甘油酯,能够将酯键水解,释放甘油二酯甘油一酯甘油以及游离脂肪酸随着非水酶学的发展,研究者发现,脂肪酶在非水相中能够催化酯化。
酯交换以及转酯化反应,并且具有高度的选择性和专一性,已广泛应用于食品、医药、洗涤剂等行业。
特别是在食品行业中得到了大量的应用,并逐渐成为食品领域中应用最为广泛的酶类之一。
但是,由于目前脂肪酶相对于传统的化学催化剂的生产成本仍然偏高,这是制约脂肪酶工业化应用的主要问题,因此,在了解脂肪酶催化特性的基础上,通过筛选高产菌株,或者改变脂肪酶催化环境等方法提高脂肪酶的产率和利用率,降低利用脂肪酶进行工业化生产的成本是目前急需解决的主要问题。
1、脂肪酶的结构特点研究表明, 来源不同的脂肪酶,其氨基酸组成数目从270~ 641不等,其分子量为29 000~ 100 000。
迄今为止,人们已经对多种脂肪酶进行克隆和表达,并利用X -衍射等手段和定向修饰等技术测定了酶的氨基酸组成、晶体结构、等电点等参数, 确定了组成脂肪酶活性中心的三元组( triad)结构。
多数脂肪酶都是单链蛋白, 比如CCL( A) 含有534个氨基酸残基, 其组成3 个小的和11个大的β-折叠及10个α-螺旋。
其催化活性三元组由Ser-209、His-449和Glu341组成, Ser-209处于超二级结构折叠-螺旋[β-折叠( 202~208)-α -螺旋( 210~220) ]的转角处。
多数成熟的天然蛋白还含有糖类组分, 如CCL( A) 含有4. 2%葡萄糖、甘露糖和木糖等,所以实际测得的分子量比理论分子量偏大[157 223(理论) , 60 000(实测)]。
微生物发酵生产脂肪酶的研究进展
微生物发酵生产脂肪酶的研究进展脂肪酶是一种催化脂肪水解的酶,在食品、医药、洗涤等行业具有广泛的应用。
微生物发酵生产脂肪酶是一种可持续、高效、环保的生产方法,近年来受到越来越多的关注。
本文将对微生物发酵生产脂肪酶的研究现状和进展进行综述。
一、常用生产菌株1、真菌Aspergillus niger、Aspergillus oryzae、Rhizopus oryzae、Rhizomucor miehei等真菌已经被广泛用于脂肪酶的生产,这些菌株生长快,环境适应性强,能够在贫瘠的培养基上生长,同时也有高水平地产酶能力。
2、细菌Pseudomonas aeruginosa、Bacillus subtilis、Escherichia coli等细菌也是常用的脂肪酶产生菌株。
相比于真菌,细菌生长更快,能够利用廉价原料生产酶,具有成本低、效率高的优势。
Pseudomonas aeruginosa可以在低pH、低氧的条件下仍有很好地产酶能力,Bacillus subtilis也可以在含大量盐和大分子多糖的条件下生长,并且不需要经常移植,因此被广泛用于工业生产中。
Escherichia coli是一种常见的大肠杆菌,发酵条件相对简单,同时也具有高产酶能力的优点。
二、生产方法微生物发酵生产脂肪酶可以利用固态和液态发酵两种方法进行。
1、固态发酵固态发酵是指微生物在不含或添加少量水的条件下在固体底物上生长繁殖的过程。
固态发酵具有低成本、低能耗等优点,因此被广泛用于脂肪酶的生产。
6%豆腐渣和啤酒酵母配成的混合物是常用的培养基,长时间的固态发酵可以提高酶活力和酶产量。
同时,加入不同的辅料如磷酸盐、酵母提取物、麦芽粉等也可以提高酶活力。
不同的细菌和真菌对液态培养基的需求是不同的,产酶高峰期也会有所不同。
一般而言,前期生长过程中需要较多的氮源,并需要一定量的葡萄糖,而后期需要适度减少氮源以提供产酶所需的碳源。
液态发酵产酶能力高,且过程易于控制,因此被广泛用于脂肪酶生产中。
微生物发酵生产脂肪酶的研究进展
微生物发酵生产脂肪酶的研究进展微生物发酵生产脂肪酶是一种重要的生物技术生产方法,脂肪酶是一种在生物化工领域应用广泛的酶,具有脂肪水解、酯化和酯交换等多种作用,能够在食品、医药、生物燃料等领域发挥重要作用。
随着生物技术领域的不断发展,微生物发酵生产脂肪酶的研究也在不断取得新的突破和进展。
本文将从微生物筛选、基因工程改良、发酵工艺优化等方面对微生物发酵生产脂肪酶的研究进展进行综述。
一、微生物筛选微生物是生产脂肪酶的重要来源,因此对于具有高产酶性能的微生物的筛选非常重要。
近年来,随着分子生物学和生物信息学技术的不断发展,微生物筛选的研究也取得了新的进展。
通过对自然环境中的微生物进行采集和筛选,可以发现具有高产酶性能的微生物菌株,这为脂肪酶的生产提供了重要的物质基础。
利用生物信息学技术对微生物进行基因组学、转录组学和蛋白组学分析,可以快速准确地筛选出具有高产酶性能的微生物菌株,为脂肪酶的高效生产提供了重要的理论基础。
二、基因工程改良基因工程技术是一种重要的手段,可以通过改良微生物菌株的基因组,使其具有更高的产酶性能。
近年来,利用基因工程技术改良微生物菌株的研究取得了显著进展。
通过对微生物菌株的脂肪酶基因进行改良和重组,可以提高脂肪酶的稳定性、活性和产酶能力,从而实现脂肪酶的高效生产。
利用基因工程技术还可以将其他有益基因导入到微生物菌株中,使其具有更广泛的底物适应性和更强的脂肪酶水解能力,为脂肪酶的工业化生产提供了更多可能性。
三、发酵工艺优化发酵工艺是影响脂肪酶产酶性能的重要因素之一,因此对发酵工艺进行优化对于提高脂肪酶产酶能力具有重要作用。
近年来,随着发酵工艺的不断改进和优化,脂肪酶的产酶能力也得到了明显提高。
通过对发酵温度、pH值、底物浓度、氧气供应等因素进行优化,可以显著提高脂肪酶的产酶能力,并提高产酶效率。
利用代谢工程技术对微生物菌株进行改良,可以提高其对脂肪酶产酶条件的适应性,从而进一步优化发酵工艺,实现脂肪酶的高效生产。
微生物发酵生产脂肪酶的研究进展
微生物发酵生产脂肪酶的研究进展脂肪酶是一种重要的生物催化剂,具有在水相中催化脂肪水解的作用,可以将脂肪分解为甘油和脂肪酸。
脂肪酶在食品工业、生物柴油生产、生物洗涤剂等领域有着广泛的应用。
传统上,脂肪酶是通过动植物组织提取或贸易合成的方式获得,然而这些方法存在生产成本高、提取困难、致命因素生物的依赖问题。
为了解决这些问题,越来越多的研究者将目光投向了微生物发酵生产脂肪酶的领域。
本文将从微生物的选择、发酵条件、脂肪酶的纯化和应用四个方面探讨微生物发酵生产脂肪酶的研究进展。
一、微生物的选择微生物是生产脂肪酶的理想来源,因为它们具有快速生长、易于操作等优点。
目前,发现了许多产脂肪酶效率高的微生物,如放线菌、酵母菌、细菌等。
真菌是脂肪酶的主要来源之一,如曲霉、木霉等,它们能够在较宽的PH范围和温度范围内生长,并且对底物适应性较强。
细菌也是脂肪酶的重要产生菌株,如大肠杆菌、枯草芽孢杆菌等,它们具有高生长速率,易于遗传改造,并能够在不同的环境中生存。
微生物的选择对脂肪酶的高效生产至关重要。
二、发酵条件为了实现高效的脂肪酶生产,科研人员需要优化微生物的发酵条件。
发酵条件包括培养基的配方、培养基的初始PH值、培养基的初始温度、发酵时间等参数。
不同的微生物对这些参数有不同的要求,因此需要根据具体的微生物株系进行优化。
以大肠杆菌为例,一些研究表明,葡萄糖作为碳源、酵母粉作为氮源、微量元素的添加等都对脂肪酶的产量有显著影响。
对于真菌来说,培养基的初始PH值和温度也是影响因素,通常选择PH为5.5-6.0和25-30℃左右的条件进行培养。
通过合理的发酵条件优化,可以提高脂肪酶的产量和活力。
三、脂肪酶的纯化在微生物发酵获得的发酵液中,脂肪酶通常与其它蛋白质、多糖等杂质混合在一起,因此需要进行脂肪酶的纯化。
常用的脂肪酶纯化方法包括离心、超滤、层析等技术。
离心用于去除微生物细胞、超滤用于除去大分子杂质、层析则可以根据脂肪酶的大小、电荷、亲和性等特性进行分离和纯化。
微生物发酵生产脂肪酶的研究进展
微生物发酵生产脂肪酶的研究进展脂肪酶是一类在生物催化领域具有重要作用的酶类,可以催化脂肪的水解,将脂肪分解为脂肪酸和甘油。
因其在食品加工、医药、生物燃料等领域的广泛应用前景,脂肪酶的研究备受关注。
与传统的化学法相比,利用微生物发酵生产脂肪酶具有成本低、环境友好等优势,因此备受研究者的青睐。
本文将对近年来微生物发酵生产脂肪酶的研究进展进行综述,以期为相关研究提供参考。
一、脂肪酶的微生物来源微生物是脂肪酶的重要生产来源,包括细菌、真菌、酵母和其他微生物。
在近年的研究中,发现了大量的具有脂肪酶生产潜能的微生物。
革兰氏阳性细菌是脂肪酶的主要来源,如枯草芽孢杆菌、葡萄球菌等。
一些真菌和酵母菌也被广泛应用于生产脂肪酶,如毛霉属、曲霉属等。
这些微生物不仅能够在自然界中产生脂肪酶,而且在实验室条件下也可以进行有效的培养和发酵,因此被广泛应用于脂肪酶的生产中。
二、脂肪酶的发酵生产工艺微生物发酵是脂肪酶生产的主要工艺,通过在适宜的温度、pH和营养条件下培养脂肪酶生产微生物,可以获得高效的脂肪酶产量。
近年来,研究者们在提高发酵工艺的稳定性和产量上做出了许多努力。
通过优化培养基配方和发酵条件,可以显著提高脂肪酶的产量。
在控制发酵过程中的温度、pH和氧气供应等因素时,可以更好地保证脂肪酶的生产和稳定性。
还可以利用遗传工程技术改良脂肪酶的生产菌株,使脂肪酶的生产达到最佳化。
三、脂肪酶的鉴定和纯化鉴定和纯化是脂肪酶生产的重要步骤,通过这一步骤可以获得纯度较高的脂肪酶,为后续的应用和研究提供了可靠的基础。
在近年的研究中,研究者们发展了一系列高效的脂肪酶鉴定和纯化技术,如蛋白质亲和层析、离子交换层析、凝胶过滤层析等。
这些技术可以有效地降低脂肪酶的生产成本,提高脂肪酶的纯度和活性。
还可以利用基因工程技术改良脂肪酶结构,提高其稳定性和特异性,使脂肪酶更好地适应不同的应用环境。
四、脂肪酶的应用领域脂肪酶具有广泛的应用前景,在食品加工、医药、生物燃料等领域都有重要作用。
脂肪酶综述
脂肪酶综述摘要:脂肪酶是一类能够催化酯的水解反应以及在非水相体系中催化脂肪酸和醇类发生酯化反应的酶类。
随着酶学技术的快速发展,微生物脂肪酶也受到了越来越多的关注作为生物催化剂,脂肪酶一直以来都是生物技术领域中最重要的一类酶。
关键字:脂肪酶,酶活测定,非水相,食品工业应用。
简介:脂肪酶(三酰甘油酯水解酶,EC 3.1.1.3),是一类广泛存在于多种微生物中的生物催化剂。
脂肪酶最早被发现可追溯至1901年,其天然作用底物为三脂酰甘油酯,能够将酯键水解,释放甘油二酯甘油一酯甘油以及游离脂肪酸随着非水酶学的发展,研究者发现,脂肪酶在非水相中能够催化酯化。
酯交换以及转酯化反应,并且具有高度的选择性和专一性,已广泛应用于食品、医药、洗涤剂等行业。
特别是在食品行业中得到了大量的应用,并逐渐成为食品领域中应用最为广泛的酶类之一。
但是,由于目前脂肪酶相对于传统的化学催化剂的生产成本仍然偏高,这是制约脂肪酶工业化应用的主要问题,因此,在了解脂肪酶催化特性的基础上,通过筛选高产菌株,或者改变脂肪酶催化环境等方法提高脂肪酶的产率和利用率,降低利用脂肪酶进行工业化生产的成本是目前急需解决的主要问题。
1、脂肪酶的结构特点研究表明, 来源不同的脂肪酶,其氨基酸组成数目从270~ 641不等,其分子量为29 000~ 100 000。
迄今为止,人们已经对多种脂肪酶进行克隆和表达,并利用X -衍射等手段和定向修饰等技术测定了酶的氨基酸组成、晶体结构、等电点等参数, 确定了组成脂肪酶活性中心的三元组( triad)结构。
多数脂肪酶都是单链蛋白, 比如CCL( A) 含有534个氨基酸残基, 其组成3 个小的和11个大的β-折叠及10个α-螺旋。
其催化活性三元组由Ser-209、His-449和Glu341组成, Ser-209处于超二级结构折叠-螺旋[β-折叠( 202~208)-α -螺旋( 210~220) ]的转角处。
多数成熟的天然蛋白还含有糖类组分, 如CCL( A) 含有4. 2%葡萄糖、甘露糖和木糖等,所以实际测得的分子量比理论分子量偏大[157 223(理论) , 60 000(实测)]。
微生物发酵生产脂肪酶的研究进展
微生物发酵生产脂肪酶的研究进展微生物发酵生产脂肪酶是一种重要的工业方法,用于生产脂肪酸和甘油等化学品。
在过去的几十年中,研究人员已经取得了一系列关于微生物发酵生产脂肪酶的重要进展。
本文将介绍一些最新的研究成果。
目前,最常用的微生物发酵生产脂肪酶的方法是使用真菌和细菌。
真菌主要包括浅拟青霉菌和乳酸菌,细菌主要包括大肠杆菌和枯草杆菌等。
这些微生物具有较高的脂肪酶活性和较好的产量。
通过应用发酵技术和优化培养条件,研究人员已经成功地实现了大规模的脂肪酶生产。
在微生物发酵过程中,培养条件是影响脂肪酶产量和活性的重要因素。
研究人员发现,温度、pH值、培养基成分和培养时间等因素对脂肪酶活性和产量有重要影响。
通过优化这些因素,可以显著提高脂肪酶的产量和活性。
还可以通过改变微生物菌株的基因组,进一步提高脂肪酶的产量和活性。
近年来,还出现了一些新的微生物发酵生产脂肪酶的方法。
研究人员发现一种新的产脂肪酶的微生物菌株,并通过改变其培养条件和基因组来提高脂肪酶的产量和活性。
一些研究还尝试利用遗传工程的方法,将脂肪酶的基因导入到其他微生物中,通过合成生物学方法来生产脂肪酶。
这些新的方法为微生物发酵生产脂肪酶提供了更多的选择。
微生物发酵生产脂肪酶还有一些其他的应用。
脂肪酶可以用于生产生物柴油,通过催化转化甘油中的脂肪酸酯成为生物柴油。
脂肪酶还可以用于食品工业中的食品加工,例如制作奶油和巧克力等产品。
微生物发酵生产脂肪酶不仅可以提高脂肪酶的产量和活性,还可以拓宽其应用领域。
微生物脂肪酶的纯化方法概述
微生物脂肪酶的纯化方法概述摘要:脂肪酶是一种重要的工业用酶,广泛应用于食品、精细化工、医药和能源等领域。
脂肪酶最主要的来源是通过微生物发酵生产。
本文综述了脂肪酶性质及应用,微生物脂肪酶的常规纯化方法和新型纯化方法,并展望了脂肪酶分离纯化的研究方向及前景。
关键词:微生物脂肪酶;纯化;常规分离纯化技术;新型分离纯化技术1.脂肪酶概述脂肪酶是一类特殊的酞基水解酶,其天然底物是油脂,主要水解由甘油和12碳原子以上的不溶性长链脂肪酸形成的甘油三酯,生成脂肪酸、甘油和甘油单酯或二酯。
同时还催化其他一些水不溶性酯类的水解、醇解、氨解、酯化、转酯化以及酯类逆向合成反应。
1.1脂肪酶的结构与性质在现代生物工程技术的参与下,人们对脂肪酶的结构研究也不断深入。
研究表明,脂肪酶是一种“丝氨水解酶”。
其活性中心都存在His-X-Y-Gly-Z-Ser-W-Gl或Y-Gly-His-Ser-W-Gly(W、X、Y、Z指非特异性氨基酸)相同或相似的一级结构氨基酸序列,在此基础上,His、Ser与另一种氨基酸残基(如CCL和GCL的Glu、RML和hPL的Asp等)一起构成脂肪酶催化活性中心的三元组;从结构功能的角度,脂肪酶中的丝氨酸-OH基既具有底物结合作用,又具有催化作用。
与大多数酶一样,脂肪酶的本质仍然是蛋白质,其氨基酸组成数目从270-641kd 不等,分子量处于25一100kd之间,等电点(Pl)在4-5之间不等。
脂肪酶的催化性质主要表现在催化甘油三酯的水解、催化酯交换和催化拆分手性化合物三个方面。
在催化油脂水解的反应中,脂肪酶表现出一定的脂肪酸特异性,其主要催化带12个碳原子以上的长链脂肪酸的甘油三酷,该反应可逆。
此外,来源不同的脂肪酶在催化油脂水解时还具有明显的轻基位置特异性。
1.2产脂肪酶微生物微生物脂肪酶的发现是在20世纪初,而国内直到60年代才开始了这方面的研究与开发,其中具有代表性的报道是,1967年中科院微生物所筛选得到解脂假丝酵母菌株,并于1969年制成酶制剂供应市场。
微生物发酵生产脂肪酶的研究进展
微生物发酵生产脂肪酶的研究进展微生物发酵生产脂肪酶是一种利用微生物代谢产物进行工业生产的常见方法。
脂肪酶是一类能催化脂肪水解的酶,广泛应用于食品、饲料、制药、油脂加工等行业。
本文将介绍微生物发酵生产脂肪酶的研究进展。
目前,微生物发酵生产脂肪酶的研究主要集中在两个方面:一是选择高效产酶菌种;二是优化培养条件。
在选择高效产酶菌种方面,研究者通常通过筛选野生菌株、突变菌株和重组菌株等方式寻找高产脂肪酶的菌种。
野生菌株通常是从自然环境中分离得到的菌株,具有较高的产酶能力。
突变菌株是通过诱变策略,如化学诱变、辐射诱变和基因工程等方法,使菌株中产酶相关基因发生突变,从而提高菌株产酶能力。
重组菌株是通过外源基因的插入或替换,引入脂肪酶基因到真核或原核微生物中,使其产生脂肪酶。
这些方法能够有效地提高微生物产酶能力,但同时也存在一些问题,如酶稳定性差、表达调控困难等。
在培养条件优化方面,研究者通过研究微生物生长和酶合成的影响因素,如温度、pH 值、底物浓度、氮源和碳源等,以及添加辅助物质,如亲水剂和表面活性剂等,来提高脂肪酶的产量和活力。
研究者也通过反应工程等方法,调节培养条件的参数,如曝气速率、搅拌速率和培养时间等,来提高反应效率和酶的产量。
这些优化方法能够显著提高微生物发酵生产脂肪酶的效果,但仍存在一些技术难题,如酶底物收益低、酶的失活等。
为了提高微生物发酵生产脂肪酶的经济效益,研究者还进行了离子液体溶剂优化、固定化酶技术、共代谢产酶和混合发酵等方面的研究。
离子液体溶剂是一种具有独特物理化学性质的溶剂,能够显著提高酶的催化活性和稳定性。
固定化酶技术是将酶固定在载体上,提高酶的稳定性和重复使用性。
共代谢产酶是在微生物代谢产物中添加脂肪酶的前体物质,通过微生物自身的代谢途径合成酶。
混合发酵是利用两种或多种不同的微生物菌株进行联合发酵,提高酶的产量和活力。
这些技术可以进一步提高脂肪酶的生产效率和经济效益。
微生物发酵生产脂肪酶是一种非常有潜力的方法,具有很多优点,如简单、高效、环保等。
脂肪酶的微生物生产技术综述
脂肪酶的微生物生产技术综述脂肪酶是一类催化脂肪水解的酶,在工业生产中具有广泛的应用。
传统的生产方法主要依赖于动物源脂肪提取,但存在成本高、工艺复杂等问题。
近年来,随着微生物生产技术的发展,利用微生物生产脂肪酶成为一种新的制备方法。
本文将对脂肪酶的微生物生产技术进行综述。
脂肪酶的微生物生产技术可以分为两大类:传统培养法和发酵工程法。
传统培养法主要是利用微生物本身产生的脂肪酶,在培养基中添加一定的诱导物质,刺激脂肪酶的合成。
常用的微生物有大肠杆菌、毕赤酵母、真菌等。
通过优化培养基成分、培养条件等因素,可以提高脂肪酶的产量和活性。
发酵工程法主要是通过基因工程手段改造微生物,使其能够高效表达目标脂肪酶的基因。
一般而言,利用真菌、大肠杆菌等基因工程菌株进行转基因技术的研究较多。
基因工程技术可以精确控制脂肪酶基因的表达,从而实现高效产酶。
同时,通过对菌株进行改造,还可以改善酶的稳定性、抗脂肪酸的能力等性能。
在微生物生产脂肪酶的过程中,存在一些关键技术需要克服。
首先是选择适宜的菌株。
不同的菌株对酶的产量和产酶条件有一定的要求,需要根据具体情况选择适宜的菌株。
其次是培养条件的优化。
如温度、pH值、培养基成分等因素对微生物生长和脂肪酶合成有重要影响,需要进行合理的调控。
此外,脂肪酶的分离纯化技术也是关键环节,通常采用离心、超滤、柱层析等方法进行分离纯化。
微生物生产脂肪酶的技术具有许多优点。
首先,可以避免对动物的依赖,减少对环境的影响,同时可持续生产,降低制备成本。
其次,基因工程技术的应用使得脂肪酶的产量和活性大幅度提高,可以满足工业需求。
此外,微生物生产脂肪酶的过程相对简单,易于规模化生产。
总之,微生物生产脂肪酶是一种新的制备方法,具有广阔的应用前景。
在今后的研究和开发中,需要进一步提高产酶菌株的稳定性和活性,改进酶的纯化技术,同时探索更多种类的微生物用于生产脂肪酶。
相信随着技术的发展,微生物生产脂肪酶的工艺将得到进一步完善和优化。
微生物脂肪酶的纯化方法概述
微生物脂肪酶的纯化方法概述摘要:脂肪酶是一种重要的工业用酶,广泛应用于食品、精细化工、医药和能源等领域。
脂肪酶最主要的来源是通过微生物发酵生产。
本文综述了脂肪酶性质及应用,微生物脂肪酶的常规纯化方法和新型纯化方法,并展望了脂肪酶分离纯化的研究方向及前景。
关键词:微生物脂肪酶;纯化;常规分离纯化技术;新型分离纯化技术1.脂肪酶概述脂肪酶是一类特殊的酞基水解酶,其天然底物是油脂,主要水解由甘油和12碳原子以上的不溶性长链脂肪酸形成的甘油三酯,生成脂肪酸、甘油和甘油单酯或二酯。
同时还催化其他一些水不溶性酯类的水解、醇解、氨解、酯化、转酯化以及酯类逆向合成反应。
1.1脂肪酶的结构与性质在现代生物工程技术的参与下,人们对脂肪酶的结构研究也不断深入。
研究表明,脂肪酶是一种“丝氨水解酶”。
其活性中心都存在His-X-Y-Gly-Z-Ser-W-Gl或Y-Gly-His-Ser-W-Gly(W、X、Y、Z指非特异性氨基酸)相同或相似的一级结构氨基酸序列,在此基础上,His、Ser与另一种氨基酸残基(如CCL和GCL的Glu、RML和hPL的Asp等)一起构成脂肪酶催化活性中心的三元组;从结构功能的角度,脂肪酶中的丝氨酸-OH基既具有底物结合作用,又具有催化作用。
与大多数酶一样,脂肪酶的本质仍然是蛋白质,其氨基酸组成数目从270-641kd 不等,分子量处于25一100kd之间,等电点(Pl)在4-5之间不等。
脂肪酶的催化性质主要表现在催化甘油三酯的水解、催化酯交换和催化拆分手性化合物三个方面。
在催化油脂水解的反应中,脂肪酶表现出一定的脂肪酸特异性,其主要催化带12个碳原子以上的长链脂肪酸的甘油三酷,该反应可逆。
此外,来源不同的脂肪酶在催化油脂水解时还具有明显的轻基位置特异性。
1.2产脂肪酶微生物微生物脂肪酶的发现是在20世纪初,而国内直到60年代才开始了这方面的研究与开发,其中具有代表性的报道是,1967年中科院微生物所筛选得到解脂假丝酵母菌株,并于1969年制成酶制剂供应市场。
脂肪酶的微生物生产技术综述
脂肪酶的微生物生产技术综述By 夏远川脂肪酶是一种普遍存在于动植物和微生物体内的酶,也是最早研究的酶类之一,早在1834年就有关于兔胰腺脂肪酶活性的报道。
[1]脂肪酶是一类特殊酯键水解酶,一般用于催化水解和合成反应,在油水界面上,它催化三酰甘油的酯键的水解,生成甘油一酯、甘油二酯或直接生成甘油和脂肪酸。
[2]脂肪酶还可催化酯类化合物的醇解、酯化、酯交换等反应,且不需要辅酶,在工业生产和研究工作中均有广泛应用。
[3]脂肪酶按作用时的适应温度可分为高温脂肪酶、中温脂肪酶、低温脂肪酶;按适宜pH可分为碱性脂肪酶、中性脂肪酶、酸性脂肪酶。
脂肪酶的主要工业应用方向:1、洗涤工业:在洗涤剂中添加脂肪酶可使洗涤剂对脂质类污渍的去除效果大大提高,并可减少表面活性剂及无机助剂(尤其是三聚磷酸钠)的用量,大大减少洗涤剂带来的环境污染。
用于洗涤剂的脂肪酶为碱性脂肪酶,在碱性范围内有活性、活性不受表面活性剂影响、对氧系漂白剂稳定、热稳定性好,并且由于大多数加酶洗涤剂都适当配有蛋白酶,因此用于洗涤剂的脂肪酶还应具抗蛋白酶降解的能力。
[4]1988年,丹麦NOVO公司将碱性脂肪酶应用于洗涤剂中并推向市场。
1992年,这家公司构建了商业上第一株产脂肪酶菌株。
[1]2、食品工业:油脂改性是食品加工过程中的一个重要环节,脂肪酶可通过催化酯交换、酯转移、水解等反应,改变油脂的的物理化学性质,使便宜的、营养价值低的油脂升级为昂贵的、营养价值高的油脂;此外脂肪酶还可用于合成广泛应用于食品工业的糖酯类产品、合成不带副产物或毒性物质的芳香味酯类化合物、合成抗坏血酸酯类抗氧化剂如异抗坏血酸等。
[5]3、造纸工业:使用脂肪酶处理纸浆可减少胶黏物(绝大多数胶黏物都含有大量酯键)对造纸毛毯网间空隙的堵塞,提高纸机的运行效率和成纸品质,并降低环境污染,减少废水处理的负荷。
此外脂肪酶脱墨技术在废纸利用方面也起到非常大的作用,与传统脱墨技术相比脱墨效果更好环境污染更低,具有很大的优势。
脂肪酶综述
脂肪酶综述脂肪酶综述摘要:脂肪酶(Triacylglycerol lipase E C3.1.1.3)是广泛存在的一种酶,在脂质代谢中发挥重要的作用。
在油水界面上,脂肪酶催化三酰甘油的酯键水解,释放更少酯键的甘油酯或甘油及脂肪酸。
脂肪酶反应条件温和,具有优良的立体选择性,并且不会造成环境污染,因此,在食品、皮革、医药、饲料和洗涤剂等许多工业领域中均有广泛的应用。
本文着重介绍脂肪酶的特点及应用。
关键字:脂肪酶性质来源应用一、脂肪酶简介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。
它是分解脂肪的酶。
在动植物体和微生物中普遍存在,是一类特殊的酯键水解酶,催化如下反应:甘油三酯+ 水= 甘油+ 游离脂肪酸。
它的另一重要特征是只作用于异相系统,即在油(或脂) 一水界面上作用,对均匀分散的或水溶性底物无作用即使作用也极缓慢,因此脂肪酶也可说是专门在异相系统或水不溶性系统的油(脂) —水界面上水解酯的酶。
二、脂肪酶的来源脂肪酶广泛的存在于动植物和微生物中。
植物中含脂肪酶较多的是油料作物的种子,如蓖麻籽、油菜籽,当油料种子发芽时,脂肪酶能与其他的酶协同发挥作用催化分解油脂类物质生成糖类,提供种子生根发芽所必需的养料和能量;动物体内含脂肪酶较多的是高等动物的胰脏和脂肪组织,在肠液中含有少量的脂肪酶,用于补充胰脂肪酶对脂肪消化的不足,在肉食动物的胃液中含有少量的丁酸甘油酯酶。
在动物体内,各类脂肪酶控制着消化、吸收、脂肪重建和脂蛋白代谢等过程;细菌、真菌和酵母中的脂肪酶含量更为丰富(Pandey等)。
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p H、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,适合于工业化大生产和获得高纯度样品,因此微生物脂肪酶是工业用脂肪酶的重要来源,并且在理论研究方面也具有重要的意义。
微生物发酵生产脂肪酶的研究进展
微生物发酵生产脂肪酶的研究进展脂肪酶是一种通过加速脂肪的加水分解而使其水解成胆固醇、甘油、游离脂肪酸等组分的生物催化剂。
脂肪酶已经广泛应用于食品、乳制品、制药、皮革等行业,因此其生产研究具有重要意义。
微生物发酵是目前最主要的脂肪酶生产方法之一,本文详细介绍了微生物发酵生产脂肪酶的研究进展。
1. 常用微生物种类微生物发酵生产脂肪酶常用的微生物种类有真菌、细菌、放线菌、酵母等。
其中最常用的微生物是霉菌和细菌。
霉菌对不同类型的底物都具有良好的酶活性,但是其生长速度较慢,反应时间长。
细菌则生长速度快,能够迅速产生大量的酶,但是它们的适应能力较差。
2. 脂肪酶生产工艺流程微生物发酵法生产脂肪酶的具体工艺流程大致分为以下几个步骤。
(1)培养基的制备:首先需要制备含有所需营养物质的培养基。
一般来说,优质的培养基含有碳源、氮源、微量元素、维生素等。
(2)微生物的接种:将所选的微生物菌株接种到培养基中,并进行预培养。
(3)发酵过程中的条件调控:这一步的关键在于对发酵过程的控制,包括温度、pH 值、培养时间等因素。
(4)分离纯化:分离、纯化和测量酶的本质是为了得到高纯度、活性较高的脂肪酶产品。
3. 研究进展(1)发酵条件的优化脂肪酶活性的提高对生产工艺的产率和经济效益都有着重要的意义。
为此,研究者通过对发酵温度、pH值、氮源等条件进行优化,成功提高了脂肪酶的产量和酶活。
例如,Jamil Khaskheli等发现,酵母菌Candida rugosa生产脂肪酶的酶活性受到温度影响较大,并在32℃的条件下达到最大值。
(2)遗传工程改造遗传工程技术在脂肪酶生产领域也已经得到广泛应用。
相关研究表明,基于DNA重组技术可以对脂肪酶的生产菌株进行改造,提高酶的稳定性和催化效率。
例如,一项由瑞典Karolinska Institute的研究人员完成的研究表明,通过在大肠杆菌中表达脂肪酶基因,可以显著提高脂肪酶的产量和催化效率。
(3)新型菌株的筛选与发现是时候采用新型菌株用于脂肪酶生产。
脂肪酶的微生物生产技术综述(优选参考)
脂肪酶的微生物生产技术综述By 夏远川脂肪酶是一种普遍存在于动植物和微生物体内的酶,也是最早研究的酶类之一,早在1834年就有关于兔胰腺脂肪酶活性的报道。
[1]脂肪酶是一类特殊酯键水解酶,一般用于催化水解和合成反应,在油水界面上,它催化三酰甘油的酯键的水解,生成甘油一酯、甘油二酯或直接生成甘油和脂肪酸。
[2]脂肪酶还可催化酯类化合物的醇解、酯化、酯交换等反应,且不需要辅酶,在工业生产和研究工作中均有广泛应用。
[3]脂肪酶按作用时的适应温度可分为高温脂肪酶、中温脂肪酶、低温脂肪酶;按适宜pH可分为碱性脂肪酶、中性脂肪酶、酸性脂肪酶。
脂肪酶的主要工业应用方向:1、洗涤工业:在洗涤剂中添加脂肪酶可使洗涤剂对脂质类污渍的去除效果大大提高,并可减少表面活性剂及无机助剂(尤其是三聚磷酸钠)的用量,大大减少洗涤剂带来的环境污染。
用于洗涤剂的脂肪酶为碱性脂肪酶,在碱性范围内有活性、活性不受表面活性剂影响、对氧系漂白剂稳定、热稳定性好,并且由于大多数加酶洗涤剂都适当配有蛋白酶,因此用于洗涤剂的脂肪酶还应具抗蛋白酶降解的能力。
[4]1988年,丹麦NOVO公司将碱性脂肪酶应用于洗涤剂中并推向市场。
1992年,这家公司构建了商业上第一株产脂肪酶菌株。
[1]2、食品工业:油脂改性是食品加工过程中的一个重要环节,脂肪酶可通过催化酯交换、酯转移、水解等反应,改变油脂的的物理化学性质,使便宜的、营养价值低的油脂升级为昂贵的、营养价值高的油脂;此外脂肪酶还可用于合成广泛应用于食品工业的糖酯类产品、合成不带副产物或毒性物质的芳香味酯类化合物、合成抗坏血酸酯类抗氧化剂如异抗坏血酸等。
[5]3、造纸工业:使用脂肪酶处理纸浆可减少胶黏物(绝大多数胶黏物都含有大量酯键)对造纸毛毯网间空隙的堵塞,提高纸机的运行效率和成纸品质,并降低环境污染,减少废水处理的负荷。
此外脂肪酶脱墨技术在废纸利用方面也起到非常大的作用,与传统脱墨技术相比脱墨效果更好环境污染更低,具有很大的优势。
微生物发酵生产脂肪酶的研究进展
微生物发酵生产脂肪酶的研究进展脂肪酶是一类在水和脂质之间催化酯键水解的生物催化剂,主要作用是将脂肪分解为甘油和脂肪酸。
在工业上,脂肪酶的应用主要体现在油脂加工、生物柴油生产、清洁化工等方面。
传统上,脂肪酶主要通过从动物来源(如猪胰脂肪酶)或者从真菌来源(如木霉酶)进行提取。
这种提取方式存在技术成本高、产品稳定性差等问题。
利用微生物进行发酵生产脂肪酶成为了许多研究者的关注焦点。
在微生物发酵生产脂肪酶的研究中,重点关注的是优良的脂肪酶生产菌株的筛选和培养条件的优化。
近年来,许多研究者利用传统的微生物发酵方法进行筛选,同时结合现代生物技术手段加以改进。
一些脂肪酶高产菌株如嗜热菌、厌氧菌等被成功地开发出来,这些菌株不仅能够在较高温度下生存,而且对培养基的适应性较强,有望成为脂肪酶工业化生产的有力支撑。
利用基因工程技术改良传统的脂肪酶生产菌株,也成为当前研究的热点之一。
通过对菌株的代谢途径进行改造,使其能够更高效地合成脂肪酶,同时提高其稳定性和耐受性,为脂肪酶产业化生产提供了新的思路。
发酵条件的优化也是微生物发酵生产脂肪酶的关键。
温度、pH值、培养基成分等因素的合理控制,对于脂肪酶的产生和活性有着重要影响。
许多研究者通过设计实验方案,逐步优化发酵条件,使脂肪酶的产量和活性得到了显著提高。
采用包埋式发酵技术可以提高脂肪酶的稳定性和活性,通过改良培养基组分可以提高脂肪酶的产率等。
一些研究者通过联合发酵的方法,成功地将两种或多种微生物菌株结合在一起,使它们在相互共生的情况下,共同合成和分泌脂肪酶,从而提高了脂肪酶的产量。
与此利用生物技术手段对脂肪酶进行酶工程改造,也是微生物发酵生产脂肪酶的一个重要方向。
许多研究者通过对脂肪酶的结构与功能进行深入研究,成功地改造了脂肪酶的性质。
通过对脂肪酶的基因进行改造,使其在特定温度范围内更加稳定,同时具有更高的催化效率。
这些改造为脂肪酶的工业化应用打下了坚实的基础。
微生物发酵生产脂肪酶的研究在过去的几年中取得了长足的进展。
脂肪酶的生产原理及应用
脂肪酶的生产原理及应用前言脂肪酶是一种酶类,其主要作用是加速脂肪的降解反应。
脂肪酶的生产原理和应用在生物技术领域中具有重要的意义。
本文将介绍脂肪酶的生产原理以及其在食品、医药和环境等方面的应用。
生产原理脂肪酶的生产主要通过微生物发酵得到。
下面将介绍脂肪酶的生产原理。
1.微生物选择:选择合适的微生物菌株对脂肪酶的生产至关重要。
常用的微生物菌株有放线菌、毛霉、酵母等。
2.培养基配方:合理的培养基配方是脂肪酶生产的基础。
培养基中应提供合适的碳源、氮源、矿物盐和生长因子。
3.发酵条件控制:合理的发酵条件对脂肪酶的生产影响巨大。
发酵温度、pH值和发酵时间是影响脂肪酶生产的关键因素。
一般来说,脂肪酶在温度为30-40℃,pH值为7-8的条件下生产效果较好。
4.酶提取和纯化:经过发酵得到的发酵液中含有脂肪酶,需要提取和纯化以得到高纯度的酶。
常用的方法有沉淀法、超滤法等。
脂肪酶的应用脂肪酶在食品、医药和环境等领域具有广泛的应用。
下面将介绍脂肪酶在不同领域中的应用情况。
食品领域1.食品加工:脂肪酶可用于食品加工过程中的油脂酯化反应和水解反应,用于改善食品的质地、口感和保鲜性。
2.乳制品工业:脂肪酶可用于乳制品中乳脂肪的酯化反应,用于改善乳品的风味和乳脂质的稳定性。
3.面包工业:脂肪酶可用于面包制作过程中的面糊脂肪分解,用于改善面包的质地和延长保鲜期。
医药领域1.药物制剂:脂肪酶可用于药物制剂的制备过程中的脂肪酯水解反应,用于改善药物的溶解性和生物利用度。
2.肥胖症治疗:脂肪酶可用于治疗肥胖症,通过促进脂肪的降解和消化,达到减重的目的。
环境领域1.油污处理:脂肪酶可用于油污处理过程中的脂肪降解反应,用于减少油污对环境的污染。
2.生物柴油制备:脂肪酶可用于生物柴油的制备过程中的酯交换反应,用于提高生物柴油的产量和质量。
总结脂肪酶的生产原理主要通过微生物发酵得到,需要选择合适的微生物菌株、合理的培养基配方以及控制合适的发酵条件。
微生物发酵生产脂肪酶的研究进展
微生物发酵生产脂肪酶的研究进展脂肪酶是一种能够催化脂肪水解的生物催化剂,具有广泛的应用价值。
传统上,脂肪酶主要来源于动物和植物,但这种来源有限,且提取成本较高。
因此,利用微生物产生脂肪酶,已成为一种重要的研究方向。
1. 高效性微生物能够以相对较低的成本产生大量的脂肪酶。
与传统的提取方法相比,微生物发酵的生产成本更低,且生产效率更高。
2. 可控性通过微生物培养条件的控制,可以调整菌株生长速率和代谢途径,从而提高脂肪酶的产量和质量。
3. 环保性微生物发酵生产脂肪酶不会产生大量废水、废气和废渣,因此对环境的影响相对较小。
1. 菌株的筛选目前已发现许多微生物能够产生脂肪酶,包括细菌、真菌、放线菌等。
研究人员通过对这些微生物进行筛选和鉴定,找到了一些产酶能力强、生长速度快及对环境适应性强的菌株,如亚克力酸杆菌、枯草芽孢杆菌、壳聚糖酵母等。
2. 发酵条件的优化微生物发酵生产脂肪酶的效率和质量与发酵条件密切相关。
研究人员通过改变温度、pH值、氧气供应、营养物质的添加等发酵条件来优化发酵过程,以提高菌株的产酶能力。
例如,微生物在生长时有不同的饥饿情况,而饥饿则可能促进脂肪酶的分泌。
因此,通过控制营养物质的供应可以促进脂肪酶的分泌。
3. 提高酶的稳定性和活性脂肪酶在应用中需要满足较高的稳定性和活性要求。
研究人员通过结构改造、添加化学试剂等手段来增强脂肪酶的稳定性和活性。
4. 增强脂肪酶的催化效率脂肪酶的催化效率与其结构和催化机制密切相关。
研究人员通过对脂肪酶的结构和催化机制进行深入研究,探寻活性位点的作用,并进行相应的脂肪酶改造,以提高其催化效率。
综合来说,微生物发酵生产脂肪酶具有很大的发展前景。
未来,研究人员可以通过进一步提高产酶菌株的选育和发酵条件的优化,以及对酶的结构和催化机制的深入研究,来实现脂肪酶产量和质量的大幅度提高,以满足不断增长的市场需求。
脂肪酶的综述
食品与药品 Food and Drug 2007年第 9 卷第 12期脂肪酶的研究进展张中义,吴新侠(郑州轻工业学院食品与生物工程系,河南郑州 450002)摘要:对脂肪酶菌种来源、催化活性中心构成对酶活性的影响及工业应用的研究进展作一综述。
关键词:脂肪酶;催化作用;应用中图分类号:Q 55 文献标识码: A 文章编号:1672-979X(2007)12-0054-031前景与展望脂肪酶来源不同,导致结构和性质的多样性、不稳定性,使脂肪酶研究进展较慢。
固定化脂肪酶可重复利用,提高酶稳定性、有利于实现工业化生产,降低生产成本。
目前,脂肪酶固定化因其经济性和技术可靠性,离产业化还有相当大的差距,需对脂肪酶载体、固定化技术作深入研究。
今后,脂肪酶研究需生物遗传、生物化工、仪器分析、食品工程等领的研究人员通力合作,筛选新的工业脂肪酶菌株,以解决工业生产和保护环境问题。
2 脂肪酶结构和分子生物学研究2.1 脂肪酶的结构脂肪酶分子由亲水、疏水两部分组成,活性中心靠近分子疏水端。
脂肪酶结构有 2 个特点:(1)脂肪酶都包括同源区段:His-X-Y-Gly-Z-Ser-W-Gly或Y-Gly-His-Ser-W-Gly(X、Y、W、Z 是可变的氨基酸残基);(2)活性中心是丝氨酸残基,正常情况下受 1个α-螺盖保护;(3)多数脂肪酶都有 1 个螺旋片段,一般称为“盖子”,当酶处于闭合状态时,活性位点被“盖子”覆盖。
当存在脂质微囊时,“盖子”打开与其结合,催化脂肪水解。
Secundo[4]研3种脂肪酶是:柱状假丝酵母脂肪酶(Candida rugosalipase, CRL),莓实假单胞菌脂肪(Pseudomonasfragilipase,PFL)和枯草杆菌脂肪酶A(Bacillussubtilisli-pase A, BSLA)。
用 CRL同工酶 3 代替 CRL 同工酶 1的盖子结构时,脂肪酶在有机溶剂中的活性和立体选择性都有降低。
脂肪酶综述范文
脂肪酶综述范文脂肪酶是一类能够催化脂肪分解的酶,它在生物体中起到重要的作用。
本文将就脂肪酶的结构、功能和应用展开综述,以及一些相关的研究进展。
脂肪酶是一类水解酶,它主要催化甘油脂的水解反应,将甘油和脂肪酸分解成甘油和游离脂肪酸。
脂肪酶的分解作用对于生物体的能量供应和营养吸收非常重要。
在人体中,脂肪酶主要存在于胰液和肠道中,协助脂肪的消化吸收。
此外,脂肪酶还能催化其他脂质类物质的水解,如酯、磷脂等。
脂肪酶的结构非常多样,包括蛋白质、糖蛋白、脂质部分和辅助因子等。
研究表明,脂肪酶的活性主要与其催化部位和辅助因子有关。
催化作用的部位主要是一些亲水性氨基酸残基,如丝氨酸、谷氨酸等。
辅助因子则可以改变酶的构象、稳定其活性或提供其它功能。
此外,脂肪酶的结构与功能也受到基因的调控。
脂肪酶在医学和食品工业中有着广泛的应用。
在医学领域,脂肪酶在临床诊断、药物研发和治疗等方面发挥着重要作用。
例如,通过检测血液中的脂肪酶活性可以帮助诊断胰腺炎、胆囊炎等疾病。
在药物研发方面,脂肪酶也是一个重要的靶点,许多抗肥胖和抗高脂血症药物的研究与脂肪酶的抑制有关。
此外,脂肪酶还可以用于脂肪酸的合成、生物柴油的生产等方面。
近年来,关于脂肪酶的研究也取得了很大的进展。
通过对脂肪酶基因的研究,科学家们发现了与肥胖、高脂血症等疾病相关的突变,并开展相应的治疗研究。
此外,一些研究还表明脂肪酶在肠道微生物的代谢中起着重要作用,通过改变脂肪酶的活性或者菌群的结构,可以影响人体的脂质代谢和肠道健康。
综上所述,脂肪酶是一类能够催化脂肪分解的重要酶类。
它的结构和功能多样,在医学和食品工业等领域有着广泛的应用。
近年来,与脂肪酶相关的研究也取得了很大的进展,为深入理解脂肪代谢和相关疾病的发生提供了重要的理论和实证依据。
随着研究的不断深入,相信脂肪酶的结构和功能将会揭示更多的秘密,为相关领域的应用和治疗提供更多的可能性。
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脂肪酶的微生物生产技术综述By 夏远川脂肪酶是一种普遍存在于动植物和微生物体内的酶,也是最早研究的酶类之一,早在1834年就有关于兔胰腺脂肪酶活性的报道。
[1]脂肪酶是一类特殊酯键水解酶,一般用于催化水解和合成反应,在油水界面上,它催化三酰甘油的酯键的水解,生成甘油一酯、甘油二酯或直接生成甘油和脂肪酸。
[2]脂肪酶还可催化酯类化合物的醇解、酯化、酯交换等反应,且不需要辅酶,在工业生产和研究工作中均有广泛应用。
[3]脂肪酶按作用时的适应温度可分为高温脂肪酶、中温脂肪酶、低温脂肪酶;按适宜pH可分为碱性脂肪酶、中性脂肪酶、酸性脂肪酶。
脂肪酶的主要工业应用方向:1、洗涤工业:在洗涤剂中添加脂肪酶可使洗涤剂对脂质类污渍的去除效果大大提高,并可减少表面活性剂及无机助剂(尤其是三聚磷酸钠)的用量,大大减少洗涤剂带来的环境污染。
用于洗涤剂的脂肪酶为碱性脂肪酶,在碱性范围内有活性、活性不受表面活性剂影响、对氧系漂白剂稳定、热稳定性好,并且由于大多数加酶洗涤剂都适当配有蛋白酶,因此用于洗涤剂的脂肪酶还应具抗蛋白酶降解的能力。
[4]1988年,丹麦NOVO公司将碱性脂肪酶应用于洗涤剂中并推向市场。
1992年,这家公司构建了商业上第一株产脂肪酶菌株。
[1]2、食品工业:油脂改性是食品加工过程中的一个重要环节,脂肪酶可通过催化酯交换、酯转移、水解等反应,改变油脂的的物理化学性质,使便宜的、营养价值低的油脂升级为昂贵的、营养价值高的油脂;此外脂肪酶还可用于合成广泛应用于食品工业的糖酯类产品、合成不带副产物或毒性物质的芳香味酯类化合物、合成抗坏血酸酯类抗氧化剂如异抗坏血酸等。
[5]3、造纸工业:使用脂肪酶处理纸浆可减少胶黏物(绝大多数胶黏物都含有大量酯键)对造纸毛毯网间空隙的堵塞,提高纸机的运行效率和成纸品质,并降低环境污染,减少废水处理的负荷。
此外脂肪酶脱墨技术在废纸利用方面也起到非常大的作用,与传统脱墨技术相比脱墨效果更好环境污染更低,具有很大的优势。
[6]4、皮革生产:脂肪酶应用于制革和毛皮加工过程中的脱脂,相对于传统的脱脂方法具有脱脂均匀、脱脂废液中的油脂更易分离回收、减少甚至不使用表面活性剂、降低生产成本、提高成品质量等诸多优点,将碱性脂肪酶与脱脂剂在碱性条件下进行毛革两用皮革的脱脂,可大大提高脱脂效果。
[7]此外脂肪酶在饲料工业、生物表面活性剂、化妆品、生物传感、聚合物合成、手性化合物拆分、生物柴油等方面都具有重要的应用前景。
由于微生物生长繁殖快、所产脂肪酶种类多、微生物脂肪酶具有比动植物来源的脂肪酶更广的作用条件范围,且多为胞外酶,更适合于工业规模生产和获得高纯度产品,因此成为工业用脂肪酶的主要来源。
[7]上世纪初,微生物学家Eijjkmann发现了微生物脂肪酶并报道了一些能够产生和分泌脂肪酶的细菌,从此拉开了微生物脂肪酶研究的序幕,80年代后期至今,非水解酶学与界面酶学的理论研究及工业应用取得了突破性进展,极大促进了微生物脂肪酶的开发利用。
[1]产脂肪酶的微生物在自然界中分布广泛,如植物油处理加工厂、工业废水、牛奶厂及被油污染的环境中均可以筛选到产脂肪酶的微生物,国内外研究较多的有根霉脂肪酶、曲霉脂肪酶、青霉脂肪酶、毛霉脂肪酶、地酶脂肪酶和细菌脂肪酶。
[8]在不同条件下进行菌种选育可得到适宜不同生产条件的脂肪酶的生产菌种。
一、菌种的分离筛选(一)采样应从富含油脂的环境中采取样品进行筛选,常见的有:1、食堂餐厅和小餐馆排污处、户外烧烤摊、厨房、油脂化工厂排污池等长期被油脂污染的土壤、油垢、污水。
2、小笼包蒸屉垫等经常接触油脂的家居用品。
3、产油作物如菜籽等。
4、如需筛选能生产在特殊条件下保持活性的脂肪酶的菌种,则需相应改变取样范围。
例:付建红等人[9]在2009年公开的专利中,筛选低温条件下保持活性的脂肪酶的生产菌时采取的样本为新疆高寒地区的含油冻土样本。
(二)富集培养用于筛选脂肪酶生产菌的富集培养基含有酯类物质,通常为橄榄油或聚乙烯醇橄榄油乳化液,根据所需脂肪酶的不同调节pH和培养温度。
刘瑞娟等人[10]在2009年发表的文章中,低温碱性脂肪酶产生菌筛选时使用了pH值为9.5的富集培养基。
[10](三)分离鉴定初筛通常使用平板指示剂法,根据所使用指示剂不同有以下几种常用方法:1、维多利亚蓝B指示剂染料法:通过在含酯类的培养基中加入维多利亚蓝B来筛选脂肪酶产生菌,能产生脂肪酶的菌落会在平板上形成蓝色增色圈。
[11]2、三丁酸甘油酯琼脂平板透明圈法:在培养基中添加三丁酸甘油酯乳化液,对待分离样本进行培养,根据菌株是否生长及菌株透明圈的大小对菌株进行性质分类,圈大且清晰的为优良的生产菌株。
[12]3、罗丹明B平板测定法:在含酯类的培养基中添加罗丹明B来筛选脂肪酶产生菌,产脂肪酶的菌株会在平板上形成红色水解圈,在350nm的紫外光下,水解圈具有橘黄色荧光。
[13]4、溴甲酚紫显色培养基测定法:在含酯类的培养基中添加溴甲酚紫,产脂肪酶的菌株会在平板上形成黄色的水解圈。
[14]复筛时除使用平板法外还可使用摇瓶法:在发酵培养基中培养菌株,离心后测定脂肪酶活性,筛选出产脂肪酶能力更强的菌株,多次重复即可筛选出样本中产脂肪酶能力最强的菌株。
如王莎莉等人[15]在2016年使用添加有橄榄油和曲拉通的复筛/发酵培养基,筛选得到单位酶活为2.14U/mL的高产脂肪酶菌株。
摇瓶法与平板法的不同在于其在测定菌株是否产脂肪酶的基础上测定了菌株产脂肪酶的能力,因此比平板法更适用于复筛阶段。
摇瓶法的核心在于测定酶活,常用的脂肪酶活性检测方法有碱滴定法、对硝基苯酚法和铜皂法[16]:1、碱滴定法:以橄榄油作为底物,酚酞作为指示剂,使用NaOH标准溶液进行滴定,滴定时的空白对照组采用95%乙醇使脂肪酶样品失活。
此法脂肪酶酶活力单位定义为:在一定条件下,1min释放出1mol 脂肪酸的酶量定义为一个脂肪酶活力单位(U)。
碱滴定法稳定性较差,易产生误差,但耗时较短,可用于粗略的测定。
2、对硝基苯酚法:以对硝基苯酚棕榈酸酯作为底物,加入样品酶反应一定时间后以乙醇或丙酮终止反应,在405nm测定吸光度并根据对硝基苯酚的吸光度-浓度曲线计算生成的对硝基苯酚浓度,进而计算出酶活力。
此法脂肪酶酶活力单位定义为:在一定条件下,1min释放出1mol 对硝基苯酚的酶量定义为一个脂肪酶活力单位(U)。
江慧芳等人[16]在2007年发表的文章中将终止反应的乙醇或丙酮改为三氯乙酸,使反应终止方法更有效,相对碱滴定法而言结果更稳定、重复性更好,且比铜皂法用时更短,是进行大量脂肪酶活力的快速测定的较好选择。
3、铜皂法:铜皂法通过在脂肪酸中加入Cu+化合物作为显色剂,形成绿色络合物后测定吸光度为原理。
通常采用橄榄油为底物,与样品酶反应后采用苯或甲苯萃取生成的脂肪酸,加入显色剂后在710nm下测定吸光度,并根据油酸标准溶液吸光度工作曲线计算生成的脂肪酸量,进而计算出酶活力。
此法脂肪酶酶活力单位定义为:在一定条件下,1min释放出1mol 脂肪酸的酶量定义为一个脂肪酶活力单位(U)。
铜皂法结果稳定重复性好但用时较长,适用于脂肪酶活力的精确测量。
以上三种常用的脂肪酶活测定方法中,碱滴定法属于滴定分析法,对氨基苯酚法和铜皂法属于光谱法;此外还有许多利用脂肪酶的水解特性来测定脂肪酶活性的方法[1]:色谱法、放射性、界面张力测量学、比浊法、电导分析法、免疫法、显微镜观察法等。
根据轻工业联合会提出的GB/T 23535-2009脂肪酶制剂国家标准中,测定脂肪酶(以淀粉质(或糖质)为原料,经微生物发酵、提纯制得的中性脂肪酶制剂)酶活的方法为碱滴定法。
[17]二、菌种的改良(一)自然选育:不经人工处理,利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程称为自然选育。
李扬等人[18]从小笼包蒸屉垫中筛选得到了两株脂肪酶高产菌株J2和J3,分别属于出芽短梗霉属的两个变体,以对硝基苯酚法测得J2和J33发酵上清液中的脂肪酶酶活分别为10.61U/mL和14.43U/mL。
(二)诱变育种:诱变育种即利用人为添加的诱变剂处理微生物细胞以提高基因突变频率,再通过适当的筛选方法获得所需要的高产菌种的育种方法。
常用的诱变剂包括物理、化学和生物三大类。
1、物理诱变剂:常用的物理诱变剂有:紫外线、快中子、X射线、β射线、γ射线、激光。
袁强等人[19]采用紫外诱变的方法对产脂肪酶的细菌菌株进行诱变和筛选,得到诱变株命名为U12,脂肪酶酶活(60.25U/mL)比原始相对出发菌株酶活提高220%,经五次传代实验平均酶活为58.63U/mL,相对诱变原菌降低2.69%。
周延等人[20]研究了从土壤中筛选的脂肪酶产生菌,利用紫外线、快中子、快中子和磁场复合、γ射线、γ射线和磁场复合进行诱变育种,得到一株酶活为396.22U/mL的诱变株,比出发菌株高92倍。
在后续研究中初步探讨了快中子、γ射线及磁场复合处理在脂肪酶产生菌中诱变的作用,认为三种方法中,在产脂肪酶的诱变中,快中子诱变更为有效。
郑敏等人[21]利用XeCl准分子紫外激光照射少根根霉孢囊孢子,筛选到8株脂肪酶活提高幅度10%以上的菌株,其中包括一株酶活较出发菌株提高55.1%的突变株。
2、化学诱变剂:可用于产脂肪酶的菌种选育的化学诱变剂有硫酸二乙酯(DES)、LiCl、亚硝基胍、盐酸羟胺等。
化学诱变剂一般不单独使用。
李忠英等人[22]以紫外线(UV)与硫酸二乙酯(DES)复合诱变处理,筛选出酶活为14.85U/mL的突变菌,比出发菌株提高48.2%。
苗长林等人[23]采用微博-亚硝基胍复合诱变法处理米黑根毛霉,筛选出一株酶活比出发菌提高105%的突变株。
3、生物诱变剂:常见的生物诱变剂有噬菌体和转座子,中文期刊中鲜少有此类方法对脂肪酶产生菌进行诱变育种的报道。
(三)杂交育种杂交育种是将不同菌株的遗传物质进行交换重组,使不同菌株的优良性状集中在重组体中。
杂交法局限大,杂交率低,因此利用此法选育脂肪酶高产菌株的报道很少。
但有与基因工程相结合的同源高效表达技术的研究。
如华中科技大学硕士研究生郭道义[24]通过运用PCR方法从高产脂肪酶的洋葱假单胞菌G63克隆了脂肪酶基因及其伴侣基因,将其克隆岛广泛宿主质粒pBBR1Tp载体上,构建质粒pBBR-LipAB,通过三亲杂交,在辅助质粒pRK2013的帮助下,使该基因在原始菌株中高效表达,所构建的工程菌较原始菌株酶活提高3.6倍。
(四)原生质体融合原生质体融合技术是将两个已经去细胞壁处理释放出原生质的细胞释放在高渗环境中,在助融剂或电场作用下使之发生细胞融合,实现遗传重组。
原生质体融合技术提供了充分利用遗传重组杂交的方法。
段学辉等[25]进行了假丝酵母和白地霉的原生质体融合研究,选育获得一株融合株CG16,其表型遗传性状和发酵性能稳定,产酶活力好,固态发酵脂肪水解酶活达到82.22U/g干物质,比亲本假丝酵母和白地霉的产酶活力分别提高了32%和171%。