脂肪酶特性与应用

饲料研究FEED RESEARCH NO .6,2011

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脂肪酶特性与应用

陈倩婷广州博仕奥集团

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，粮食产量很难提高。我国动物生产中饲料转化率低，猪、鸡和奶牛等的饲料转化率均比国际先进水平低0.3 %~0.6 %，使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，酶制剂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。

目前研究较多的饲用酶制剂有蛋白酶、甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶、木聚糖酶、纤维素酶及植酸酶等。脂肪酶也是一种重要的酶制剂，它能够水解脂肪（三脂酰甘油或三酰甘油）为一酰甘油、二酰甘油和游离脂肪酸，最终产物是甘油和脂肪酸。

产物脂肪酸为动物体生长和繁殖提供能量，部分中链脂肪酸能抑制肠道有害微生物，改善肠道菌落环境，从而促进消化，起到类似抗生素的作用，脂肪酶在常温常压下反应，反应条件温和，转化率高，具有优良的立体选择性，不易产生副产物，避免因化学催化法而带来的有害物质，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。

1 脂肪酶的特性

1.1 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：猪和牛等胰脂肪酶提取物；2）植物源脂肪酶，如：蓖麻籽和油菜等；3）微生物源性脂肪酶。由于微生物种类多、繁殖快且易发生遗传变异，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、青霉和木霉；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、黏质赛氏杆菌、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。1.2 特性1.2.1 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，反应在2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、开环反应和聚合等反应。

1.2.2 底物特异性

不同来源脂肪酶对底物不同碳链长度和饱和度脂肪酸表现出不同反应性，圆弧青霉和金黄色葡萄球菌脂肪酶水解短链(低于C 8)脂肪酸所形成的三脂酰甘油，黑曲霉和根霉对中等长链(C 8~C 12)脂肪酸形成的三脂酰甘油有强烈特异性，猪葡萄球菌脂肪酶偏爱磷脂为底物，也可以水解脂肪酸链长短不一的各种油脂。解脂无色杆菌对饱和脂肪酸表现出

收稿日期：2011 - 05 - 09

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特异性，而金黄色葡萄球菌脂肪酶对不饱和脂肪酸具有特异性。1.2.3 位置特异性

大部分脂肪酶作用于三脂酰甘油的初级位（1—位或3—位）酯键，即α型；葡萄球菌、黑曲霉和圆弧青霉等脂肪酶无位置专一性，能水解初级和次级位 （2—位）的酯键，即αβ型；白地霉对油酸甘油酯表现出强特异性。

来源于卡门柏青霉U-150和米曲霉的脂肪酶存在一类较特殊的脂肪酶，它仅作用于单脂酰或二脂酰甘油，而对三脂酰甘油完全不起催化作用，与三脂酰甘油脂肪酶一起使用时，能协助或加速三脂酰甘油的彻底水解，所以被称为单-双脂酰甘油脂肪酶。

1.2.4 立体特异性

酶作用的底物应具有特定的立体结构才能被催化。脂肪酶对三脂酰甘油立体对应结构1位和3位具有选择性水解能力，并且能够以不同的反应速率选择性催化2种对映体。Akesson 等发现，来源于荧光假单胞菌脂肪酶水解2—位和3—位酯键的二酰基甘油比水解它的对应体速度快得多。因此，可利用脂肪酶这种立体选择性进行动力学拆分得到高产率的光学活性产物。1.3 基本酶学性质

许多学者已分离并纯化了大量的微生物脂肪酶，并对其性质进行了研究，它们在相对分子质量、最适作用温度、热稳定性、最适pH、pH 稳定性、等电点和其他生化性质方面存在不同。1.3.1 相对分子质量

来源不同的微生物脂肪酶，其氨基酸组成不同，相对分子质量在2万~6万。1.3.2 最适作用温度和热稳定性

大多数脂肪酶最适作用温度为30~60 ℃，但也有些脂肪酶在较高或较低温度下有较高活力。Rathi 等从假单胞菌中分离的脂肪酶在100 ℃条件下能稳定存活，超过150 ℃仍有数秒钟半衰期。Bradoo 等培养嗜热脂肪芽孢杆菌得到耐热脂肪酶，在100 ℃条件下有15~25 min 半衰期。一般真菌脂肪酶最适作用温度相对较低，而细菌脂肪酶则较耐热。

在不同底物中，脂肪酶最适作用温度也不相同。Surinenaite 等研究发现，从假单胞菌3121-1中分

离一种脂肪酶，当以ρ-硝基苯丁酸酯（ρ-NPB）为底物时，脂肪酶最适作用温度为52 ℃，吐温-80为底物时，最适温度为50～60 ℃，橄榄油为底物时，则为50～65 ℃。1.3.3 最适作用pH 和pH 稳定性

脂肪酶的活力受pH 影响很大，pH 的变化可影响酶活性中心部位活性基团的解离，从而影响到酶与底物的结合或催化底物转变为产物。大多数脂肪酶最适pH 6~9，其中大部分真菌脂肪酶为碱性脂肪酶，如：曲霉、扩展青霉、凝结芽孢杆菌、产碱菌和肉色曲霉所产脂肪酶作用的最适pH 都为9，该类型脂肪酶具有广泛的pH 稳定范围，且稳定性良好，pH 5~10在加酶洗衣粉及洗涤剂量工业中有较大的应用价值。但也有一部分脂肪酶的最适值pH 偏酸性，蒋咏梅等得到的罗伦隐球酵母最适pH 只有5.4。

2 脂肪酶的应用

2.1 在饲料中的应用

脂肪在畜禽体内的作用主要是氧化供能，它含有的能量是糖类的2.25倍。在饲料中添加脂肪酶可以提高油脂的消化利用率，为动物体提供更多的能量，脂肪酶可提高饲料中的脂肪消化率，特别是可显著提高含脂量高的饲料，如：全脂米糠、高油玉米、干苜蓿粉、血粉和饼粕等，可提高能量饲料原料的表观消化能5 %~11 %，提高猪和禽增质量速度4 %~10 %，提高饲料利用率2 %~7 %，并减少粪便排泄量。同时，相应节约作为能量消耗的蛋白质，使其更好的用于生长，进而提高蛋白质效率；减少油脂的添加量；降低饲料成本；能补充幼禽和幼畜因消化机能尚未发育健全所造成的内源性消化酶分泌量的不足。因此，脂肪酶在鸡、猪和水产中有较广泛的研究与应用。2.1.1 在鸡饲养中的应用

幼龄家禽由于消化道酶尚未发育完善，对淀粉、脂肪和蛋白质的消化能力较弱，有必要添加外源性消化道酶以弥补内源酶的不足。雏鸡消化酶约在2周龄而脂肪酶约到21日龄才发育到高峰。因此，胰腺脂肪酶分泌不足是雏鸡对饲料利用的主要限制因素之一。

李杰等研究发现，肉鸡具有较快的生长速度不