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。

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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。

三、脂肪酶的性质

1.脂肪酶的理化性质

脂肪酶是一类具有多种催化能力的酶，可以催化三酰甘油酯及其他一些水

不溶性酯类的水解、醇解、酯化、转酯化及酯类的逆向合成反应，除此之外还表现出其他一些酶的活性，如磷脂酶、溶血磷脂酶、胆固醇酯酶、酰肽水解酶活性等。脂肪酶不同活性的发挥依赖于反应体系的特点，如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。

脂肪酶的性质研究主要包括最适温度与pH、温度与pH稳定性、底物特异性等几个方面。迄今，已分离、纯化了大量的微生物脂肪酶，并研究了其性质，它们在分子量、最适pH、最适温度、pH和热稳定性、等电点和其他生化性质

方面存在不同。总体而言，微生物脂肪酶具有比动植物脂肪酶更广的作用pH、

作用温度范围，高稳定性和活性，对底物有特异性。

脂肪酶的催化特性在于：在油水界面上其催化活力最大，早在1958年Sarda和Desnnelv 就发现了这一现象。溶于水的酶作用于不溶于水的底物，反应是在2个彼此分离的完全不同的相的界面上进行。

2.脂肪酶催化活性的提高

由于游离脂肪酶在有机反应体系中容易失活，并且难于从反应物体系中回收，不能循环使用，导致生产成本较高。因此，为了使脂肪酶能够大规模应用于工业生产，人们致力于提高催化有机反应脂肪酶的活性和稳定性。

①增加脂肪酶在有机溶剂中的分散度

有机催化反应中，由于脂肪酶的水溶性蛋白质的本质，使其不能均匀分散于有机溶剂中，导致其催化活性不能得到充分发挥。因而可以通过某种方式增加脂肪酶在有机溶剂中的溶解度，以提高脂肪酶的催化性能。

②脂肪酶的固定化

固定化方法是生物催化剂实现其工业化应用的重要手段。脂肪酶可以通过固定化获得很强的操作稳定性好及可重复利用性，因而寻找适宜的固定化载体及探索新的简单可行的固定化技术一直是研究的热点。

四、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。

1.微生物脂肪酶的产生菌及筛选方法

Fagery 规定优良产酶菌株的标准应是短时、营养基质低廉、菌株易分离、胞外酶、非致病菌、不产生毒素、遗传性状稳定及对噬菌体不敏感等。目前,产脂肪酶菌株主要集中在根霉、曲霉、假丝酵母、青霉、毛霉、须霉及假单胞菌等。

2.微生物脂肪酶的发酵生产

脂肪酶液态发酵可采用分批发酵，补料分批发酵，连续发酵，反复分批发酵；而固态发酵一般只见于分批发酵。

五、脂肪酶的应用

1. 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33～39℃熔点棕榈油进行酯交换，制取类可可脂。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Bio．CatInc、Enzyme Industry、Troy、V A等公司已开始销售添加脂肪酶面包的生产设备。

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0.3～0.6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