王昌陵 曹永強(qiáng) 孫旭剛

摘要：脂肪酶固定化技術(shù)能夠解決催化不穩(wěn)定、不易回收等問題，實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作和提高催化效率。綜述固定化脂肪酶技術(shù)的主要類型和特點(diǎn)，總結(jié)固定化脂肪酶技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用情況?；谥久腹潭ɑ夹g(shù)的優(yōu)勢(shì)，展望其在食品生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：脂肪酶；固定化；食品；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TS201.1 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1674-1161（2023）03-0040-02

脂肪酶是一類以甘油酯類為底物、能在水油界面發(fā)生催化反應(yīng)的酶的總稱，被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、環(huán)境等領(lǐng)域。在實(shí)際應(yīng)用中，脂肪酶易受環(huán)境酸、堿性、溫度及重金屬離子等因素影響，穩(wěn)定性較差，且反應(yīng)后不易從產(chǎn)物中回收，應(yīng)用受到極大限制[1]。脂肪酶固定化技術(shù)能夠解決催化不穩(wěn)定、不易回收等問題，實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作和提高催化效率。該方法將脂肪酶固定在惰性載體上，能保持其活性，其催化性能主要取決于固定化材料和固定化方法。固定化材料要求具有良好的穩(wěn)定性，不受熱和化學(xué)等因素影響，與酶的親和性高，且不影響酶的催化活性。

1 脂肪酶的固定化技術(shù)

應(yīng)用脂肪酶固定化技術(shù)時(shí)，應(yīng)在遵循酶活力損失減少和穩(wěn)定性增強(qiáng)的原則下，根據(jù)特征和應(yīng)用目的來選擇適合的酶。根據(jù)酶與載體結(jié)合的方式，固定脂肪酶的方法主要有4種：吸附法、包埋法、交聯(lián)法和共價(jià)結(jié)合法。此外，也可采用聯(lián)合法提高固定化酶效率。載體可選用聚丙烯、葡聚糖凝膠和瓊脂糖等。

1.1 吸附法固定化

吸附法是通過疏水作用力、范德華力等微小的力將酶吸附到載體上，是一種簡單、直接的固定化方法，材料價(jià)格低廉，反應(yīng)作用條件溫和。吸附法主要分為離子交換吸附和物理吸附兩大類。

林海蛟等[2]以硅藻土為載體優(yōu)化固定化條件，在20 ℃條件下固定6 h后，酶活力較優(yōu)化前提高12.45%；以大孔樹脂為載體經(jīng)連續(xù)反應(yīng)后，大豆油的轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)率為70%，酶活殘余85%；天然黏土經(jīng)烷基化、羥基化改性處理后作為脂肪酶固定化載體，反復(fù)使用10次后脂肪酶仍能保持初始活性的77%。

1.2 包埋法固定化

包埋法是將酶包合在載體聚合物網(wǎng)絡(luò)中，底物和產(chǎn)物可以通過，而酶被保留其中，起有效保護(hù)和提高效率的作用。魯玉俠等[3]試驗(yàn)研究表明：以海藻酸鈉為載體固定化脂肪酶后，酶活力損失降低，催化底物反應(yīng)10次后活性仍能保持在95%以上；以海藻酸鹽、氫氧化鎂和氯化鈣包埋脂肪酶后，模擬胃液條件下（pH 4.0）脂肪酶微凝膠仍保持中性（pH 7.4），且在小腸液環(huán)境中消化80%的油脂[4]。

1.3 交聯(lián)法固定化

交聯(lián)法是采用多功能試劑使酶分子間進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)，酶分子與載體則通過化學(xué)鍵連接，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。盧建芳[4]以機(jī)械強(qiáng)度較高、耐熱性好的高分子松香為載體制備交聯(lián)脂肪酶，獲取的固定化酶熱穩(wěn)定性高，易于回收（回收率可達(dá)87%）；以氨基改性磁性凹土復(fù)合材料為載體，采用交聯(lián)法固定化脂肪酶后，酶的熱穩(wěn)定性和pH穩(wěn)定性提高，反復(fù)利用8次后活性仍達(dá)78%。

1.4 共價(jià)結(jié)合法固定化

共價(jià)結(jié)合法是酶的官能團(tuán)與載體之間形成共價(jià)鍵。以氨基為載體共價(jià)結(jié)合脂肪酶，戊二醛輔助交聯(lián)，固定化的脂肪酶比游離酶穩(wěn)定性提高，在室溫儲(chǔ)存條件下儲(chǔ)存18 d，仍能殘留70%的活性。

以改性磁性氧化石墨烯為氧化酶載體，采用戊二醛為交聯(lián)劑，由于磁性氧化石墨烯改性后具有強(qiáng)疏水性，因此在固定化過程中發(fā)生疏水性界面活化，使酶活性明顯提高，回收率為116.5%[5]。

1.5 聯(lián)合法固定化

聯(lián)合使用兩種或兩種以上的固化方法，能對(duì)單一方法起到互補(bǔ)促進(jìn)的效果。黃靜[6]以酸改性蛭石為載體，通過吸附聯(lián)合包埋法固定化脂肪酶，改性后的蛭石比表面積增多，孔隙結(jié)構(gòu)豐富，有利于酶分子接觸；酶活性測(cè)試結(jié)果顯示，儲(chǔ)存56 d后活力仍能保持60%。以環(huán)氧交聯(lián)劑新戊二醇二縮水甘油醚和硅藻土為載體，采用交聯(lián)-吸附方式對(duì)海洋脂肪酶固定化，回收率為73%，比硅藻土法提高11%[7]。

2 脂肪酶固定技術(shù)在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用

在食品工業(yè)中用酶替代化學(xué)催化劑，既有利于減少環(huán)境污染，又能夠提高食品安全性。固定化酶可以改善酶作用的穩(wěn)定性，對(duì)循環(huán)利用和實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)具有重要意義。

2.1 油脂純化改性

利用包埋聯(lián)合交聯(lián)法，以海藻酸鈉、羧甲基纖維素為載體，以戊二醛為交聯(lián)劑，對(duì)脂肪酶進(jìn)行固定后，將其用于菜籽油脫羧工藝中，脫酸率達(dá)到94.7%，與傳統(tǒng)堿法脫酸相比，酶法對(duì)保留菜籽油中生育酚和植物甾醇的有益微量物質(zhì)起到積極作用。

改性殼聚糖微球固定化脂肪酶，應(yīng)用于水解魚油制備多不飽和脂肪酸中。魚油經(jīng)作用后，單不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸含量下降，多不飽和脂肪酸增加，DHA、EPA含量顯著提升。5次重復(fù)使用固定化脂肪酶后，活性仍保持75%[8]。固定化脂肪酶催化甘油和魚油乙酯，經(jīng)酯交換反應(yīng)生產(chǎn)甘油三酯型魚油含量達(dá)82%，重復(fù)利用15次后甘油三酯含量仍可達(dá)74%，符合工藝指標(biāo)[9]。環(huán)氧樹脂固定化脂肪酶，催化合成丙二醇油酸單酯，產(chǎn)物純度可達(dá)84.7%，經(jīng)7次循環(huán)使用后，活力仍能保持初始的98%。

2.2 合成香味物質(zhì)

采用酶法以肉桂醇和乙酸乙烯酯為底物，催化生成乙酸肉桂酯。乙酸肉桂酯是食品中常用的香精，可以從植物中獲得，但產(chǎn)量較低；化學(xué)合成方法會(huì)造成環(huán)境污染，同時(shí)伴隨副反應(yīng)發(fā)生。采用物理吸附法制得固定化酶進(jìn)行催化，比游離酶的穩(wěn)定性強(qiáng)，轉(zhuǎn)化率可達(dá)92%[10]。固定化脂肪酶催化正癸醇和乙酸乙烯酯制得乙酸癸酯，轉(zhuǎn)化率達(dá)95%以上，游離酶粉的轉(zhuǎn)化率只有29%。經(jīng)過3 次利用后，轉(zhuǎn)化率仍可達(dá)89%[11]。以無水奶油為底物，經(jīng)固定化脂肪酶催化后，形成含硫酯風(fēng)味化合物，產(chǎn)物易獲得、回收率高、清潔環(huán)保。

2.3 生產(chǎn)其他物質(zhì)

蔗糖酯常作為表面活性劑在食品中應(yīng)用。蔗糖酯由蔗糖和月桂酸經(jīng)固定化脂肪酶催化而成，作用條件溫和，產(chǎn)物容易純化，色澤較淺。以抗壞血酸和棕櫚酸酯為底物，采用固定化脂肪酶對(duì)其進(jìn)行催化，生成脂溶性抗氧化劑抗壞血酸棕櫚酸酯，比游離酶法催化轉(zhuǎn)化率提高60%。以烏桕脂、山崳酸和硬脂酸為原料，在固定化脂肪酶催化下制備出低熱量類可可脂，得率達(dá)95%以上。

3 脂肪酶固定技術(shù)研發(fā)展望

脂肪酶固定化可以提高酶的穩(wěn)定性，保持催化活性。隨著新型材料和新方法的不斷出現(xiàn)，脂肪酶固定化技術(shù)隨之迅速發(fā)展。如介孔材料比表面積大、孔容高，可大大提高負(fù)載量。納米管作為一種新型材料，其內(nèi)表面具有很強(qiáng)的結(jié)合酶能力，起到穩(wěn)固、保持酶活力的作用。另外，玉米芯、米糠等糧食副產(chǎn)物也可作為固定化酶的載體。隨著人們對(duì)脂肪酶研究的不斷深入和固定化技術(shù)的創(chuàng)新，固定化脂肪酶將更廣泛地應(yīng)用于食品加工領(lǐng)域。

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Research on Immobilization Technology and Application of Lipase

WANG Changling， CAO Yongqiang， SUN Xugang

（Institute of Crop Research， Liaoning Academy of Agricultural Sciences， Shenyang 110161， China）

Abstract： Lipase immobilization technology can solve the problems of catalytic instability and not easy to recover， realize continuous operation and improve catalytic efficiency. This paper reviews the main types and characteristics of immobilized lipase technology， and summarize the application of immobilized lipase technology in the food industry. Based on the advantages of lipase immobilization technology， it looks forward to its application prospects in food production field.

Key words： lipase; immobilization; food; application