微生物脂肪酶的研究與應用

劉虹蕾，繆 銘，江 波，張 濤

(江南大學食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇無錫 214122)

微生物脂肪酶的研究與應用

劉虹蕾，繆 銘，江 波*，張 濤

(江南大學食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇無錫 214122)

脂肪酶是一類能夠催化酯的水解反應以及在非水相體系中催化脂肪酸和醇類發生酯化反應的酶類。隨著酶學技術的快速發展，微生物脂肪酶也受到了越來越多的關注。作為生物催化劑，脂肪酶一直以來都是生物技術領域中最重要的一類酶。本文探討了脂肪酶的來源、理化性質、脂肪酶活力測定，同時對脂肪酶的非水相催化特性以及脂肪酶在食品工業，醫藥、洗滌劑、皮革、造紙和生物柴油工業領域中的應用進行了討論。

脂肪酶，酶活測定，非水相，食品工業應用

脂肪酶(三酰甘油酯水解酶，EC 3.1.1.3)，是一類廣泛存在于多種微生物中的生物催化劑。脂肪酶最早被發現可追溯至1901年，其天然作用底物為三脂酰甘油酯，能夠將酯鍵水解，釋放甘油二酯、甘油一酯、甘油以及游離脂肪酸。隨著非水酶學的發展，研究者發現，脂肪酶在非水相中能夠催化酯化、酯交換以及轉酯化反應，并且具有高度的選擇性和專一性，已廣泛應用于食品、醫藥、洗滌劑等行業。特別是在食品行業中得到了大量的應用，并逐漸成為食品領域中應用最為廣泛的酶類之一。但是，由于目前脂肪酶相對于傳統的化學催化劑的生產成本仍然偏高，這是制約脂肪酶工業化應用的主要問題，因此，在了解脂肪酶催化特性的基礎上，通過篩選高產菌株，或者改變脂肪酶催化環境等方法提高脂肪酶的產率和利用率，降低利用脂肪酶進行工業化生產的成本是目前急需解決的主要問題。

1 脂肪酶簡介

1.1 脂肪酶的來源

脂肪酶是一種普遍存在于生物體的酶類，具有重要的生理學意義，同時也具有工業化應用的潛在可能性。脂肪酶能夠催化三酰甘油酯水解成為甘油和游離脂肪酸，而在有機相中，脂肪酶則催化酯化、酯交換以及轉酯化反應。在真核生物體內，脂肪酶參與許多類脂化合物的代謝過程，包括脂肪的消化、吸收、利用以及脂蛋白的代謝。在植物中，脂肪酶存在于儲存能量的組織中。脂肪酶在微生物界分布很廣，大約65個屬微生物可產脂肪酶，其中細菌有28個屬、放線菌4個屬、酵母菌10個屬、其它真菌23個屬，但實際上微生物脂肪酶分布遠遠超過這個數目［1］。

1.2 常用微生物脂肪酶

目前，已經商品化的脂肪酶種類，據不完全統計約36種，其中植物性來源的不超過5種，其余均來源于微生物，其中既包括多種游離脂肪酶也包括固定化脂肪酶。幾種常見的微生物脂肪酶及其催化特性如表1所示。

1.3 微生物脂肪酶的理化性質

微生物脂肪酶分子量一般在19000～60000u［2］，大多數脂肪酶含碳水化合物糖蛋白2%～15%，以甘露糖為主。碳水化合物部分對于催化活性并無貢獻，Semerive等已證明R.arrhine脂肪酶自溶去除碳水化合物后具有更高的活性，而碳水化合物存在于脂肪酶中的作用至今尚不十分清楚。

1.4 微生物脂肪酶酶活力的影響因素

影響微生物脂肪酶活力的主要因素包括溫度，pH，以及重金屬離子等抑制劑。

微生物脂肪酶是一類在較寬泛的溫度范圍內具有較高活性的酶。多種脂肪酶的最適作用溫度在30～60℃之間，在較高和較低溫度下酶仍具有較高活性。有研究者發現，從一種桿菌中分離得到的耐熱脂肪酶，在60℃時酶活最高，在75℃高溫下保持30m in，仍然能夠保持100%酶活。一般來源于真菌的脂肪酶，其最適作用溫度相對較低，而來源于細菌的脂肪酶則較耐熱。同時有研究表明，同種脂肪酶在作用于不同底物時，其最適作用溫度往往存在一定的差異。

脂肪酶最適pH受來源、底物種類和濃度、緩沖液種類和濃度等諸多因素影響。大多數細菌脂肪酶最適pH在中性或堿性范圍內，pH穩定范圍一般在4.0～11.0之間。真菌脂肪酶pH穩定范圍也較寬，通常在4.0～10.0之間。

金屬離子的存在，對酶活的影響表現為兩種作用，一種為活化或激活作用，另一種則為抑制作用。金屬離子作為酶的活化劑，其機理可能為:金屬離子與酶蛋白結合，對酶的最佳構象起穩定作用，有利于底物的接近，并起著酶－金屬－底物三者間的誘導應變配位作用，從而活化或加強酶的催化活性。Sharon等發現，重金屬鹽(F2+、Zn2+、Hg2+、Fe3+)強烈抑制P.aerUgnosaKKA－5脂肪酶，這可能是由于這些離子能夠使酶的構象發生改變，從而使脂肪酶的催化活性得到提高;相反，如果金屬離子對酶的必需基團、活性部位生物活性的化學特性產生不利影響，或者對蛋白質分子以及蛋白質與其他物質之間的共價鍵產生破壞作用，就會使酶的活性受到抑制或者完全失活。Chartraint發現P.aeruginosa MB5001脂肪酶活性會被ZnSO4強烈抑制，CaC12和牛磺膽酸則對該酶活性則會起到促進作用。許多研究表明，金屬離子對于脂肪酶活性具有一定影響，但螯合劑(如EDTA等)對于酶活性影響并不像金屬離子那樣明顯。

表1 常見脂肪酶及其催化特性Table 1 The catalytic properties of common lipases

1.5 新型微生物脂肪酶的開發

脂肪酶的來源非常廣泛，多種微生物都能用于生產脂肪酶。隨著生物催化研究的不斷深入，脂肪酶應用領域迅速擴展。然而，能夠用于特定催化反應的脂肪酶數量并不多，或者催化活力不高，因此有關脂肪酶生產菌株的選育、脂肪酶的分子改造、脂肪酶的篩選和產酶條件研究仍然是目前研究的熱點。對新型微生物脂肪酶的挖掘和對已有微生物的產酶特性或者酶的改造是目前解決問題較為有效的方法。對于新型微生物脂肪酶的挖掘是目前酶學領域許多專家學者的研究熱點，大多對耐極端環境或對特殊環境具有耐受活力的微生物進行研究，通過傳統篩選手段篩選出某種特殊用途的脂肪酶。國外研究者在這一領域做出了非常有意義的工作。由于脂肪酶通常作用溫度較高，因此具有優良低溫活性的脂肪酶成為研究新熱點。Rashid等［3］人研究報道了從深海中篩選到一株產低溫脂肪酶的適冷假單胞菌，所產脂肪酶酶活性最適溫度為35℃。而為了得到適合于有機相催化的新型脂肪酶，Cardenas等人從969株菌中篩選得到10株脂肪酶生產菌，這些脂肪酶在水相和有機相中都具有活性。隨后又從從2000株菌中篩選得到40株菌，這些菌所產脂肪酶在有機相中能拆分為多種手性酸。

而對已有微生物的產酶特性或者酶的改造一般采用兩種手段:一種是純化得到酶蛋白后，從蛋白的基因水平上認識該酶，然后對該酶的基因進行克隆表達或者改造;另一種手段是采用傳統的誘變方法對微生物進行誘變處理，然后在研究產酶機制的基礎上對酶的生產進行調控，使得微生物高產脂肪酶。最常用的是采用紫外誘變處理微生物菌株，經處理后微生物所產酶的酶活可以提高幾倍到數倍。除了傳統的紫外誘變外，研究者也在積極探索一些新的誘變選育方法，如快中子、原生質體誘變以及離子束誘變等等。前一種改造手段是一種發展趨勢，但存在研究成本高、研究周期長等缺點;后者所采用的手段和技術相對較經濟，處理方法簡單，能在較短的時間內達到預期目的。因此在分子生物學快速發展的時代，傳統誘變和篩選方法仍是國內外育種工作者的首選。

2 脂肪酶活力的分析方法

目前已經發展出了很多的測定粗酶或者是純的脂肪酶酶活力測定方法。測定的主要基于兩種原理，一種是測定底物三酰甘油酯的消失速度，另一種則是測定脂肪酸或者是乳狀液澄清的速率。

2.1 固體培養基測定法

測定在制作瓊脂平板時加入脂肪酶的底物及有色指示劑。在瓊脂平板上點上待測脂肪酶(打孔加樣或濾紙片點樣)，在脂肪酶水解作用下，加樣點的周圍出現透明圈(或顏色褪去)。根據透明圈(或褪色圈)的大小及透明(或褪色)程度用于判斷脂肪酶的活性大小［4］。這種方法主要用于定性，例如產脂肪酶微生物的篩選、脂肪酶活性的初步判斷等，如果用于定量，那么就應采用標準活性酶在同一測定平板中進行對照測定，才可消除測定的系統誤差。此法的優點是簡單、直觀，但是存在測定時間長，測定結果不能夠準確定量的缺點。

可以用于脂肪酶活力固體培養基測定法的指示劑有維多利亞藍、醇溶青、硫酸尼羅藍以及夜藍等多種染料。同時可以利用脂肪酸產生使體系的pH下降這一原理，選擇顏色隨pH變化而變化的指示劑。脂肪酸產生的有色斑點直徑的大小和酶活力的對數值成線形關系。這種方法可以快速方便的測定微生物脂肪酶的活力，但是由于微生物自身的代謝會產生一部分酸，可能對測定結果造成影響，使測定結果出現誤差［5］。熒光指示劑羅丹明B也可以用來測定含有橄欖油乳化體系中脂肪酶的活力。底物被水解后在紫外照射下可以觀察到橙黃色的熒光圈。

2.2 以蛋黃作為底物測定脂肪酶的活力

脂肪酶可以作用于卵黃磷脂蛋白中脂肪部分，從而改變卵黃磷脂蛋白的溶解性。基于上述原理，Moncla和Pryke［6］對傳統的蛋黃培養基進行了發展，發明了改性蛋黃瓊脂培養基，這種培養基可以用來分離和測定脂肪酶的活力。含有蛋黃素的LB培養基可以用來測定經過基因技術改造的大腸桿菌中表達的脂肪酶的活力。用蛋黃瓊脂培養基測定陰道加德納菌所產生的脂肪酶活力，所得結果為68%，而對同樣的微生物酶的活力測定，采用4－甲基油酸傘形酯斑點法進行測定則結果為39%。此法操作相對簡單，不足是測定時間較長，而且可能存在較大的測定誤差，因此應用不多。

2.3 滴定法

脂肪酶催化酯類的水解，釋放出游離的脂肪酸，通過對脂肪酸的定量滴定可以測定脂肪酶的活力。pH－stat法是最常用的脂肪酶活力測定的方法之一，這種方法通常以橄欖油為底物，加入脂肪酶，在不斷攪拌的情況下，隨著水解反應的進行向體系中逐漸滴加NaOH，使反應體系的pH保持在一個恒定值，最終根據NaOH的消耗量確定脂肪酶的活力。這一方法優點是簡便快捷，所需設備簡單，是目前較為常用的脂肪酶酶活測定方法;但此法的不足之處是制備底物乳化液麻煩，而且，由于超聲條件存在差異，常常造成乳液液滴大小不均，實驗重復性不好。此外，耗堿體積小及指示劑終點變色不明顯也造成該滴定方法不夠準確。

2.4 酶偶聯法

酶偶聯比色法［7］，常用有:a.以1，2－二亞麻酸甘油酯為底物，脂肪酶催化水解得亞麻酸和2－亞麻酸甘油酯。亞麻酸經 β－氧化及酶偶聯系統產生NADH，NADH的增加可由分光光度計在340nm處檢測出，以此確定脂肪酶的活性。b.以三油酸甘油酯為底物，水解產生油酸，油酸被酶偶聯生成CoA，再被乙酰CoA氧化酶氧化辛二酰CoA與H2O2，在過氧化物酶作用下與氨替吡啉產生紅色反應，可用分光光度計在546nm處測定。

酶偶聯電極法，以甘油三亞油酸被水解成1，2－甘油二亞油酸酯及亞油酸，而亞油酸被脂氧化酶氧化成亞油酸－H2O2時用的氧量，可用氧電極測量，從而測定酶的活性。酶偶聯法測定特異性強，但是所涉及的步驟較多，需多種酶參與測定過程，操作繁瑣，同時測定過程需加入共脂肪酶，故應用范圍不是很廣，主要在醫學實驗室中采用。

2.5 油滴法

1987年Nury等人在實驗室里通過測量油水界面上張力的變化來測定脂肪酶的活性。因為在脂肪酶水解過程中，界面張力會隨脂肪酶的水解作用而發生變化。與其它界面技術相比較，油滴張力計的最大優點是能夠測定油水界面上天然長鏈甘油三酯中脂肪酶的活性;同時可研究在相似的條件下，油水界面上的脂肪酶的表面特性(界面結合)和變化。

2.6 電子傳導法

在脂肪酶水解反應中，介質的電子傳導增強，這是由于脂肪酶的催化產生游離脂肪酸改變介質電傳導水平，因此可通過電子傳導法測定介質中電導率的變化，從而來確定酶活的大小。但這項技術目前還存在很多缺點:測量需要在高溫下進行，而且只有當三乙酸甘油脂作為底物時才能夠真正的反映出它的靈敏度。然而，已經證明了三乙酸甘油脂并不特別適合作為脂肪酶的底物［8］，因此，此項測定方法應用并不多，且仍有待改進。

3 脂肪酶的非水相催化研究

3.1 脂肪酶非水相催化特性

食品、制藥、精細化工和香料等工業中許多高附加值的產品是水不溶性的。同時，許多化合物是用普通化學合成方法難以或無法合成的。為了生產和純化這些產品，人們把目光投向了利用脂肪酶在非水相介質(non－aqueousmedia)中催化有機合成。自從1984年Zaks和Klibanov［9］在Science上首次發表了有關非水相介質中酶學特性研究的論文后，酶學領域逐步形成了一種新的學科—非水相酶學，并且迅速成為研究熱點。

脂肪酶的催化中心由類似絲氨酸蛋白酶(Ser－His－Asp)的催化三元組的結構組，構成活性中心的Ser殘基由一個6－殘基的β－折疊、一個由4－殘基組成的Ⅱ型β－轉角和一個埋藏于兩個β－折疊之間的α螺旋構成。而這個Ser活性中心完全埋藏在一個“蓋子”樣結構的下面，在非水相體系中這個“蓋子”在非水相疏水作用的誘導下，“蓋子”被打開，使得反應底物得以靠近催化中心，從而可以催化在水相中不能進行的酯化，轉酯化等反應。這一假說已被Rehizomucor m iehei脂肪酶和人胰脂肪酶的X－射線晶體學研究所證實［10－11］。

非水酶學的快速發展導致了針對各種酶在非水介質中催化特性的研究，其中研究最為深入也最為廣泛的酶類為脂肪酶。從生物技術的角度看，非水相酶催化具有許多優點［12］:a.非水相體系的多樣性導致了各種非水介質的出現，非水相體系作為反應介質對那些在水中不穩定或溶解度較低的底物轉化特別有利;b.在非水相介質中可以改變反應的熱力學平衡或化學平衡，使得反應偏向于水相中逆反應，如有機相中的酯合成反應;c.非水相體系中，水分含量較低，從而可以降低或避免需水副反應的發生，酶發生變性的幾率也大大降低;d.某些非水相體系，如兩相體系、微乳相、離子液體系可以緩解底物或產物對酶的抑制作用;e.由于酶在非水相中的不溶解性，使得酶的回收再利用更容易;f.不同的非水相反應介質，可以改變酶的底物選擇性和立體選擇性。

正是因為脂肪酶在非水相催化中的這些優點，許多研究者都致力于將這些酶發展成為一種理想的用于有機合成的催化工具。經過近二十年的發展，非水相中脂肪酶催化合成反應已成功用于多種產物的合成，其中酯化和轉酯化反應是應用最為廣泛的兩個反應。

3.2 脂肪酶非水相催化介質

對脂肪酶非水相催化研究除了包括對脂肪酶本身催化特性的研究外，對脂肪酶的非水相催化體系介質研究也是近年來國內外的研究熱點。非水相催化介質主要有有機溶劑體系、超臨界流體和離子液等。

脂肪酶非水相催化最初的研究開始于有機溶劑體系，最常用的脂肪酶非水相催化有機溶劑為正己烷、環己烷等非極性溶劑。隨著非水相研究的不斷深入，許多研究表明，脂肪酶在非水相體系中的催化活力與溶劑的極性有著密切的關系。溶劑的極性通常用logP值的大小表示，logP值越大，表明溶劑的極性越小。大量研究發現，脂肪酶在非水相體系中的酯合成及轉酯化能力隨著logP值的增加而增強，即溶劑的非極性越大，脂肪酶的非水相催化活力通常越大。但是，并非溶劑的非極性越大，反應整體的酯化率或者轉酯化率越高，這可能是由于酯化或轉酯化反應進行時通常有水或者醇等極性較強的物質參與，而溶劑的非極性過強使得這些參與反應的極性物質溶解度過低，導致酶反應整體轉化率不高。因此，在單一溶劑體系的基礎上，許多研究人員將兩種或兩種以上的有機溶劑進行混合，制造出多溶劑的混合有機體系，這樣既可以保證脂肪酶的非水相催化活力又可以使反應底物有較好的溶解度，從而保證整個反應體系的高轉化率。有機溶劑體系存在著去除過程相對繁瑣等問題，但是其使用簡單方便，脂肪酶的催化效率高，成本低。因此，有機溶劑仍然是較為理想的用于脂肪酶非水相催化的介質。

超臨界流體是指超過了物質的臨界溫度和臨界壓力的流體。隨著超臨界流體技術研究的不斷深入，人們對超臨界流體的優異溶劑性能有了更加全面的認識，超臨界流體不可燃、無毒、化學穩定性好、易分離，不會產生副反應，不僅廉價易得還能夠減少溫室氣體的排放;而且，超臨界流體的溶解能力可以通過對流體的壓力和溫度的調節來控制;除此之外，超臨界流體還具有溶解選擇性。因此，將超臨界流體應用為脂肪酶的非水相催化介質研究也就自然開始了。超臨界流體中脂肪酶催化的非水相有機合成反應，使得脂肪酶更易于被分離，從而可以被多次重復利用，降低了生產成本。同時，超臨界流體中進行的酶反應，其反應物和產物更易分離，使后續產品的分離純化更加簡便。但是，目前能夠用于脂肪酶進行催化反應的超臨界流體設備規模通常較小，這直接制約著超臨界流體中脂肪酶催化反應在工業上的應用，相信隨著超臨界流體技術的不斷發展，脂肪酶在超臨界流體中的應用技術也將不斷發展。

近年來，離子液以其獨特的優勢成為生物催化反應研究的熱點，尤其是作為生物催化劑的溶劑或共溶劑的研究更是備受關注。自上世紀90年代開始，將離子液作為脂肪酶非水相催化介質的研究逐漸在國內外興起，展現了廣闊的應用潛力和前景。離子液通常無色無臭，蒸汽壓低，不易揮發，消除了有機物質揮發而導致的環境污染問題;離子液對大量的無機和有機物質具有良好的溶解能力，可作為許多生物和化學反應的溶劑;此外，離子液還具有較大的極性可調控性，可以形成兩相或多相體系，有利于提高脂肪酶的催化活性。離子液體一般由有機陽離子和無機陰離子組成，常見的陽離子有季銨鹽離子、季鏻鹽離子、咪唑鹽離子和吡咯鹽離子等，陰離子有鹵素離子、四氟硼酸根離子、六氟磷酸根離子等。大量研究表明，脂肪酶僅在含有四氟硼酸根陰離子的離子液中具有催化活性。目前，離子液以其綠色、無污染的環保特性受到了各國研究者的青睞，但是，離子液體的應用仍然存在篩選難、價格高、成熟應用少、長期使用的穩定性差和安全性不確定等問題。相信隨著人們對離子液體認識的不斷深入，離子液體這種綠色溶劑的大規模工業應用指日可待，特別是在生物酶技術領域的應用也將得到長足發展。

4 脂肪酶工業化的應用

脂肪酶是一類能夠作用于羧酸酯鍵的水解酶。脂肪酶的生物學特性是將甘油三酯水解為甘油二酯、單甘酯、脂肪酸及甘油。另外，脂肪酶除了具有水解羧酸酯鍵的天然作用外，在非水相體系中，還能夠催化酯化、酯交換和轉酯化等反應的進行。脂肪酶的這些特性使得其被廣泛的應用于食品、藥物、洗滌劑、皮革制品、造紙工業以及生物柴油的制造中。

4.1 脂肪酶在食品工業中的應用

脂肪酶可以催化油脂水解，酯交換、酯合成等反應，這使得其在油脂工業中得到廣泛應用。如利用脂肪酶生產制作巧克力的原料代可可酯，脂肪酶可以在非水相中催化酯交換反應，將價格低廉的棕櫚油改性為價格較高的代可可脂，對于食品工業有較大的實際意義，因此這一工藝受到廣泛的重視，近年來已有多項研究圍繞其展開［13］。

4.1.1 酶促油脂水解 脂肪酶的天然作用底物為油脂類化合物，在水相中，脂肪酶催化油脂水解為甘油和脂肪酸，脂肪酶催化的這種反應被稱為油脂水解反應，它在脂肪酸與肥皂工業上廣泛應用。傳統的油脂水解反應一般采用無機酸、金屬氧化物等作為催化劑，反應過程需要高溫、中高壓、較長的反應時間，同時對設備的耐腐蝕性有很高的要求，反應成本高、能耗大、操作安全性差，容易對環境造成污染。而酶作為生物催化劑，催化反應所需條件溫和，對設備要求不高，無污染。并且，由于酶的生物選擇性和立體選擇性高，使得副反應大量減少，目標脂肪酸顏色淺，質量高，安全性好。隨著脂肪酶工業化生產技術的日趨成熟，脂肪酶生產的成本和市場銷售價格逐漸降低，目前，在油脂水解工業中，脂肪酶作為生物催化劑已逐漸取代傳統催化劑。

4.1.2 酶促酯化反應 脂肪酶在非水相體系中可以催化脂肪酸同醇的酯化反應。傳統的酯化工藝采用的是化學方法，常用的催化劑為金屬或強堿性物質以及無機酸等，但是化學法生產得到的產物副產品較多切成分不確定，給產品的安全應用以及后續的分離純化過程造成很大的麻煩。而生物酶制劑——脂肪酶在一定的條件下也可以催化這類酯化反應的進行，并且能夠生產出化學法酯交換所無法得到的高純度的特定目標產物，無副產物，產物成分簡單并且確定，分離純化簡單，因此安全性高，可以放心應用于食品及藥品中。利用這一反應可以生產多種功能性食品以及芳香酯，如Carlos F Torres等［14］人采用兩步酶法制得了高純度的共軛亞油酸甾醇酯，將甾醇酯添加與食品和藥品中可以有效的防治心腦血管疾病。利用脂肪酶生產的多種短鏈脂肪酸酯因具有特殊的風味和香氣被廣泛的應用于食品和化妝品中，目前已有利用脂肪酶生產的醋酸異戊酯、異丁酸戊酯等多種芳香酯在工業上得到了應用。

脂肪酶催化的酯化反應也被廣泛的應用于油脂的精煉過程中。在食用油脂精煉工藝中，由于毛油中通常含有較高的游離脂肪酸(FFA)，故需采取措施進行脫酸以提高油脂品質。通常采用的脫酸方法有化學堿煉法和物理精煉法，但都會對環境造成污染，同時會使油的營養價值損失。近10年來，一種高新技術——生物精煉(酶促酯化)，主要包括酶促FFA酯化、高酸值油脂的脫酸，這已引起了有關學者的關注。從煉耗和油品質量出發來考慮，生物精煉可以與常規的堿煉、脫色、脫臭工藝結合或與物理精煉工藝結合起來應用，是處理高酸值油的一種潛在技術［15］。

4.1.3 酶促酯交換反應 酯交換反應(transesterification)，即酯與醇在酸、堿或者生物酶等催化劑的催化下生成一個新酯和一個新醇的反應，即酯的醇解反應。其中，酯－酸交換、酯－酯交換反應可以改變油脂的脂肪酸和甘油酯組成，從而改變油脂的性質，這是油脂工業常用來進行油脂改性的一種重要手段。某些種類的油脂由于具有特殊的結構而應用價值較高，而微生物脂肪酶具有催化油脂進行定向酯交換的特性，因此可以用來對廉價油脂進行改性而生產應用價值較高的特種油脂，目前在油脂工業上研究最多也最有研究價值的是類可可脂的生產［16］。近年來，利用脂肪酶生產人乳替代品以及生產高、低能量的多不飽和脂肪酸也逐漸成為新的研究熱點。

4.1.4 脂肪酶在乳品工業中的應用 脂肪酶主要應用于乳酯水解包括奶酪和奶粉風味的增強奶酪的熟化、代用奶制品的生產、奶油及冰淇淋的酯解改性等。脂肪酶作用于乳酯并產生脂肪酸，能賦予奶制品獨特的風味。脂肪酶水解乳酯類物質后所釋放的短碳鏈脂肪酸(C4～C6)使產品具有一種獨特強烈的奶風味，而釋放的中碳脂肪酸(C10～C14)使產品具有皂苷似的風味。而且，由于脂肪酸參與到類似微生物反應的過程中，可以促進乳制品中一些新風味物質的形成，如甲基酮類、風味酯類和乳酯類等［17］。傳統奶酪制品加工所用的脂肪酶大都來自動物組織，如豬、牛的胰腺和年幼反芻動物的消化道組織，不同來源的脂肪酶會產生不同的風味。脂肪酶還可使用在羊奶仿制牛奶的產品中。對不同奶源的奶制品，脂肪酶的使用可大大改善其原有的不良風味，促進新的風味的產生，并能改善乳制品的營養價值。脂肪酶在生產酶改性奶酪制品中起關鍵作用，酶改性奶酪中含有的游離脂肪酸比只經過普通處理的奶酪中要高10倍以上，這對于其作為風味增強劑是十分有利的［18］。

4.1.5 脂肪酶在焙烤食品中的應用 脂肪酶是酶制劑的一種，酶的所有特性它都具有，與其他酶制劑如葡萄糖氧化酶復配后加入到面團中能夠取代化學增筋劑溴酸鉀，能夠提高面包的入爐急脹率，增大面包體積，且對面包芯有二次增白作用。脂肪酶能催化甘油三酯水解生成甘油二酯、甘油一酯或甘油，因此，脂肪酶可以提高烘焙制品的安全性以及改善口感和風味。脂肪酶還能夠提高面制品的烘焙品質、改善面包質地、延長制品的貨架期［19］。

4.2 脂肪酶在其他工業領域中的應用

在醫藥領域中，脂肪酶是非常重要的藥物作用靶點或標記物同時也可以用來生產多不飽和脂肪酸等多種醫藥中間體;同時隨著環境保護的意識越來越強，生產易于被生物降解的無污染洗滌劑已經是現代洗滌劑發展的方向，而將脂肪酶加入洗滌劑中可大大提高其去污效果，并且脂肪酶是生物產品，易被降解，不污染環境;在皮革加工過程中需要把皮毛上脂肪去除。以前主要是用石灰掩埋去除，但效果不明顯，現在利用脂肪酶的特性將依附脂肪分解成易于祛除的脂肪酸和甘油［20］。用酶對各種動物皮毛進行處理，其脫脂效果明顯，可提高皮革質量;另外，脂肪酶還被用于造紙工業，主要是利用脂肪酶除去造紙出現的洽脂［21］。生物柴油是生物質能的一種形式，生物酶法生產生物柴油是通過脂肪酶進行酯化反應，制備相應的脂肪酸酯［22］。酶催化法對原料沒有特殊要求，可以廢油脂、高酸油脂等為原料進行生產，且產物提取簡單、反應條件溫和、醇用量小、甘油易回收和無廢物產生，在此過程還能合成一些高價值的產品，增加經濟效益。

5 展望

近年來隨著細胞工程、基因工程、固定化技術的興起，脂肪酶的研究特別是對產脂肪酶的菌株誘變育種及基因克隆等方面的研究也取得長足進展。目前，脂肪酶主要用于高價值的產品和具有熱敏性的底物或產品，隨著人們生活水平的提高，在食品、牛奶、香水、化妝品和醫藥中添加天然成分的產品越來越受消費者青睞。由天然底物生物合成的化合物被認定為天然產物，而同樣的原料用化學法生產的產物則不受歡迎。因此，天然成分在今后將會具有很大的需求，這使生物催化劑極具吸引力，因此，脂肪酶在油脂、食品、醫藥、洗滌劑等領域具有廣闊的應用前景。

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Research and applications ofm icrobial lipases

LIU Hong－lei，M IAO M ing，JIANG Bo，ZHANG Tao
(State Key Laboratory of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi214122，China)

Lipase is a kind of enzymes which catalyse the hyd rolysis of esters and esterification of fatty acid and alcohol.Lipases constitute the most im portant group of biocatalysts for biotechnological app lications.This review described physicochem ical origin and p roperties of lipases，lipase activity determ ination，catalytic p roperties of lipases in nonaqueous phase and various industrialapp lications ofm ic robial lipases in the food，pharmaceuticals，detergent，leather，papermaking and biod iesel.

lipases;lipase ac tiity determ ination;nonaqueous phase;food industrial app lications

TS201.2+5

A

1002－0306(2012)12－0376－06

2011－08－31 *通訊聯系人

劉虹蕾(1987－)，女，碩士研究生，主要從事應用酶技術方面的研究。