脂肪酶及其在化學品合成中的應用

陳海東，袁利明，趙艷豐，張照明

（山東亞邦化工科技有限公司，山東 東營257000）

1 引言

由于脂肪酶具有良好的反應特性，被廣泛地應用到醫藥、日化、油脂品等產品的加工合成過程中。因此，脂肪酶是最重要的工業酶制劑之一。由于脂肪酶在化學品加工領域中的重要性日益突顯，這要求我們必須對其進行深入地探討和研究，更加全面地理解與利用脂肪酶，為理論研究與實際生產做出貢獻。

2 脂肪酶概述

2.1 脂肪酶的來源和生產

脂肪酶是一種存在比較廣的酶類別，在多種動植物的組織內都可以找到，很多微生物中也含有這一酶種。微生物脂肪酶相對于其它脂肪酶來說，其培養與提取方法更加簡便，在數量上也更為可觀。將脂肪酶應用到相關合成物生產的過程中，雖然脂肪酶的來源不盡相同，但脂肪酶能夠有效地對其基因進行分析與復制，這使得不同種類、不同來源的脂肪酶能夠更加有效地運用于工業生產，服務于日常生活。隨著社會經濟等各個方面的不斷發展變遷，綠色技術逐漸成為化工生產的一個重要驅動點，而脂肪酶在化工合成的過程中相對綠色和環保，使得其應用更加廣泛，在化工、醫藥等各個領域都發揮著十分重要的作用，脂肪酶已經成為化工產品合成的重要工業酶之一[1]。隨著脂肪酶在不同領域的推廣使用，不同工業用途所對應的要求也具有特異性，例如，溫度、pH 值、有機合成酯能力等方面。所以，需要對不同來源、不同種類的脂肪酶的特性進行探究，對培育與使用方法進行不斷研討，對脂肪酶的相關條件進行深入與研究。

2.2 催化劑效用介紹

脂肪酶可以作為催化劑，其反應分為水解、合成兩種反應類型。在水解反應類型中，脂肪酶作為水解酶的一種，在添加劑、脫脂等各種工業生產過程中發揮著重要的作用。脂催化合成又可分為酯化、酯交換（酸解、醇解和酯交換）和氨解。在合成反應的類型中，部分產品的獲取存在一定的難度，通過單純的化學方式，不一定能夠取得預期的效果，可以利用調節室溫和反應環境的壓力來加快脂肪酶的催化。

3 脂肪酶在化學合成中的應用

3.1 結構酯

對于酯化、酸水解和酯交換反應來說，脂肪酶有著良好的催化促進作用，可以改變酯的結構。在甘油酯結構中，使原本甘油酯結構中的脂肪酸鏈發生變化，其位置和分布都會改變，或在特定位置取代新的脂肪酸，使脂肪獲得新的內代謝途徑和營養功能。

3.2 生物表面活性劑

中長鏈脂肪酸和甘油、山梨醇、糖等多羥基醇形成的酯類產品是重要的生物表面活性劑，使得生物表面活性增強，在食品、化妝品、醫藥等行業的應用十分廣泛。其中，糖基長鏈脂肪酸或羥基脂肪酸形成的糖酯被廣泛用作化學乳化劑，一些糖酯已被登記為食品添加劑，因為它們是無毒和可生物降解的。糖環上有許多羥基，化學催化劑選擇性差，可能產生有毒的副產物。因此，脂肪酶被認為更適合合成食品級的糖酯。

3.3 維生素酯

抗壞血酸（維生素C）和維生素A 是重要的抗氧化劑，在食品、化妝品和制藥領域被廣泛應用。然而，維生素C 和維生素A 的結構不穩定并且容易被氧化，在轉化為相應的脂肪酸酯后，穩定性大大提高，脂溶性良好。使用脂肪酸（如棕櫚酸、油酸），脂肪酸甲酯或脂肪酸乙烯酯作為?；w有效地將維生素C 轉化為相應的脂肪酸酯，維生素的含量C 酯可達到65%～91%，使用固定化假絲酵母99-125 脂肪酶作為催化劑，通過酯化反應，從維生素A 乙酸酯轉化為維生素A 棕櫚酸酯，反應在較低的溫度（25～30℃）下進行，沒有過量的?；?2h 轉化率可達83%。經分離純化，產品純度達到95%，同時避免了傳統化學合成中高溫引起的維生素氧化和變質問題，具有良好的發展前景[2]。

3.4 蠟酯

蠟酯（含碳原子在C16 以上的高脂肪酸和高脂肪醇的酯）可用作高級潤滑油和潤膚油的原料，一般采用圓筒狀念珠菌中的脂肪酶催化批量反應器中蠟酯合成的方法。這一方法能夠明顯地提升合成品的質量，但也會增加一定的成本。用固定化念珠菌sp.99-125 脂肪酶催化菜籽油和四醇的酯，發生交換反應，在無溶劑體系中合成液體不飽和蠟酯，與商業固定化酶Novozym435（來自Candida Antarcb）和脂合酶rmim（來自米耶黑）發生相同的催化作用可以實現。

3.5 生物柴油

生物柴油與傳統石油柴油相比，在使用特性和環境保護方面具有無可比擬的優勢，是一種有前景的可再生能源。在廢油的處理過程中，生物柴油的合成是不能采取化學方法的，否則達不到預期的效果，這是因為在廢油中存在大量游離脂肪酸，容易與催化劑發生反應，影響產出物的質量。生物柴油是通過脂質和低碳醇的脂催化酯交換合成的，制備相應的脂肪酸甲酯或乙酯。在高含水率的體系中，黃連和白念珠菌的脂肪酶具有較高的催化活性，適用于廢油生物柴油的生產，刺槐的脂肪酶具有較強的甲醇活性和適應性。

3.6 手性化合物

運用酶的立體選擇性高的特性，在有機相中催化不對稱水解、酯化、酯交換和氨解，產生化學反應，已成為制備光學活性化合物的重要途徑。手性化合物脂促合成的基本類型是前手性底物的不對稱和外消旋性化合物的分辨率。

3.7 聚酯

脂肪族聚酯主要包括聚甲丙內酯（PCL）、聚丁炔丁二酸酯（PBS）及其共聚物、再生資源生產的聚乳酸（PLA）和微生物生產的聚羥烷酸酯（PHA）。脂肪族聚酯的合成，一般使用生物發酵或化學合成的方法。在過去的十年中，學者對聚酯的酶法合成進行了廣泛地研究。脂肪族聚酯已成功地通過酶縮聚、酯交換和開環合成。與傳統的聚酯合成方法相比，酶催化具有選擇性高、反應條件溫和、無毒無害等優點，可合成手性藥物、具有特定官能團的聚酯和具有功能團的聚酯。

4 結語

工業正在不斷地創新與發展，對于脂肪酶的理解與應用也在不斷地深化和推進。在今后的發展進程中，需要結合固定化技術、介質工程等一系列的方式來提升脂肪酶的使用效果，使脂肪酶在化學品合成的過程中展現出更多的效用，不斷推進綠色化學工業的發展，實現工業現代。