脂肪酶固定化技術及應用研究

王昌陵 曹永強 孫旭剛

摘要：脂肪酶固定化技術能夠解決催化不穩定、不易回收等問題，實現連續操作和提高催化效率。綜述固定化脂肪酶技術的主要類型和特點，總結固定化脂肪酶技術在食品工業中的應用情況。基于脂肪酶固定化技術的優勢，展望其在食品生產領域的應用前景。

關鍵詞：脂肪酶；固定化；食品；應用

中圖分類號：TS201.1 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1674-1161（2023）03-0040-02

脂肪酶是一類以甘油酯類為底物、能在水油界面發生催化反應的酶的總稱，被廣泛應用于食品、醫藥、環境等領域。在實際應用中，脂肪酶易受環境酸、堿性、溫度及重金屬離子等因素影響，穩定性較差，且反應后不易從產物中回收，應用受到極大限制[1]。脂肪酶固定化技術能夠解決催化不穩定、不易回收等問題，實現連續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定性，不受熱和化學等因素影響，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

應用脂肪酶固定化技術時，應在遵循酶活力損失減少和穩定性增強的原則下，根據特征和應用目的來選擇適合的酶。根據酶與載體結合的方式，固定脂肪酶的方法主要有4種：吸附法、包埋法、交聯法和共價結合法。此外，也可采用聯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，材料價格低廉，反應作用條件溫和。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]以硅藻土為載體優化固定化條件，在20 ℃條件下固定6 h后，酶活力較優化前提高12.45%；以大孔樹脂為載體經連續反應后，大豆油的轉酯化反應率為70%，酶活殘余85%；天然黏土經烷基化、羥基化改性處理后作為脂肪酶固定化載體，反復使用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絡中，底物和產物可以通過，而酶被保留其中，起有效保護和提高效率的作用。魯玉俠等[3]試驗研究表明：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），且在小腸液環境中消化80%的油脂[4]。

1.3 交聯法固定化

交聯法是采用多功能試劑使酶分子間進行化學交聯，酶分子與載體則通過化學鍵連接，形成三維網絡結構。盧建芳[4]以機械強度較高、耐熱性好的高分子松香為載體制備交聯脂肪酶，獲取的固定化酶熱穩定性高，易于回收（回收率可達87%）；以氨基改性磁性凹土復合材料為載體，采用交聯法固定化脂肪酶后，酶的熱穩定性和pH穩定性提高，反復利用8次后活性仍達78%。

1.4 共價結合法固定化

共價結合法是酶的官能團與載體之間形成共價鍵。以氨基為載體共價結合脂肪酶，戊二醛輔助交聯，固定化的脂肪酶比游離酶穩定性提高，在室溫儲存條件下儲存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，采用戊二醛為交聯劑，由于磁性氧化石墨烯改性后具有強疏水性，因此在固定化過程中發生疏水性界面活化，使酶活性明顯提高，回收率為116.5%[5]。

1.5 聯合法固定化

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

2 脂肪酶固定技術在食品領域中的應用

在食品工業中用酶替代化學催化劑，既有利于減少環境污染，又能夠提高食品安全性。固定化酶可以改善酶作用的穩定性，對循環利用和實現連續生產具有重要意義。

2.1 油脂純化改性

利用包埋聯合交聯法，以海藻酸鈉、羧甲基纖維素為載體，以戊二醛為交聯劑，對脂肪酶進行固定后，將其用于菜籽油脫羧工藝中，脫酸率達到94.7%，與傳統堿法脫酸相比，酶法對保留菜籽油中生育酚和植物甾醇的有益微量物質起到積極作用。

改性殼聚糖微球固定化脂肪酶，應用于水解魚油制備多不飽和脂肪酸中。魚油經作用后，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，經酯交換反應生產甘油三酯型魚油含量達82%，重復利用15次后甘油三酯含量仍可達74%，符合工藝指標[9]。環氧樹脂固定化脂肪酶，催化合成丙二醇油酸單酯，產物純度可達84.7%，經7次循環使用后，活力仍能保持初始的98%。

2.2 合成香味物質

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，但產量較低；化學合成方法會造成環境污染，同時伴隨副反應發生。采用物理吸附法制得固定化酶進行催化，比游離酶的穩定性強，轉化率可達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，轉化率達95%以上，游離酶粉的轉化率只有29%。經過3 次利用后，轉化率仍可達89%[11]。以無水奶油為底物，經固定化脂肪酶催化后，形成含硫酯風味化合物，產物易獲得、回收率高、清潔環保。

2.3 生產其他物質

蔗糖酯常作為表面活性劑在食品中應用。蔗糖酯由蔗糖和月桂酸經固定化脂肪酶催化而成，作用條件溫和，產物容易純化，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其進行催化，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95%以上。

3 脂肪酶固定技術研發展望

脂肪酶固定化可以提高酶的穩定性，保持催化活性。隨著新型材料和新方法的不斷出現，脂肪酶固定化技術隨之迅速發展。如介孔材料比表面積大、孔容高，可大大提高負載量。納米管作為一種新型材料，其內表面具有很強的結合酶能力，起到穩固、保持酶活力的作用。另外，玉米芯、米糠等糧食副產物也可作為固定化酶的載體。隨著人們對脂肪酶研究的不斷深入和固定化技術的創新，固定化脂肪酶將更廣泛地應用于食品加工領域。

參考文獻

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[3] 魯玉俠，蔡妙顏，郭祀遠，等.海藻酸鈉包埋法制備固定化脂肪酶研究[J].現代食品科技，2007，91（1）：30-32.

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[10] 周美娟，張瑩，叢方地，等.乙酸肉桂酯在固定化脂肪酶反應器中的合成[J].天津農學院學報，2018，25（1）：64-67+80.

[11] 張瑩，周美娟，叢方地，等.脫脂棉固定化脂肪酶PCL催化合成乙酸癸酯[J].中國食品添加劑，2017（12）：51-56.

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