脂肪酶综述

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1、脂肪酶综述摘要：脂肪酶是一类能够催化酯的水解反应以及在非水相体系中催化脂肪酸和醇 类发生酯化反应的酶类。随着酶学技术的快速发展，微生物脂肪酶也受到了越来 越多的关注作为生物催化剂，脂肪酶一直以来都是生物技术领域中最重要的一类 酶。关键字：脂肪酶，酶活测定，非水相，食品工业应用。简介：脂肪酶（三酰甘油酯水解酶，EC 3.1.1.3），是一类广泛存在于多种微生物中 的生物催化剂。脂肪酶最早被发现可追溯至 1901 年，其天然作用底物为三脂酰 甘油酯，能够将酯键水解，释放甘油二酯甘油一酯甘油以及游离脂肪酸 随着非 水酶学的发展，研究者发现，脂肪酶在非水相中能够催化酯化。酯交换以及转酯 化反应，并且具

2、有高度的选择性和专一性，已广泛应用于食品、医药、洗涤剂等 行业。特别是在食品行业中得到了大量的应用，并逐渐成为食品领域中应用最为 广泛的酶类之一。但是，由于目前脂肪酶相对于传统的化学催化剂的生产成本仍 然偏高，这是制约脂肪酶工业化应用的主要问题，因此，在了解脂肪酶催化特性 的基础上，通过筛选高产菌株，或者改变脂肪酶催化环境等方法提高脂肪酶的产 率和利用率， 降低利用脂肪酶进行工业化生产的成本是目前急需解决的主要问 题。1、脂肪酶的结构特点研究表明, 来源不同的脂肪酶,其氨基酸组成数目从 270 641 不等,其分子量为29 000100 000。迄今为止，人们已经对多种脂肪酶进行克隆和表达，并

3、利用X - 衍射等手段和定向修饰等技术测定了酶的氨基酸组成、晶体结构、等电点等参数, 确定了组成脂肪酶活性中心的三元组（triad）结构。多数脂肪酶都是单链蛋白，比 如CCL（ A）含有534个氨基酸残基，其组成3个小的和11个大的卩-折叠及10 个a-螺旋。其催化活性三元组由Ser-209、His-449和Glu341组成,Ser-209处于 超二级结构折叠-螺旋B -折叠（202208）-a -螺旋（210220）的转角处。多数成熟 的天然蛋白还含有糖类组分， 如 CCL（ A） 含有 4. 2%葡萄糖、甘露糖和木糖等， 所以实际测得的分子量比理论分子量偏大157 223（理论） ， 60

4、 000（实测）。脂肪酶通过与水/底物界面的相互作用来获得不同的构象状态。在关闭构象状 态时“盖子”覆盖在酶的活性位点上。酶难以靠近底物分子 而转变到开放构象 状态时，催化通道入口打开. 近年来发现“盖子”的作用不仅仅是调节底物靠近 活性位点的大门。“盖子”是两性分子结构 在关闭状态酶的结构是亲水端面对溶 剂，疏水端朝向蛋白质的内部，当酶转变到开放状态时 疏水端会暴露出来隐藏 亲水残基团，在丝氨酸残基周围形成亲电子域引起脂肪酶的构象改变 增加了酶 与脂类底物的亲和性，并稳定了催化过程中过渡态中间产物。 酶分子周围通常 保留一定量的水分，从而保证了脂肪酶在油/水界面和脂相中的自体激活。2、脂肪酶

5、的来源脂肪酶是一种普遍存在于生物体的酶类，具有重要的生理学意义，同时也具有 工业化应用的潜在可能性 脂肪酶能够催化三酰甘油酯水解成为甘油和游离脂肪 酸，而在有机相中，脂肪酶则催化酯化酯交换以及转酯化反应。在真核生物体内， 脂肪酶参与许多类脂化合物的代谢过程，包括脂肪的消化、吸收、利用以及脂蛋 白的代谢，在植物中，脂肪酶存在于储存能量的组织中。脂肪酶在微生物界分布 很广，大约65 个属微生物可产脂肪酶，其中细菌有28 个属、放线菌4个属、 酵母菌10个属、其它真菌23个属，但实际上微生物脂肪酶分布远远超过这个数 目。3、微生物脂肪酶酶活力的影响因素影响微生物脂肪酶活力的主要因素包括温度，pH,以

6、及重金属离子等抑制剂。 微生物脂肪酶是一类在较宽泛的温度范围内具有较高活性的酶。多种脂肪酶的最 适作用温度3060C之间，在较高和较低温度下酶仍具有较高活性。有研究者 发现，从一种杆菌中分离得到的耐热脂肪酶，在60C时酶活最高，在75C高温 下保持30min,仍然能够保持100%酶活。一般来源于真菌的脂肪酶，其最适作 用温度相对较低，而来源于细菌的脂肪酶则较热。同时有研究表明，同种脂肪酶 在作用于不同底物时，其最适作用温度往往存在一定的差异。脂肪酶最适 pH 受来源、底物种类和浓度、缓冲液种类和浓度等诸多因素影 响。大多数细菌脂肪酶最适pH在中性或碱性范围内，pH稳定范围一般在4.0 11.0

7、之间。真菌脂肪酶pH稳定范围也较宽，通常在4.010.0之间。金属离子的存在，对酶活的影响表现为两种作用，一种为活化或激活作用， 另一种则为抑制作用金属离子作为酶的活化剂，其机理可能为：金属离子与酶蛋 白结合，对酶的最佳构象起稳定作用，有利于底物的接近，并起着酶金属底 物三者间的诱导应变配位作用，从而活化或加强酶的催化活性。4、新型脂肪酶的开发脂肪酶的来源非常广泛，多种微生物都能用于生产脂肪酶 随着生物催化研究 的不断深入，脂肪酶应用领域迅速扩展。然而，能够用于特定催化反应的脂肪酶 数量并不多，或者催化活力不高，因此有关脂肪酶生产菌株的选育、脂肪酶的分 子改造、脂肪酶的筛选和产酶条件研究仍然是

8、目前研究的热点对新型微生物脂肪 酶的挖掘和对已有微生物的产酶特性或者酶的改造是目前解决问题较为有效的 方法。对于新型微生物脂肪酶的挖掘是目前酶学领域许多专家学者的研究热点， 大多对耐极端环境或对特殊环境具有耐受活力的微生物进行研究，通过传统筛选 手段筛选出某种特殊用途的脂肪酶。国外研究者在这一领域做出了非常有意义的 工作。由于脂肪酶通常作用温度较高，因此具有优良低温活性的脂肪酶成为研究 新热点。5、脂肪酶活力的分析方法 酶偶联法酶偶联比色法，常用有：a.以1，2二亚麻酸甘油酯为底物，脂肪酶催化水 解得亚麻酸和 2亚麻酸甘油酯、亚麻酸经氧化及酶偶联系统产 NADH， NADH 的增加可由分光光度

9、计在 340nm 处检测出， 以此确定脂肪酶的活性。 b.以三油酸甘油酯为底物,水解产生油酸，油酸被酶偶联生成CoA，再被乙酰CoA 氧化酶氧化辛二酰CoA与H2O2，在过氧化物酶作用下与氨替吡啉产生红色反 应，可用分光光度计在546nm处测定。 电子传导法在脂肪酶水解反应中，介质的电子传导增强，这是由于脂肪酶的催化产生游离 脂肪酸改变介质电传导水平，因此可通过电子传导法测定介质中电导率的变化， 从而来确定酶活的大小。但这项技术目前还存在很多缺点： 测量需要在高温下进 行，而且只有当三乙酸甘油脂作为底物时才能够真正的反映出它的灵敏度 然而， 已经证明了三乙酸甘油脂并不特别适合作为脂肪酶的底物，

10、因此，此项测定方法 应用并不多，且仍有待改进。6、脂肪酶工业化的应用 酶促油脂水解脂肪酶的天然作用底物为油脂类化合物，在水相中，脂肪酶催化油脂水解为甘油 和脂肪酸，脂肪酶催化的这种反应被称为油脂水解反应，它在脂肪酸与肥皂工业 上广泛应用。酶促酯交换反应 酯交换反应（ transesterification） ，即酯与醇在酸 碱或者生物酶等催化剂的催化下 生成一个新酯和一个新醇的反应，即酯的醇解反应，其中，酯酸交换、酯酯 交换反应可以改变油脂的脂肪酸和甘油酯组成，从而改变油脂的性质，这是油脂 工业常用来进行油脂改性的一种重要手段 某些种类的油脂由于具有特殊的结构 而应用价值较高，而微生物脂肪酶具

11、有催化油脂进行定向酯交换的特性，因此可 以用来对廉价油脂进行改性而生产应用价值较高的特种油脂，目前在油脂工业上 研究最多也最有研究价值的是类可可脂的生产。近年来，利用脂肪酶生产人乳替 代品以及生产高、低能量的多不饱和脂肪酸也逐渐成为新的研究热点。 脂肪酶在焙烤食品中的应用脂肪酶是酶制剂的一种，酶的所有特性它都具有，与其他酶制剂如葡萄糖氧化 酶复配后加入到面团中能够取代化学增筋剂溴酸钾，能够提高面包的入炉急胀 率，增大面包体积，且对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 善口感和风味。脂肪酶还能够提高面制品的烘焙品

12、质改善面包质地、延长制品的 货架期。 总结：近年来随着细胞工程、基因工程、固定化技术的兴起，脂肪酶的研究特别 是对产脂肪酶的菌株诱变育种及基因克隆等方面的研究也取得长足进展。目前， 脂肪酶主要用于高价值的产品和具有热敏性的底物或产品，随着人们生活水平的 提高，在食品、牛奶、香水、化妆品和医药中添加天然成分的产品越来越受消费 者青睐。由天然底物生物合成的化合物被认定为天然产物，而同样的原料用化学 法生产的产物则不受欢迎因此，天然成分在今后将会具有很大的需求，这使生物 催化剂极具吸引力，因此，脂肪酶在油脂、食品、医药洗涤剂等领域具有广阔的 应用前景。参考文献1、微生物脂肪酶的研究与应用 刘虹蕾，缪

13、 铭，江 波*，张 涛（江南大学 食品科学与技术国家重点实验室， 江苏无锡 214122）2、微生物脂肪酶的应用领域及研究进展 张开平 惠 明 *田 青 尚小利 尹向垄（河南工业大学 生物工程学院 河南 郑州 450001）3、 脂肪酶的结构特征和化学修饰 郭诤，张根旺4、脂肪酶的研究及其应用陈雄金长江大学生命科学学院湖北荆州4340255、 脂肪酶结构与功能关系的FT-IR研究李正强；陶艳春；沈家骢；董 桓； 曹淑桂；吉林大学超分子结构和谱学开放实验室!长春130023； 吉 林大学生命科学学院!长春130023；6、脂肪酶活力测定研究进展 郑毅； 叶海梅； 周虓； 吴朝娟； 吴松刚； 福建师范大学生物工程学院； 福建师范大学生物工程学院 福州 350007； 福州 350007；