脂肪酶及其在化學(xué)品合成中的應(yīng)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(yíng)257000）

1 引言

由于脂肪酶具有良好的反應(yīng)特性，被廣泛地應(yīng)用到醫(yī)藥、日化、油脂品等產(chǎn)品的加工合成過(guò)程中。因此，脂肪酶是最重要的工業(yè)酶制劑之一。由于脂肪酶在化學(xué)品加工領(lǐng)域中的重要性日益突顯，這要求我們必須對(duì)其進(jìn)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(shí)際生產(chǎn)做出貢獻(xiàn)。

2 脂肪酶概述

2.1 脂肪酶的來(lái)源和生產(chǎn)

脂肪酶是一種存在比較廣的酶類別，在多種動(dòng)植物的組織內(nèi)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(duì)于其它脂肪酶來(lái)說(shuō)，其培養(yǎng)與提取方法更加簡(jiǎn)便，在數(shù)量上也更為可觀。將脂肪酶應(yīng)用到相關(guān)合成物生產(chǎn)的過(guò)程中，雖然脂肪酶的來(lái)源不盡相同，但脂肪酶能夠有效地對(duì)其基因進(jìn)行分析與復(fù)制，這使得不同種類、不同來(lái)源的脂肪酶能夠更加有效地運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)，服務(wù)于日常生活。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)等各個(gè)方面的不斷發(fā)展變遷，綠色技術(shù)逐漸成為化工生產(chǎn)的一個(gè)重要驅(qū)動(dòng)點(diǎn)，而脂肪酶在化工合成的過(guò)程中相對(duì)綠色和環(huán)保，使得其應(yīng)用更加廣泛，在化工、醫(yī)藥等各個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮著十分重要的作用，脂肪酶已經(jīng)成為化工產(chǎn)品合成的重要工業(yè)酶之一[1]。隨著脂肪酶在不同領(lǐng)域的推廣使用，不同工業(yè)用途所對(duì)應(yīng)的要求也具有特異性，例如，溫度、pH 值、有機(jī)合成酯能力等方面。所以，需要對(duì)不同來(lái)源、不同種類的脂肪酶的特性進(jìn)行探究，對(duì)培育與使用方法進(jìn)行不斷研討，對(duì)脂肪酶的相關(guān)條件進(jìn)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(yīng)分為水解、合成兩種反應(yīng)類型。在水解反應(yīng)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(yè)生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)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(yīng)的類型中，部分產(chǎn)品的獲取存在一定的難度，通過(guò)單純的化學(xué)方式，不一定能夠取得預(yù)期的效果，可以利用調(diào)節(jié)室溫和反應(yīng)環(huán)境的壓力來(lái)加快脂肪酶的催化。

3 脂肪酶在化學(xué)合成中的應(yīng)用

3.1 結(jié)構(gòu)酯

對(duì)于酯化、酸水解和酯交換反應(yīng)來(lái)說(shuō)，脂肪酶有著良好的催化促進(jìn)作用，可以改變酯的結(jié)構(gòu)。在甘油酯結(jié)構(gòu)中，使原本甘油酯結(jié)構(gòu)中的脂肪酸鏈發(fā)生變化，其位置和分布都會(huì)改變，或在特定位置取代新的脂肪酸，使脂肪獲得新的內(nèi)代謝途徑和營(yíng)養(yǎng)功能。

3.2 生物表面活性劑

中長(zhǎng)鏈脂肪酸和甘油、山梨醇、糖等多羥基醇形成的酯類產(chǎn)品是重要的生物表面活性劑，使得生物表面活性增強(qiáng)，在食品、化妝品、醫(yī)藥等行業(yè)的應(yīng)用十分廣泛。其中，糖基長(zhǎng)鏈脂肪酸或羥基脂肪酸形成的糖酯被廣泛用作化學(xué)乳化劑，一些糖酯已被登記為食品添加劑，因?yàn)樗鼈兪菬o(wú)毒和可生物降解的。糖環(huán)上有許多羥基，化學(xué)催化劑選擇性差，可能產(chǎn)生有毒的副產(chǎn)物。因此，脂肪酶被認(rèn)為更適合合成食品級(jí)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(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。然而，維生素C 和維生素A 的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定并且容易被氧化，在轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的脂肪酸酯后，穩(wěn)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(zhuǎn)化為相應(yīng)的脂肪酸酯，維生素的含量C 酯可達(dá)到65%～91%，使用固定化假絲酵母99-125 脂肪酶作為催化劑，通過(guò)酯化反應(yīng)，從維生素A 乙酸酯轉(zhuǎn)化為維生素A 棕櫚酸酯，反應(yīng)在較低的溫度（25～30℃）下進(jìn)行，沒(méi)有過(guò)量的?；?，且12h 轉(zhuǎn)化率可達(dá)83%。經(jīng)分離純化，產(chǎn)品純度達(dá)到95%，同時(shí)避免了傳統(tǒng)化學(xué)合成中高溫引起的維生素氧化和變質(zhì)問(wèn)題，具有良好的發(fā)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(jí)潤(rùn)滑油和潤(rùn)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(yīng)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(zhì)量，但也會(huì)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(fā)生交換反應(yīng)，在無(wú)溶劑體系中合成液體不飽和蠟酯，與商業(yè)固定化酶Novozym435（來(lái)自Candida Antarcb）和脂合酶rmim（來(lái)自米耶黑）發(fā)生相同的催化作用可以實(shí)現(xiàn)。

3.5 生物柴油

生物柴油與傳統(tǒng)石油柴油相比，在使用特性和環(huán)境保護(hù)方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，是一種有前景的可再生能源。在廢油的處理過(guò)程中，生物柴油的合成是不能采取化學(xué)方法的，否則達(dá)不到預(yù)期的效果，這是因?yàn)樵趶U油中存在大量游離脂肪酸，容易與催化劑發(fā)生反應(yīng)，影響產(chǎn)出物的質(zhì)量。生物柴油是通過(guò)脂質(zhì)和低碳醇的脂催化酯交換合成的，制備相應(yīng)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(chǎn)，刺槐的脂肪酶具有較強(qiáng)的甲醇活性和適應(yīng)性。

3.6 手性化合物

運(yùn)用酶的立體選擇性高的特性，在有機(jī)相中催化不對(duì)稱水解、酯化、酯交換和氨解，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，已成為制備光學(xué)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(duì)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(nèi)酯（PCL）、聚丁炔丁二酸酯（PBS）及其共聚物、再生資源生產(chǎn)的聚乳酸（PLA）和微生物生產(chǎn)的聚羥烷酸酯（PHA）。脂肪族聚酯的合成，一般使用生物發(fā)酵或化學(xué)合成的方法。在過(guò)去的十年中，學(xué)者對(duì)聚酯的酶法合成進(jìn)行了廣泛地研究。脂肪族聚酯已成功地通過(guò)酶縮聚、酯交換和開(kāi)環(huán)合成。與傳統(tǒng)的聚酯合成方法相比，酶催化具有選擇性高、反應(yīng)條件溫和、無(wú)毒無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)，可合成手性藥物、具有特定官能團(tuán)的聚酯和具有功能團(tuán)的聚酯。

4 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)正在不斷地創(chuàng)新與發(fā)展，對(duì)于脂肪酶的理解與應(yīng)用也在不斷地深化和推進(jìn)。在今后的發(fā)展進(jìn)程中，需要結(jié)合固定化技術(shù)、介質(zhì)工程等一系列的方式來(lái)提升脂肪酶的使用效果，使脂肪酶在化學(xué)品合成的過(guò)程中展現(xiàn)出更多的效用，不斷推進(jìn)綠色化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代。