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

【摘 要】脂肪酶的催化過(guò)程具有較好的反應(yīng)特性，在實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域以及生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)，其具有性價(jià)比較高、利用效果較好的優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)階段，隨著綠色可再生理念的不斷延伸發(fā)展，脂肪酶被更加廣泛地應(yīng)用到化學(xué)品合成的過(guò)程中。論文針對(duì)這一背景，就脂肪酶在化學(xué)合成品中的應(yīng)用展開(kāi)相關(guān)探討。

【Abstract】 The catalytic process of lipase has good reaction characteristics， and it has the advantages of high cost performance and good utilization effect when applied in the experimental field and production field. At this stage， with the continuous development of the green renewable concept， lipase is more widely used in the process of chemical synthesis. Based on this background， this paper discusses the application of lipase in chemical synthesis.

【關(guān)鍵詞】脂肪酶;化學(xué)合成;催化過(guò)程

【Keywords】lipase; chemical synthesis; catalytic process

【中圖分類號(hào)】Q814.9 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2019）07-0129-02

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酰基供體有效地將維生素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)量的酰基，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。

【參考文獻(xiàn)】

【1】陳必強(qiáng)，楊建國(guó)，譚天偉.脂肪酶的生產(chǎn)及其在化學(xué)品合成中的應(yīng)用[C]//第八屆中國(guó)酶工程學(xué)術(shù)研討會(huì).

【2】譚天偉，陳必強(qiáng).脂肪酶及其在化學(xué)品合成中的應(yīng)用[J].生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)，2018（4）：35-41.