脂肪酶及其在化学品合成中的应用

陈海东，袁利明，赵艳丰，张照明

（山东亚邦化工科技有限公司，山东 东营257000）

1 引言

由于脂肪酶具有良好的反应特性，被广泛地应用到医药、日化、油脂品等产品的加工合成过程中。因此，脂肪酶是最重要的工业酶制剂之一。由于脂肪酶在化学品加工领域中的重要性日益突显，这要求我们必须对其进行深入地探讨和研究，更加全面地理解与利用脂肪酶，为理论研究与实际生产做出贡献。

2 脂肪酶概述

2.1 脂肪酶的来源和生产

脂肪酶是一种存在比较广的酶类别，在多种动植物的组织内都可以找到，很多微生物中也含有这一酶种。微生物脂肪酶相对于其它脂肪酶来说，其培养与提取方法更加简便，在数量上也更为可观。将脂肪酶应用到相关合成物生产的过程中，虽然脂肪酶的来源不尽相同，但脂肪酶能够有效地对其基因进行分析与复制，这使得不同种类、不同来源的脂肪酶能够更加有效地运用于工业生产，服务于日常生活。随着社会经济等各个方面的不断发展变迁，绿色技术逐渐成为化工生产的一个重要驱动点，而脂肪酶在化工合成的过程中相对绿色和环保，使得其应用更加广泛，在化工、医药等各个领域都发挥着十分重要的作用，脂肪酶已经成为化工产品合成的重要工业酶之一[1]。随着脂肪酶在不同领域的推广使用，不同工业用途所对应的要求也具有特异性，例如，温度、pH 值、有机合成酯能力等方面。所以，需要对不同来源、不同种类的脂肪酶的特性进行探究，对培育与使用方法进行不断研讨，对脂肪酶的相关条件进行深入与研究。

2.2 催化剂效用介绍

脂肪酶可以作为催化剂，其反应分为水解、合成两种反应类型。在水解反应类型中，脂肪酶作为水解酶的一种，在添加剂、脱脂等各种工业生产过程中发挥着重要的作用。脂催化合成又可分为酯化、酯交换（酸解、醇解和酯交换）和氨解。在合成反应的类型中，部分产品的获取存在一定的难度，通过单纯的化学方式，不一定能够取得预期的效果，可以利用调节室温和反应环境的压力来加快脂肪酶的催化。

3 脂肪酶在化学合成中的应用

3.1 结构酯

对于酯化、酸水解和酯交换反应来说，脂肪酶有着良好的催化促进作用，可以改变酯的结构。在甘油酯结构中，使原本甘油酯结构中的脂肪酸链发生变化，其位置和分布都会改变，或在特定位置取代新的脂肪酸，使脂肪获得新的内代谢途径和营养功能。

3.2 生物表面活性剂

中长链脂肪酸和甘油、山梨醇、糖等多羟基醇形成的酯类产品是重要的生物表面活性剂，使得生物表面活性增强，在食品、化妆品、医药等行业的应用十分广泛。其中，糖基长链脂肪酸或羟基脂肪酸形成的糖酯被广泛用作化学乳化剂，一些糖酯已被登记为食品添加剂，因为它们是无毒和可生物降解的。糖环上有许多羟基，化学催化剂选择性差，可能产生有毒的副产物。因此，脂肪酶被认为更适合合成食品级的糖酯。

3.3 维生素酯

抗坏血酸（维生素C）和维生素A 是重要的抗氧化剂，在食品、化妆品和制药领域被广泛应用。然而，维生素C 和维生素A 的结构不稳定并且容易被氧化，在转化为相应的脂肪酸酯后，稳定性大大提高，脂溶性良好。使用脂肪酸（如棕榈酸、油酸），脂肪酸甲酯或脂肪酸乙烯酯作为酰基供体有效地将维生素C 转化为相应的脂肪酸酯，维生素的含量C 酯可达到65%～91%，使用固定化假丝酵母99-125 脂肪酶作为催化剂，通过酯化反应，从维生素A 乙酸酯转化为维生素A 棕榈酸酯，反应在较低的温度（25～30℃）下进行，没有过量的酰基，且12h 转化率可达83%。经分离纯化，产品纯度达到95%，同时避免了传统化学合成中高温引起的维生素氧化和变质问题，具有良好的发展前景[2]。

3.4 蜡酯

蜡酯（含碳原子在C16 以上的高脂肪酸和高脂肪醇的酯）可用作高级润滑油和润肤油的原料，一般采用圆筒状念珠菌中的脂肪酶催化批量反应器中蜡酯合成的方法。这一方法能够明显地提升合成品的质量，但也会增加一定的成本。用固定化念珠菌sp.99-125 脂肪酶催化菜籽油和四醇的酯，发生交换反应，在无溶剂体系中合成液体不饱和蜡酯，与商业固定化酶Novozym435（来自Candida Antarcb）和脂合酶rmim（来自米耶黑）发生相同的催化作用可以实现。

3.5 生物柴油

生物柴油与传统石油柴油相比，在使用特性和环境保护方面具有无可比拟的优势，是一种有前景的可再生能源。在废油的处理过程中，生物柴油的合成是不能采取化学方法的，否则达不到预期的效果，这是因为在废油中存在大量游离脂肪酸，容易与催化剂发生反应，影响产出物的质量。生物柴油是通过脂质和低碳醇的脂催化酯交换合成的，制备相应的脂肪酸甲酯或乙酯。在高含水率的体系中，黄连和白念珠菌的脂肪酶具有较高的催化活性，适用于废油生物柴油的生产，刺槐的脂肪酶具有较强的甲醇活性和适应性。

3.6 手性化合物

运用酶的立体选择性高的特性，在有机相中催化不对称水解、酯化、酯交换和氨解，产生化学反应，已成为制备光学活性化合物的重要途径。手性化合物脂促合成的基本类型是前手性底物的不对称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内酯（PCL）、聚丁炔丁二酸酯（PBS）及其共聚物、再生资源生产的聚乳酸（PLA）和微生物生产的聚羟烷酸酯（PHA）。脂肪族聚酯的合成，一般使用生物发酵或化学合成的方法。在过去的十年中，学者对聚酯的酶法合成进行了广泛地研究。脂肪族聚酯已成功地通过酶缩聚、酯交换和开环合成。与传统的聚酯合成方法相比，酶催化具有选择性高、反应条件温和、无毒无害等优点，可合成手性药物、具有特定官能团的聚酯和具有功能团的聚酯。

4 结语

工业正在不断地创新与发展，对于脂肪酶的理解与应用也在不断地深化和推进。在今后的发展进程中，需要结合固定化技术、介质工程等一系列的方式来提升脂肪酶的使用效果，使脂肪酶在化学品合成的过程中展现出更多的效用，不断推进绿色化学工业的发展，实现工业现代。