浅谈嗜热脂肪芽孢杆菌脂肪酶应用研究进展

韩 伟

(河南护理职业学院 河南 安阳 455000)

1 嗜热脂肪芽孢杆菌概述

嗜热脂肪芽孢杆菌，属于嗜热性芽孢杆菌，其最高生长温度高达65 ～75℃，最适生长温度为56～60℃，为需氧菌，但在空气中生长良好，具备兼性厌氧菌的特性，在pH6.8～7.2的培养基生长良好。嗜热脂肪芽孢杆菌为革兰阳性菌，细菌呈长杆状、底端呈圆形，细菌在营养琼脂培养基上菌落呈米黄色，菌落边缘不整齐，表面湿润且粗糙。嗜热脂肪芽孢杆菌为产芽孢菌，芽孢一般呈椭圆或者是柱状，芽孢用孔雀石绿染色后呈现绿色。嗜热脂肪芽孢杆菌广泛存在于自然界中，比较容易识别，而且对人体没有危害性，属于正常菌群，产生的芽孢无毒、无致病性且无热原，对压力蒸汽的抵抗力几乎是所有微生物中最强，因此常用于验证灭菌设备的性能和灭菌效果，被欧洲、美国、日本等国家的药典作为热力灭菌生物指示剂的标准菌株收录，我国卫生部也将该菌株作为压力蒸汽灭菌效果评价标准检测菌株列入《消毒与灭菌效果的评价方法和标准》和《消毒技术规范》(2002版)，国家质量监督检验检疫总局也将其作为湿热灭菌生物指示剂列入《医疗保健产品灭菌生物指示剂》标准中。嗜热脂肪芽孢杆菌繁殖体营养要求不高，普通的营养琼脂培养基细菌体即可生长，该菌在代谢过程中会产生脂肪酶，脂肪酶是重要的工业酶制剂品种之一，可以催化解脂、酯交换、酯合成等反应，广泛应用于工业生产。本文通过对嗜热脂肪杆菌产生的脂肪酶的特性、产生条件、应用范围等方面的进行综述，希望对脂肪酶应用的进一步研究提供研究方向。

2 脂肪酶概述

脂肪酶，又称三酰基甘油酰基水解酶，基本组成单位为单纯的氨基酸，通常只有一条多肽链，催化活性由蛋白质的结构决定。脂肪酶可以水解甘油三酯的酯键，将甘油三酯分解为甘油二酯、单甘油酯、甘油和脂肪酸。可水解的底物一般为不溶于水的长链脂肪酸酰基酯如三脂酰甘油酯等，催化反应后可完成酯类化合物的分解、合成、酯交换，形成芳香酯。另外，脂肪酶作为催化剂可以催化底物的水解反应和合成反应，且完成的催化反应不需要辅酶，反应的条件相对温和，反应过程中副反应少，这些特性优势使脂肪酶在油脂加工、食品、医药、日化等工业中应用广泛。

3 嗜热脂肪芽孢杆菌产脂肪酶发酵条件

脂肪酶可在多种微生物中代谢产生，主要的产酶菌为霉菌和细菌，嗜热脂肪芽孢杆菌就是一种典型的产脂肪酶菌株。嗜热脂肪芽孢杆菌培养基配比(g/L)：蛋白胨10，酵母提取物5，氯化钠10。pH7.0，65℃水浴摇床培养嗜热脂肪芽孢杆菌。培养细菌所提取脂肪酶活性与温度、pH等均有关系 ，在pH为8.5的Tris-盐酸缓冲液(0.05mol/L)中，温度保持55℃脂肪酶的活性最高。

4 脂肪酶在工业中的应用

4.1脂肪酶在医药生产中的应用

脂肪酶是人体脂肪代谢最基本的催化酶，可以促进脂肪的代谢分解，降低血脂，可以通过外部调节脂肪酶帮助人体消化作用，促进人体新陈代谢。同时脂肪酶可以作为药物治疗局部炎症，另外日本专利报道，脂肪酶可以分解血液中的乳糜颗粒和低密度的脂蛋白，可用于预防和治疗高血脂。由于脂肪酶可以作为药物作用靶点、标记物，所以可以将脂肪酶作为脂血病、胰腺炎等疾病的临床检验依据。由于脂肪酶具有高立体选择性，具有位置选择性和底物专一性，可利用这些特性进行消旋体药物的手性拆分研究，手性拆分反应条件温和、副作用少、耗能低，比物理、化学拆分法更具有工业应用潜力。研究表明脂肪酶可对二芳基丙酸类药物进行选择性水解和拆分，如临床中的布洛芬、萘普森等药物。水杨酸甲酯是止痛药、退烧药的重要组成成分，工业中利用芽孢杆菌分泌的脂肪酶，以凝胶基质为底物经过国定化后，在55℃，pH9.5的条件下，可以高度转化水杨酸甲酯，在药物生产中已广泛应用。

4.2脂肪酶生产脂肪酸

脂肪酶可通过水解作用将油脂降解为脂肪酸和甘油，脂肪酸和甘油是化工生产中广泛应用的原料。花生油、橄榄油、大豆油、蓖麻油等各种植物油，牛、羊、猪等各种动物脂肪都可以作为脂肪酶的水解底物。而且利用脂肪酸的特异性可以有选择的水解特定的酯键和脂肪酸，提高油脂的营养价值。脂肪酶的催化反应条件相对温和，可以在自然的温度和压力下进行，催化反应的产物颜色、气味好，且副反应少。传统工业条件下的高温环境可以将不饱和脂肪酸氧化，而脂肪酶催化反应条件温和可以直接产生不饱和脂肪酸，不饱和脂肪酸是可以有效调节人体代谢活动，还可以提高智力，预防、治疗心脑血管方面的疾病。此外传统工业用蒸汽裂解法以蓖麻油为原料生产蓖麻酸，但是此过程中会有脱水、内酯化等副反应，为避免此类情况，工业中可利用脂肪酶通过水解作用产生蓖麻油，实现蓖麻油生产的新工艺。

4.3脂肪酸在皮革、纺织工业中的应用

在皮革生产加工中，皮革和毛皮有一层紧密相连的残余脂肪层，传统工艺中是用石灰石处理，但效果不理想。脂肪酶可以将这层脂肪层水解，这种工艺不会损伤皮革的厚度和牢固度，而且会使皮毛丰满柔软、弹性好。脂肪酶在绢纺脱脂方面也有良好的效果，研究表明解脂假丝酵母脂肪酶可以将绢纺原料中的油脂含量由10%减少到0.5%，且不会影响绢丝的纤维强度。在皮革、纺织工业生产中，脂肪酶可以分解掉仪器元件上的油污，提高产品的洁净度和产品质量。

4.4脂肪酶在生物能源的应用

随着社会的不断发展，人类对石油、燃气、煤炭等能源的依赖越来越强，这些能源作为不可再生能源在不断消耗，太阳能、风能等能源的应用技术还不成熟，开发生物能源是社会发展趋势，其中生物柴油是发展比较迅速的一种能源。生物柴油是指以动物油脂、植物油、垃圾油等各种油脂为原料，选择适用的脂肪酶，在合适的温度、Ph等条件下，经过水解、酯化，最终产生单甘酯和脂肪酸。脂肪酸与短链醇进一步酯化生成脂肪酸烷基酯，目前最典型的生物石油是脂肪酸甲酯，相对于传统石油，生物石油可再生，易于降解，且无毒，使用过程中没有二氧化硫的排放，可以有效缓解全球温室效应。

4.5脂肪酶在饲料工业中的应用

脂肪是畜禽机体的重要组成部分，也是机体重要的能量储备库，当畜禽机体需要能量时，脂肪酶可以通过水解作用将动物机体内的脂肪水解并产生大量的能量，可以满足畜禽不同阶段的能量需求，动物饲料中添加动物脂肪或植物油，不但可以减少饲料生产过程中的粉尘，还可以改善饲料的外观，增加动物的食欲。但是动物饲料中的油脂必须在脂肪酶的催化下分解为脂肪酸、甘油单酯，才能被动物机体吸收利于。国家明令禁止在饲料中添加生长剂，脂肪酶就是首选的生长剂替代品，研究表明在饲料中添加脂肪酶可以显著提高禽畜的增重速度，还可以有效防止动物腹泻，提高饲料的吸收率，而且在饲料中添加脂肪酶分解产生的脂肪酸有特殊的风味和香味，还可以提高动物的食欲。

4.6脂肪酶在纸浆造纸中的应用

造纸过程中，纸浆中会含有三酯酰甘油、蜡等疏水性成分，这些疏水性性成分会在干燥柱上沉积，从而影响造纸的质量。脂肪酶可以通过水解作用去除90%的三酰酯甘油，从而提高造纸的质量。同时在废纸重加工过程中，需要去除废纸中的油墨，油墨中含有大量的三酰酯甘油，所以在除墨过程中加入脂肪酶可以有效脱墨，而且可以提高纸的白度。

4.7脂肪酶在洗涤业工业中的应用

衣服污垢中油性污垢难以去除，如食用植物油、奶油、黄油、化妆品油，还包括人体体表分泌的油脂。目前我国洗涤衣物基本是自然水温洗涤，在低温、弱碱性的条件下油污难以去除。在洗衣机、餐具洗洁精的配方中加入可以分解油脂的脂肪酶，脂肪酶能将甘油三酯水解为更容易去除的甘油和脂肪酸，可以提高对油脂污垢的去除效果。脂肪酶的添加可以减少洗涤剂中表面活性剂和助剂的用量，不仅可以高效去污，还有利于减少表面活性剂的使用，更环保。

4.8脂肪酶在食品加工中的应用

油脂类、糖酯类食物是人们喜爱的食物，也是人体所必须的营养物质。但是此类食物的口感外观跟脂肪酸在甘油骨架的位置、饱和度有关，碳链长度对其有影响。而脂肪酶具有位置特异性，可以改造脂肪酸的构成位置，从而提高脂类食物的性质。随着人们对食物质量要求的不断提高，脂肪酶已经广泛应用于食品改良和食品保鲜等方面。在焙烤食品加工中脂肪酶应用广泛，在制作面包的生面团中加入脂肪酶，脂肪酶水解甘油三酯，将其分解为甘油二酯、甘油单酯、脂肪酸，这些成分可以改善面团的流变学特性，从而增大面包体积使其更加松软，对面包芯有二次增白的效果。脂肪酶同时还可以对面团起到良好的调理作用，延缓面团的腐败延长保质期。

4.8.1脂肪酶可以生产代可可脂

可可脂是从天然可可豆中提取而来的天然油脂，可可脂在25℃左右为固态，温度高于35℃就会融化，是制作巧克力的原材料，但是可可豆的产量受气候、地理位置等多因素的影响，产量远远无法达到人们的需求，工业中以棕榈油、菜籽油、茶树油豆油等为底物通过脂肪酶对其改造，生产出与可可脂口感、特性非常相似的代可可脂。

4.8.2研制母乳化结构脂

母乳为婴儿的生长提供了丰富多样的营养，由于健康、经济等原因很多孩子无法进行母乳喂养，婴儿的配方奶粉成了母乳的替代品，理想的配方奶粉都是在模仿母乳的结构。由于哺乳阶段的不同，种族饮食等方面的不同，导致母乳脂肪中脂肪酸的组成有所不同，但是其共同点是在总脂肪酸中，油酸、棕榈酸、亚油酸所占的比例基本相同，脂肪酶可以通过催化三棕榈甘油酯和油酸乙酯反应生产OPO，从而完成油脂改性，变为接近母乳的形式，更利于婴儿的吸收利用。此外还可以通过改变脂肪酸连德长度，来增加奶粉、奶酪的风味。

4.8.3脂肪酶可合成芳香化合物

带有水果味的芳香剂在食品工业中应用广泛，芳香剂本质为具有水果味的短链酯，这些短链酯可以天然物中提取，也可以人工合成。这些化合物通常为短链脂肪酸和醇类物质，比如丁酸丁酯、丁酸甲酯就有类似苹果味和菠萝味，丁酸乙酯类似草莓味，丁酸异戊酯类似香蕉味。脂肪酶可以在温和条件下催化合成这些天然香料，生产更高效，也更安全，所以脂肪酶合成芳香化合物应用前景明朗。

4.8.4 脂肪酶应用于酒类加工

脂肪酶可以通过催化反应合成芳香酯，芳香酯类可用来白酒增香，也可以强化发酵复糟酒，研究表明产脂肪酶微生物是形成白酒特殊风味的关键。

4.8.5脂肪酶应用于肉类加工

肉制品加工过程中脂肪酶可以去降解肉类中多于的脂肪，同时还可以改善肉类的风味。脂肪酶通过分解、合成酯类化合物形成具有芳香气味的芳香酯。如在香肠中添加脂肪酶，可以快速将香肠中的脂肪降解，并促进脂肪氧化，促进形成脂质来源的挥发性风味物质。所以在肉制品中加入脂肪酶不仅可以积累风味前体物质，还可以促进风味物质的产生。

4.8.6脂肪酶应用于茶叶加工

茶叶中含有大量的脂类物质，在茶叶加工过程中脂肪酶通过催化、氧化、水解作用将茶叶中脂类物质降解，其中的水解产物脂肪酸本身具备特殊香气，对后期茶叶香气的展现有重要作用，其还是芳香挥发物的重要的前体物质，降解氧化以后会产生茉莉酮等其他香气产物。研究表明普洱茶中香气主要来源于氧化降解过程产生的脂肪酸和其他产物。

此外，脂肪酶还可以通过水解产生长链脂肪酸酯生产化妆品，产生短链脂肪酸酯生产香水香料。脂肪酶在聚酯合成方面也有重要作用。

5 前景与展望

脂肪酶在食品、药品、饲料等工业应用中，优势明显。首先脂肪酶的催化活性高，可以高效进行生产，其次脂肪酶的反应条件温和，有比较宽的温度、pH范围，再次脂肪酶的催化反应副反应少。而且脂肪酶以天然的油脂为底物，分解产生的化学物也被认定为天然产物。所以脂肪酶在食品、药品、化妆品等领域前景明朗。但是目前脂肪酶在工业上的发展还有两大阻碍，第一是脂肪酶产量低，第二是脂肪酶的稳定性较差。随着生物技术的不断发展，可利用转基因技术将脂肪酶的基因与目标载体进行连接，提高脂肪酶的活性和产量。另外通过脂肪酶的固定化提高脂肪酶的稳定性。所以脂肪酶在工业上各领域会不断发展。