脂肪酶固定化技术及应用研究

王昌陵 曹永强 孙旭刚

摘要：脂肪酶固定化技术能够解决催化不稳定、不易回收等问题，实现连续操作和提高催化效率。综述固定化脂肪酶技术的主要类型和特点，总结固定化脂肪酶技术在食品工业中的应用情况。基于脂肪酶固定化技术的优势，展望其在食品生产领域的应用前景。

关键词：脂肪酶；固定化；食品；应用

中图分类号：TS201.1    文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2023）03-0040-02

脂肪酶是一类以甘油酯类为底物、能在水油界面发生催化反应的酶的总称，被广泛应用于食品、医药、环境等领域。在实际应用中，脂肪酶易受环境酸、碱性、温度及重金属离子等因素影响，稳定性较差，且反应后不易从产物中回收，应用受到极大限制[1]。脂肪酶固定化技术能够解决催化不稳定、不易回收等问题，实现连续操作和提高催化效率。该方法将脂肪酶固定在惰性载体上，能保持其活性，其催化性能主要取决于固定化材料和固定化方法。固定化材料要求具有良好的稳定性，不受热和化学等因素影响，与酶的亲和性高，且不影响酶的催化活性。

1 脂肪酶的固定化技术

应用脂肪酶固定化技术时，应在遵循酶活力损失减少和稳定性增强的原则下，根据特征和应用目的来选择适合的酶。根据酶与载体结合的方式，固定脂肪酶的方法主要有4种：吸附法、包埋法、交联法和共价结合法。此外，也可采用联合法提高固定化酶效率。载体可选用聚丙烯、葡聚糖凝胶和琼脂糖等。

1.1 吸附法固定化

吸附法是通过疏水作用力、范德华力等微小的力将酶吸附到载体上，是一种简单、直接的固定化方法，材料价格低廉，反应作用条件温和。吸附法主要分为离子交换吸附和物理吸附两大类。

林海蛟等[2]以硅藻土为载体优化固定化条件，在20 ℃条件下固定6 h后，酶活力较优化前提高12.45%；以大孔树脂为载体经连续反应后，大豆油的转酯化反应率为70%，酶活残余85%；天然黏土经烷基化、羟基化改性处理后作为脂肪酶固定化载体，反复使用10次后脂肪酶仍能保持初始活性的77%。

1.2 包埋法固定化

包埋法是将酶包合在载体聚合物网络中，底物和产物可以通过，而酶被保留其中，起有效保护和提高效率的作用。鲁玉侠等[3]试验研究表明：以海藻酸钠为载体固定化脂肪酶后，酶活力损失降低，催化底物反应10次后活性仍能保持在95%以上；以海藻酸盐、氢氧化镁和氯化钙包埋脂肪酶后，模拟胃液条件下（pH 4.0）脂肪酶微凝胶仍保持中性（pH 7.4），且在小肠液环境中消化80%的油脂[4]。

1.3 交联法固定化

交联法是采用多功能试剂使酶分子间进行化学交联，酶分子与载体则通过化学键连接，形成三维网络结构。卢建芳[4]以机械强度较高、耐热性好的高分子松香为载体制备交联脂肪酶，获取的固定化酶热稳定性高，易于回收（回收率可达87%）；以氨基改性磁性凹土复合材料为载体，采用交联法固定化脂肪酶后，酶的热稳定性和pH稳定性提高，反复利用8次后活性仍达78%。

1.4 共价结合法固定化

共价结合法是酶的官能团与载体之间形成共价键。以氨基为载体共价结合脂肪酶，戊二醛辅助交联，固定化的脂肪酶比游离酶稳定性提高，在室温储存条件下储存18 d，仍能残留70%的活性。

以改性磁性氧化石墨烯为氧化酶载体，采用戊二醛为交联剂，由于磁性氧化石墨烯改性后具有強疏水性，因此在固定化过程中发生疏水性界面活化，使酶活性明显提高，回收率为116.5%[5]。

1.5 联合法固定化

联合使用两种或两种以上的固化方法，能对单一方法起到互补促进的效果。黄静[6]以酸改性蛭石为载体，通过吸附联合包埋法固定化脂肪酶，改性后的蛭石比表面积增多，孔隙结构丰富，有利于酶分子接触；酶活性测试结果显示，储存56 d后活力仍能保持60%。以环氧交联剂新戊二醇二缩水甘油醚和硅藻土为载体，采用交联-吸附方式对海洋脂肪酶固定化，回收率为73%，比硅藻土法提高11%[7]。

2 脂肪酶固定技术在食品领域中的应用

在食品工业中用酶替代化学催化剂，既有利于减少环境污染，又能够提高食品安全性。固定化酶可以改善酶作用的稳定性，对循环利用和实现连续生产具有重要意义。

2.1 油脂纯化改性

利用包埋联合交联法，以海藻酸钠、羧甲基纤维素为载体，以戊二醛为交联剂，对脂肪酶进行固定后，将其用于菜籽油脱羧工艺中，脱酸率达到94.7%，与传统碱法脱酸相比，酶法对保留菜籽油中生育酚和植物甾醇的有益微量物质起到积极作用。

改性壳聚糖微球固定化脂肪酶，应用于水解鱼油制备多不饱和脂肪酸中。鱼油经作用后，单不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸含量下降，多不饱和脂肪酸增加，DHA、EPA含量显著提升。5次重复使用固定化脂肪酶后，活性仍保持75%[8]。固定化脂肪酶催化甘油和鱼油乙酯，经酯交换反应生产甘油三酯型鱼油含量达82%，重复利用15次后甘油三酯含量仍可达74%，符合工艺指标[9]。环氧树脂固定化脂肪酶，催化合成丙二醇油酸单酯，产物纯度可达84.7%，经7次循环使用后，活力仍能保持初始的98%。

2.2 合成香味物质

采用酶法以肉桂醇和乙酸乙烯酯为底物，催化生成乙酸肉桂酯。乙酸肉桂酯是食品中常用的香精，可以从植物中获得，但产量较低；化学合成方法会造成环境污染，同时伴随副反应发生。采用物理吸附法制得固定化酶进行催化，比游离酶的稳定性强，转化率可达92%[10]。固定化脂肪酶催化正癸醇和乙酸乙烯酯制得乙酸癸酯，转化率达95%以上，游离酶粉的转化率只有29%。经过3 次利用后，转化率仍可达89%[11]。以无水奶油为底物，经固定化脂肪酶催化后，形成含硫酯风味化合物，产物易获得、回收率高、清洁环保。

2.3 生产其他物质

蔗糖酯常作为表面活性剂在食品中应用。蔗糖酯由蔗糖和月桂酸经固定化脂肪酶催化而成，作用条件温和，产物容易纯化，色泽较浅。以抗坏血酸和棕榈酸酯为底物，采用固定化脂肪酶对其进行催化，生成脂溶性抗氧化剂抗坏血酸棕榈酸酯，比游离酶法催化转化率提高60%。以乌桕脂、山嵛酸和硬脂酸为原料，在固定化脂肪酶催化下制备出低热量类可可脂，得率达95%以上。

3 脂肪酶固定技术研发展望

脂肪酶固定化可以提高酶的稳定性，保持催化活性。随着新型材料和新方法的不断出现，脂肪酶固定化技术随之迅速发展。如介孔材料比表面积大、孔容高，可大大提高负载量。纳米管作为一种新型材料，其内表面具有很强的结合酶能力，起到稳固、保持酶活力的作用。另外，玉米芯、米糠等粮食副产物也可作为固定化酶的载体。随着人们对脂肪酶研究的不断深入和固定化技术的创新，固定化脂肪酶将更广泛地应用于食品加工领域。

参考文献

[1] 栗俊田.脂肪酶固定化载体材料研究进展[J].广东化工，2017，44（22）：90-93.

[2] 林海蛟，张继福，张云，等.添加剂对硅藻土吸附固定化脂肪酶的作用研究[J].江西农业大学学报，2019，41（6）：1 200-1 211.

[3] 鲁玉侠，蔡妙颜，郭祀远，等.海藻酸钠包埋法制备固定化脂肪酶研究[J].现代食品科技，2007，91（1）：30-32.

[4] 卢建芳，黎克纯，雷福厚，等.磁性松香基高分子固定化交联脂肪酶聚集体的制备及性质研究[J].中国油脂，2019，44（7）：128-134.

[5] 王艳娥，张子安，唐爱星，等.表面活性剂改性磁性氧化石墨烯共价固定脂肪酶CRL[J].化工进展，2019，38（9）：4 255-4 263.

[6] 黄静，梁密.改性蛭石吸附-包埋法固定化脂肪酶的研究[J].食品与发酵工业，2020，46（14）：103-107.

[7] 林海蛟，張云，孙爱君，等.基于无机载体的先交联后吸附固定化脂肪酶的方法[J].暨南大学学报（自然科学与医学版），2019，40（3）：195-205.

[8] 周钦威.改性壳聚糖微球固定化脂肪酶及其应用研究[D].杭州：浙江工商大学，2016.

[9] 王升帆，王庭，郗锋剑，等.固定化脂肪酶催化制备甘油三酯型鱼油[J].中国油脂，2021，46（8）：97-100+109.

[10] 周美娟，张莹，丛方地，等.乙酸肉桂酯在固定化脂肪酶反应器中的合成[J].天津农学院学报，2018，25（1）：64-67+80.

[11] 张莹，周美娟，丛方地，等.脱脂棉固定化脂肪酶PCL催化合成乙酸癸酯[J].中国食品添加剂，2017（12）：51-56.

Research on Immobilization Technology and Application of Lipase

WANG Changling， CAO Yongqiang， SUN Xugang

（Institute of Crop Research， Liaoning Academy of Agricultural Sciences， Shenyang 110161， China）

Abstract： Lipase immobilization technology can solve the problems of catalytic instability and not easy to recover， realize continuous operation and improve catalytic efficiency. This paper reviews the main types and characteristics of immobilized lipase technology， and summarize the application of immobilized lipase technology in the food industry. Based on the advantages of lipase immobilization technology， it looks forward to its application prospects in food production field.

Key words： lipase; immobilization; food; application