Sn-1,3专一性脂肪酶的固定化及其在结构油脂OPO合成中的应用

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Sn-1,3专一性脂肪酶能选择性地水解甘油三酯的Sn-1位和Sn-3位,因此广泛的用于甘油三酯的修饰。国内外大量的研究表明,Sn-1,3专一性脂肪酶适用于生产结构油脂、母乳脂肪替代品、类可可脂等。结构油脂1,3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯(OPO)是一种新型婴幼儿食品营养强化剂,也是母乳结构脂肪的重要成分,能使婴幼儿最大限度地吸收利用钙质和能量,并显著降低了婴幼儿发生便秘、腹痛和肠梗阻的可能性。Sn-1,3专一性脂肪酶是OPO合成中的关键生物催化剂,对Sn-1,3专一性脂肪酶进行固定化后,能提高其重复利用次数和比活力,保证其专一性,显著降低OPO生产成本及其市场价格。本文研究内容包括:Sn-1,3专一性脂肪酶的固定化;Sn-1,3专一性固定化脂肪酶催化合成OPO;固定化脂肪酶的安全性评价等。主要结果如下:1.Sn-1,3专一性脂肪酶的固定化:首先从4种脂肪酶粉中筛选出合成OPO活性最高的Sn-1,3专一性脂肪酶L03(Aspergillus oryzae),再以11种大孔树脂为载体分别固定化L03脂肪酶,从中选出所得固定化脂肪酶比活力和专一性最优的载体——大孔吸附树脂D3520。以D3520为固定化载体通过吸附法固定化脂肪酶L03,制备Sn-1,3专一性固定化脂肪酶AO IM。选定吸附温度为30℃、树脂与原酶液的用量比为1g/5mL,搅拌速率为200r/min,考察了固定化工艺中缓冲液pH、原酶液浓度、吸附时间对AO IM的比活力及专一性的影响,得出最优的固定化工艺条件为:缓冲液pH=9.5、原酶液浓度30mg/mL(酶粉浓度)、吸附时间1.5h。在此条件下(结合一定的冷冻干燥工艺),制得的AO IM的固定化率为98.42%,比活力为1.01U/mg(以蛋白计),专一性RE=92%,含水量为3.5%,相比于脂肪酶粉,其比活力提高了9倍,专一性保持稳定且略有提升,且AO IM有较好的储存稳定性,在4℃环境下储存60天后,其比活力为初始值的97%,专一性基本不变。2.Sn-1,3专一性固定化脂肪酶AO IM催化合成OPO的研究:以棕榈硬脂和油酸为反应底物、AO IM为催化剂合成OPO,考察了反应温度、底物摩尔比、加酶量、体系水含量对OPO合成效率的影响。研究发现:在反应温度为65℃、底物摩尔比为1:8(棕榈硬脂:油酸)、加酶量为8%(占反应底物的质量分数)、体系水含量为0%的条件下合成OPO的效率最高,催化反应仅需1h就能达到动态平衡,反应产物中OPO含量(以C52甘油三酯计)为45.65%,PPP含量为2.75%,Sn-2位棕榈酸占总棕榈酸的质量分数w,为55.08%,符合国家标准中的相关规定。另外,还分析了酸碱中和和分子蒸馏两种分离提纯方法在反应产物精制方面的优劣。酸碱中和法操作简单,但会涉及到有机溶剂的使用,且产生较多的废液。分子蒸馏法具有精制效果好、不使用有机溶剂、不产生工业废水且能实现连续化生产等优势,但分子蒸馏法会使甘油三酯分子产生较大的酰基迁移,对Sn-2位棕榈酸占总棕榈酸含量w,的影响较大。3.Sn-1,3专一性固定化脂肪酶的安全性评价:用HS-GC-MS法测定了OPO产品中树脂骨架苯乙烯单体的可能残留量,通过顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用法(HS-GC-MS)来测定OPO产品中苯乙烯的含量,并采用外标法定量分析。测得通过酸碱中和法和分子蒸馏法分离提纯的OPO产品中苯乙烯单体的残留量分别为2.26mg/kg和0mg/kg,显著低于FDA和EU关于油脂产品中的苯乙烯残留量的规定。由树脂所可能带入的其他残留物如汽油、石蜡等,由于它们易于挥发且易溶于有机试剂,在树脂制作、预处理及OPO产品经分离精制过程中会除去,故可以不检测,仅以苯乙烯为代表来检测即可。
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