曾 俊,楊國龍,畢艷蘭,孫尚德,張 潔

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南鄭州 450052)

無溶劑體系中 Span修飾的豬胰脂酶催化茶油與亞油酸酯交換

曾 俊,楊國龍＊,畢艷蘭,孫尚德,張 潔

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南鄭州 450052)

在無溶劑體系中以 Span20、Span80和 Span85修飾的豬胰脂酶 (Span20-PPL、Span80-PLL和 Span85-PPL)催化茶油與亞油酸進行酯交換,以酯交換量為考察指標(biāo),研究 Span20、Span80和 Span85與豬胰脂酶 (PPL)的相互作用對其催化油脂酯交換反應(yīng)的影響.結(jié)果表明:30℃下,相同時間內(nèi) Span20-PPL、Span80-PPL和 Span85-PPL催化酯交換的交換量與 PPL催化酯交換的交換量稍小,24 h的酯交換量都在 4%～7.5%;50℃下,Span20-PPL、Span80-PPL和 Span85-PPL催化酯交換的交換量比 PPL催化酯交換的酯交換量高,24 h的酯交換量分別為 19.9%、22.4%、21.2%和 15.6%;70℃下,Span20-PPL、Span80-PPL和 Span85-PPL催化酯交換的交換量比 PPL催化酯交換的交換量低,24 h的酯交換量分別為23.7%、26.8%、22.3%和 31.5%.Span20、Span80和 Span85與 PPL的相互作用對其催化油脂酯交換結(jié)合量的影響與表面活性劑的類型和反應(yīng)溫度有關(guān).

溶劑體系;Span修飾的豬胰脂酶;茶油;亞油酸;酯交換;酯交換量

0 前言

傳統(tǒng)酶學(xué)研究認為只有在水溶液中酶才能保持催化活性,有機溶劑會使酶變性失活.進入 20世紀(jì) 80年代以來,隨著酶反應(yīng)研究的深入和擴展,人們注意到酶在非水相中也有催化活性[1],酶被應(yīng)用于有機溶劑、多相體系、氣相底物以及超臨界流體等非水相體系中[2-5].在非水介質(zhì)中,脂肪酶在醫(yī)藥、食品以及化工領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力,是有機合成中重要的生物催化劑,廣泛應(yīng)用于油脂、食品、香料、化妝品、醫(yī)藥、農(nóng)藥等有機合成領(lǐng)域中[6].隨著研究的深入開展,人們開始關(guān)注到無溶劑體系下脂肪酶的催化反應(yīng).無溶劑體系具有如下優(yōu)點:提高底物和產(chǎn)物濃度以及反應(yīng)選擇性,純化過程容易、步驟少[7].吳華昌等[8]運用正交試驗研究了在無溶劑系統(tǒng)中利用 1,3位置特異性脂肪酶催化 POMF與硬脂酸甲酯進行酯交換反應(yīng)制取類可可脂.然而對于無溶劑體系中Span修飾的脂肪酶催化酯交換反應(yīng)的報道和研究較少.作者采用 Span20-PPL、Span 80-PPL和Span85-PPL作為催化劑,在無溶劑體系中催化茶油和亞油酸的酯交換反應(yīng),以酯交換量為衡量指標(biāo)考察 Span20、Span80和 Span85與豬胰脂酶的相互作用對其催化油脂酯交換反應(yīng)的影響.

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

豬胰脂酶:Sigma公司;茶油:河南信陽長園野生茶油有限公司;亞油酸 (含量≥95%):安慶市中創(chuàng)工程公司贈送;Span表面活性劑:Sigma公司;正己烷為色譜純,其余為分析純.

Agilent6890N氣相色譜儀:美國 Agilent公司;FOSS—2300型自動定氮儀:瑞典 Foss公司.

1.2 試驗方法

1.2.1 Span修飾的脂肪酶的制備

將一定量的 Span溶解于乙醇的水溶液中,然后緩慢地加入一定量的豬胰脂酶,繼續(xù)緩慢地攪拌一定時間,使豬胰脂酶完全溶解在混合體系中,然后在 3 500 r/min下離心 5 min,取沉淀,冷凍干燥成粉末狀.

Span修飾豬胰脂酶的流程如圖 1所示,反應(yīng)條件見表1.0.5 mol/L甲醇鈉溶液,室溫下輕搖 5 min,然后加入少量無水硫酸鈉,靜置 1 h后,于 2 000～3 000 r/min離心 2～3 min,取上清液用于 GC分析[9].

原料茶油及酶催化反應(yīng)產(chǎn)物甘三酯脂肪酸組成分析條件:色譜柱,BPX—70(30.0 m ×250μm×0.25μm,澳大利亞 SGE公司);進樣口溫度:230℃;柱溫:180℃;檢測器溫度:300℃;氮氣流速:1.5 mL/min.

圖1 Span修飾豬胰脂酶的流程

2 結(jié)果與分析

表1 Span修飾豬胰脂酶的條件

2.1 修飾豬胰脂酶和未修飾酶中蛋白質(zhì)含量

酶是在生物細胞里產(chǎn)生、以蛋白質(zhì)為主要成分的生物催化劑,起催化作用的主要是其中的蛋白質(zhì).作者對修飾后的豬胰脂酶和未修飾酶中的蛋白質(zhì)含量進行測定,結(jié)果見表2.

表2 原豬胰脂酶和修飾的豬胰_脂酶的蛋白質(zhì)含量 %

原豬胰脂酶和 Span修飾的豬胰脂酶的蛋白質(zhì)含量按 GB 5009.5-2010中的凱氏定氮法測定.

1.2.2 豬胰脂酶催化酯交換反應(yīng)

將一定量的茶油與亞油酸 (亞油酸︰茶油 =2︰1,mol/mol)加入 50 mL燒瓶中,再將燒瓶置入磁力攪拌恒溫水浴中,在合適的溫度下攪拌 30 min后加入豬胰脂酶 (茶油質(zhì)量的 15%,m/m),開始計時,每隔一定時間取樣,分析產(chǎn)物中甘三酯的全樣脂肪酸組成,計算酯交換過程中酯交換量.

酯交換量(%)=產(chǎn)物甘三酯中亞油酸的摩爾百分數(shù) -原料茶油中亞油酸的摩爾百分數(shù).

1.2.3 產(chǎn)物中甘三酯全樣脂肪酸組成分析

將 0.5 mL反應(yīng)產(chǎn)物溶解于 1.0 mL石油醚中,然后進行薄層層析 (吸附劑為硅膠 G,展開劑V石油醚︰V無水乙醚︰V甲酸=70︰30︰1),再將薄層板置于通風(fēng)櫥中晾干,并將 2,7-二氯熒光素均勻地噴在薄層板上,晾干后放于紫外分析儀上觀察并刮下甘三酯譜帶[9].

將從薄層板上刮下的甘三酯譜帶 (甘三酯與硅膠的混合物)溶于 2.5 mL正己烷中,加入 1 mL

由表2可以看出,修飾后豬胰脂酶中蛋白質(zhì)含量比原豬胰脂酶低,原酶的蛋白質(zhì)含量在 90%以上,而 3種修飾后的豬胰脂酶的蛋白質(zhì)含量在78%左右,這是因為修飾過程中酶蛋白與 Span間通過疏水或親水相互作用進行結(jié)合會使修飾后酶的蛋白質(zhì)含量降低.

2.2 無溶劑體系中 Span20修飾的豬胰脂酶催化茶油與亞油酸酯交換反應(yīng)(圖 2)

圖2 Span20-PPL催化酯交換過程中酯交換量隨時間的變化

由圖 2可以看出,在無溶劑體系酶催化酯交換反應(yīng)中,30℃下,相同時間內(nèi) Span20-PPL催化酯交換的交換量較 PPL催化酯交換的交換量略小,但沒有太大差別,24 h的酯交換量都約為5%;50℃下,Span20-PPL催化酯交換的交換量比PPL催化酯交換的交換量高,24 h的酯交換量分別為 19.6%和 15.6%;70℃下,Span20-PPL催化酯交換的交換量比 PPL催化酯交換的交換量低得多,24 h的酯交換量分別為 23.7%和 31.5%.

2.3 無溶劑體系中 Span80修飾的豬胰脂酶催化茶油與亞油酸酯交換反應(yīng)(圖 3)

圖3 Span80-PPL催化酯交換過程中酯交換量隨時間的變化

由圖 3可以看出,在無溶劑體系酶催化酯交換反應(yīng)中,30℃下,相同時間內(nèi) Span80-PPL催化酯交換的交換量較 PPL催化酯交換的交換量稍小,24 h的酯交換量分別為 4.4%和 5.1%;50℃下,Span80-PPL催化酯交換的交換量比PPL催化酯交換的交換量高得多,隨著反應(yīng)時間的延長差別越來越明顯,24 h的酯交換量分別為22.4%和 15.6%;70℃下,Span80-PPL催化酯交換的交換量比 PPL催化酯交換的交換量低得多,24 h的酯交換量分別為 26.8%和 31.5%.

2.4 無溶劑體系中 Span85修飾的豬胰脂酶催化茶油與亞油酸酯交換反應(yīng)

Span85-PPL催化酯交換過程中酯交換量隨時間的變化見圖 4.由圖 4可以看出,在無溶劑體系酶催化酯交換反應(yīng)中,30℃下,相同時間內(nèi)Span85-PPL催化酯交換的交換量與 PPL催化酯交換的交換量稍小 (差別較小),24 h的酯交換量分別為 7.2%和 5.1%;50℃下,Span85-PPL催化酯交換的交換量比 PPL催化酯交換的交換量高得多,隨著反應(yīng)時間的延長差別越來越明顯,24 h的酯交換量分別為 21.2%和 15.6%;70℃下,Span85-PPL催化酯交換的交換量比 PPL催化酯交換的交換量低很多,24 h的酯交換量分別為22.3%和31.5%.

圖4 Span85-PPL催化酯交換過程中酯交換量隨時間的變化

3 結(jié)論

無溶劑體系中 Span修飾的豬胰脂酶在催化茶油與亞油酸酯交換反應(yīng)的試驗結(jié)果表明,30℃下,相同時間內(nèi) Span20-PPL、Span80-PPL和Span85-PPL催化酯交換的交換量與 PPL催化酯交換的交換量稍小(差別較小),24 h的酯交換量都在 4%～7.5%;50℃下,Span20-PPL、Span80-PPL和 Span85-PPL催化酯交換的交換量比 PPL催化酯交換的交換量高,24 h的酯交換量分別為19.9%、22.4%、21.2%和 15.6%;70℃下,Span20-PPL、Span80-PPL和 Span85-PPL催化酯交換的交換量比 PPL催化酯交換的交換量低,24 h的酯交換量分別為 23.7%、26.8%、22.3%和31.5%.

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TRANSESTER IFICATI ON OF CAMELL I A O IL AND L INOLEIC ACID CATALYZED BY SPAN-MOD IFIED PORCINE PANCREAS L IPASE IN SOLVENT-FREE SYSTEM

ZENG Jun,YANG Guo-long,B I Yan-lan,SUN Shang-de,ZHANG Jie
(School of Food Science and Technology,Henan University of Technology,Zhengzhou450052,China)

The paper studied the effects of catalysts,i.e.porcine pancreas lipase(PPL)modified by Span20,Span80 and Span85(Span20-PPL,Span 80-PPL and Span85-PPL),on the transesterification of camellia oil and linoleic acid in a solvent-free system.The results showed that the alyl incorporation of the reaction catalyzed by Span20-PPL,Span-80-PPL and Span85-PPL were slightly s maller than that of PPL at 30℃in the same ti me period,and the transeterification ratesof Span20-PPL,Span 80-PPL,Span85-PPL and PPL respectively reached 4% to 7.5%after 24-hour reaction;the transeterification rates of the reaction catalyzed by Span20-PPL,Span 80-PPL and Span85-PPL were higher than that of PPL at 50℃in the same time period,and the transeterification rates of Span20-PPL,Span 80-PPL,Span85-PPL and PPL respectively reached 19.9%,22.4%,21.2%and 15.6%after 24-hour reaction;and the transeterification rates of the reaction catalyzed by Span20-PPL,Span 80-PPL and Span85-PPL were s maller than that of PPL at 70℃in the same time period,and the transeterification rates of Span20-PPL,Span-80-PPL,Span85-PPL and PPL respectively reached 23.7%,26.8%,22.3% and 31.5% after 24-hour reaction.The effects of PPL modified by Span20,Span80 and Span85 on the acyl incorporation were related to the type of surfactant and the reaction temperature.

solvent-free system;Span-modified PPL;camellia oil;linoleic acid;transesterification;transesterification rate

TS201.2

B

1673-2383(2011)01-0010-04

2011-01-02

國家自然科學(xué)基金項目(31071558)

曾俊(1985-),男,河南信陽人,碩士研究生,研究方向為油脂化學(xué).

＊通信作者