超臨界CO₂中固定化脂肪酶催化雞油水解的工藝研究

于忠梅

【摘 要】文章研究了超臨界CO2中固定化脂肪酶催化雞油水解反應的效果。通過單因素實驗考察了酶用量、溫度、底物濃度、pH、攪拌轉(zhuǎn)速對酶解率的影響，在此基礎(chǔ)上采用響應面實驗對溫度、反應時間、酶量、攪拌轉(zhuǎn)速工藝參數(shù)進行優(yōu)化。實驗結(jié)果表明：超臨界CO2中固定化脂肪酶催化雞油水解的最佳條件為酶量0.45%、溫度42.5 ℃、攪拌轉(zhuǎn)速100 rpm、反應時間106.401 min，水解率為85.84%。

【關(guān)鍵詞】超臨界CO2;脂肪酶;雞油

【中圖分類號】O643 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）04-0076-03

0 引言

動物脂肪在超臨界CO2中脂肪酶催化反應性質(zhì)研究較少，盛梅、曹國民研究了脂肪酶催化豬油和牛油水解的工藝。Adamczak等研究Rhizomucor miehei和Yarrowia lipolytica脂肪酶的性質(zhì)，間接研究了其水解牛油的性質(zhì)。Jackson等研究了超臨界CO2中脂肪酶催化甘油解大豆油反應。Holmberg等在超臨界CO2中利用脂肪酶435（Candida antarctica）催化植物油與甲醇制備脂肪酸甲酯。本文研究超臨界CO2中固定化脂肪酶催化雞油水解的工藝條件，為動物脂肪加工提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 實驗原料（見表1）

1.2 主要儀器設備（見表2）

1.3 實驗方法

1.3.1 乳化液的制備

磷酸鹽緩沖液（0.1 mol/L）、雞油和1% tween-80經(jīng)高速剪切（5 000 rpm×5 min，40 ℃）形成初乳液，之后在50 MPa經(jīng)二級均質(zhì)形成乳液。

1.3.2 皂化值、酸值、水解率測定

帶攪拌的反應釜中加入乳液和酶制劑，在既定反應溫度反應一定時間后，取反應物溶于15 mL乙醇-丙酮（1∶1，v/v）中止其反應，并用0.1 mol/LKOH溶液滴定酸值（AV）。

水解率（%）=（水解物AV-初始油脂乳液AV）/油脂皂化值

2 實驗結(jié)果

2.1 單因數(shù)實驗結(jié)果

2.1.1 酶量對雞油乳液水解率的影響（見表3）

實驗結(jié)果如圖1所示，0.1%～0.6%（w/w）酶量范圍內(nèi)，水解率隨著酶量的增加而增加，但酶濃度增加到一定的飽和程度，反應速率就不再因酶濃度的增加而提高。

2.1.2 反應溫度對雞油乳液水解率的影響（見表4）

溫度影響酶的活性、穩(wěn)定性及反應體系本身。高溫會增加酶變性的機會，從而導致酶催化反應速率下降。因此，通常會有一個最適反應溫度，該溫度與酶種類、載體、固定化方法和反應介質(zhì)有關(guān)。在超臨界CO2中，酶活性的損失與降壓速率和系統(tǒng)含水量相關(guān)。實驗結(jié)果如圖2所示，反應最適溫度為40 ℃。

2.1.3 底物濃度對雞油乳液水解率的影響（見表5）

相行為在高壓CO2體系水解反應中起著重要作用。油水解生成的二甘油酯、單甘油酯和脂肪酸低于它們的飽和度，應該完全溶于超臨界介質(zhì)中。實驗結(jié)果如圖3所示，10%～50%底物濃度范圍內(nèi)，在較短的反應時間內(nèi)，水解率隨著底物濃度的增加而增加，但隨著反應時間的延長，水解率隨著底物濃度的增加略有下降。

2.1.4 pH對雞油乳液水解率的影響（見表6）

酶分子結(jié)構(gòu)復雜，基團隨pH值的變化可以處于不同的解離狀態(tài)，從而影響酶的催化活性。實驗結(jié)果如圖4所示，最適反應pH值為6.5。

2.1.5 攪拌轉(zhuǎn)速對雞油乳液水解率的影響（見表7）

傳質(zhì)速率取決于介質(zhì)的物理特性、粉末形態(tài)、溫度和體系的流體力學（攪拌/流速）。在超臨界CO2中，外部傳質(zhì)受CO2流速的影響。實驗結(jié)果如圖5所示，攪拌轉(zhuǎn)速的增加可以提高水解率，但結(jié)合經(jīng)濟能耗考慮，最適攪拌轉(zhuǎn)速為100 rpm。

2.2 響應面實驗結(jié)果

根據(jù)單因素實驗確定反應溫度為35～50 ℃，反應時間為 30～90 min，酶量為0.3%～0.6%，攪拌轉(zhuǎn)速為50～150 rpm的取值范圍，利用響應面分析法對實驗條件進行優(yōu)化。本實驗采用Box-Behnken中心組合設計對脂肪酶水解雞油乳液的工藝進行優(yōu)化。按照設計的實驗點進行實驗，得出各實驗點下的水解率（見表8）。

3 結(jié)語

超臨界CO2中Candida cylindracea脂肪酶催化雞油水解的最佳條件為酶量0.45%、溫度42.5 ℃、攪拌轉(zhuǎn)速100 rpm、反應時間106.401 min，水解率為85.84%。

參 考 文 獻

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[責任編輯：鐘聲賢]