曾 俊,楊國龍,畢艷蘭,孫尚德,張 潔

(河南工業(yè)大學糧油食品學院,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)大學糧油食品學院,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,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的影響.結果表明:30℃下,相同時間內 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合量的影響與表面活性劑的類型和反應溫度有關.

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 80年代以來,隨著酶反應研究的深入和擴展,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].在非水介質中,脂肪酶在醫(yī)藥、食品以及化工領域有著巨大的應用潛力,是有機合成中重要的生物催化劑,廣泛應用于油脂、食品、香料、化妝品、醫(yī)藥、農藥等有機合成領域中[6].隨著研究的深入開展,人們開始關注到無溶劑體系下脂肪酶的催化反應.無溶劑體系具有如下優(yōu)點:提高底物和產物濃度以及反應選擇性,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,以酯交換量為衡量指標考察 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的影響.

1 材料與方法

1.1 材料與設備

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產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含量

酶是在生物細胞里產生、以蛋白質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.作者對修飾后的豬胰脂酶和未修飾酶中的蛋白質含量進行測定,結果見表2.

表2 原豬胰脂酶和修飾的豬胰_脂酶的蛋白質含量 %

原豬胰脂酶和 Span修飾的豬胰脂酶的蛋白質含量按 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

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 (茶油質量的 15%,m/m),開始計時,每隔一定時間取樣,分析產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 產物中甘三酯全樣脂肪酸組成分析

將 0.5 mL反應產物溶解于 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含量比原豬胰脂酶低,原酶的蛋白質含量在 90%以上,而 3種修飾后的豬胰脂酶的蛋白質含量在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合會使修飾后酶的蛋白質含量降低.

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(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中,30℃下,相同時間內 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(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中,30℃下,相同時間內 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

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中,30℃下,相同時間內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的試驗結果表明,30℃下,相同時間內 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.

＊通信作者