利用游离和固定化的南极假丝酵母（Candida antarctica）脂肪酶B对模拟的脂肪酸甲酯副产物进行酶促甘油解反应，以生产富含油酸的酰基甘油

《Journal of Molecular Liquids》：Enzymatic glycerolysis of simulated fatty acid methyl ester by-products for oleic-rich acylglycerol production using free and immobilised Candida antarctica lipase B

本研究通过模拟工业副产物脂肪酸甲酯（FAME）的甘油解反应，评估了游离裂解酶B（CALB）及其固定化形式Lipozyme? 435（L435）的催化性能。优化条件下，CALB生成富单酰甘油（MAG）/二酰甘油（DAG）的TAG-free产物，而L435则以高含量三酰甘油（TAG＞50?wt%）为主。分子对接显示两者均对C18:1（甲基油酸酯）表现出最强亲和力，为FAME高值化利用提供了新策略。

　　在当前的工业背景下，随着对可持续资源和环保工艺的重视，植物油和动物脂肪的衍生物——如脂肪酸甲酯（FAMEs）——正逐渐成为化学工业的重要组成部分。特别是在食品、制药、化妆品和生物塑料等广泛应用领域，FAMEs的多样性及其潜在的工业价值使其成为研究的热点。然而，传统上FAMEs主要被用于生产生物柴油，而其在其他高附加值产品中的应用潜力尚未得到充分开发。本文旨在探讨如何通过酶催化甘油解反应，将FAMEs转化为更具市场价值的酰基甘油（acylglycerols），包括单酰基甘油（MAG）、二酰基甘油（DAG）和三酰基甘油（TAG），从而为工业废弃物的高值化利用提供新的思路。

FAMEs的来源广泛，通常通过植物油或动物脂肪的酯交换反应（即酯化或转酯化）获得。这一过程在工业上通常涉及将油脂与甲醇在催化剂的作用下反应，生成FAMEs和甘油。FAMEs的碳链长度和组成因原料不同而有所差异，例如椰子油和棕榈仁油富含C12–14脂肪酸，而其他来源如棕榈油、大豆油、油菜籽油和向日葵油则更多地含有C16–18脂肪酸。因此，C16–18 FAMEs通常被视为副产物，其应用价值相对较低。然而，随着对酶催化反应的关注增加，研究人员开始探索如何利用这些副产物，通过酶促反应将其转化为更稳定的酰基甘油，从而提升其工业价值。

在工业生产中，FAMEs的甘油解反应通常采用化学催化剂，如强碱（如氢氧化钠或氢氧化钾）或强酸（如硫酸或磷酸），以促进FAMEs与甘油的反应。然而，这种方法存在诸多问题，例如催化剂的腐蚀性、难以回收以及反应过程中可能发生的热降解。此外，化学催化剂通常需要在高温（高达280°C）下进行反应，这不仅增加了能源消耗，还可能影响最终产物的质量。因此，寻找更温和、更环保的催化方法成为研究的重要方向。

酶催化反应作为一种替代方案，因其温和的反应条件、高选择性和较低的环境影响而受到越来越多的关注。脂酶（lipases）是催化脂肪酸甘油解反应的关键酶类，它们能够促进FAMEs与甘油的酯化反应，生成不同种类的酰基甘油。脂酶通常以游离或固定化形式存在，其中游离脂酶成本较低且易于使用，但其在反应条件下的稳定性较差，容易失活。相比之下，固定化脂酶具有更高的稳定性，能够在多种反应条件下保持活性，并且更容易从反应体系中分离，从而实现重复利用。这些特性使得固定化脂酶在工业生产中更具优势，尽管其初始成本较高。

本文研究了两种来源于同一种微生物的脂酶——游离的Candida antarctica lipase B（CALB）和其固定化形式Lipozyme? 435（L435）——在FAMEs甘油解反应中的表现。研究使用的FAMEs混合物模拟了工业上常见的C16–18 FAME副产物，这些副产物通常来源于椰子油和棕榈仁油的下游加工过程。通过调整反应条件，如温度、时间、甘油与FAMEs的比例等，研究人员评估了这两种脂酶在不同反应条件下的催化效率和产物选择性。实验结果表明，尽管两种脂酶来源于同一种微生物，但在催化过程中表现出不同的选择性，这可能是由于它们在结构或表面特性上的差异所致。

具体而言，游离的CALB在优化条件下主要生成MAG和DAG，而未产生TAG。这可能是因为游离脂酶对特定脂肪酸的结合能力较强，从而在反应中更倾向于生成较低链数的酰基甘油。相反，L435在相同条件下能够高效生成TAG，其产率超过50%。这一结果表明，固定化脂酶在催化反应中具有更高的效率，尤其是在生成三酰基甘油方面。进一步的分子对接分析显示，两种脂酶对甲基油酸（C18:1）的结合能最低，表明它们对这种脂肪酸具有最强的亲和力。这一发现对于理解脂酶在甘油解反应中的催化机制具有重要意义，同时也为优化反应条件提供了理论依据。

研究还指出，C16–18 FAMEs的甘油解反应具有重要的工业应用前景。由于这些脂肪酸的碳链较长，它们在食品工业中可能用于制造具有特定功能的乳化剂和表面活性剂，而在制药和化妆品行业中则可能作为生物基材料的基础。此外，由于三酰基甘油在生物塑料和润滑剂等领域的应用潜力，L435的高效催化能力使其成为这些应用的理想选择。因此，通过优化反应条件，将C16–18 FAMEs转化为不同类型的酰基甘油，不仅可以提高资源利用率，还能够拓展其应用范围。

值得注意的是，本研究的实验设计和结果分析为工业界提供了一种新的策略，以应对FAME副产物的处理问题。通过将这些副产物转化为高附加值的酰基甘油，企业可以减少废弃物的产生，同时开发新的产品线，提高经济效益。此外，本研究还强调了酶催化反应在可持续发展中的重要性，特别是在降低能耗和减少环境污染方面。脂酶的使用不仅减少了对化学催化剂的依赖，还降低了生产过程中的副产物排放，符合当前绿色化学和循环经济的发展趋势。

在实验过程中，研究人员还对反应条件进行了系统优化，以最大化酰基甘油的总产率。通过调整反应温度、时间、甘油浓度以及反应体系的pH值，他们发现L435在特定条件下能够实现更高的产率。这一发现为工业应用提供了重要的参考，使得生产过程更加高效和经济。此外，研究还对不同FAME组分的反应特性进行了分析，揭示了脂酶在催化过程中对不同脂肪酸的选择性差异。这些信息对于未来的工艺优化和产品设计具有重要的指导意义。

本研究的创新之处在于，它首次系统地评估了游离CALB和L435在FAME混合物甘油解反应中的性能差异。通过对比两种脂酶的催化效果，研究人员不仅揭示了它们在反应中的不同行为，还为工业界提供了选择合适催化剂的依据。此外，研究还强调了FAME混合物作为反应原料的可行性，这为后续的工业应用研究奠定了基础。在实际应用中，使用FAME混合物而非单一脂肪酸作为原料，能够更全面地评估脂酶的催化性能，并为开发多功能的酰基甘油产品提供可能。

总之，本研究通过实验和理论分析，展示了酶催化甘油解反应在FAME副产物转化中的潜力。游离CALB和L435在不同反应条件下的表现差异表明，选择合适的催化剂对于获得特定类型的酰基甘油至关重要。L435的高效催化能力使其成为生产高比例TAG的理想选择，而游离CALB则更适合生成MAG和DAG。这些发现不仅为工业界提供了新的技术路径，也为进一步研究脂酶的催化机制和应用潜力打开了新的大门。通过优化反应条件和催化剂选择，FAME副产物的高值化利用有望成为未来可持续发展的关键环节之一。