امروزه لیپازها بیوکاتالیست های مهمی هستند که واکنشهای باارزشی را هم در محیط آبی و هم در محیط غیر آبی انجام می دهند. این خاصیت به خاطر قابلیت استفاده از طیف وسیعی از مواد به عنوان سوبسترا و مقاومت آنها در دماهای بسیار بالا، pH، حلالهای آلی و ... می باشد. در میان لیپازهای گیاهی، حیوانی و میکروبی، لیپازهای میکروبی بیشترین کاربرد را دارند. زیرا میکروبها می توانند براحتی کشت داده شوند و لیپازهای حاصل از آنها می تواند به راحتی طیف وسیعی از واکنشهای هیدرولیتیکی و سنتزی را کاتالیز کنند. لیپازها در زمینه های گسترده ای از علم بیوتکنولوژی بویژه لبنیات (رسیدن پنیر، بهبود و توسعه طعم، تولید پنیر اصلاح شده آنزیمی EMC)، شوینده ها، مواد دارویی (ایبوپروفن، ناپروکسن)، مواد شیمیایی، کشاورزی (آفت کشها، حشره کش ها) و شیمی روغن (هیدرولیز چربی و روغن، سنتز بیوسورفاکتانت) کاربرد دارند. و در سالهای آینده در بسیاری از زمینه های جدیدتر به عنوان یک بیوکاتالیست بالقوه کاربرد خواهند داشت.
با توجه به اینکه پروتئازها و آمیلازها بخش وسیعی از بازار آنزیم ها را شامل شده اند و قادر به کاتالیز واکنش های هیدرولتیکی هستند باید این نکته را دانست که لیپازهای میکروبی با توانایی فعالیت هم در محیط آبی و هم غیر آبی می توانند در صنایع نسبت به آمیلازها و پروتئازها از اهمیت ویژه ای برخوردار شوند. طبیعت گزینش پذیر لیپازها در انتخاب محیط و مواد شیمیایی باعث شده است که از این آنزیم در جداسازی داروهای کایرال، اصلاح چربی، سنتز جایگزین های کره کاکائو، سوختهای زیستی ، ساخت محصولات آرایشی و تقویت طعم استفاده وسیعی شود . نام سیستماتیک لیپازها، گلیسرول استر هیدرولاز(Glycerol Ester Hydrolase) و شماره سیستماتیک آن EC3.1.1.3 می باشد. لیپازها پیوند استری بین آسیل و گلیسرول را هیدرولیز می کنند با تغییر جایگاه اسید های چرب در ساختمان تری آسیل گلیسرول ها (ترانس استریفیکاسیون) می توان ویژگی های فیزیکی آن را تغییر داد و در جهت تولید روغن با ایزومر ترانس پایین استفاده نمود . ترانس استریفیکاسیون آنزیمی با استفاده از لیپازها انجام می شود و بسته به شدت هیدرولیز، محصولات تولیدی شامل اسید چرب آزاد، منوآسیل گلیسرول، دی آسیل گلیسرول و گلیسرول می باشد (1،6). واکنش هیدرولیز تعادلی و برگشت پذیر بوده و بنابراین لیپازها قادر به انجام واکنش برگشت یعنی سنتز می باشند .این آنزیم تحت شرایط طبیعی هنگامی که محلول باشد هیدرولیز باندهای استری را در سطح بین فاز سوبسترای نامحلول و فاز آبی کاتالیز می کند.دراینجا سوبسترا می تواند هر نوع تری گلیسیریدی باشد.تحت شرایط خاص آزمایشگاهی که آب حضور نداشته باشد. واکنش معکوس توسط این آنزیم ها منجر به استریفیکاسیون و تشکیل گلیسیریدها از اسیدهای چرب و گلیسرول و همچنین اینتراستریفیکاسیون می شود . برخی دانشمندان از واکنش برگشت جهت سنتز تری آسیل گلیسرول ها استفاده کنند. از زمان انتشار مقاله استی ونسن و همکارانش در سال 1979 با عنوان" تغییرمیزان اشباعیت دی و تری گلیسیریدها از طریق تبادل آسیل با استفاده از آنزیم" مطالعات زیادی درباره اینتراستریفیکاسیون آنزیمی انجام شده است(4 ،5).
کلیات
برخی لیپازها به اسیدهای چرب زنجیر کوتاه نظیر اسید استیک، کاپروئیک و ... تمایل دارند، برخی به اسیدهای چرب غیراشباع نظیر اسید لینو لئیک و لینولنیک تمایل دارند و برخی نیز اسیدهای چرب را به طور غیر اختصاصی و تصادفی از تری گلیسیریدها هیدرولیز می کنند . برخلاف سایر استرازها، لیپازها قادر به فعالیت در محیط های غیرآبی هستند و فعالیت آنها در سطح مشترک روغن و آب زیاد است. بنابراین فعالیت بهینه آنها در سیستم هایی مانند امولسیون که درآن سطح سوبسترا خیلی زیاد است حاصل خواهد شد. لیپازها نه تنها در امولسیونهای فاز نرمال (روغن در آب) فعال هستند بلکه در امولسیون های فاز معکوس (آب در روغن) نیز قادر به فعالیت می باشند(5). استفاده از لیپازها به جای کاتالیزور شیمیایی دارای این مزایا می باشد: بر خلاف کاتالیزور شیمیایی، لیپازها دارای عمل ویژه ، شرایط واکنش ملایمتر و آلودگی محیط زیست کمتر خواهد بود، لیپازها از منابع مختلف نظیر جانوران، گیاهان و ریززنده ها قابل تهیه اند، امکان بهبود لیپازها از طریق مهندسی ژنتیک وجود دارد، با تثبیت لیپاز امکان پیوسته سازی فرایند فراهم می آید، اینتراستریفیکاسیون آنزیمی فرایند تمییزی می باشد، لیپاز می تواند نسبت به طول زنجیر، محل پیوند دوگانه در اسیدچرب و یا نوع اسیدچرب اختصاصی عمل کنند .
لیپازهای باکتریایی و قارچی
اغلب لیپازهای باکتریایی در انتخاب سوبسترای خود غیر گزینشی عمل می کنند و تعداد کمی از آنها نیز به حرارت مقاوم هستند. از باکتری ها ی Achromobacter sp., Alcaligenes sp., Arthrobacter sp., Pseudomonas sp., Staphylococcus sp., Chromobacterium sp می توان در تولید لیپازها بهره گیری کرد. این لیپاز ها توسط روی، آهن، آلومینیوم و کلسیم فعال سازی می شوند . از لیپازهای قارچی به خاطر هزینه پایین استخراج، مقاومت به pH و حرارت، گزینش پذیری سوبسترا و فعالیت در حلال های آلی در مقایسه با لیپازهای باکتریایی بیشتر استفاده می شود.تولیدکنندگان عمده لیپازهای قارچی شامل: Aspergillus niger, R. delemar, R. japonicus, R. niveus and R. oryzae Candida cylindracea, Humicola lanuginosa, Mucor miehei, M.pusillus از نظرگرمادوستی به عنوان یک تولید کننده لیپاز خارج سلولی مقاوم به حرارت شناخته شده است. امروزه تولید یک لیپاز از M.pusillus تثبیت شده بر روی رزین (Lipozyme TM) در صنایع تجاری شده است . به واسطه گزینش پذیری لیپاز حاصل از Rhizopus بر روی مناطق3 و1 گلیسیریدها ( منظور از مناطق، جایگاه اسیدچرب بر روی مولکول گلیسرول می باشد) به منظور تولید مونو گلیسیریدها از تری گلیسیریدها و واکنشهای اینتراستریفیکاسیون چربی ها و روغن ها، این لیپاز کاربرد وسیعی در صنایع غذایی و دارویی پیدا کرده است. از لیپاز حاصل از R.japonieus در تولید کره سخت به منظور تولید شکلات بوسیله اینتراستریفیکاسیون روغن پالم با متیل استئارات استفاده می شود. همچنین لیپاز حاصل از گونه های مختلف Rhizopus (KDa40 تا KDa 45) ماکزیمم فعالیت خود را بر روی اسیدهای چرب زنجیر متوسط(C8-C10) نشان داده است و ایزوآنزیم های لیپاز درون سلولی و خارج سلولی از قارچ R.delemar جداسازی شده اند. همچنین گزارش شده است گونه هایی از Pichia و Saccharomycesنیز قادر به تولید لیپاز هستنند. قارچ Geotrichom مسئول تشکیل اسید در محصولات لبنی بوسیله لیپولیز چربی می باشد و لیپاز حاصل از این قارچ به صورت گزینشی بر روی اسیدهای چرب 9 کربنه با پیوند دوگانه سیس عمل می کند. لیپازهای خارج سلولی و درون سلولی از niger Aspergillus در مناطق 3و1 گلیسیریدها عمل می کنند. لیپازحاصل از Penicillium roqueforti مسئول طعم در پنیرهای آبی است ، لیپاز حاصل از P. camemberti باعث فعالیت لیپولیتیکی در پنیر کاممبرت و Brie با سطح سفید قارچی آشکار می شود و لیپازهای حاصل از گونه های پنی سیلیوم نظیر P. cyclopium, P. verrucosum var. cyclopium, P. crustosum به صورت انتخابی بر اسید بوتیریک اثردارند. لیپاز حاصل از P.cyclopium بر روی دی و مونو گلیسیریدها نسبت به تری گلیسیریدها اثر بیشتری دارد . لیپاز پنیسیلیوم سیکلوپیوم نسبت به اسید بوتیریک اختصاصی عمل می کند. از ویژه بودن آنزیم لیپاز نسبت به اسیدهای چرب در فراورده های لبنی جهت تولید اسیدهای چرب کوتاه زنجیر (موثر در طعم) استفاده می شود جدول 1 ویژگی نوع اسید چرب و برخی منابع تولید کننده لیپاز را نشان می دهد. لیپاز حاصل از H. lanuginosa DSM 3819 به عنوان یک افزودنی و پاک کننده به خاطر مقاومت حرارتی بالا و فعالیت بالا در pH قلیایی مصرف می شود. لیپاز حاصل از H. lanuginosa فعالیت هیدرولیتیکی بالایی در روغن های حاوی اسید لوریک بالا و روغن نارگیل نشان داده اند.
pH بهینه فعالیت و مقاومت حرارتی:
لیپازها مقاومت زیادی در7-6 pH= نشان داده اند. و اکثرا قادرند در pH اسیدی و قلیایی تا 8 مقاومت نشان دهند. لیپازهای خارج سلولی قلیایی از A. niger, Chromobacterium viscosum و Rhizopus sp در pH اسیدی فعال و لیپاز از P. nitroreducens در11 pH= فعال هستند. لیپازهای میکروبی به حرارت مقاوم هستند در حالیکه لیپازهای لوزالمعده فعالیت خود را در oC40 از دست می دهند. لیپازهای A. niger, R. japonicus, C. viscosum در oC50 مقاوم هستند در حالیکه لیپازهای حاصل از میکروارگانیسم های thermotolerant H. lanuginosa و P. sp. nitroreducens به ترتیب در oC60 و oC70 مقاوم هستند. بنابراین مقاومت حرارتی لیپازها متفاوت است.
فعال سازی و غیر فعال سازی لیپازها:
فعالیت لیپاز نیازی به کوفاکتور ندارد. ولی کاتیونهای دو ظرفیتی نظیر کلسیم فعالیت آنزیم را تحریک می کند و فرمولاسیون نمکهای کلسیم با اسیدهای چرب زنجیر بلند لازم می باشد. یونهای قلع، جیوه، نیکل و کبالت به شدت از فعالیت لیپاز ممانعت می کنند و نیز یونهای روی، منیزیم ، EDTA و SDS اثر بازدارندگی جزئی بر فعالیت آن دارد. همچنین غیر فعال سازی آنزیم بوسیله افزودن اوره افزایش می یابد. ترکیبات احیا کننده نظیر سیستئین، 2-مرکاپتواتانول، عوامل چیلیت کننده(EDTA, o-phenanthroline) ، بازدارنده هایی از گروه تیول (p-chloro mercuric benzoate, monoiodoacetate) اثر قابل توجهی بر روی فعالیت لیپاز حاصل از M.pusillus ندارند. همچنین لیپاز یک متالو-آنزیم metallo-enzyme نیست و به گروههای آزاد SH یا باندهای گوگردی برای فعالیت خود نیاز ندارد. تشکیل لیپاز تحریک شده حاصل از Serratia marcescens SM-6 SM-6 به وسیله cyclic AMP , Spontaneous در معرضglycogen ، hyaluronate ، پکتین B صمغ عربی تشدید می شود.
کاربردهای لیپازها در صنعت
1) لیپازها در صنایع لبنی: لیپازها در صنایع لبنی به جهت هیدرولیز چربی شیر کاربرد ویژه ای در تقویت طعم پنیر، تسریع در فرایند رسیدن پنیر و محصولاتی شبیه آن، لیپولیز چربی کره و خامه دارند. افزودن آنزیم لیپاز به طور اولیه اسیدهای چرب زنجیر کوتاه (C4-C6) را که مسئول ایجاد طعم تند و تیز می باشند و اسیدهای چرب زنجیر متوسط (C12-C14) که طعم صابونی ایجاد می کنند را در محصول آزاد می کند. به علاوه اسیدهای چرب آزاد در واکنشهای شیمیایی ساده که شروع کننده سنتز اجزاء طعم نظیر استو-استات-اسیدهای کتو-متیل کتونها، استرهای طعم و لاکتوز می باشند نقش دارند. پنیری با کیفیت خوب در طعم را می توان بوسیله فعالیت لیپازها به صورت تک یا مخلوطی از چند لیپاز تولید کرد. رنج وسیعی از لیپازهای میکروبی در تولید پنیر استفاده می شوند نظیر: Mucor miehei, Aspergillus niger و A. oryzae. از لیپازها به طور گسترده ای در تولید پنیرهای تقلیدی استفاده می شود ( به تقلید از پنیرهای ساخته شده از شیر بز یا میش). بنابراین افزودن لیپاز به شیر گاو باعث تولید طعم مشابه طعم شیر بز یا میش می شود. این آنزیم در تولید پنیرهایی که از نظر آنزیمی اصلاح شده اند و به EMC معروف شده اند نیز کاربرد دارد. EMC پنیری است که در حضور آنزیم ها در دماهای بالا به منظور تشکیل طعم تولید می شود. این ماده به عنوان جزء غذایی در محصولاتی نظیر سسها، سوپها واسنکها استفاده می شود .
2) لیپازها در پاک کننده ها: مصرف آنزیم ها در پودرهای لباسشویی مصارف تجاری بالایی پیدا کرده است و امروزه مردم جهان به مصرف پودرهای لباسشویی که در دماهای پایین عمل پاک کنندگی را انجام بدهند تمایل دارند. با دستکاری ژنتیکی آنزیم های لیپازی تولید شده است که این نیاز را برطرف می کند. برای مثال Novo Nordisk’s Lipolase یکی از این محصولات می باشد .
3) لیپازها در صنعت شیمی روغن : هدف از کاربرد لیپازها در صنعت شیمی روغن ، حداقل رساندن تجزیه حرارتی و صرفه جویی انرژی در طی هیدرولیز، گلیسرولیز و الکولیزیز می باشد. امروزه واکنشهای هیدرولیز، گلیسرولیز و الکولیزیز به طور مستقیم بر روی سوبستراهای مخلوط بوسیله لیپاز تثبیت شده انجام می شود. در این روش لیپاز آنزیمی باعث هیدرولیز چربی به طور موفقیت آمیز بدون نیاز به تجهیزات گران قیمت می شود .
4) لیپازها در سنتز تری گلیسیریدها: لیپازهایی با انتخاب پذیری مناطق 3،1 برای تولید جانشین های کره کاکائو بوسیله محققین شناسایی شده اند. امروزه تلاشهای زیادی در سنتز بسیاری از تری گلیسیریدها با خواص تغذیه ای یا رژیمی مشابه چربی شیر انسان شده است. این تری گلیسیریدها و چربیهای مشابه از نظر عملکردی به آسانی به وسیله اسیدی کردن acidolysis فراکسیون های روغن پالم که در 2- پالمیتول گلیسیرید به همراه اسیدهای چرب غیر اشباع غنی هستند بدست می آیند. این اسیدی کردن به وسیله لیپازهای اختصاصی نواحی 3، 1 تری گلیسیریدها در تهیه محصولات مهم مغذی حاوی اسیدهای چرب زنجیر متوسط انجام می شوند. بهینه سازی روغن ها به منظورغنی سازی با اسیدهای چرب چند غیراشباعی نظیر Arachidonic acid, Eicosapentaenoic acid (EPA) ,Docosahexaenoic acid (DHA) به وسیله لیپازها انجام می شود.
5) لیپازها در سنتزسورفاکتانتها (فعال کننده های سطحی): پلی گلیسرولها و استرهای اسیدهای چرب کربوهیدراتها به عنوان پاک کننده های صنعتی و امولسیفایرها در طیف وسیعی از فرمولاسیونهای غذایی شامل محصولات مالیدنی(چربی، سسها)، بستنی ومایونزها کاربرد دارند. سنتز آنزیمی سورفکتانتها در (oC 80-60) به وسیله لیپازهایی با فعالیت انتخاب منطقه ای انجام می پذیرد. مونو و دی استرهای مونو ساکاریدی در راندمان بالا بوسیله قندهای استال به عنوان مواد شروع کننده بدست می آیند. یک بیوسورفاکتانت از عمل ترانس استریفیکاسیون لیپاز حاصل از A.terreus بین روغن های طبیعی و قندهای الکلی حاصل می شود. لیپازها همچنین می توانند جایگزین فسفولیپازها در تولید ایزوفسفولیپیدها شوند. لیپاز حاصل از M.miehi به منظور ترانس استریفیکاسیون فسفولیپیدها در الکلهای ثانویه و اولیه استفاده می شود. لیپازها همچنین در سنتز رنج وسیعی از سورفاکتانتهای قابل تجزیه زیستی آمفوتریک، یعنی استرهایی بر پایه اسیدهای آمینه و آمیدها مفید می باشند .
6) لیپازها در سنتز اجزاء تشکیل دهنده بعضی محصولات آرایشی: تولید isopropyl myristate, isopropyl palmitate, 2-ethylhexyl palmitate به عنوان نرم کننده در محصولات آرایشی نظیر کرم پوست، کرم برنزه کننده و روغنهای حمام کاربرد دارند. استرهای مومی به طریق آنزیمی بوسیله لیپاز C.cylindracea در بیوراکتور بسته تولید می شوند.
7) لیپازها در صنایع دارویی و کشاورزی: امروزه کاربرد لیپازها در تهیه سینتونهای کایرال به خوبی شناخته شده است. تفکیک اسیدهای 2-هالوپروپونیک، مواد شروع کننده برای سنتز علف کش های فنوکسی پروپیونات، یک فرایند بر اساس استریفیکاسیون انتخابی از ایز.ومرهای s با بوتانول است ، که بوسیله لیپاز لوزالمعده خوک در هگزان بی آب کاتالیز می شود. کاربرد دیگر لیپازها در تفکیک مخلوطهای راسمیک، هیدرولیز الکلهای اپوکسی استر می باشد. تولید 2(R),3(S)-methylmethoxyphenyl glycidate به عنوان یک ماده حد واسط کلیدی در تولید داروهایی قلبی عروقی با خلوص بالا به وسیله لیپازها امروزه تجاری شده است.
8) لیپازها در صنعت پلیمر: لیپازها کاربرد وسیعی در سنتز پلیمرهای فعال نوری دارند. ویژگی انتخاب پذیری لیپاز، کاربرد آن را در سنتز پلیمرهای فعال نوری مفید ساخته است.
9) کاربرد لیپازها در تهیه چربیهای مختلف غنی سازی شده با اسیدهای چرب امگا-3 : لیپازهای تثبیت شده به منظور تولید انواع مختلفی از چربیها شامل تری آسیل گلیسرول ها، فسفو لیپیدها، لیپیدهای اتر غیر قطبی و غنی سازی آنها با اسیدهای چرب(EPA) Eicosapentaenoic acid و Doscosahexaenoic Acid(DHA) کاربرد فراوانی دارند. EPA و DHA اسیدهای چرب چند غیر اشباعی و زنجیر بلند از نوع 3 n- هستند و در چربیهای دریایی یافت می شوند. لیپازها کاتالیست های ایده آلی برای ترانسفورماسیون اسیدهای چرب چند غیر اشباعی زنجیر بلند ناپایدار محسوب می شوند در حالیکه استفاده از فرایندهای شیمیایی سنتی به جای لیپاز باعث تخریب جزئی all-cisn-3 framework بوسیله اکسیداسیون، مهاجرت های باند دوگانه یا ایزومریزاسیون cis-trans به خاطر در معرض قرار گرفتن اسید و دماهای بسیار بالا می شود .
برخی از تحقیقات انجام شده در زمینه لیپازها: در هندوستان تحقیق در زمینه تولید لیپازهای قلیایی مقاوم به حرارت از A. terreus, A. carneus به منظور استفاده در تولید بیوسورفاکتانها (سورفاکتانهای زیستی، گلیسیریدها و مواد دارویی) پیشرفت چشمگیری داشته است. لیپاز حاصل از B. stearothermophilus فعالیت قابل توجهی حتی در oC100 نشان داده است. در تحقیقی تولیدکننده های بالقوه لیپاز نظیر A. niger, A. flavus, A. fumigatus وPenicillium glaucum از هسته chironji و گردو جداسازی شدند. امروزه از لیپازهای میکروبی خارج سلولی به منظور واکنشهای ترانس استریفیکاسیون برای تولید روغن های خوراکی تغییر داده که نمی توان بوسیله روشهای شیمیایی اینتراستریفیکاسیون بدست آورد استفاده می شود .
با توجه به اینکه پروتئازها و آمیلازها بخش وسیعی از بازار آنزیم ها را شامل شده اند و قادر به کاتالیز واکنش های هیدرولتیکی هستند باید این نکته را دانست که لیپازهای میکروبی با توانایی فعالیت هم در محیط آبی و هم غیر آبی می توانند در صنایع نسبت به آمیلازها و پروتئازها از اهمیت ویژه ای برخوردار شوند. طبیعت گزینش پذیر لیپازها در انتخاب محیط و مواد شیمیایی باعث شده است که از این آنزیم در جداسازی داروهای کایرال، اصلاح چربی، سنتز جایگزین های کره کاکائو، سوختهای زیستی ، ساخت محصولات آرایشی و تقویت طعم استفاده وسیعی شود . نام سیستماتیک لیپازها، گلیسرول استر هیدرولاز(Glycerol Ester Hydrolase) و شماره سیستماتیک آن EC3.1.1.3 می باشد. لیپازها پیوند استری بین آسیل و گلیسرول را هیدرولیز می کنند با تغییر جایگاه اسید های چرب در ساختمان تری آسیل گلیسرول ها (ترانس استریفیکاسیون) می توان ویژگی های فیزیکی آن را تغییر داد و در جهت تولید روغن با ایزومر ترانس پایین استفاده نمود . ترانس استریفیکاسیون آنزیمی با استفاده از لیپازها انجام می شود و بسته به شدت هیدرولیز، محصولات تولیدی شامل اسید چرب آزاد، منوآسیل گلیسرول، دی آسیل گلیسرول و گلیسرول می باشد (1،6). واکنش هیدرولیز تعادلی و برگشت پذیر بوده و بنابراین لیپازها قادر به انجام واکنش برگشت یعنی سنتز می باشند .این آنزیم تحت شرایط طبیعی هنگامی که محلول باشد هیدرولیز باندهای استری را در سطح بین فاز سوبسترای نامحلول و فاز آبی کاتالیز می کند.دراینجا سوبسترا می تواند هر نوع تری گلیسیریدی باشد.تحت شرایط خاص آزمایشگاهی که آب حضور نداشته باشد. واکنش معکوس توسط این آنزیم ها منجر به استریفیکاسیون و تشکیل گلیسیریدها از اسیدهای چرب و گلیسرول و همچنین اینتراستریفیکاسیون می شود . برخی دانشمندان از واکنش برگشت جهت سنتز تری آسیل گلیسرول ها استفاده کنند. از زمان انتشار مقاله استی ونسن و همکارانش در سال 1979 با عنوان" تغییرمیزان اشباعیت دی و تری گلیسیریدها از طریق تبادل آسیل با استفاده از آنزیم" مطالعات زیادی درباره اینتراستریفیکاسیون آنزیمی انجام شده است(4 ،5).
کلیات
برخی لیپازها به اسیدهای چرب زنجیر کوتاه نظیر اسید استیک، کاپروئیک و ... تمایل دارند، برخی به اسیدهای چرب غیراشباع نظیر اسید لینو لئیک و لینولنیک تمایل دارند و برخی نیز اسیدهای چرب را به طور غیر اختصاصی و تصادفی از تری گلیسیریدها هیدرولیز می کنند . برخلاف سایر استرازها، لیپازها قادر به فعالیت در محیط های غیرآبی هستند و فعالیت آنها در سطح مشترک روغن و آب زیاد است. بنابراین فعالیت بهینه آنها در سیستم هایی مانند امولسیون که درآن سطح سوبسترا خیلی زیاد است حاصل خواهد شد. لیپازها نه تنها در امولسیونهای فاز نرمال (روغن در آب) فعال هستند بلکه در امولسیون های فاز معکوس (آب در روغن) نیز قادر به فعالیت می باشند(5). استفاده از لیپازها به جای کاتالیزور شیمیایی دارای این مزایا می باشد: بر خلاف کاتالیزور شیمیایی، لیپازها دارای عمل ویژه ، شرایط واکنش ملایمتر و آلودگی محیط زیست کمتر خواهد بود، لیپازها از منابع مختلف نظیر جانوران، گیاهان و ریززنده ها قابل تهیه اند، امکان بهبود لیپازها از طریق مهندسی ژنتیک وجود دارد، با تثبیت لیپاز امکان پیوسته سازی فرایند فراهم می آید، اینتراستریفیکاسیون آنزیمی فرایند تمییزی می باشد، لیپاز می تواند نسبت به طول زنجیر، محل پیوند دوگانه در اسیدچرب و یا نوع اسیدچرب اختصاصی عمل کنند .
لیپازهای باکتریایی و قارچی
اغلب لیپازهای باکتریایی در انتخاب سوبسترای خود غیر گزینشی عمل می کنند و تعداد کمی از آنها نیز به حرارت مقاوم هستند. از باکتری ها ی Achromobacter sp., Alcaligenes sp., Arthrobacter sp., Pseudomonas sp., Staphylococcus sp., Chromobacterium sp می توان در تولید لیپازها بهره گیری کرد. این لیپاز ها توسط روی، آهن، آلومینیوم و کلسیم فعال سازی می شوند . از لیپازهای قارچی به خاطر هزینه پایین استخراج، مقاومت به pH و حرارت، گزینش پذیری سوبسترا و فعالیت در حلال های آلی در مقایسه با لیپازهای باکتریایی بیشتر استفاده می شود.تولیدکنندگان عمده لیپازهای قارچی شامل: Aspergillus niger, R. delemar, R. japonicus, R. niveus and R. oryzae Candida cylindracea, Humicola lanuginosa, Mucor miehei, M.pusillus از نظرگرمادوستی به عنوان یک تولید کننده لیپاز خارج سلولی مقاوم به حرارت شناخته شده است. امروزه تولید یک لیپاز از M.pusillus تثبیت شده بر روی رزین (Lipozyme TM) در صنایع تجاری شده است . به واسطه گزینش پذیری لیپاز حاصل از Rhizopus بر روی مناطق3 و1 گلیسیریدها ( منظور از مناطق، جایگاه اسیدچرب بر روی مولکول گلیسرول می باشد) به منظور تولید مونو گلیسیریدها از تری گلیسیریدها و واکنشهای اینتراستریفیکاسیون چربی ها و روغن ها، این لیپاز کاربرد وسیعی در صنایع غذایی و دارویی پیدا کرده است. از لیپاز حاصل از R.japonieus در تولید کره سخت به منظور تولید شکلات بوسیله اینتراستریفیکاسیون روغن پالم با متیل استئارات استفاده می شود. همچنین لیپاز حاصل از گونه های مختلف Rhizopus (KDa40 تا KDa 45) ماکزیمم فعالیت خود را بر روی اسیدهای چرب زنجیر متوسط(C8-C10) نشان داده است و ایزوآنزیم های لیپاز درون سلولی و خارج سلولی از قارچ R.delemar جداسازی شده اند. همچنین گزارش شده است گونه هایی از Pichia و Saccharomycesنیز قادر به تولید لیپاز هستنند. قارچ Geotrichom مسئول تشکیل اسید در محصولات لبنی بوسیله لیپولیز چربی می باشد و لیپاز حاصل از این قارچ به صورت گزینشی بر روی اسیدهای چرب 9 کربنه با پیوند دوگانه سیس عمل می کند. لیپازهای خارج سلولی و درون سلولی از niger Aspergillus در مناطق 3و1 گلیسیریدها عمل می کنند. لیپازحاصل از Penicillium roqueforti مسئول طعم در پنیرهای آبی است ، لیپاز حاصل از P. camemberti باعث فعالیت لیپولیتیکی در پنیر کاممبرت و Brie با سطح سفید قارچی آشکار می شود و لیپازهای حاصل از گونه های پنی سیلیوم نظیر P. cyclopium, P. verrucosum var. cyclopium, P. crustosum به صورت انتخابی بر اسید بوتیریک اثردارند. لیپاز حاصل از P.cyclopium بر روی دی و مونو گلیسیریدها نسبت به تری گلیسیریدها اثر بیشتری دارد . لیپاز پنیسیلیوم سیکلوپیوم نسبت به اسید بوتیریک اختصاصی عمل می کند. از ویژه بودن آنزیم لیپاز نسبت به اسیدهای چرب در فراورده های لبنی جهت تولید اسیدهای چرب کوتاه زنجیر (موثر در طعم) استفاده می شود جدول 1 ویژگی نوع اسید چرب و برخی منابع تولید کننده لیپاز را نشان می دهد. لیپاز حاصل از H. lanuginosa DSM 3819 به عنوان یک افزودنی و پاک کننده به خاطر مقاومت حرارتی بالا و فعالیت بالا در pH قلیایی مصرف می شود. لیپاز حاصل از H. lanuginosa فعالیت هیدرولیتیکی بالایی در روغن های حاوی اسید لوریک بالا و روغن نارگیل نشان داده اند.
pH بهینه فعالیت و مقاومت حرارتی:
لیپازها مقاومت زیادی در7-6 pH= نشان داده اند. و اکثرا قادرند در pH اسیدی و قلیایی تا 8 مقاومت نشان دهند. لیپازهای خارج سلولی قلیایی از A. niger, Chromobacterium viscosum و Rhizopus sp در pH اسیدی فعال و لیپاز از P. nitroreducens در11 pH= فعال هستند. لیپازهای میکروبی به حرارت مقاوم هستند در حالیکه لیپازهای لوزالمعده فعالیت خود را در oC40 از دست می دهند. لیپازهای A. niger, R. japonicus, C. viscosum در oC50 مقاوم هستند در حالیکه لیپازهای حاصل از میکروارگانیسم های thermotolerant H. lanuginosa و P. sp. nitroreducens به ترتیب در oC60 و oC70 مقاوم هستند. بنابراین مقاومت حرارتی لیپازها متفاوت است.
فعال سازی و غیر فعال سازی لیپازها:
فعالیت لیپاز نیازی به کوفاکتور ندارد. ولی کاتیونهای دو ظرفیتی نظیر کلسیم فعالیت آنزیم را تحریک می کند و فرمولاسیون نمکهای کلسیم با اسیدهای چرب زنجیر بلند لازم می باشد. یونهای قلع، جیوه، نیکل و کبالت به شدت از فعالیت لیپاز ممانعت می کنند و نیز یونهای روی، منیزیم ، EDTA و SDS اثر بازدارندگی جزئی بر فعالیت آن دارد. همچنین غیر فعال سازی آنزیم بوسیله افزودن اوره افزایش می یابد. ترکیبات احیا کننده نظیر سیستئین، 2-مرکاپتواتانول، عوامل چیلیت کننده(EDTA, o-phenanthroline) ، بازدارنده هایی از گروه تیول (p-chloro mercuric benzoate, monoiodoacetate) اثر قابل توجهی بر روی فعالیت لیپاز حاصل از M.pusillus ندارند. همچنین لیپاز یک متالو-آنزیم metallo-enzyme نیست و به گروههای آزاد SH یا باندهای گوگردی برای فعالیت خود نیاز ندارد. تشکیل لیپاز تحریک شده حاصل از Serratia marcescens SM-6 SM-6 به وسیله cyclic AMP , Spontaneous در معرضglycogen ، hyaluronate ، پکتین B صمغ عربی تشدید می شود.
کاربردهای لیپازها در صنعت
1) لیپازها در صنایع لبنی: لیپازها در صنایع لبنی به جهت هیدرولیز چربی شیر کاربرد ویژه ای در تقویت طعم پنیر، تسریع در فرایند رسیدن پنیر و محصولاتی شبیه آن، لیپولیز چربی کره و خامه دارند. افزودن آنزیم لیپاز به طور اولیه اسیدهای چرب زنجیر کوتاه (C4-C6) را که مسئول ایجاد طعم تند و تیز می باشند و اسیدهای چرب زنجیر متوسط (C12-C14) که طعم صابونی ایجاد می کنند را در محصول آزاد می کند. به علاوه اسیدهای چرب آزاد در واکنشهای شیمیایی ساده که شروع کننده سنتز اجزاء طعم نظیر استو-استات-اسیدهای کتو-متیل کتونها، استرهای طعم و لاکتوز می باشند نقش دارند. پنیری با کیفیت خوب در طعم را می توان بوسیله فعالیت لیپازها به صورت تک یا مخلوطی از چند لیپاز تولید کرد. رنج وسیعی از لیپازهای میکروبی در تولید پنیر استفاده می شوند نظیر: Mucor miehei, Aspergillus niger و A. oryzae. از لیپازها به طور گسترده ای در تولید پنیرهای تقلیدی استفاده می شود ( به تقلید از پنیرهای ساخته شده از شیر بز یا میش). بنابراین افزودن لیپاز به شیر گاو باعث تولید طعم مشابه طعم شیر بز یا میش می شود. این آنزیم در تولید پنیرهایی که از نظر آنزیمی اصلاح شده اند و به EMC معروف شده اند نیز کاربرد دارد. EMC پنیری است که در حضور آنزیم ها در دماهای بالا به منظور تشکیل طعم تولید می شود. این ماده به عنوان جزء غذایی در محصولاتی نظیر سسها، سوپها واسنکها استفاده می شود .
2) لیپازها در پاک کننده ها: مصرف آنزیم ها در پودرهای لباسشویی مصارف تجاری بالایی پیدا کرده است و امروزه مردم جهان به مصرف پودرهای لباسشویی که در دماهای پایین عمل پاک کنندگی را انجام بدهند تمایل دارند. با دستکاری ژنتیکی آنزیم های لیپازی تولید شده است که این نیاز را برطرف می کند. برای مثال Novo Nordisk’s Lipolase یکی از این محصولات می باشد .
3) لیپازها در صنعت شیمی روغن : هدف از کاربرد لیپازها در صنعت شیمی روغن ، حداقل رساندن تجزیه حرارتی و صرفه جویی انرژی در طی هیدرولیز، گلیسرولیز و الکولیزیز می باشد. امروزه واکنشهای هیدرولیز، گلیسرولیز و الکولیزیز به طور مستقیم بر روی سوبستراهای مخلوط بوسیله لیپاز تثبیت شده انجام می شود. در این روش لیپاز آنزیمی باعث هیدرولیز چربی به طور موفقیت آمیز بدون نیاز به تجهیزات گران قیمت می شود .
4) لیپازها در سنتز تری گلیسیریدها: لیپازهایی با انتخاب پذیری مناطق 3،1 برای تولید جانشین های کره کاکائو بوسیله محققین شناسایی شده اند. امروزه تلاشهای زیادی در سنتز بسیاری از تری گلیسیریدها با خواص تغذیه ای یا رژیمی مشابه چربی شیر انسان شده است. این تری گلیسیریدها و چربیهای مشابه از نظر عملکردی به آسانی به وسیله اسیدی کردن acidolysis فراکسیون های روغن پالم که در 2- پالمیتول گلیسیرید به همراه اسیدهای چرب غیر اشباع غنی هستند بدست می آیند. این اسیدی کردن به وسیله لیپازهای اختصاصی نواحی 3، 1 تری گلیسیریدها در تهیه محصولات مهم مغذی حاوی اسیدهای چرب زنجیر متوسط انجام می شوند. بهینه سازی روغن ها به منظورغنی سازی با اسیدهای چرب چند غیراشباعی نظیر Arachidonic acid, Eicosapentaenoic acid (EPA) ,Docosahexaenoic acid (DHA) به وسیله لیپازها انجام می شود.
5) لیپازها در سنتزسورفاکتانتها (فعال کننده های سطحی): پلی گلیسرولها و استرهای اسیدهای چرب کربوهیدراتها به عنوان پاک کننده های صنعتی و امولسیفایرها در طیف وسیعی از فرمولاسیونهای غذایی شامل محصولات مالیدنی(چربی، سسها)، بستنی ومایونزها کاربرد دارند. سنتز آنزیمی سورفکتانتها در (oC 80-60) به وسیله لیپازهایی با فعالیت انتخاب منطقه ای انجام می پذیرد. مونو و دی استرهای مونو ساکاریدی در راندمان بالا بوسیله قندهای استال به عنوان مواد شروع کننده بدست می آیند. یک بیوسورفاکتانت از عمل ترانس استریفیکاسیون لیپاز حاصل از A.terreus بین روغن های طبیعی و قندهای الکلی حاصل می شود. لیپازها همچنین می توانند جایگزین فسفولیپازها در تولید ایزوفسفولیپیدها شوند. لیپاز حاصل از M.miehi به منظور ترانس استریفیکاسیون فسفولیپیدها در الکلهای ثانویه و اولیه استفاده می شود. لیپازها همچنین در سنتز رنج وسیعی از سورفاکتانتهای قابل تجزیه زیستی آمفوتریک، یعنی استرهایی بر پایه اسیدهای آمینه و آمیدها مفید می باشند .
6) لیپازها در سنتز اجزاء تشکیل دهنده بعضی محصولات آرایشی: تولید isopropyl myristate, isopropyl palmitate, 2-ethylhexyl palmitate به عنوان نرم کننده در محصولات آرایشی نظیر کرم پوست، کرم برنزه کننده و روغنهای حمام کاربرد دارند. استرهای مومی به طریق آنزیمی بوسیله لیپاز C.cylindracea در بیوراکتور بسته تولید می شوند.
7) لیپازها در صنایع دارویی و کشاورزی: امروزه کاربرد لیپازها در تهیه سینتونهای کایرال به خوبی شناخته شده است. تفکیک اسیدهای 2-هالوپروپونیک، مواد شروع کننده برای سنتز علف کش های فنوکسی پروپیونات، یک فرایند بر اساس استریفیکاسیون انتخابی از ایز.ومرهای s با بوتانول است ، که بوسیله لیپاز لوزالمعده خوک در هگزان بی آب کاتالیز می شود. کاربرد دیگر لیپازها در تفکیک مخلوطهای راسمیک، هیدرولیز الکلهای اپوکسی استر می باشد. تولید 2(R),3(S)-methylmethoxyphenyl glycidate به عنوان یک ماده حد واسط کلیدی در تولید داروهایی قلبی عروقی با خلوص بالا به وسیله لیپازها امروزه تجاری شده است.
8) لیپازها در صنعت پلیمر: لیپازها کاربرد وسیعی در سنتز پلیمرهای فعال نوری دارند. ویژگی انتخاب پذیری لیپاز، کاربرد آن را در سنتز پلیمرهای فعال نوری مفید ساخته است.
9) کاربرد لیپازها در تهیه چربیهای مختلف غنی سازی شده با اسیدهای چرب امگا-3 : لیپازهای تثبیت شده به منظور تولید انواع مختلفی از چربیها شامل تری آسیل گلیسرول ها، فسفو لیپیدها، لیپیدهای اتر غیر قطبی و غنی سازی آنها با اسیدهای چرب(EPA) Eicosapentaenoic acid و Doscosahexaenoic Acid(DHA) کاربرد فراوانی دارند. EPA و DHA اسیدهای چرب چند غیر اشباعی و زنجیر بلند از نوع 3 n- هستند و در چربیهای دریایی یافت می شوند. لیپازها کاتالیست های ایده آلی برای ترانسفورماسیون اسیدهای چرب چند غیر اشباعی زنجیر بلند ناپایدار محسوب می شوند در حالیکه استفاده از فرایندهای شیمیایی سنتی به جای لیپاز باعث تخریب جزئی all-cisn-3 framework بوسیله اکسیداسیون، مهاجرت های باند دوگانه یا ایزومریزاسیون cis-trans به خاطر در معرض قرار گرفتن اسید و دماهای بسیار بالا می شود .
برخی از تحقیقات انجام شده در زمینه لیپازها: در هندوستان تحقیق در زمینه تولید لیپازهای قلیایی مقاوم به حرارت از A. terreus, A. carneus به منظور استفاده در تولید بیوسورفاکتانها (سورفاکتانهای زیستی، گلیسیریدها و مواد دارویی) پیشرفت چشمگیری داشته است. لیپاز حاصل از B. stearothermophilus فعالیت قابل توجهی حتی در oC100 نشان داده است. در تحقیقی تولیدکننده های بالقوه لیپاز نظیر A. niger, A. flavus, A. fumigatus وPenicillium glaucum از هسته chironji و گردو جداسازی شدند. امروزه از لیپازهای میکروبی خارج سلولی به منظور واکنشهای ترانس استریفیکاسیون برای تولید روغن های خوراکی تغییر داده که نمی توان بوسیله روشهای شیمیایی اینتراستریفیکاسیون بدست آورد استفاده می شود .
دیدگاه ها