【摘要】：部分氫化起酥油含有一定量的反式脂肪酸(TFA),而攝入過多的TFA會增加心血管疾病發(fā)生的風(fēng)險。脂酶催化酯交換方法常常被用來合成具有一定理化特性的起酥油,樟樹籽仁油(CCSO)中含有豐富的中鏈脂肪酸(MCFA)(C10:0,59%;C12:0,34.2%),MCFA不僅能被人體快速吸收,還能降血脂及膽固醇,因而通過脂酶催化酯交換方法將CCSO用于制備起酥油油脂基料對健康有益。另一方面,盡管脂肪酶具有專一的催化選擇性,但是研究發(fā)現(xiàn)專一性脂酶催化酯交換過程中存在�；w移現(xiàn)象,不僅會產(chǎn)生游離脂肪酸、甘油三酯異構(gòu)體、甘油二酯等多種副產(chǎn)物,還會導(dǎo)致目標(biāo)結(jié)構(gòu)脂產(chǎn)率和底物利用率的降低。雖然目前很多學(xué)者認為�；w移機理是形成五元環(huán)中間體的親核取代過程,但由于過渡態(tài)和中間體的難捕獲難檢測而無法深入研究和證實�；w移機理的假設(shè)。近年來計算機模擬方法獲得了迅速的發(fā)展,采用該方法能夠解釋、擴展實驗得到的結(jié)論。當(dāng)前,量子化學(xué)模擬作為計算模擬方法中的一類方法,已經(jīng)成為能在分子水平上理解脂酶催化反應(yīng)的重要手段,因此采用量子化學(xué)模擬手段能找出反應(yīng)過程中的過渡態(tài)和中間體,從理論上研究闡明�；w移機理從而控制�；w移程度,對脂酶催化制備結(jié)構(gòu)脂的工業(yè)化生產(chǎn)具有重要意義。首先,本研究采用專一性脂酶TL IM,按一定的比例將CCSO、茶油(COO)和完全氫化棕櫚油(FHPO)進行sn-1,3位置隨機酯交換,制備含有MCFA的起酥油油脂基料。結(jié)果顯示CCSO、COO和FHPO比例為2:2:5的酯交換后的產(chǎn)物(IP),其熔點為42.4°C,符合商業(yè)起酥油的熔點要求,其所含脂肪酸主要為棕櫚酸(C16:0,約40%),硬脂酸(C18:0,約20%)和油酸(9cC18:1,約16%)。從DSC數(shù)據(jù)分析得到的固體脂肪含量(SFC)曲線圖表明大部分SFC在25-40°C仍被保留,三個比例(2:2:4;2:2:5;2:2:6)在35°C的SFC分別為20.4%,20.5%和25.5%。X射線衍射圖譜表明物理混合(PB)的脂肪晶型除了β'晶型的存在,還有未知的晶型(峰4.02?),但IP中主要以單一的β'晶型為主。此外,微分干涉顯微鏡顯示IP中的脂肪微觀結(jié)構(gòu)為細小顆粒狀晶體(20μm),而PB則是密集的不規(guī)則葉狀晶體(55μm),差異明顯,是因為酯交換反應(yīng)后產(chǎn)生了幾種新型的甘油三酯結(jié)構(gòu)(CPO,LaOP,LaPP,COS,CPS)。以上結(jié)果暗示脂酶催化CCSO、COO和FHPO制備的IP可以用于起酥油油脂基料。其次,利用B3LYP密度泛函和6-31G(d,p)方法基組在Gaussian 09軟件建立并優(yōu)化了分子內(nèi)的無酶非催化途徑模型(1,2-二乙酸甘油酯,1,2-DA);根據(jù)實驗得到脂酶4TGL的晶體結(jié)構(gòu),用分子對接軟件Discovery Studio 2.5建立了包含123個原子的脂酶催化途徑模型(1,2-DA-4TGL),并采用相同的優(yōu)化條件在Gaussian 09軟件上得到了初始模型。經(jīng)模擬發(fā)現(xiàn),分子內(nèi)發(fā)生的無酶非催化途徑,分步過程比協(xié)同過程的限速步驟能壘更低(41.855.4 kcal/mol),表明在室溫下分步過程更容易發(fā)生。此外,一個水分子參與的分步過程進一步降低了能壘至31.7 kcal/mol,表明水分子在反應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用,盡管如此,該能壘在室溫下依然導(dǎo)致了反應(yīng)在常溫下不容易發(fā)生。另一方面,脂酶參與的催化途徑得到了四步反應(yīng)機理:(1)His235去質(zhì)子化Ser144,同時Ser144奪取底物1,2-DA sn-1位置上的羥基質(zhì)子,實現(xiàn)雙質(zhì)子的轉(zhuǎn)移;(2)底物1,2-DA sn-1上的氧陰離子親核攻擊sn-2羰基碳,形成五元環(huán);(3)Ser144被His235重新質(zhì)子化,但Ser144卻質(zhì)子化了底物1,2-DA sn-2上新形成的羰基氧陰離子,實現(xiàn)雙質(zhì)子的返回;(4)伴隨著質(zhì)子從sn-2羰基碳轉(zhuǎn)移至sn-1酯氧,一個水分子參與的五元環(huán)打開使1,2-DA變成了1,3-DA,實現(xiàn)了�；w移的過程。其中第4步是整個反應(yīng)的限速步驟,能壘為18.8 kcal/mol,與文獻報道的實驗值(17.8 kcal/mol)符合地很好。有趣的是,我們還發(fā)現(xiàn)脂酶和一個水分子參與的�；w移過程中,作為廣義酸/堿的脂酶催化三聯(lián)體(Asp-His-Ser)和“質(zhì)子穿梭機”的水分子可以協(xié)同降低反應(yīng)所需能壘。整體而言,脂酶參與催化途徑的�；w移比分子內(nèi)的無酶非催化途徑低約2倍的能量勢壘,這一結(jié)果暗示脂酶可降低�；w移反應(yīng)的能壘、加速�；w移的速率。
【圖文】：

第 1 章 前言基遷移一定條件下，�；鶑囊粋�官能團移動到另一個官能團稱之為酰交換過程中是指 TG 中 sn-1, 2-DG (sn-2-DG)位脂肪酸遷移至G)位，反之亦然（圖 1.1）。作為酯交換催化過程中的副反應(yīng)，成結(jié)構(gòu)脂的質(zhì)量和得率，涉及 TG 中酯鍵的水解和再酯化[31]。被認為是單甘油酯（Monoglyceride, MG），二甘油酯（Diglyc的合成，純化和表征中存在的主要問題[32]，過去許多學(xué)者都研

（3）酶本身及酶載體（酶含量與�；w移呈正相關(guān)，因為脂肪酶（如樹脂和二氧化硅等載體）的載體會誘導(dǎo)�；w移[40, 41]）。（4）其他因素（�；鶊F的支鏈化度，不飽和度和長度也會通過 DG 和 MG 的平衡分布影響�；w移：a. 含支鏈脂肪酸越多的單甘酯�；w移速率要快；b. 含不飽和脂肪酸越多的單甘酯酰基遷移速率要快；c. 含短鏈脂肪酸越多的單甘酯�；w移速率要快[42]）。盡管很多學(xué)者對�；w移的影響因素進行了研究，�；w移的機理仍不清晰。圖 1.2 顯示了推測的分子內(nèi)�；w移機理，該機理通過 sn-2 親核取代發(fā)生，第一步是 TG 的水解，其次是 2-MG 異構(gòu)化成 1-MG，進而被脂酶化成 1,3-DG，即該機理是由游離羥基氧的電子親核攻擊酯羰基碳，形成五元環(huán)（縮酮）中間體或原酯（Thoester），，進而酯碳氧單鍵的裂解開環(huán)導(dǎo)致產(chǎn)物的形成。Lortie 等[43]發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)的早期階段沒有觀察到三油酸甘油酯的形成，暗示了�；w移是分子內(nèi)的反應(yīng)（Intramolecular reaction, IR）。Tran 等[44]則發(fā)現(xiàn)伯羥基氧比仲羥基的親核進攻效果更強，因此仲羥基到伯羥基的�；D(zhuǎn)移是有利反應(yīng)的進行的，也側(cè)面印證了該機理。
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TS221

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本文編號：2639204