Области применения

Липазы не только гидролизуют эфирные связи триглицеридов и их производных, но также способны катализировать реакции ацилирования и деацилирования большого числа неприродных субстратов.

Пищевая промышленность

Использование липаз в пищевой промышленности включает четыре основных направления: 1) улучшение пластичности масла; 2) получение аналогов масла какао; 3) повышение пищевой ценности триглицеридов; 4) получение сыров. Первые из трех направлений основаны на переэтерификации природных триглицеридов, катализируемой специфичными липазами.

Получение жиров с улучшенной пластичностью

Пластичность маргарина, получаемого гидрогенизацией ненасыщенных триглицеридов растительных масел, зависит от степени ненасыщенное™ получаемого продукта. В то же время, гидрогенизация растительного масла может приводить к формированию нежелательных транс-изомеров ненасыщенных жирных кислот, вредных для здоровья человека [157]. В связи с этим, желаемую пластичность масел можно получить переэтерификацией соответствующей смеси насыщенных и ненасыщенных триглицеридов, катализируемой sn-1,3-специфичными липазами и неспецифическими липазами [158,159].

Получение аналогов масла какао

Масло какао, температура плавления которого близка температуре тела человека, используют в производстве шоколада и суппозитарных основ медицинских препаратов. Масло какао представляет собой триглицерид, содержащий олеиновую кислоту в sn-2 положении, стеариновую и пальмитиновую кислоты в sn-І и sn-З положениях, соответственно. Заменители масла какао получают переэтерификацией пальмового масла или триолеина со стеариновой кислотой или тристеарином, катализируемой специфичными липазами [160,161].

Получение высокоценных пищевых триглицеридов

Усвоение триглицеридов в пищеварительном тракте зависит от их структуры, а их биологическая важность от содержания полиненасыщенных жирных кислот [162]. Триглицериды необходимой структуры или, так называемые «структурированные липиды», получают с помощью переэтерификации триглицеридов, катализируемой липазами [163]. Так, например, хорошо усваиваемыми являются триглицериды, содержащие пальмитиновую кислоту в sn-2 положении аналогично триглицеридам человеческого молока. Триглицериды данного типа, входящие в состав детского питания, получают переэтерификацией трипальмитина (пальмового масла) олеиновой или линолевой кислотой с использованием

иммобилизованной липазы из Rhizomucor miehel [164].

Триглицериды, содержащие длинноцепочечные жирные кислоты в sn-2 положении и жирные кислоты средней длины цепи - в sn-І и sn-3 положениях, быстро утилизируются панкреатическими липазами в пищеварительном тракте до эффективно всасываемого кишечником моноглицерида [165]. Многие триглицериды, входящие в состав детского питания, производятся переэтерификацией триглицеридов с использованием специфичных липаз [166].

Прием пищевых триглицеридов, содержащих ненасыщенную жирную кислоту, например, эйкозатстраеновую или декозагексаеновую кислоту, предотвращает развитие сердечно-сосудистых и воспалительных заболеваний. Некоторые триглицериды этого типа производят переэтерификацией триглицеридов рыбьего жира, катализируемой специфичными липазами [167,168], которая в отличие от химического метода не приводит к образованию продуктов побочного окисления ненасыщенных жирных кислот. Пищевые триглицериды с высоким содержанием полиненасыщенных жирных кислот также получают двух стадийным методом, включающим направленный гидролиз подсолнечного масла, катализируемый липазой из Geotrichum candidum, и последующую этерификацию глицерина или ацилглицеридов высвобожденной ненасыщенной кислотой, катализируемую липазой из Rhizomucor mieheii [169].

Получение сыров

Сычужная «паста», выделяемая из желудка жвачных животных, представляет собой смесь ферментов, используемых в производстве сыров.

Применение липаз в хлебопекарной промышленности

Ферментные препараты липаз в больших объемах применяют сегодня в мукомольной и хлебопекарной промышленности. Практикуется внесение в муку и тесто разных групп ферментных хлебопекарных комплексов, обеспечивающих достижение таких целей, как возможность переработки муки с нестабильными хлебопекарными свойствами, формирование определенных реологических свойств теста, улучшение качества хлебобулочных изделий разнообразного ассортимента (сдобных, слоеных дрожжевых и бездрожжевых изделий, изделий, приготовленных на основе замороженных полуфабрикатов), стабилизация качества и продление срока сохранения свежести хлеба. Обоснованиями для использования липаз служат повышение биологической активности гидролизуемого субстрата, а также то, что промежуточные продукты гидролиза масел и жиров (моно и диглицериды), обладая поверхностно-активными свойствами, оказывают улучшающее действие на свойства клейковины, полуфабрикаты и готовую продукцию [171].

Получение ненасыщенных жирных кислот

Химический гидролиз ненасыщенных триглицеридов дает небольшой выход свободных ненасыщенных жирных кислот и требует их очистки от побочных продуктов, образованных в результате термической деградации триглицеридов, окисления ненасыщенных жирных кислот и образования их трансизомеров. Поэтому для получения чистых ненасыщенных жирных кислот используют ферментативный гидролиз и этерификацию ненасыщенных триглицеридов рыбьего жира [172,173].

Получение моноглицеридов

Ферментативный метод получения моноглицеридов, используемых в качестве природных эмульгаторов в производстве пищевых продуктов, косметических средств и лекарственных препаратов, включает либо катализируемый специфичными липазами гидролиз триглицеридов, либо этерификацию глицерина жирными кислотами, эфирами жирных кислот и

триглицеридами [174-176].

Производство моющих средств

Использование липаз в составе стиральных порошков и моющих средств, позволяет удалять жировые пятна без деструкции тканей и использовать умеренные температуры стирки [177], Компания Novo- Nordisk является первой компанией, получившей для этих целей препарат Lipolase (рекомбинантную грибную липазу из Humicola lanuginose, экспрессированную в Aspergillus oryzae) [178].

Бумажное производство

Компания Nihon Seishi Со. (Япония) разработала метод обезжиривания сырьевой древесины с использованием липаз [179], что оказалось намного эффективнее скипидарного метода, используемого теперь лишь в производстве бумаги низкого качества.

Текстильное производство

Обработка ткани липазой приводит к повышению водопоглощения текстильных материалов, и их капиллярность после обработки составляет более 120 мм. Этот эффект обусловлен способностью липаз катализировать реакцию гидролитической деструкции воскообразных веществ, придающих суровой ткани свойство несмачиваемости. В отличие от процессов омыления воскообразных веществ в присутствии щелочного агента деструкция восков под действием липаз проходит при температурах от 40 до 60°С. При обработке композицией ферментов дополнительный эффект гидрофилизации ткани обеспечивается активностью оксидаз за счет ступенчатого окисления предельных жирных кислот [171].

Медицина

В настоящее время, одно из важнейших направлений использования липаз для нужд человека представляю различные области медицины, включающие терапию заболеваний пищеварительного тракта, лечение от избыточного веса, диагностику многих болезней, а также получение хорошо усваиваемых диетических триглицеридов.

Для облегчения усваиваемости пищевых жиров люди, страдающие панкреатической недостаточностью, проходят заместительную терапию, заключающуюся в употреблении панкреатического препарата с каждым приемом пищи [180]. Недостатком этого метода является частичная деструкция липаз панкреатического препарата протеазами пищеварительной системы человека и частичная инактивация липаз в условиях кислой среды желудка.

Традиционное лечение ожирения главным образом основано на контролировании усваеваемости жиров путем обратимого ингибирования пищеварительных липаз. На сегодняшний день известен ряд ингибиторов липолитической активности: пропроналол, тиазопонин, производные борной кислоты и т.д [183-185].

Одним из эффективных средств, нивелирующим действие желудочной липазы, холестеролгидролазы и панкреатической липазы человека путем образования неактивного ацилфермента и подавления секреции панкреатической липазы в поджелудочной железе, является тетрагидролипстатин (THL) из Streptomyces toxytricini [186-189].

Органический синтез

Такие свойства липазы, как особое строение гидрофобного «кармана», отвечающего за связывание ацильной цели и, как следствие, за специфичность регио- и энантиоселективность фермента, наличие поверхностной активации и возможность существования фермента в

органическом объеме в стабильной «закрытой» конформации, защищающей фермент от инактивации, а также способность направленно катализировать реакции ацилирования и переацилирования нуклеофильных групп, отличных от гидроксильных групп глицерина (гидроксипероксиды, амины, тиолы), протекающих с высоким выходом продукта, позволяют использовать липазу в органическом синтезе большого числа соединений и получать чистые стереоизомеры, используемые в пищевой, косметической и фармацевтической промышленностях. Катализируемый липазой синтез имеет ряд преимуществ перед химическим методом, поскольку ферментативный процесс не требует больших экономических затрат на высокотехнологичное оборудование (необходимое для осуществления катализа при высоких температурах или давлении) и позволяет получать чистый продукт без образования побочных примесей, что не требует дополнительной очистки или предварительной модификации реагентов.

Одним из примеров использования липаз в органическом синтезе является получение ацилированных гликозидов [190-191], эмульгаторов, проявляющих противомикробные и противовоспалительные свойства, которые нашли широкое применение в косметической промышленности и в производстве моющих средств.

Другим примером катализируемого липазами синтеза является получение гликозилглицеридов [192-193], используемых в качестве противоопухолевых средств, и эфиров алкилгликозидов и а- гидроксикислот [194], используемых в качестве натуральных компонентов косметических средств, значительно улучшающих эластичность кожи. Получение производных а-гидроксикислот необходимо для предотвращения раздражения кожи, вызванного уменьшением значений pH, а также для лучшего проникновения в слои

эпидермиса.

Эфиры спиртов и короткоцепочечных кислот, являющиеся ароматизаторами и парфюмерными отдушками, также получают этерификацией спиртов, катализируемой липазами [195-196].

Катализируемое липазами кинетическое разделение рацемических спиртов или сложных эфиров и асимметризация прохиральных мезополиолов или их эфиров являются удобными методами стереодивергентного синтеза хиральных биоактивных молекул, имеющих фармацевтическое применение [297-199].

Благодаря высокой селективности липаз, оказалось возможным получение оптически активных полимеров из рацемической смеси мономерных соединений [200]. Так, например, этерификацией различных моносахаридов винилакрилатом, катализируемой липазой, и последующей полимеризацией акрилового эфира, получают растворимые в воде полиакрилаты, способные сшиваться и образовывать нерастворимые в воде материалы с высокой водоадсорбирующей способностью [201].

2.