CC BY
122
УДК 577.15
В. С. Гамаюрова, М. Е. Зиновьева, К. Л. Шнайдер ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ ГИДРОЛИЗ ЛЬНЯНОГО МАСЛА В МИЦЕЛЛЯРНЫХ СИСТЕМАХ
Ключевые слова: мицеллярные системы, панкреатическая липаза, липаза из Candida rugosa, льняное масло.
Исследовано влияние среды реакции и степени гидратации мицелл на процесс ферментативного гидролиза льняного масла в мицеллярных системах.
Keywords: reversed micelles, pancreatic lipase, lipase from Candida rugosa, linseed oil.
Influence of degree of micelle hydration and of organic solvents on process of enzymatic hydrolysis of linseed oil in reversed micelles has been studied.
Ферментные препараты находят все более широкие области применения в биотехнологии пищевой, фармацевтической, косметической и других отраслях промышленности. Сравнительно новое направление - изучение применения ферментных препаратов в неводных средах, что позволяет значительно расширить круг объектов и процессов, для которых могут быть использованы ферментные препараты [1-6].
При ферментативном катализе в неводных средах для сохранения каталитической активности фермента часто используют мицеллярные системы, позволяющие пространственно защитить фермент от денатурирующего влияния органического растворителя [1].
В наших экспериментах для образования мицелл использовался детергент АОТ (аэрозоль ОТ, ди-(2-этил)-гексиловый эфир натриевой соли сульфоянтарной кислоты) и органические растворители пентан, гексан, октан и декан. В качестве катализаторов использовались ферментные препараты: панкреатическая липаза и липаза из Candida rugosa.
К перспективнейшим объектам исследования среди растительных масел можно отнести льняное масло, содержание ю-3-ПНЖК (а-линоленовой кислоты) в котором составляет 35-65 % к сумме кислот. Интерес к льняному маслу, как продукту питания резко возрос, когда была выяснена особая роль Ю-3-ПНЖК на здоровье человека^]. Но льняное масло обладает одним недостатком -быстрое прогоркание, которое резко сокращает сроки его хранения. Поэтому, важное значение, приобретает получение легкоусвояемых и более стабильных производных
ПНЖК [8,9].
Изучение зависимости каталитической активности панкреатической липазы от степени гидратации мицелл в процессе гидролиза льняного масла показало (см.рис.1), что максимальный выход жирных кислот наблюдается при степени гидратации мицелл ю0 = 56 (концентрация АОТ - 0,05М/л, среда реакции - пентан), что соответствует рассчитанному радиусу внутренней полости мицеллы, солюбилизирующей панкреатическую липазу rm = 8,8 нм. При увеличении концентрации АОТ до 0,09 М/л в системе обращенных мицелл происходит изменение степени гидратации до ю0 = 31 и уменьшение расчетного радиуса мицелл до rm = 5,0 нм, что ведет к увеличению поверхности раздела фаз и некоторому повышению каталитической активности.
Большое влияние на протекание ферментативного гидролиза оказывает природа органической среды. Наи-
более высокий выход жирных кислот при гидролизе льняного масла панкреатической липазой наблюдается в среде декана.
Рис. 1 - Влияние степени гидратации на ферментативный гидролиз льняного масла ферментным препаратом панкреатической липазы в системе обращенных мицелл АОТ
При использовании в качестве ферментного препарата липазы из Candida rugosa для гирдролиза льняного масла зависимость выхода продуктов гидролиза от степени гидратации мицелл имеет три максимума: первый максимум - при ю0 =167, второй - при ю0=778 и третий - при ю0 =1000 (концентрация АОТ -0,05М/л, среда реакции - гексан). Это соответствует расчетным радиусам внутренней полости мицелл rm = 25,4 нм, rm =117,1 нм и rm = 150,4 нм, соответственно. Данные представлены на рисунке 2.
Представленные данные свидетельствуют, что липаза из Candida rugosa проявляет максимальную активность при значительно более высокой степени гидратации мицелл, чем панкреатическая. Вероятно, это можно объяснить наличием большего числа гидрофильных групп на поверхности белка и необходимостью более объемной гидратно-сольватной оболочки для проявления максимальной активности данным ферментом.
Изучение влияния концентрации АОТ на выход жирных кислот при гидролизе льняного масла с помощью липазы из Candida rugosa показало наличие двух максимумов соответствующих концентрациям АОТ 0,03 М/л и 0,1 М/л. Эти факты свидетельствуют о
наличии фазовых переходов и перераспределении воды и фермента в мицеллах при изменении концентрации АОТ.
Степень гидратации обращенных0 мицелл,ю0
Рис. 2 - Влияние степени гидратации на ферментативный гидролиз льняного масла липазой из Candida ru-gosa в системе мицелл АОТ (условия эксперимента: среда - гексан; концентрация АОТ - 0,05 М/л; рН 7,4; время реакции - 1 ч)
В целом, для липазы из Candida rugosa наблюдается сложный характер протекания гидролиза льняного масла в мицеллярной системе, как в зависимости от содержания воды, так и от содержания детергента.
Все это свидетельствует о том, что липаза из Candida rugosa представляет собой более лабильную систему, способную к легкой перестройке в зависимости от условий окружающей среды по сравнению с более компактной панкреатической липазой.
При гидролизе льняного масла липазой из Candida rugosa наилучшие выходы жирных кислот получены при использовании в качестве среды реакции гептана, тогда как гидролиз льняного масла панкреатической липазой протекает с максимальным выходом жирных кислот в среде декана.
Работа выполнена на оборудовании ЦКП «Наноматериалы и нанотехнологии» при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям
© В. С. Гамаюрова - д-р хим. наук, проф. каф. пищевой биотехнологии КНИТУ, [email protected]; М. Е. Зиновьева - канд. техн. наук, доц. той же кафедры, [email protected]; К. Л. Шнайдер - канд. хим. наук, асс. той же кафедры, [email protected].
развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» по госконтракту № 01201252915 от 28.02.2012 г тема: "Разработка биологически активных добавок на основе супрамолекулярных бионаносистем"
Литература
1. Ферментативный катализ в неводных средах. Гамаюрова В.С., Зиновьева М.Е.// Бутлеровские сообщения. - 2011. - Т. 25, № 7. - С. 87-95.
2. Сравнение синтетазной активности двух видов липаз в неводных средах. В.С. Гамаюрова, Зиновьева М.Е., К. Л. Шнайдер // Вестник КГТУ, № 6, 2011 г. - С. 211-218.
3. Ферментативная этерификация органических кислот алифатическими спиртами Гамаюрова В.С., Елизарова Е.В., Зиновьева М.Е.// Вестник Казан. технол. ун-та. 2006. № 6. С. 69-73.
4. Kobayashi T. Reaction equilibrium for lipase-catalyzed condensation in organic solvent systems / T. Kobayashi, S. Adachi // Biotechnol. Lett. - 2004.
- Vol. 26, № 19. - Р. 1461-1468.
5. Enhanced activity and stability of ionic liquid-pretreated lipase / D. T. Dang [et al.] // Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic. - 2007. - № 45.
- Р. 118-121.
6. Sivalingam G. Solvent effects on the lipase catalyzed biodegradation of poly(s-caprolactone) in solution / G. Sivalingam, S. Chattopadhyay, G. Madras // Polym. Degrad. аМ Stab. - 2003. - Vol. 79, № 3. -Р. 413-418.
7. Гамаюрова В.С., Ржечицкая Л.Э. Мифы и реальность в пищевой промышленно-сти.П/Сравнение пищевой и биологической ценности растительных масел// Вестник Казан. тех-нол. ун-та. 2011.Т. 14, № 18. С. 146-155.
8. Кулакова, С.Н. О растительных маслах нового поколения в нашем питании / С. Н. Кулакова, М. Г. Гаппаров, Е.В. Викторова // Масложировая промышленность. - 2005. - № 1. - С. 4-8.
9. Некоторые факторы, определяющие стабильность растительных масел к окислению / А.Н. Лисицын [и др.] // Масложировая промышленность. - 2005. - № 3. - С. 11-15.
