rProROL脂肪酶催化大豆油水解反應(yīng)的半經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)模型

覃小麗, 李道明, 王永華,鐘金鋒*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶，400715)　2(華南理工大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州,510640)

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rProROL脂肪酶催化大豆油水解反應(yīng)的半經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)模型

覃小麗1, 李道明2, 王永華2,鐘金鋒1*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶，400715)2(華南理工大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州,510640)

摘要以大豆油水解反應(yīng)為模型，考察了緩沖液pH(5.0～7.0)及其添加量(5%～30%)、酶添加量(10～50 U/g)和反應(yīng)溫度(30～50 ℃)對rProROL脂肪酶(recombinant Rhizopus oryzae lipase with prosequence，rProROL)催化大豆油水解的影響，并基于反應(yīng)條件假設(shè)該酶促反應(yīng)遵循一級反應(yīng)，建立了酶催化大豆油甘油三酯(triglyceride，TAG)水解反應(yīng)的半經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)模型(Hr=Hri×(1-e-kt)+Hre)，并通過規(guī)劃求解得到了不同反應(yīng)條件下的方程系數(shù)。結(jié)果顯示，通過對比TAG水解率的實(shí)驗(yàn)實(shí)測值與由動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算的預(yù)測值，兩者的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.999 1，驗(yàn)證了該反應(yīng)符合一級反應(yīng)；不同反應(yīng)條件對方程系數(shù)(k、Hri、Hre)的影響程度各不同，反映了該酶催化大豆油水解過程中反應(yīng)速率常數(shù)(k)及TAG水解程度的變化規(guī)律，為該酶催化大豆油水解過程優(yōu)化控制提供了直接的數(shù)據(jù)支持。

關(guān)鍵詞rProROL脂肪酶；水解反應(yīng)；反應(yīng)速率常數(shù)；動(dòng)力學(xué)模型

油脂水解是脂肪酸生產(chǎn)的重要途徑。目前，油脂水解的方法主要有高壓蒸汽裂解法、化學(xué)催化劑催化法和生物酶法。然而，高壓蒸汽水解法存在反應(yīng)溫度和壓力高(250 ℃，70 bar)、不飽和脂肪酸容易氧化等弱點(diǎn)；化學(xué)法對設(shè)備要求較高，需要大量的酸對脂肪酸鹽進(jìn)行酸化。因酶法催化反應(yīng)具有反應(yīng)條件溫和、特異性強(qiáng)、設(shè)備要求低、工藝綠色化等優(yōu)越性，其廣泛用于研究油脂改性。酶法催化油脂水解生產(chǎn)脂肪酸成為油脂工業(yè)的重要研究方向之一。目前，多種不同來源的脂肪酶被用于催化天然油脂水解制取脂肪酸[1]。近期，Alves等[2]研究顯示，單種酶(Novozym 435、Lipozyme TL-IM和Lipozyme RM-IM)催化大豆油水解的水解率(<50%，70 h)較低，但復(fù)合酶(80%Lipozyme RM-IM和20% Novozym 435)能夠顯著提高大豆油的水解率(>80%，24 h)。然而，脂肪酶的生產(chǎn)成本較高和催化效率仍是酶法催化油脂水解工業(yè)化生產(chǎn)脂肪酸的技術(shù)障礙。因此，對現(xiàn)有脂肪酶的基因序列改造，以獲得高產(chǎn)量和優(yōu)異的催化性質(zhì)(高活性、高穩(wěn)定性等)的重組脂肪酶，這對生物酶法改性油脂具有重要意義。米根霉(Rhizopusoryzae)脂肪酶廣泛用于酯交換反應(yīng)，但天然酶的表達(dá)量少、酶活低。國內(nèi)外學(xué)者在Rhizopusoryzae脂肪酶基因克隆及在不同微生物中表達(dá)等方面做了大量研究[3-4]。WANG等[5]構(gòu)建了Rhizopusoryzae脂肪酶前肽基因序列與成熟肽基因序列(Rhizopusoryzaelipase with prosequence，ProROL)，并在畢赤酵母(Pichiapastoris)中高效表達(dá)，獲得高產(chǎn)率的該重組脂肪酶(recombinantRhizopusoryzaelipase with prosequence，rProROL)；結(jié)果顯示該重組脂肪酶對多種油脂(棕櫚油、大豆油、菜籽油等)具有較高的水解活性。rProROL在催化醇解反應(yīng)制備生物柴油中顯示較好的穩(wěn)定性[6]，并可用于催化酸解反應(yīng)制備結(jié)構(gòu)酯[7-8]。然而，對rProROL脂肪酶在催化油脂水解制備脂肪酸方面的報(bào)道較少。

我們的前期研究顯示，與Palatase 20000L脂肪酶(通常對催化油脂水解具有良好活性)相比，rProROL脂肪酶對大豆油水解具有更高的活性[9]。因此，本研究以自制rProROL肪肪酶為催化劑、大豆油甘油三酯(triglyceride，TAG)水解反應(yīng)為模型底物，考察該酶在不同反應(yīng)條件下催化大豆油水解反應(yīng)的效果。同時(shí)，結(jié)合相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和反應(yīng)歷程推出大豆油水解反應(yīng)的半經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)方程，通過規(guī)劃擬合求解確定方程的系數(shù)，分別探討各反應(yīng)條件與方程系數(shù)的關(guān)系，分析rProROL脂肪酶催化水解大豆油的動(dòng)態(tài)反應(yīng)歷程的變化規(guī)律，為rProROL脂肪酶應(yīng)用于油脂水解生產(chǎn)脂肪酸進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有益探索和理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料與試劑

rProROL脂肪酶[Rhizopusoryzae脂肪酶前肽基因序列與成熟肽基因序列(ProROL)在重組Pichiapastoris中表達(dá)，酶活為5480 U/g]：實(shí)驗(yàn)室自制[9]；大豆油：嘉里糧油(深圳)有限公司；甘油酯標(biāo)準(zhǔn)品(甘油三酯、甘油二酯、甘油一酯)：Sigma-Aldrich中國分公司；異丙醇和正己烷：色譜純，天津科密歐藥品公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1rProROL脂肪酶催化大豆油水解反應(yīng)

將10 g大豆油與一定質(zhì)量的具有不同pH值的緩沖液(0.1mol/L NaH2PO4/Na2HPO4)置于50 mL具塞錐形瓶中，充分混合后加入適量rProROL脂肪酶，置于一定溫度的水浴振蕩器(轉(zhuǎn)速為200 r/min)中反應(yīng)。定時(shí)取樣得到的混合物經(jīng)離心(10 000×g，5 min)后，取上層(油層)用于高效液相色譜分析。

1.2.2水解產(chǎn)物組成分析

取20 μL油相(上層)水解產(chǎn)物于1.5 mL進(jìn)樣瓶中，用1 mL流動(dòng)相[V(正己烷)∶(異丙醇)∶(甲酸)=15∶1∶0.003]溶解并充分混勻，然后運(yùn)用高效液相色譜法-示差檢測器對其進(jìn)行組分分離與分析。色譜分析條件主要包括高效液相色譜儀：Waters 1525型；示差檢測器：Waters 2414型；色譜柱：Phenomenex Luna Silica(250 mm×4.6 mm i.d.，5 μm particle size)；柱溫：35 ℃；流動(dòng)相：正己烷/異丙醇/甲酸(15∶1∶0.003，體積比)；流速：1.0 mL/min；進(jìn)樣量：10 μL。通過對比標(biāo)準(zhǔn)樣品的保留時(shí)間來確定甘油酯及脂肪酸的色譜峰位置；相應(yīng)組分的保留時(shí)間(min)分別為：3.12 (甘油三酯)，3.88(游離脂肪酸)，4.45(1,3-甘油二酯)，5.52 [1,2(2,3)-甘油二酯]，22.44 [1(3)-甘油一酯]，26.93(2-甘油一酯)。采用面積歸一化法計(jì)算TAG相對含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，占總脂質(zhì)的面積百分比)。根據(jù)式(1)計(jì)算大豆油TAG的水解率(hydrolysis rate, 記為Hr)：

(1)

式中：TAGi，反應(yīng)初始時(shí)大豆油TAG相對含量，%；TAGt，反應(yīng)一段時(shí)間后反應(yīng)混合物中TAG相對含量，%。

1.2.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2010對TAG水解率和TAG相對含量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)果采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。以TAG水解率指標(biāo)進(jìn)行反應(yīng)過程分析，采用最小二乘法(Solver, Microsoft Excel 2010)擬合得到半經(jīng)驗(yàn)一級動(dòng)力學(xué)模型的參數(shù)。

2結(jié)果與討論

2.1rProROL脂肪酶催化大豆油水解過程中水解率動(dòng)力學(xué)方程的建立

本實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)底物(大豆油)和攪拌轉(zhuǎn)速分別固定為10 g和200 r/min，分別考察水解反應(yīng)體系中緩沖液pH(5.0～7.0)、緩沖液添加量(5%～30%)、酶添加量(10～50 U/g)和反應(yīng)溫度(30～50 ℃)對大豆油水解率的影響，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，各種反應(yīng)因素對大豆油TAG的水解程度均有不同程度的影響?？傮w上，不同反應(yīng)因素對TAG的水解率的變化率在反應(yīng)4 h內(nèi)急劇增加，但隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(>4 h)，TAG水解率的變化程度趨于平緩。

圖1　不同反應(yīng)條件對酶促水解大豆油中TAG水解率的影響Fig.1　Effect of reaction parameters on hydrolysis rate of TAG catalyzed by rProROL

(2)

如式(2)所示，大豆油(TAG)與緩沖溶液(H2O)在rProROL脂肪酶作用下水解成甘油二酯(DAG)、甘油一酯(MAG)和脂肪酸(FA)。在本實(shí)驗(yàn)中，緩沖溶液的用量設(shè)置為5%～30%(相對于大豆油的質(zhì)量分?jǐn)?shù))，在酶促反應(yīng)過程中TAG濃度大于H2O的濃度。因此，基于TAG水解率的變化趨勢(圖1)，我們假設(shè)本反應(yīng)中rProROL脂肪酶催化大豆油(TAG)水解反應(yīng)近似為單底物酶促催化反應(yīng)過程，假設(shè)其遵循一級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。根據(jù)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的基本原理，TAG水解率方程表示為：

Hr=Hri×(1-e-kt)

(3)

式中：Hr，TAG水解率(實(shí)驗(yàn)值)，%；Hri，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)TAG水解率(計(jì)算值)，%；k，反應(yīng)速率常數(shù)，h-1；t，反應(yīng)時(shí)間，h。

從圖1可知，酶促水解反應(yīng)進(jìn)行到一段時(shí)間后，體系中TAG含量保持基本不變，因此，我們引入一個(gè)新的參數(shù)——Hre，對方程(3)進(jìn)行修正，更利于反映實(shí)際酶促反應(yīng)，修正得到的方程(4)為rProROL脂肪酶催化水解反應(yīng)TAG水解率隨時(shí)間變化的半經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)模型：

Hr=Hri×(1-e-kt)+Hre

(4)

式中：Hr，TAG水解率(實(shí)驗(yàn)值)，%；Hri，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)TAG的水解率(計(jì)算值)，%；Hre，rProROL脂肪酶催化水解在時(shí)間t時(shí)TAG實(shí)際水解率(Hr)與計(jì)算值(Hri)的偏差值，%；k，反應(yīng)速率常數(shù)，h-1；t，反應(yīng)時(shí)間，h。

2.2反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的比較與驗(yàn)證

通過分析不同反應(yīng)條件下TAG水解率的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(圖1)，并以此為基礎(chǔ)，將不同反應(yīng)條件的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入方程(4)進(jìn)行規(guī)劃擬合求解，求出相應(yīng)的方程系數(shù)。接著，將相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)系數(shù)代入方程(4)計(jì)算得到TAG水解率的系列預(yù)測值，并對TAG水解率的實(shí)驗(yàn)值作圖，其關(guān)系如圖2所示。由圖2可知，兩者之間的線性相關(guān)系數(shù)為R2=0.999 1，由此可知，依據(jù)半經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算得到的TAG水解率預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)實(shí)測值之間具有良好一致性，這也說明了前面假設(shè)本反應(yīng)近似等同于一級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是合理的，該半經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)模型的建立能較好地反映本實(shí)驗(yàn)條件范圍內(nèi)rProROL脂肪酶催化大豆油水解反應(yīng)過程中TAG水解率的變化規(guī)律，表明了建立的半經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)模型的可靠性。

圖2　TAG水解率的實(shí)驗(yàn)測定值與半經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算值之間的比較Fig.2　Comparative results of TAG hydrolysis rate obtained between experimental determination and model prediction

2.3反應(yīng)條件對rProROL脂肪酶催化大豆油水解反應(yīng)過程中TAG水解率的影響

通過上述建立的半經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)模型(方程4)，可以有效獲取不同反應(yīng)條件下TAG水解率的預(yù)測值，對rProROL脂肪酶催化油脂過程優(yōu)化控制具有一定的參考意義。該模型的3個(gè)方程系數(shù)共同決定著TAG水解率的預(yù)測值，即為了使rProROL脂肪酶催化大豆油水解程度更高，在考慮反應(yīng)速率常數(shù)的同時(shí)，需結(jié)合Hri和Hre值。下面探討不同反應(yīng)條件對大豆油水解過程TAG含量及動(dòng)力學(xué)方程系數(shù)的影響。

2.3.1緩沖液pH對rProROL脂肪酶催化TAG水解反應(yīng)的影響

不同pH緩沖液對TAG含量的影響如圖3a所示。當(dāng)pH為6.5時(shí)，TAG含量在6 h時(shí)最低；但隨著反應(yīng)進(jìn)行到24 h時(shí)，pH為7的體系中TAG含量最低，即此時(shí)的水解率為最高。這表明具有較高pH值的緩沖液利于rProROL脂肪酶活性的發(fā)揮，但隨著水解反應(yīng)的推進(jìn)，體系中產(chǎn)生的游離脂肪酸可能降低了體系的pH值，因而顯示在初始pH為6.5的緩沖液中rProROL脂肪酶在水解反應(yīng)后期的活性可能受到抑制。然而，很難直觀地從圖3a中直接評價(jià)整體反應(yīng)快慢程度以及pH對rProROL脂肪酶催化TAG水解率變化程度。因此，我們需要結(jié)合半經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)方程的系數(shù)變化來分析酶促水解反應(yīng)。

圖3　不同pH緩沖液對rProROL 脂肪酶催化大豆油TAG水解反應(yīng)的影響Fig.3　Effect of buffer pH on rProROL lipase catalyzed hydrolysis of soybean TAG(其他反應(yīng)條件為：大豆油10 g，溫度45 ℃，酶添加量30 U/g緩沖溶液2 g)

不同pH緩沖液對rProROL脂肪酶催化TAG水解的影響規(guī)律如圖3(b)所示。從圖3(b)中可知，隨著pH的增大，k值變化不大。Hri隨著pH增加而先降低后增加，Hre則呈現(xiàn)與Hri相反的變化趨勢。由方程(4)可知，欲使rProROL脂肪酶催化大豆油水解程度更高，在考慮反應(yīng)速率常數(shù)的同時(shí)，需結(jié)合Hri和Hre值以選擇合適pH值的緩沖溶液。例如，以反應(yīng)10 h(因?yàn)?0 h后TAG含量的變化趨于平緩，圖3a)為時(shí)間點(diǎn)，根據(jù)圖3(b)方程系數(shù)由方程(4)計(jì)算得到的TAG水解率預(yù)測值如圖3b所示?？梢?，當(dāng)pH≥6.5時(shí)，TAG水解率預(yù)測值較高，這意味著較高pH的緩沖液能夠縮短水解反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間。

2.3.2緩沖液添加量對rProROL脂肪酶催化TAG水解反應(yīng)的影響

緩沖液添加量對TAG含量變化影響如圖4(a)所示。TAG含量隨著緩沖液添加量的增加而降低，但當(dāng)添加量大于20%時(shí)，水解反應(yīng)末階段的TAG含量差別不大。這意味適量的緩沖溶液有利于促進(jìn)水解反應(yīng)，但是達(dá)到一定量后，對水解反應(yīng)的影響則趨于平緩。這可能由于反應(yīng)體系中緩沖溶液添加量較大時(shí)其緩沖能力能夠抵消隨著反應(yīng)不斷進(jìn)行產(chǎn)生的游離脂肪酸引起體系的pH值變化，從而能較好地維持脂肪酶的催化活性。

圖4　緩沖液添加量對rProROL脂肪酶催化大豆油TAG水解反應(yīng)的影響Fig.4　Effect of buffer content on rProROL-catalyzed hydrolysis of soybean TAG(其他反應(yīng)條件為：大豆油10 g，溫度45 ℃，酶添加量30 U/g，緩沖溶液pH 6.5)

圖4(b)是緩沖液添加量對動(dòng)力學(xué)方程系數(shù)的變化影響示意圖。從圖4(b)可知，當(dāng)添加量為5%時(shí)，其反應(yīng)速率常數(shù)(k)為0.379 6 h-1；當(dāng)添加量≥20%時(shí)，k值(0.487 8 h-1)達(dá)到最大并隨后略有下降的趨勢。這主要是由于H2O作為反應(yīng)物之一，適量增加其含量有助于反應(yīng)向右進(jìn)行，因而增大了反應(yīng)速率常數(shù)；但過量的緩沖液(>20%)會稀釋酶的濃度，從而導(dǎo)致k值有所下降。Hri隨著緩沖液添加量增大呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢，Hre則相反。通過計(jì)算TAG水解率的預(yù)測值(10 h)可知，較低的緩沖液添加量(5%)對TAG水解率的影響較大，但較高的緩沖液添加量(≥20%)對rProROL催化水解大豆油影響不大。

2.3.3酶添加量對rProROL脂肪酶催化TAG水解反應(yīng)的影響

酶添加量對rProROL酶促水解大豆油中TAG含量的影響如圖5a所示。在反應(yīng)初始階段，TAG含量隨著酶添加量的增加(從10 U/g增加至50 U/g)呈現(xiàn)顯著降低的趨勢，這說明增加酶的用量有助于提高水解反應(yīng)效率。例如，從10 U/g增加至50 U/g時(shí)，TAG含量在4 h時(shí)分別降低至49.13%和31.17%。但是，隨著反應(yīng)進(jìn)行到接近平衡時(shí)，TAG含量降低程度趨于緩慢，例如，酶添加量從10 U/g增加至50 U/g時(shí)，TAG含量在24 h時(shí)從28.49%降至25.62%。

圖5　酶添加量對rProROL脂肪酶催化大豆油TAG水解反應(yīng)的影響Fig.5　Effect of lipase loading on rProROL-catalyzed hydrolysis of soybean TAG(其他反應(yīng)條件為：大豆油10 g，緩沖溶液(pH 6.5)2 g，溫度45 ℃)

酶添加量對動(dòng)力學(xué)方程系數(shù)的影響變化趨勢如圖5b所示。反應(yīng)速率常數(shù)k值隨著酶添加量增加呈線性增加的趨勢，這與SCHWAAB等[10]報(bào)道的動(dòng)力學(xué)速率系數(shù)與催化劑(脂肪酶)的用量成正比一致。這說明了增大酶添加量有助于提高rProROL脂肪酶催化反應(yīng)速率。同時(shí)，隨著酶添加量的增大，Hri呈現(xiàn)先緩慢下降后快速上升的趨勢，而Hre則呈現(xiàn)相反的變化趨勢。雖然反應(yīng)速率常數(shù)隨著酶添加量的增加而增大，但將這3個(gè)方程系數(shù)(k、Hri和Hre)帶入方程(4)中得到相對應(yīng)的TAG水解率(10 h)預(yù)測值沒有明顯增大，尤其是酶添加量≥30 U/g時(shí)，這說明較高酶用量(≥30 U/g)對rProROL脂肪酶催化大豆油水解反應(yīng)平衡所需要的時(shí)間沒有顯著影響。

2.3.4反應(yīng)溫度對rProROL脂肪酶催化TAG水解反應(yīng)的影響

反應(yīng)溫度對rProROL酶促水解反應(yīng)中TAG含量的影響如圖6a所示。當(dāng)反應(yīng)溫度從30 ℃升高至45 ℃時(shí)，TAG含量隨著反應(yīng)進(jìn)行呈現(xiàn)降低的趨勢，這主要由于適當(dāng)提高溫度，可以促進(jìn)酶活的發(fā)揮，有利于水解反應(yīng)的進(jìn)行；但溫度繼續(xù)升高至50 ℃時(shí)，TAG含量反而較高，這可能由于較高的溫度容易使酶蛋白失活，不利于該反應(yīng)向水解正方向進(jìn)行，從而導(dǎo)致了TAG的水解程度較低。

圖6　反應(yīng)溫度對rProROL脂肪酶催化大豆油TAG水解反應(yīng)的影響Fig.6　Effect of reaction temperature on rProROL-catalyzed hydrolysis of soybean TAG[其他反應(yīng)條件為：大豆油10 g，酶添加量30 U/g，緩沖溶液(pH 6.5)2 g]

由圖6(b)可知，反應(yīng)速率常數(shù)k隨著溫度的升高而呈現(xiàn)先升高后趨于平緩的變化趨勢，這說明升高溫度，有利于提高水解反應(yīng)速率，但當(dāng)溫度超過一定值(>45 ℃)后，k值呈現(xiàn)略有下降的趨勢，這主要由于過高的溫度造成了酶蛋白變性，酶活力下降，從而影響了酶促水解反應(yīng)速率。然而，這些變化比較平緩，說明了反應(yīng)溫度對酶促反應(yīng)速率影響較小。同時(shí)，結(jié)合Hri和Hre值通過方程(4)計(jì)算得到的TAG水解率預(yù)測值變化不大，這進(jìn)一步驗(yàn)證反應(yīng)溫度對rProROL酶促水解大豆油的反應(yīng)影響較小。

3結(jié)論

本文研究了緩沖溶液pH、緩沖溶液添加量、酶添加量、反應(yīng)溫度對rProROL脂肪酶催化水解大豆油過程中水解率的影響?；诒緦?shí)驗(yàn)條件下得到的大豆油水解率系列數(shù)據(jù)，從反應(yīng)的基本原理出發(fā)，推導(dǎo)并假設(shè)了該反應(yīng)遵循一級反應(yīng)半經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)。通過規(guī)劃求解得到大豆油水解率的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程[Hr=Hri×(1-e-kt)+Hre]的各系數(shù)值。通過對比大豆油水解率實(shí)驗(yàn)測定值與由半經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算得到的預(yù)測值，兩者的相關(guān)系數(shù)(R2)為0.999 1，驗(yàn)證了該反應(yīng)過程符合一級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，并能較好反映該酶促過程中大豆油水解率的變化規(guī)律。最后，將方程系數(shù)對反應(yīng)因素作圖，得到了反應(yīng)條件對動(dòng)力學(xué)方程系數(shù)的影響程度各不相同，由這些方程系數(shù)共同決定TAG含量的預(yù)測值。本研究為rProROL脂肪酶催化水解油脂最大化制取游離脂肪酸進(jìn)行了有益探索。

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Semi-empirical kinetic model of hydrolysis of soybean oil catalyzed by recombinantRhizopusoryzaelipase

QIN Xiao-li1, LI Dao-ming2, WANG Yong-hua2, ZHONG Jin-feng1*

1(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China)2(College of Food Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)

ABSTRACTSoybean oil was hydrolyzed by using a recombinant Rhizopus oryzae lipase containing prosequence (rProROL), and effect of buffer pH (5.0-7.0), buffer amount (5%-30%), lipase amount (10-50 U/g) and reaction temperature (30-50℃) were investigated. Based on the employed reaction conditions, rProROL-catalyzed hydrolysis was assumed as a first-order reaction, and a semi-empirical kinetic model for the hydrolysis rate (Hr) was established, and the model was presented as follows: Hr=Hri×(1-e-kt)+Hre. Parameters including reaction rate constant (k), theoretical hydrolysis rate (Hri) and difference value (Hre) related to Hr and Hri were solved using a programming. The results showed that the correlation coefficient between hydrolysis rates of soybean oil obtained from experiments and predicted by the established kinetic model was 0.999 1, which verified that the rProROL-catalyzed hydrolysis of soybean oil was a first-order reaction and the established model was effective. In addition, reaction rate constant (k), Hre and Hri were affected by various conditions, indicating changes in k and Hr during the hydrolysis of soybean oil catalyzed by rProROL. These results may provide information for optimization and monitoring of rProROL-catalyzed hydrolysis process.

Key wordsrecombinant Rhizopus oryzae lipase with prosequence (rProROLT1 lipase); hydrolysis; reaction rate constant; kinetic model

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201606012

基金項(xiàng)目：中央高校基本業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(XDJK2014B019，XDJK2016b034)；重慶市基礎(chǔ)科學(xué)與前沿技術(shù)研究專項(xiàng)(cstc2015jcyjA80013)；國家自然科學(xué)基金(31501446)

收稿日期：2016-02-23，改回日期：2016-03-09

第一作者： 博士，講師(鐘金鋒為通訊作者,E-mail：jfzhong@swu.edu.cn)。