本发明涉及酶制品领域。具体地，本发明涉及一种固定化脂肪酶颗粒及其制备方法。
背景技术：
：脂肪酶(lipase，ec3.1.1.3)全称为三酰基甘油水解酶。来自不同微生物的脂肪酶还具有酯化、酯交换、醇解、消旋体拆分等功能，因而，广泛地应用于包括食品、药品、日化等的各个领域。由于难以分离，并且不能重复使用，液体脂肪酶在工业上的应用有限。为此，已经通过固定化技术，将酶赋形于具有一定物理性质的载体之上，从而便于分离及重复利用。目前酶固定化技术主要分为两类：无机或有机高分子粉末材料，有机高分子树脂。其中高分子树脂载体形状规则，物理性质可控，被广泛用于酶的固定化技术中。美国专利申请公开us4818695a描述了一种固定化脂肪酶，其中将脂肪酶水溶液与颗粒状的大孔弱阴离子交换树脂混合，回收并干燥固定有脂肪酶的树脂。然而，这种固定化酶的造价昂贵，限制了其在对成本要求较高的行业中的应用。美国专利申请公开us5342768a涉及一种颗粒状的固定化微生物脂肪酶，其中，采用粒径分布在200-1000微米的无机二氧化硅或硅酸盐为载体，和液体脂肪酶进行混合，吸附，干燥，得到了水解活力和酯化活力均有提高的固定化酶产品。然而，这种固定化酶颗粒较小，比表面积和孔径均较小，在工业应用中存在传质限制。美国专利申请公开us5776741a描述了一种固定化酶，其中，以无机二氧化硅为载体，将酶液和粘合剂引入制粒机中通过高速旋转粘合，将载体，酶液，粘合剂制成200-800微米的颗粒，应用在油脂酯交换或者酯化反应中。然而，高速混合制粒的方法制得的颗粒结构松散，酶蛋白容易脱落。中国专利公开cn101023167b描述了一种脂肪酶粉末，其中，将脂肪酶和碳原子数为8-12的脂肪酸，其醇酯以及它们的混合物的至少一种进行造粒，以提高脂肪酶的活性。然而，在实际应用中，这种脂肪酶粉末因含大量的脂肪酸和脂肪酸酯，在高温反应中容易溶于产物中，导致酶不能重复利用，提高了生产成本。与有机高分子树脂相比，无机载体如二氧化硅，硅酸盐，硅藻土，沸石等粉末载体价格便宜，可用制粒的方法将其制成特定性质和大小的颗粒便于工业应用。如丹麦诺维信公司的固定化脂肪酶产品lipozymetlim，其中，将二氧化硅和酶混合在制粒机中进行粒子化，得到的产品广泛用于油脂工业中。然而，此类产品具有酶活稳定性差，传质限制，容易破碎等问题。目前本领域中还需要一种以无机粉末载体制备的成本低，无传质限制，酶活性稳定的固定化酶产品。技术实现要素：本发明人经过研究开发出一种固定化脂肪酶颗粒，其酯交换效率提高，酶活性稳定，成本效益提高，且可以反复利用，从而解决了上述技术问题。在第一方面，本发明提供了一种固定化脂肪酶颗粒，其特征在于包含5-25%重量的油，优选10-15%重量的油。根据本发明，所述油以微小油滴或粉末形式存在于所述固定化脂肪酶颗粒中。在一个具体实施方式中，所述固定化脂肪酶颗粒包含：油5-25%重量，脂肪酶蛋白1-8%重量，其它组分含量为无机载体40-90%重量，和/或麦芽糊精10-40%重量，和/或粘合剂0.5-5%重量，和/或水1-15%重量。优选地，所述固定化脂肪酶颗粒包含：油10-15%重量，脂肪酶蛋白2-5%重量，其它组分含量为无机载体65-80%重量，和/或麦芽糊精15-20%重量，和/或粘合剂1-3%重量，和/或水5-10%重量。在一个具体实施方式中，所述固定化脂肪酶颗粒具有90-120m2/g的比表面积。在一个具体实施方式中，所述固定化脂肪酶颗粒具有50-80nm的孔径。在一个具体实施方式中，所述无机载体选自：硅胶，硅藻土，硅酸盐，碱式碳酸镁，白炭黑，氧化铝和沸石，但不限于此。在一个具体实施方式中，所述无机载体的平均粒径为10~80µm。优选地，可用于本发明的无机载体的平均粒径为20~60µm。在一个具体实施方式中，所述油包含甘油三酯，甘油二酯，甘油单酯中任一种或多种，或其混合物。优选地，所述油为植物油，其选自大豆油，葵籽油，菜籽油，棕榈油中任一种或多种，或其混合物。更优选地，所述油为大豆油、棕榈油，或其混合物。在一个具体实施方式中，所述脂肪酶来自疏棉状嗜热丝孢菌(thermomyceslanuginose)、米黑根毛霉(rhizomucormiehei)、米黑毛霉(mucormiehei)、假单胞菌(pseudomonassp.)、根霉(rhizopussp.)、青霉(penicilliumsp.)、黑曲霉(aspergillusniguer)或伯克霍尔德氏菌(burkholderiasp.)。在第二方面，本发明还提供了一种制备本发明的第一方面的固定化脂肪酶颗粒的方法，包括：将无机粉末载体、麦芽糊精、脂肪酶、粘合剂、水，和油混合，制成颗粒；挤压；整粒；和干燥。本发明还涉及根据本发明第二方面的方法所制备的所述固定化脂肪酶颗粒，以及所述固定化脂肪酶颗粒用于制备食品、药品、日化产品的用途。以下将对本发明的以上和其他特征进行进一步的详细描述。针对具体实施方式描述的特征，也可以用于本发明的其他具体实施方式。固定化脂肪酶颗粒本发明提供了一种固定化脂肪酶颗粒，其包含吸附在无机载体上的固定化脂肪酶，并且还包含分布于该固定化脂肪酶产品中的油脂，使得固定化脂肪酶产品的比表面积和孔径得到提高，并且酯交换活力和稳定性得到了大幅度改善。根据本发明，按照重量计，所述固定化脂肪酶颗粒包含3-25%重量的油，例如3-20%重量，4-20%重量，5-15%重量，6-10%重量的油，优选5-10%重量的油。根据本发明，按照重量计，所述固定化脂肪酶颗粒包含无机载体40-90%重量，麦芽糊精10-40%重量，脂肪酶蛋白1-8%重量，粘合剂0.5-5%重量，水1-15%重量，和油5-25%重量。优选地，所述固定化脂肪酶颗粒包含：无机载体65-80%重量，麦芽糊精15-20%重量，脂肪酶蛋白2-5%重量，粘合剂1-3%重量，水5-10%重量，和油10-15%重量。在本发明的固定化脂肪酶颗粒中，油脂以液体或粉末的颗粒形式分散在载体之中。更具体地，所述油脂以分散液滴或粉末状态存在于无机载体之中。根据本发明，所述油的液滴或粉末的粒径在20nm-2μm之间。以微小粒径存在的油脂不仅提高了脂肪酶的催化活性，而且还有助于改进固定化脂肪酶颗粒的结构以及结构稳定性。根据本发明，所述固定化脂肪酶颗粒为粒径在200-600μm范围的颗粒。根据本发明，所述固定化脂肪酶颗粒具有在90-120m2/g的范围的比表面积。根据本发明，所述固定化脂肪酶颗粒具有在50-80nm的范围的孔径。在上述比表面积和/或孔径的范围内，所述固定化脂肪酶颗粒中的脂肪酶可以与底物充分接触，从而减少了传质限制，同时使所述固定化脂肪酶颗粒保持结构稳定。本发明的固定化脂肪酶颗粒具有改进的传质性能，随机酯交换酶活性高并稳定。脂肪酶在本发明中使用的术语“脂肪酶”是指催化油脂(脂质)水解的一类酶，根据国际生物化学会酶学委员会的分类为ec3.1.1.3。用于本发明的脂肪酶可以是各种动物、植物和微生物来源的脂肪酶。优选地，所述脂肪酶是来自微生物的脂肪酶，例如，来自疏棉状嗜热丝孢菌(thermomyceslanuginose)、米黑根毛霉(rhizomucormiehei)、米黑毛霉(mucormiehei)、假单胞菌(pseudomonassp.)、根霉(rhizopussp.)、青霉(penicilliumsp.)、黑曲霉(aspergillusniguer)及伯克霍尔德氏菌(burkholderiasp.)等的脂肪酶，但不限于此。可用于本发明的脂肪酶的制备方法是本领域中已知的。例如，可以通过合适的条件下，培养产生所述脂肪酶的微生物而制备。也可以使用经过修饰的脂肪酶，例如，经过化学修饰的脂肪酶，以及蛋白质工程的脂肪酶突变体，或基因工程菌产生的脂肪酶等。在本发明中，可以使用粉末形式或液体形式的脂肪酶。例如，可以直接使用市售的脂肪酶溶液，例如诺维信公司的lipozymetl100l、palatase20000l。也可以使用脂肪酶粉末，经复溶获得脂肪酶液。在本发明的固定化脂肪酶颗粒中包含脂肪酶。基于所述固定化脂肪酶颗粒的总重量，所述脂肪酶蛋白的含量为1-8%重量，优选2-5%重量。关于脂肪酶的活性，例如酯交换活性的测定方法也是本领域中已知的。例如，可以参见实施例10中记载的方案。无机载体在本发明中使用的术语“无机载体”是指用于固定脂肪酶的无机粉末材料。与有机高分子树脂相比，无机载体如二氧化硅，硅酸盐，硅藻土，沸石等粉末载体价格便宜，可用制粒的方法将其制成特定性质和大小的颗粒便于工业应用。用于本发明的无机载体可以选自不引起脂肪酶失活或变性的任何吸附材料，例如，硅胶、硅藻土、硅酸盐、碱式碳酸镁、白炭黑、氧化铝、多孔陶瓷、多孔玻璃和沸石，但不限于此。在本发明中，所述无机载体的平均粒径为10~80µm，优选平均粒径为20~60µm。在本发明的固定化脂肪酶颗粒中包含无机载体。基于所述固定化脂肪酶颗粒的总重量，所述无机载体的含量为40-90%重量，优选65-80%重量。粘合剂本发明的固定化脂肪酶颗粒包含粘合剂。可用于固定化酶工艺中的粘合剂是本领域中已知的，包括，羧甲基纤维素钠，羟丙基甲基纤维素钠，甲基纤维素钠，羟乙基纤维素钠，明胶，聚乙烯吡咯烷酮，但不限于此。在本发明的固定化脂肪酶颗粒中，基于所述固定化脂肪酶颗粒的总重量，所述粘合剂的含量为0.5-5%重量，优选1-3%重量。麦芽糊精在本发明的固定化脂肪酶颗粒中包含麦芽糊精。麦芽糊精在本发明中起保护脂肪酶活力的作用。基于所述固定化脂肪酶颗粒的总重量，麦芽糊精的含量为10-40%重量，优选15-20%重量。油/油脂在本发明中使用的术语“油”或“油脂”是指甘油酯，包括甘油三酯、甘油二酯、和/或甘油一酯中的任一种或多种，或其混合物。根据本发明，在固定化脂肪酶颗粒中加入油脂，可以提高所述固定化脂肪酶颗粒的比表面积和孔径，从而提高固定化脂肪酶颗粒的催化效率，增加脂肪酶的活性和稳定性。用于本发明的油可以是各种动物、植物和微生物来源的油。优选地，所述油是植物油，例如大豆油、葵花籽油、菜籽油、棕榈油、花生油、玉米油、稻米油、橄榄油、油茶籽油、亚麻籽油、葡萄籽油、核桃油、杏仁油等中的任一种或多种，或其混合物。优选地，所述油是大豆油，棕榈油，或其混合物。在本发明中，可以使用在常温下为液体或固体的油。如果油在常温下是液体，则将其添加到酶液中剪切成乳液形式。如果油常温是固体，则将其处理成粉末形式添加到无机载体中混匀，也可将固体的油加热融化，随后进行加工。在具体实施方式中，将在常温下为液体油或经融化的油添加到水和/或脂肪酶和/或粘合剂和/或麦芽糊精中，随后经过高压均质或高速剪切制成混合液体，再将制备的混合液喷淋或滴入高速混合的无机载体中，制成颗粒。在其他的实施方式中，首先用研磨机或粉碎机将在常温下为固体的油粉碎，随后将粉碎的油粉末加入到无机载体中，喷淋或滴入水和/或脂肪酶和/或粘合剂和/或麦芽糊精的混合液体，使得油以乳液形式存在于无机载体中，按照常规制粒方式制成颗粒。在本发明的固定化脂肪酶颗粒中包含油。基于所述固定化脂肪酶颗粒的总重量，所述油的含量为5-25%重量，优选10-15%重量。制备方法本发明还提供了一种制备固定化脂肪酶颗粒的方法，包括：将无机载体、麦芽糊精、脂肪酶、粘合剂、水，和油混合，经制成湿材；挤压；整粒；和干燥。本发明人发现在制备过程中添加油脂有助于改进固定化脂肪酶颗粒的结构，能够显著改进所得的固定化脂肪酶颗粒的比表面积和孔径，从而消除固定化脂肪酶产品的传质限制，提高固定化脂肪酶产品的催化效率。根据本发明，所述方法包括：将脂肪酶、麦芽糊精、粘合剂和水混合，随后加入油，并均质剪切获得经配制的酶液；将所述酶液喷洒到无机载体上经湿法混合制粒获得粒径为200-600微米的湿材；对所述湿材进行挤压造粒、抛丸和整粒；和将整粒所得的样品颗粒干燥。对湿材进行挤压造粒、抛丸和整粒等的方法和设备是本领域中已知的。例如，可用于所述湿法混合制粒的工艺和设备是本领域中已知的。例如，可以首先将无机载体加入高速混合制粒机(例如，ghl-7.5/5/2.5型高速混合制粒机，常州佳发制粒设备有限公司)中，搅拌混匀，将配制好的酶液喷淋添加到所述载体上，添加完成后继续搅拌剪切直到成粒为止。根据本发明，在所述湿法混合制粒过程中，搅拌速度可以为100~800rpm，优选200~600rpm，剪切速度可以为600~2000rpm，优选1000~1500rpm。可用于所述挤压造粒的工艺和设备是本领域中已知的，例如，可采用挤压造粒机(例如，jzl-80实验室挤压造粒机，常州永昌制粒干燥设备有限公司)进行。根据本发明，在所述挤压造粒过程中，挤压造粒机的筛网孔径可以为0.8mm，搅拌速度可以为10~50rpm。可用于所述抛丸的工艺和设备是本领域中已知的，例如，可采用球形抛丸机(例如，qzl-mini，常州佳发制粒设备有限公司)进行。根据本发明，在所述挤压造粒过程中，球形抛丸机的圆盘转速可以为500~1000rpm。关于本发明的制备方法的更详细描述可参见下文记载的实施例。本发明的优点本发明人发现在脂肪酶固定化的过程中加入油脂能够显著改进所得的固定化脂肪酶颗粒的比表面积和孔径，从而消除固定化脂肪酶产品的传质限制，提高固定化脂肪酶产品的催化效率。本发明的固定化脂肪酶产品的传质限制降低，随机酯交换酶活性提高，并且可以重复使用10次以上。按照本发明所述的方法制备的固定化脂肪酶颗粒可以代替液体脂肪酶或常规的固定化脂肪酶，用于制备食品、药品、生物燃油、日化产品。例如，本发明的固定化脂肪酶可以用作廉价和便捷的催化剂以降解脂质，从而用于洗涤材料中；并且可以作为生物催化剂将植物油转化为燃料，从而用于能源工业中。本发明的固定化脂肪酶具有高且稳定的酶促活性，能够替代传统催化剂用于生物燃料的加工，使加工过程更为安全且对环境友好。此外，本发明的固定化脂肪酶还可以用于精细化工领域，用于维a棕榈酸酯、棕榈酸异辛酯等产品的酶促合成，以及消旋混合物的酶促拆分等。通过参考以下非限定性实施例可更好地理解本发明，提供所述非限定性实施例作为本发明的示例。介绍以下实施例以更充分地说明本发明的实施方式，且决不应解释为对本发明广泛范围的限制。具体实施方式实施例1将100mltl(thermomyceslanuginose)脂肪酶液(诺维信公司，商品名lipozymetl100l)，20g麦芽糊精(河南豫中生物科技有限公司)，1.5g羧甲基纤维素钠(国药试剂)，80ml水，混合均匀，加入10g大豆油(嘉里食品)，在均质机(fluka)中剪切2min，备用。另取100g白炭黑(型号：5162q，邱博工程材料有限公司；平均粒径50μm)，放入高速混合制粒机(常州佳发干燥设备公司；型号ghl-7.5)，将配制好的酶液喷入制粒机中。待颗粒变大为200-600微米时，取出湿材，在型号为(jzl-80常州永昌制粒干燥设备有限公司)实验室挤压造粒机中进行挤压。挤压好的软材送入抛丸机(常州佳发干燥设备公司；型号qzlmini)中进行整粒，将抛好的样品放在通风的自然条件下干燥至水分含量8%重量以下。实施例2——比较例将100mltl(thermomyceslanuginose)脂肪酶液(诺维信公司，商品名lipozymetl100l)，20g麦芽糊精(河南豫中生物科技有限公司)，1.5g羧甲基纤维素钠，80ml水，混合均匀备用。另取100gzeofree白炭黑(型号：5162q，邱博工程材料有限公司；平均粒径50μm)，放入高速混合制粒机(常州佳发干燥设备公司；型号ghl-10)，将配制好的酶液喷入制粒机(型号qzlmini；常州佳发干燥设备公司)中。待颗粒变大为200-600微米时，取出湿材，在挤压机中进行挤压。挤压好的软材送入抛丸机中进行整粒，将抛好的样品放在通风的自然条件下干燥至水分含量8%重量以下。实施例3将100mltl(thermomyceslanuginose)脂肪酶液，20g麦芽糊精(河南豫中生物科技有限公司)，1.5g羧甲基纤维素钠，80ml水，混合均匀备用。另取120gaerosil200白炭黑(德固赛公司；平均粒径30μm)和15g棕榈硬脂粉末(嘉里特种油脂上海有限公司)放入高速混合制粒机(常州佳发干燥设备公司；型号ghl-10)，将配制好的酶液喷入制粒机中。待颗粒变大为200-600微米时，取出湿材，挤压机中进行挤压。挤压好的软材送入抛丸机中进行整粒，将抛好的样品放在通风的自然条件下干燥至水分含量8%重量以下。实施例4——比较例将100mltl(thermomyceslanuginose)脂肪酶液，20g麦芽糊精，1.5g羧甲基纤维素钠，80ml水，混合均匀备用。另取120gaerosil200(德固赛公司；平均粒径30μm)，白炭黑放入高速混合制粒机(常州佳发干燥设备公司；型号ghl-10)，将配制好的酶液喷入制粒机中。待颗粒变大为200-600微米时，取出湿材，在挤压机中进行挤压。挤压好的软材送入抛丸机中进行整粒，将抛好的样品放在通风的自然条件下干燥至水分含量8%重量以下。实施例5将100mltl(thermomyceslanuginose)脂肪酶液，20g麦芽糊精，1.5g羧甲基纤维素钠，80ml水，混合均匀，加入10g葵花籽油(嘉里食品上海有限公司)，在均质机中剪切2min，备用。另取100gf270白炭黑(益海佳木斯工厂；平均粒径45μm)，放入高速混合制粒机(常州佳发干燥设备公司；型号ghl-10)，将配制好的酶液喷入制粒机中。待颗粒变大为200-600微米时，取出湿材，在挤压机中进行挤压。挤压好的软材送入抛丸机中进行整粒，将抛好的样品放在通风的自然条件下干燥至水分含量8%重量以下。实施例6——比较例将100mltl(thermomyceslanuginose)脂肪酶液，20g麦芽糊精，1.5g羧甲基纤维素钠，80ml水，混合均匀备用。另取100gf270白炭黑(益海佳木斯工厂；平均粒径45μm)，放入高速混合制粒机(常州佳发干燥设备公司；型号ghl-10)，将配制好的酶液喷入制粒机中。待颗粒变大为200-600微米时，取出湿材，在挤压机中进行挤压。挤压好的软材送入抛丸机中进行整粒，将抛好的样品放在通风的自然条件下干燥至水分含量8%重量以下。实施例7将100mlrml(rhizomucormiehei)脂肪酶液(诺维信公司；palatase20000l)，20g麦芽糊精，1.5g羧甲基纤维素钠，80ml水，混合均匀，加入10g大豆油(嘉里食品化学)，在均质机中剪切2min，备用。另取100gf270白炭黑(益海佳木斯工厂；平均粒径45μm)放入高速混合制粒机(常州佳发干燥设备公司；型号ghl-10)，将配制好的酶液喷入制粒机中。待颗粒变大为200-600微米时，取出湿材，在挤压机中进行挤压。挤压好的软材送入抛丸机中进行整粒，将抛好的样品放在通风的自然条件下干燥至水分含量8%重量以下。实施例8——比较例将100mlrml(rhizomucormiehei)脂肪酶液(诺维信公司；palatase20000l)，20g麦芽糊精，1.5g羧甲基纤维素钠，80ml水，混合均匀备用。另取100gf270白炭黑(益海佳木斯工厂；平均粒径45μm)放入高速混合制粒机(常州佳发干燥设备公司；型号ghl-10)，将配制好的酶液喷入制粒机中。待颗粒变大为200-600微米时，取出湿材，在挤压机(jzl-80，常州永昌制粒干燥设备有限公司)中进行挤压。挤压好的软材送入抛丸机中进行整粒，将抛好的样品放在通风的自然条件下干燥至水分含量8%重量以下。实施例9：比表面积和孔径测试将按照实施例1-8所述制备的固定化酶颗粒置于在70℃大豆油中进行预处理，随后，用异丙醇溶剂冲洗除去固定化酶颗粒表面上的油，置于通风橱中干燥。按照bet法测试比表面积，孔径。具体测试方法参见：李坤权等，“新型胺化介孔炭的制备及其对pb(ii)的吸附”，中国环境科学，2014,34(8):1985-1992。测试仪器：bet法比表面分析仪(北京贝士德仪器设备有限公司；型号：3h-2000bet-a)。实验结果表1：比表面积、孔径测试结果实施例12345678比表面积m2/g94.6158.92103.4762.8998.2863.29112.5469.43孔径nm53.5127.4356.7932.4167.6129.7176.4737.51从上述数据可见，在同等条件下，通过本发明方法制备的固定化酶颗粒的比表面积和孔径相对于比较例有显著的改进。相对大的比表面积和孔径在反应中可以减少传质限制，提高反应效率。实施例10：固定化酶的酯交换活力的测定采用精炼大豆油和极度氢化大豆油为底物(w/w73:27)进行固定化酶的酯交换活力的测定，其中脂肪酶和底物质量比为1:20。使反应混合物在70℃反应30min。反应完毕后，取出产物测其在40℃的固体脂肪含量(sfc)。每次取出产物把酶留在反应器内，再加入底物进行反应，重复5次。在40℃的sfc含量的测定方法：将装有样品的固体脂肪管分别放入100℃烘箱中，15min，随后60℃水浴5min，0℃水浴60min，40℃水浴30min，然后将固体脂肪管置于核磁共振仪(德国布鲁克公司；型号mq20)测其固体脂肪含量。酯交换活力(iun)的公式为(sfcblank-sfc样品)/30*1260。sfcblank是指没有经过酶反应的底物油脂在40℃下的sfc值。sfc样品指40℃下酶反应产物样品的sfc值。表2：酯交换活力测定结果(单位：iun)实施例12345678第一批675467701648669430702487第三批628433668594638419654459第五批593369625571612374619410第七批571320589536570318593371第九批530281541490546283548332第11批497223480467501270511298通过酯交换活力测定结果可见，通过本发明方法制备的固定化酶颗粒的酯交换活力和稳定性有了大幅度的提高，远高于在制备过程中不存在油脂的固定化酶颗粒(例如，比较实施例2、4、6和8)的酯交换活力。当前第1页12