sTAG

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
PRACE PRZEGL¥DOWE
Enzymatyczna modyfikacja
naturalnych triacylogliceroli
Marek Adamczak
Katedra Biotechnologii ¯ywnoœci, Uniwersytet Warmiñsko-Mazurski,
Olsztyn
Enzymatic modification of natural triacylglycerols and the properties
of the obtained products
Summary
Adres do korespondencji
Marek Adamczak,
Katedra Biotechnologii
¯ywnoœci,
Uniwersytet
Warmiñsko-Mazurski,
ul. J. Heweliusza 1,
10-718 Olsztyn;
e-mail:
marek.adamczak@
uwm.edu.pl
Structured triacylglycerols (sTAG) are chemical compounds with a precisely
defined chemical and stereochemical structure whose natural nutritional and
physico-chemical properties have been modified. Modified TAG can be synthe-
sized with the application of genetic engineering, physical, chemical and enzy-
matic methods. Due to the demand for the precisely determined structure of
the resulting sTAG, their synthesis with the use of lipases is preferred.
Prepared pure fatty acids or their esters, as well as synthetic monoacid
triacylglycerols are necessary for sTAG synthesis. The use of such unnatural sub-
strates requires additional processes and is cost consuming. Additionally, it can
lead to loss of valuable components present in natural oils and contribute to a
decrease in the oxidative stability of the resulting products. The application of
naturally occurring fats or oils can considerably simplify sTAG synthesis and re-
duce the costs of the processes.
Recently, much attention has been paid to an assessment of nutritional
properties of structured triacylglycerols or acylglycerols.
The aim of this article is to present the methods of sTAG synthesis, includ-
ing examples of the use of naturally occurring triacylglycerols as substrates.
Key words:
biocatalysis, fat, oil modification, lipase, organic solvent, structured
triacylglycerol.
1. Wstêp
Strukturyzowane triacyloglicerole (sTAG) s¹ zwi¹zkami che-
micznymi o zmodyfikowanych w stosunku do naturalnych triacy-
logliceroli w³aœciwoœciach ¿ywieniowych i fizykochemicznych,
1 (68) 131–151 2005
Marek Adamczak
charakteryzuj¹cymi siê œciœle zdefiniowan¹ budow¹ chemiczn¹ i stereochemiczn¹
(1). Synteza TAG o zmodyfikowanych w³aœciwoœciach, mo¿e byæ prowadzona z za-
stosowaniem metod in¿ynierii genetycznej, metod fizycznych, chemicznych oraz
enzymatycznych (2,3). Z uwagi na wymagania dotycz¹ce œciœle okreœlonej budowy
sTAG ich synteza preferowana jest obecnie z u¿yciem lipaz.
Do syntezy sTAG stosowane s¹ przygotowane w tym celu czyste kwasy t³uszczo-
we b¹dŸ ich estry, a tak¿e syntetyczne triacyloglicerole, najczêœciej monokwasowe
(4-6). Wykorzystanie tego rodzaju nienaturalnych substratów wymaga realizacji do-
datkowych procesów i jest kosztowne, a poza tym mo¿e prowadziæ do utraty cen-
nych sk³adników obecnych w naturalnych olejach i przyczyniaæ siê do obni¿enia sta-
bilnoœci oksydacyjnej otrzymanych produktów. Zastosowanie naturalnie wystêpu-
j¹cych t³uszczów lub olejów mo¿e znacznie u³atwiæ procedurê syntezy sTAG oraz
obni¿yæ koszty realizacji procesów.
Ostatnio wiele uwagi zwraca siê na ocenê w³aœciwoœci ¿ywieniowych struktury-
zowanych triacylogliceroli, b¹dŸ acylogliceroli (2,7,8). Celem publikacji jest przed-
stawienie metod syntezy sTAG, w tym przede wszystkim zaprezentowanie przy-
k³adów zastosowania jako substratów naturalnie wystêpuj¹cych triacylogliceroli.
2. Enzymatyczna synteza strukturyzowanych triacylogliceroli
W³aœciwoœci lipaz oraz warunki katalizy z ich udzia³em w mediach niekonwen-
cjonalnych s¹ przedmiotem innych opracowañ (9-13), dlatego w prezentowanej pra-
cy przedstawione bêd¹ g³ównie mo¿liwoœci zastosowania lipaz w modyfikacji triacy-
logliceroli. Wybrane przyk³ady reakcji katalizowanych przez lipazy i wykorzystywa-
nych w syntezie sTAG przestawiono na rysunku1i2.
Oryginaln¹ metodê otrzymywania sTAG z wydajnoœci¹ ponad 90% zaproponowa³
Haraldsson z zespo³em (14-17). Polega ona na enzymatycznej syntezie 1,3-DAG,
a nastêpnie wprowadzaniu kwasu t³uszczowego w pozycjê 2 w efekcie reakcji che-
micznej z wykorzystaniem 1-(3-dimetyloaminopropyl)-3-etylokarboimidu (EDCI),
w obecnoœci 4-dimetyloaminopirydyny (DMAP).
Projektowanie budowy chemicznej strukturyzowanych triacylogliceroli nie spra-
wia ¿adnych problemów, poniewa¿ znane s¹ wymagania, sk³ad chemiczny i budowa
chemiczna, jakim powinny sprostaæ TAG o korzystnych w³aœciwoœciach ¿ywienio-
wych, leczniczych lub funkcjonalnych (tab. 1).
132
PRACE PRZEGL¥DOWE
Enzymatyczna modyfikacja naturalnych triacylogliceroli
Tabela 1
Przyk³ady zastosowañ wybranych sTAG
Grupa zastosowañ
Przyk³ad
Literatura
medycyna i ¿ywienie cz³owieka
substytuty mleka kobiecego
(18,19)
lipidy podawane do¿ylnie
(20)
t³uszcze i oleje o obni¿onej kalorycznoœci
(21,22)
¿ywnoœæ funkcjonalna
t³uszcze plastyczne
(23-25)
substytuty mas³a kakaowego
(26-28)
t³uszcze sma¿alnicze*
(29-30)
t³uszcze o korzystnych w³aœciwoœciach reologicznych
(23,31)
* oleje otrzymywane g³ównie z roœlin transgenicznych
Rys. 1. Mo¿liwoœci syntezy sTAG z wykorzystaniem lipaz o specyficznoœci 1,3-
sn
. (1) reakcja acydoli-
zy; (2) reakcja transestryfikacji; (3,4) dwuetapowa synteza sTAG polegaj¹ca na syntezie 2-MAG w reakcji
etanolizy (3), a nastêpnie estryfikacji otrzymanych 2-MAG z kwasami t³uszczowymi (4). MTBE – eter
metyl-
tert
-butylowy, 1,3-lipaza – lipaza
sn
-1,3-selektywna. Reakcje przedstawiono niestechiometrycz-
nie, bez wskazania produktów ubocznych.
BIOTECHNOLOGIA 1 (68) 131-151 2005
133
Marek Adamczak
Rys. 2. Katalizowana przez lipazy synteza sTAG z 1,3-DAG jako produktem poœrednim.
3. Naturalne t³uszcze i oleje stosowane do syntezy sTAG
W³aœciwoœci sTAG determinuje sk³ad kwasów t³uszczowych oraz ich rozmiesz-
czenie w cz¹steczce TAG. Komponuj¹c, projektuj¹c budowê nowego sTAG nale¿y
uwzglêdniaæ korzystne oddzia³ywanie na organizm ludzki poszczególnych kwasów
t³uszczowych (tab. 2).
Tabela 2
W³aœciwoœci kwasów t³uszczowych stosowanych w syntezie sTAG (2,32)
Kwasy t³uszczowe W³aœciwoœci
1 2
krótko³añcuchowe kwasy t³uszczowe (SCFA) (C2-C6) kwasy t³uszczowe o niskiej kalorycznoœci (2:0-3,5 kcal/g; 3:0-5,0
kcal/g; 4:0-6 kcal/g; 6:0-7,5 kcal/g);
szybko absorbowane przez organizm ludzki z uwagi na rozpusz-
czalnoœæ w wodzie i budowê chemiczn¹
œrednio³añcuchowe kwasy t³uszczowe (MCFA) (C8-C12) s¹ transportowane ¿y³¹ wrotn¹ bezpoœrednio do w¹troby z uwagi
na wielkoœæ cz¹steczki i rozpuszczalnoœæ w wodzie;
metabolizm MCFA jest tak szybki jak glukozy i nie uzale¿niony od
obecnoœci karnityny;
wykazuj¹ niewielk¹ tendencjê do akumulacji, jako t³uszcz zapa-
sowy, z uwagi na niewielk¹ podatnoœæ na reestryfikacjê do TAG;
mog¹ powodowaæ wzrost poziomu cholesterolu w serum
134
PRACE PRZEGL¥DOWE
Enzymatyczna modyfikacja naturalnych triacylogliceroli
1
2
d³ugo³añcuchowe kwasy t³uszczowe (LCFA) (C14-C24);
polienowe kwasy t³uszczowe (PEFA)
prekursory syntezy eikozanoidów;
NNKT – kwasy t³uszczowe z rodziny
n
-6 i
n
-3, nie syntetyzowa-
ne przez organizm ludzki;
zwiêkszaj¹ udzia³ cholesterolu HDL i jednoczeœnie obni¿aj¹ za-
wartoϾ LDL i VLDL;
obni¿aj¹ zawartoœæ cholesterolu ogó³em w plazmie
sprzê¿ony kwas linolowy*
wykazane w³aœciwoœci antykancerogenne w uk³adach modelowych
* sprzê¿ony kwas linolowy jest kwasem d³ugo³añcuchowym, ale wyodrêbniono go w zestawieniu dla wykazania jego korzyst-
nych, unikatowych w³aœciwoœci ¿ywieniowych
Nale¿y jednoczeœnie pamiêtaæ o tym, ¿e lipaza trzustkowa charakteryzuje siê
sn
-1,3 selektywnoœci¹ pozycyjn¹. Po hydrolizie triacylogliceroli powstaj¹ wolne kwa-
sy t³uszczowe oraz 2-monoacylo-
sn
-glicerol, który nastêpnie jest reestryfikowany do
TAG. Lipaza ta równie¿ wykazuje selektywnoœæ wobec kwasów t³uszczowych, tj.
d³ugoœci ich ³añcucha wêglowego oraz stopnia nienasycenia. Szybciej uwalniane s¹
z acylogliceroli MCFA ni¿ LCFA.
3.1. Oleje roœlinne w syntezie sTAG
Wiêkszoœæ olejów roœlinnych zawiera kwasy t³uszczowe polienowe w pozycji
sn
-2
i nasycone kwasy t³uszczowe w pozycjach zewnêtrznych (tab. 3). Taka budowa natu-
ralnych triacylogliceroli mo¿e umo¿liwiæ ich zastosowanie jako Ÿród³a polienowych
kwasów t³uszczowych, a w specyficznych warunkach jako substratu do syntezy mono-
acylogliceroli zawieraj¹cych w pozycji
sn
-2 polienowe kwasy t³uszczowe (33-35).
Tabela 3
Przyk³ady triacylogliceroli niektórych olejów roœlinnych i t³uszczów stosowanych w syntezie sTAG
T³uszcz/Olej
TAG
mas³o kakaowe
POS
SOS
POP
olej kokosowy
DDD
CDD
CDM
olej z nasion palmowych
DDD
MOD
ODO
olej z oliwek
OOO
OOP
OLO
olej z ogórecznika
LLL
PGG
OOO
olej z wiesio³ka
LLL
PGG
OOO
olej palmowy
POP
POO
OLO
olej z orzeszków ziemnych
OOL
POL
OLL
olej canola
OOLi
OOO
OOLn
olej z krokosza
LLL
LLO
LLP
olej s³onecznikowy
LLL
LLO
LLP
olej lniany
LnLnLn
LnLnL
LnLnO
C – 10:0 (kwas kaprylowy), D – 12:0 (kwas laurynowy), M -14:0 (kwas mirystynowy), P – 16:0 (kwas palmitynowy),
S – 18:0 (kwas stearynowy), O – 18:1 (kwas oleinowy), L – 18:2 (kwas linolowy), Ln – 18:3 (kwas linolenowy),
G – 18:3 (kwas
-linolenowy).
BIOTECHNOLOGIA 1 (68) 131-151 2005
135
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

lemansa.htw.pl