脂肪酸生物印迹调控脂肪酶催化定向酸解合成中长链结构脂的机理及产物婴儿体外消化特性研究

Due to the ability of bio-imprinting to improve lipase activity and substrate selectivity, in this project, lipases were bio-imprinted with fatty acids and the effects of fatty acid bio-imprinting on lipase activity, stability and substrate and position selectivity were investigated. Directed acidolysis between decanoic acid and algal oil rich in DHA was used as a reaction model, and the composition changes of products and side products, reaction kinetics and thermodynamics and acyl migration rules were systematically studied, with the aim to reveal the mechanism of the regulation of fatty acid bio-imprinting on directed acidolysis. The results obtained could lay a theoretical foundation for synthesis of long-chain polyunsaturated fatty acids (LCPUFAs) enriched medium- and long-chain structured lipids (MLSLs). Meanwhile, as for the characteristics of high digestion and absorption rate of MLSLs, by synthesis of triacylglycerols with medium-chain fatty acids at different positions, the infant in vitro digestion characteristics of these triacylglycerols and enzymatic product were studied, which could reveal the effects of MCFA distribution on the digestion rate of MLSLs and provide theoretical guidance for the development of LCPUFAs enriched structured lipids with higher biological value.

本项目利用生物印迹可提高酶活力及底物选择性的特点，以催化癸酸定向酸解取代DHA藻油中常规脂肪酸为反应模型，采用脂肪酸为印迹因子修饰脂肪酶，研究脂肪酸生物印迹对脂肪酶的活力、稳定性、底物及位置选择性的影响，同时，系统研究脂肪酸生物印迹脂肪酶催化定向酸解反应中的产物及副产物组成变化规律、反应动力学及热力学、酰基转移规律，揭示其调控酸解反应定向合成富含长链多不饱和脂肪酸（LCPUFAs）的中长链结构脂（MLSLs）的机理；同时，针对MLSLs具有较高消化吸收效率的特点，通过分别合成癸酸在不同位置的含LCPUFAs的甘三酯，研究不同甘三酯和酸解产物在模拟婴儿体外消化模型下的消化特性，揭示MCFAs位置分布对富含LCPUFAs的MLSLs的消化速率的影响，从而为未来开发具有更高生物效价的含功能性LCPUFAs的结构脂提供理论指导。

二十二碳六烯酸（DHA）、二十碳四烯酸（ARA）等长链多不饱和脂肪酸（LCPUFAs）对于婴儿的生长发育具有重要意义。婴幼儿配方奶粉大多通过外源添加单细胞油脂的方式来对其进行补充。单细胞油脂的甘油三酯（TAG）构型与母乳有较大差异。婴儿处于特殊的生长时期，消化及代谢系统发育不完善，TAG分子构型将在一定程度上影响其对功能性脂肪酸的利用。因此，开发一种可有效提高LCPUFAs利用效率的结构脂质具有重要意义。本项目利用生物印迹可提高酶活力及底物选择性的特点，以催化癸酸定向酸解DHA藻油为模型，采用脂肪酸印迹脂肪酶催化合成含DHA的中长碳链结构脂（MLSLs），研究脂肪酸生物印迹对脂肪酶的催化特性、酯交换反应行为等的影响；同时，通过模拟婴儿体外胃肠道消化环境，研究MLSLs构型对其消化效率的影响。结果表明：脂肪酸作为生物印迹模板能够较大提升脂肪酶的活力，脂肪酸在水相中的溶解度与生物印迹脂肪酶的催化活力呈现正相关，通过对酶活性及选择性的比较，选择癸酸为印迹模板修饰脂肪酶；通过优化得到最佳印迹条件为癸酸浓度6.7mg/mL，吐温20为最佳表面活性剂，浓度15mg/mL，所得印迹脂肪酶活力提高了2.17倍，癸酸的选择性提升了28.3%，印迹脂肪酶催化定向酸解反应的活化能为22.98KJ/mol，低于未印迹的脂肪酶；通过对合成的条件优化，获得MLSLs产品，其中癸酸含量占20.2%，DHA为49.3%，含中碳链脂肪酸的TAG占54.10%。通过比较不同构型TAG的消化行为发现，MDM和DMM（D为DHA，M为癸酸）能够较快的水解，而DMD、MDD和藻油消化速率较慢，酶解产物介于两类油脂之间，胃消化结束后，MDM、DMM和酶解产物中的TAG剩余量显著低于其他油脂，肠道消化结束后，MDM、MDD及DMM不含有TAG，藻油中TAG高达到17.6%，酶解产物仅有1.2%。本项目所得结果揭示了脂肪酸生物印迹对脂肪酶催化特性的影响及机理以及MLSLs构型对消化速率的影响，可为未来通过定向酶催化开发具有更高LCPUFAs生物效价的结构脂提供理论指导。