Các axit béo không no đa nối đôi chuỗi dài n-3 PUFA, đặc biệt là EPA, DHA có vai trò rất lớn đối với đời sống sức khỏe con người và vật nuôi. Tuy nhiên, dầu cá bị hạn chế vì chúng chứa một lượng đáng kể các axit béo no và cholesterol [92]. Có rất nhiều phương pháp làm giàu n-3 PUFA nhưng lipase là phương án được chú ý
gần đây bởi chúng phản ứng ở điều kiện nhiệt độ thường, hạn chế sự biến tính các axit béo mạch dài, đồng thời giảm thiểu lượng dung môi hóa chất sử dụng, thân thiện với môi trường sinh thái.
Phản ứng thủy phân lipid là một trong những bước kỹ thuật quan trọng để thu được các axit béo tự do, là yếu tố then chốt dẫn đến hiệu quả quyết định khi kết tinh ure. Để làm giàu các axit béo không no đa nối đôi PUFA, nâng cao chất lượng sản phẩm dầu từ đầu cá ngừ, dầu cá thường được thủy phân thành các axit tự do bằng cách đun nóng với tác nhân axit hoặc kiềm, sau đó kết tinh với ure trong cồn. Phương pháp này hiệu quả song tốn một lượng hóa chất, gây ô nhiễm môi trường.
Lipase hydrolase (EC 3.1.1.3) là enzyme xúc tác thủy phân triglycerid thành di, mono glycerid hoặc glyxerol và các axit béo nhờ hoạt động trên bề mặt phân pha dầu, nước. Lipase là enzyme linh hoạt có thể sử dụng xúc tác nhiều loại phản ứng khác nhau, có khả năng chịu kiềm, chịu nhiệt. Chính vì thế, lipase được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp như công nghiệp thực phẩm, công nghiệp hóa học, công nghiệp mỹ phẩm, công nghiệp da, trong y dược và các ngành công nghiệp khác. Lipase xúc tác phản ứng thủy phân cắt đứt lần lượt các liên kết α- ester chứ không cắt cùng lúc 3 liên kết. Quá trình xúc tác thường chậm hơn so với các enzyme khác như protease, carbohydradase.
Hình 1.8. Phân tử lipid và các vị trí thủy phân của enyme lipase
Enzyme được kích hoạt tại giao diện dầu-nước do mở nắp cấu tạo của lipase tại giao diện của hệ thống [20, 21]. Cơ chế liên quan đến sự gắn kết của nhóm acyl (RCOO -) trên bề mặt điện tích dương (NH3 +) và sự gắn kết của ion hydro (H+) trên bề mặt mang điện tích âm (COO-). Nhờ vậy giải phóng các axit béo tự do. Lipase hydrolase khác với lipase esterase ở điểm chỉ thuỷ phân cơ chất không tan trong nước
và hoạt lực được tăng cường khi ở bề mặt phân chia pha cơ chất - nước (interfacial activation). Vì vậy, hoạt lực tối ưu của lipase chỉ được thể hiện trong hệ nhũ tương, khi đó thì diện tích tiếp xúc giữa cơ chất và enzyme sẽ tăng lên rất nhiều. Ngoài ra, không những xúc tác cho hệ nhũ tương bình thường (dầu trong nước), lipase còn hoạt động mạnh ở những hệ nhũ tương là nước trong dầu và dầu hoà tan trong dung môi hữu cơ.
Lipase thu từ các nguồn khác nhau và có đặc trưng khác nhau.
- Lipase thu nhận từ động vật: Lipase thu nhận từ những cơ quan, mô của một số loài động vật có vú đã được nghiên cứu rất nhiều. Bản chất của chúng là những glycoprotein, phân tử lượng 50 kDa, không có hoặc ít hoạt tính đối với phospholipid. Lipase của động vật có vú bền ở pH thấp, được hoạt hóa bởi muối mật và đặc hiệu tại vị trí sn-3 của cơ chất. Lipoprotein lipase người có chức năng thủy phân triacylglycerol trong chylomicron. Để có hoạt tính thì enzyme này kết hợp với apolipoprotein C-II để tạo thành dimer và được hoạt hóa bởi heparin. Tuy nhiên, lipase trong gan thực hiện chức năng chuyển hóa lipoprotein nhưng không liên kết với apo C-II. Lipase có trong sữa mẹ được hoạt hóa bởi muối mật để giúp trẻ sơ sinh tiêu hóa chất béo có trong sữa.
- Lipase từ thực vật: Lipase từ thực vật không được chú ý nhiều so với những nguồn thu nhận khác. Tuy nhiên, gần đây, loại enzyme này đã bắt đầu được quan tâm và nghiên cứu khá phổ biến. Trong đó, lipase từ những hạt có dầu là được quan tâm nhất. Những enzyme này nếu khác nhau từ nguồn nguyên liệu thu nhận thì đặc hiệu về cơ chất, pH tối ưu, khả năng phản ứng với sulfuhydryl, tính kỵ nước cũng khác nhau. Những enzyme này có quan hệ mật thiết với triacylglycerol có trong bản thân hạt dầu đó và chỉ được tổng hợp trong quá trình nảy mầm của hạt.
- Lipase từ vi sinh vật: Đây là nguồn enzyme được quan tâm và sản xuất nhiều nhất theo quy mô công nghiệp. Khác với thực vật và động vật, vi sinh vật được cấu tạo từ một tế bào, chính vì vậy mà nó có những ưu điểm hơn hẳn động vật và thực vật. Vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp enzyme rất lớn trong một khoảng thời gian ngắn, hoạt tính của enzyme cao hơn hoạt tính của enzyme được tổng hợp từ động vật
và thực vật; và ta hoàn toàn có thể điều khiển tốc độ sinh tổng hợp enzyme trong khi sản xuất.
Lipase được thu nhận từ vi sinh vật bao gồm vi khuẩn, nấm men và nấm mốc là những enzyme ngoại bào có tính chất gần giống lipase tuyến tụy. Các loài nấm mốc có khả năng sinh tổng hợp lipase như: Aspergillus spp., Mucor spp., Rhizopus
spp., Penicillium spp., Geotrichum spp. Đối với nấm men gồm những loài Torulopis
spp., Candida spp. Và vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp lipase bao gồm:
Pseudomonas spp., Achromobacter spp., Staphylococcus spp. Loài vi sinh vật được sử dụng sản xuất lipase theo quy mô công nghiệp chủ yếu là nấm sợi.
Dựa vào tính đặc hiệu của enzyme lipase, mục đích của quá trình thủy phân theo nhiều phương thức khác nhau. Lipase được sử dụng để gia tăng hàm lượng các axit béo n-3 PUFA (EPA, DHA) trong dầu bằng việc thủy phân các thành phần axit béo no, lipase từ Chromobacterium viscosum,Pseudomonas sp.lại giải phóng tất cả các loại axit béo [92].