蛋白酶的生产和应用_中_

胡学智　蛋白酶的生产和应用(中)

　　文章编号:1006-8481(2007)01-0001-05

蛋白酶的生产和应用(中)

胡学智

(,　摘　要:,、食品工业、纺织工业、酿造工业、制关键词:;工业生产

中图分类号:TS261.1+3　　　　文献标识码:B　　

Theproductionofproteaseanditsapplication

HUXue-zhi

(BioengineeringResearchCenter,ChineseAcademyofSciences,Shanghai,20000)

Abstract:Inordertohaveabetterunderstandingofprotease,itsapplicationsinmanypracticalfieldsareintro2duced,suchaswashindustry,feedindustry,foodindustry,textileindustry,brewingindustry,featherindustryandmedicineindustryetc.

KeyWords:protease;presentsituation;industryproduction

3　蛋白酶的应用

蛋白酶的用途非常广泛,见表2,主要用于洗涤剂工业,其次是用于饲料工业、食品工业、酿造工业、制革工业和医药工业。近年来随着人们对

　用途干酪制造酒精,酿酒酿醋烤焙食品生化制药制革、毛皮工业洗涤剂饲料添加剂

说明

凝固酪蛋白,缩短成熟时间水解蛋白质,促进酵母发酵缩短酿醋周期,增加食醋得率分解蛋白,缩短时间,增加延伸性制脏器水解物,水解蛋白等浸水、脱水、软化加酶洗衣粉制加酶饲料

环境保护意识的增强,工业上使用对环境友好的生产工艺日益深入人心,为进一步推广蛋白酶的应用创造了有利条件。3.1　蛋白酶用于洗涤剂

全世界洗涤剂的年产量已达1.3亿t,在欧洲

　用途酱油酿造啤酒澄清茶饮料

肉类加工蛋白胨制造明胶制造烟草制造感光胶片处理

说明

预处理大豆,提高蛋白质利用率

分解啤酒单宁蛋白沉淀,延长保质期改善过滤性,增强香味和稳定性嫩化,肉骨处理,制骨汤水解蛋白质

除去胶原纤维间隙蛋白质分解烟草蛋白质,改善烟味回收片基、银粒

表2　蛋白酶的用途

　　收稿日期:2006-07-07

　　作者简介:胡学智(1929-),男,上海人,教授级高级工程师。研究方向:生物技术与发酵工程。

・1・

《江苏调味副食品》2007年第24卷　第1期(总第103期)

加酶洗衣粉的比例达到80%左右,美国45%的洗涤剂加酶,日本加酶洗衣粉比例也达60%以上,全世界碱性蛋白酶的销售额约占世界酶制剂市场的25%。适用作洗涤用的碱性蛋白酶应符合2个条件:①专一性要广,以便对食物、血液、汗液等分泌物污渍能有效分解;②在洗涤剂各种助剂如螯合剂和氧化剂等共存下稳定。碱性蛋白酶的一个重要参数是等电点(PI),适用于洗涤剂的碱性蛋白酶其PI应与洗涤液pH值保持一致。

芽孢杆菌碱性蛋白酶的最适温度为60℃,欧洲人洗衣有热水浸泡的习惯,发挥作用,。

洗涤剂用碱性蛋白酶主要来自芽孢杆菌,制品中细菌难以除尽,由于真菌蛋白酶容易作成无菌制品,近年来已引起人们注意,印度市场已有添加真菌碱性蛋白酶的洗衣粉出售。3.2　蛋白酶用于制革工业

用酸性蛋白酶,在pH值3.5～5时进行软化。3.4　蛋白酶用于明胶工业

明胶工业的传统工艺是用动物的皮和骨为原料,先用石灰水长时间(1～3个月)浸泡,使之脱脂和去除蛋白,再在高温(70～90℃)下煮熬,使胶原转化成明胶。这种工艺周期长,出胶率低,污水量大。利用蛋白酶消化胶原之外的杂蛋白,然后将胶原洗净后直接加热抽胶,,,,很难掌握,生丝因含丝胶(是一种蛋白质,在蚕丝中含量为20%～30%,柞蚕丝中约含6%,其间还夹杂尿酸钙),所以必须加以脱除,才能使丝绸具有柔软的手感和特有的丝鸣现象。

丝绸的脱胶历来是用碱皂法煮炼的,但此法易损伤丝质而影响产品质量。针对丝胶,用芽孢杆菌生产的中性蛋白酶脱胶,成品手感柔软光滑,光泽鲜艳,牢度提高,炼制时间缩短,处理温度降低,污水减少。其它蛋白酶也可用于丝绸脱胶。3.6　蛋白酶在食品工业上的应用

原料皮的95%是蛋白质,其中纤维蛋白质胶原约占93%,是制革的有用部分,制革工艺的前处理是浸渍、脱脂、脱毛和软化,将原料皮的残肉、脂肪、毛和胶原间隙蛋白质去除,这些前处理都需使用烧碱和硫化钠等化工原料,造成对环境的严重污染。蛋白酶不作用胶原,而只能水解角蛋白、弹性蛋白和球蛋白等杂质,在浸水时可促进皮子吸水,脱毛时可分解毛皮与表皮间连接的类粘蛋白,使胶原纤维松散,使鞣制后的皮革柔软。

酶脱毛的研究在1960年前首先在欧洲开展,随着酶制剂工业技术的发展和对酶脱毛机制研究的深入,国内外已开始生产针对不同皮种和不同工序的蛋白酶,使皮革产品质量得到了保证。3.3　蛋白酶在裘皮工业上的应用

蛋白酶在食品工业上的应用主要是用在制干酪、蛋白质水解调味液、烤焙食品、肉类嫩化、功能性低聚肽和阿斯巴甜的合成等。3.6.1　用于干酪的生产

先将牛奶加乳酸菌发酵成酸奶,再加入凝乳酶,将牛奶蛋白质的特定肽键Phe105-Met106切开,生成k-酪蛋白与多肽,在Ca存在的情况下,而发生凝固,经切块、压榨及加食盐进行发酵熟化而成。在热化过程中,来自发酵剂的酶使干酪产生特有的香味。

3.6.2　用于蛋白质水解物脱苦

2+

裘皮自古以来是米硝法制成的,周期长,耗粮多(1张羊皮耗0.5kg粮食),且皮板有异臭,不可水洗,虽然经过改良,用醛鞣和铬鞣制皮,但因胶原中蛋白质未去除,鞣制后皮板僵硬,响板裂面多。据报道,用木瓜酶消化皮纤维间隙蛋白质结合化学鞣制可改善毛皮质量。在pH值为2～10都可用蛋白酶软化,但为防止操作时脱毛,建议使・2

・

蛋白质的酶水解物有广泛的用途,但因水解物的苦味影响了它的应用。苦味是由不完全水解物中含疏水性氨基酸残基或中间含脯氨酸残基的肽所引起,若使用富含肽酶的蛋白酶,将蛋白质的水解度提高到60%以上,苦味也逐渐消失。3.6.3　用于风味调味料的生产

风味调料是一类含氨基酸、肽类、核苷酸和糖

胡学智　蛋白酶的生产和应用(中

)

分等物质并具有鱼肉和蔬菜等风味的调味料。其制法有分解型和抽提型两类,分解型是用鱼肉和明胶等动物蛋白质的盐酸水解物(HAP)和面筋、大豆蛋白的盐酸水解物(HVP)为原料配成的,因酸水解常产生氯丙醇等有毒物质,现在大多改用复合蛋白酶或谷氨酰氨酶来水解制成的,谷氨酰氨酶水解谷氨酰胺成为谷氨酸。水解通常分二步进行,先将浓度8%～16%的蛋白质原料热处理后,在中性至微碱性pH下用蛋白酶55℃水解15～30min,然后加入肽酶(含肽酶的蛋白酶)水解4～16h,经85℃灭酶而成。3.6.4　压图纹清晰,细菌蛋白酶处理可增强面团伸延性和强度。

木瓜蛋白酶可用为嫩肉剂,水解肉类结缔组织,使肉类嫩化易煮。

3.6.6　合成二肽甜味剂(阿斯巴甜)

蛋白酶的一个重要用途是制备二肽甜味剂(阿斯巴甜),这是由L-天门冬氨酸和苯丙氨酸

甲酯构成的二肽,其构造是L-Asp-L-Phe-oMe,倍。

,但控制好酶反,,例如将产物从平衡系统中除去或将油溶性产物从水相中除去,则反应就朝合成方向进行。利用热解蛋白芽孢杆菌(B.thermoproteolyticus)生产的固定化中性蛋白酶,在有机溶剂中连续反应,将Z-L-天门冬氨酸和DL-苯丙氨酸甲酯合成了阿斯巴甜的前体Z-L-Asp-L-Phe-oMe(Z:苯氧基碳酰),将

大豆(,接种曲霉(米曲霉),置一定温度下保温培养,待菌丝体布满基材表面(通常48～72h),并出现分生孢子时,此时各种酶的活力达到高峰,再加入食盐水(浓度17%～18%),保温酿造,经过3～6个月的发酵,

在各种酶和大气中落入的各种微生物或人工添加纯培养微生物的作用下,产生鲜味和呈香物质,构成了酱油特有风味,经压榨便成酱油。

为了提高蛋白质利用率和缩短发酵时间,人们试图利用添加酶的方法强化酶作用,但产品风味终难满意。

如天野公司生产的AmanoA,将其加入蒸煮大豆中,55℃消化5h后,添加食盐,再用小麦麸曲混合,28～30℃保温发酵3个月,压榨得酱油,含氮量1.65%,氨基酸含量0.91%,蛋白质回收率达80.94%,由1t原料可得2.63t优质酱油。

某公司开发出1种纯酶法制酱油的方法,先将大豆和小麦面筋经酶水解后,通过固定化谷酰胺酶柱和乳酸菌酵母菌固定化细胞反应柱,只须1个星期便可生产出质量上同酿造6～8个月的

保护基除去后即成为阿斯巴甜

[1]

。

3.6.7　蛋白酶用于茶饮料生产

茶叶干物质的20%～30%是蛋白质,其中一部分可溶于水,茶叶的冷混浊是由于蛋白质同酚类化合物构成的,茶饮料制造时若用蛋白酶处理,可望消除混浊,改善过滤速度,延长产品保质期,并可增强茶饮料的香味

[2]

。

3.7　蛋白酶用于酒精、酿酒和酿造醋生产

蛋白酶用于以谷物为原料的酒精发酵,可分解谷物中的蛋白质,增加酵母营养,促进酵母生长和发酵,从而有助于缩短发酵时间,提高原料出酒率

[3,4]

。向酒精发酵醪中添加酸性蛋白酶,发酵

周期可缩短33%,原料出酒率提高1%～2%。酸性蛋白酶用于白酒生产,除出酒率得以提高,发酵时间缩短外,还有助于白酒香味物质的形成,并可降低白酒中杂醇油含量

[5]

酱油相当的产品,但此工艺未用于生产。3.6.5　用于烤焙制品和肉类嫩化

。虽然也有人认为酸

性蛋白酶能阻断生淀粉对淀粉酶的吸附,并会破坏嗜杀酵母的嗜杀代谢基因,而失去对野生酵母的杀伤力

[6]

面粉中的蛋白质———面筋对烤焙用面团的性质有决定性的影响,用米曲霉蛋白酶和肽酶对面筋蛋白作有限的水解,可改善面团操作性能和机械性能,以适应不同制品的需要,酶处理的面团柔软,面团揉捏时间缩短,面包体积增大,使饼干模

。但在当前所用白酒生产工艺中,无

有害影响。

木瓜蛋白酶和酸性蛋白酶还可用于啤酒澄清,防止啤酒中的单宁与蛋白质复合物形成的沉

・3・

《江苏调味副食品》2007年第24卷　第1期(总第103期)

淀浑浊

[7]

。

[8]

作用。动物体中的CHP(环-His-Pro)是一种有抑制食欲作用的神经传递肽,也已从肉类、面粉制品、巧克力、牛奶和鱼类等食物中发现,如果能够制造成功,则对减肥人士是一个福音。

大豆肽是研究最多的功能性肽,在日本已成为运动员、演艺人员和脑力劳动者普遍食用的保健食品。研究表明大豆肽在小肠的吸收速度是大豆蛋白的4倍,是氨基酸的1.5倍,摄取后20min,,,,增强,、降血脂和降,大豆肽已广泛使用于饮料、点心、及各种食品中

[13]

酸性蛋白酶用于酿造醋的生产可缩短酿醋周期,提高原料出醋率

。

3.8　蛋白酶用于功能性肽的制造

研究表明,由2～3个氨基酸构成的小肽,在肠道的吸收性甚至比氨基酸还要好。一些矿物元素通过与小肽的结合更容易被机体吸收。不少小肽类还具有特殊的生理功能,如降血压、降血脂、促进胰岛素分泌、活化巨噬细胞增强免疫力以及抑制血小板凝聚等,它们具有控制食欲、镇疼、醒酒、抗疲劳和增强机体耐力等的功效

[9]

肽(.Glu.Ser.(Glu.rg,。推荐摄取量是4000mg/d。

[14]

磷酸肽(,Ca、Fe吸收的作用,是补钙功能性食品配料

[10]

由于蛋白质的酶水解可产生400多种的肽类,从复杂的混合物中浓缩活性肽相当困难

。

通常需用凝胶柱层析,质谱法或高效凝胶过滤色谱法来测定水解产物的分子量及其分布,用基质辅助红外激光解吸质谱法对一级结构进行测定。因目的活性肽在水解物中含量很低,需用吸附色谱法分离、超滤和反渗透或制备型HPLC等现代分离手段进行浓缩,故制备高纯度活性肽的投入很高,但目前市场上的有些制品是未经很好浓缩的混合物,可以说只是蛋白胨而已。3.9　蛋白酶用于饲料

。由大豆蛋白、鱼肉蛋白、

酪蛋白水解得到的一种由2～12个氨基酸组成抑制血管紧张的小肽(ACEIP),可控制血压,不像化学合成的血管紧张素抑制剂(ACEI)那样会对肾脏有损害。从牛奶酪蛋白、面筋蛋白、明胶、沙丁鱼、清酒糟和发酵乳中都可分离出活性较强的ACEIP

[11]

。从酪蛋白及小麦面筋蛋白的蛋白酶

水解物中发现的另一种肽———阿片肽,能与阿片受体结合,产生类似阿片的生理效应,例如情绪和食欲的调控和镇疼等。用玉米蛋白酶水解生成的一些含亮氨酸、缬氨酸和丙氨酸等疏水性支链氨基酸和含谷氨酸和脯氨酸多而含赖氨酸等碱性氨基酸少的肽(高F值低聚肽)可缓解肝病患者因芳香族氨基酸同化受阻引起氨基酸不平衡而造成的肝昏迷。玉米蛋白肽还具有健脑、降压、抗疲劳和增强肌肉耐力等功能,由于它可以提高血液中亮氨酸及丙氨酸浓度而稳定辅酶I,促进乙醇代谢而有醒酒和减轻乙醇中毒的作用

[12]

饲料酶通常是以复合酶形式添加,国外多用纯酶按一定比例配合,而我国大多使用麸曲培养物

[15]

。麸曲因使用菌种或培养条件不同而各种

酶的比例也不同,饲料酸性蛋白酶中除蛋白酶外还含有纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶和糖化酶等酶类。试验结果表明,复合饲料中添加0.1%酸性蛋白酶,乳猪日增重比对照提高8%～28%,料肉比下降5%～30%。

我国是养殖大国,饲料生产量大,据有关部门估计,2005年全国饲料生产量约1亿t,预计2010年将达1.5亿t,饲料酶的前景广阔。3.10　蛋白酶用于临床治疗

。还有人

从血红蛋白水解物中发现了可降低甘油三酯的肽类,其中以Val-Val-Tyr-Pro的效果最佳。再有人们发现不少在动物体中与调节食欲有关的激素是被称作神经传递肽(Neuropeptides)的物质,它可分为促进食欲和抑制食欲的两大类。从牛奶酪蛋白羧基端的一个由64个氨基酸构成的大肽(Caseinomacropeptide,CMP)通过诱发产生抑制食

酶疗法是用酶作为药品治疗疾病的方法。在治疗用酶中,蛋白酶占了50%以上。蛋白酶在临床治疗上是作为消化剂、消炎剂以及外科的清创剂等。将蛋白酶同淀粉酶、脂肪酶、纤维素酶及其

欲的激素CCK(缩胆半肽)而可能有抑制食欲的・4

・

胡学智　蛋白酶的生产和应用(中

)

它辅料配合成消化剂,用于治疗消化不良。为防止酶失活和提高酶在胃肠道内发挥的效果,常用耐酸性膜将在胃内作用的耐酸性酶与在小肠内作用的非耐酸性酶隔成内外两层。这类消化酶类药品有10多个品种,所用的酶有胰酶、胃蛋白酶、木瓜酶和微生物酶。消化酶对于因缺乏内源性消化酶、缺乏胆汁及胃切除引起的消化不良、食欲不佳、消耗性病(癌症、结核病)、术后及身体衰弱所引起的肠胃不适非常有效。

蛋白酶可作为消炎剂首先是由Innerfield于1952年发现的,烈的抑制作用,具有良好的溶栓作用,其溶解血栓的效果是血纤维蛋白酶的4倍,在人体内半衰期比尿激酶和链激酶等溶栓酶长,常食纳豆可预防血栓、中风和心脑梗塞等。纳豆激酶溶解血栓的机制有:刺激血管内皮细胞产生激活剂将纤维蛋白酶原转化为纤维蛋白酶;激活体内尿激酶原成为尿激酶,后者再作用于血纤维蛋白酶原将其转化为血纤维蛋白酶而作用于血栓;将尿激酶和血、清,、尿激酶、链激酶和曲肽酶用于治疗血栓,弹性蛋白酶用于治疗动脉硬化,凝血酶用于止血以及蛋白酶用于解蛇毒等。

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市售用于消炎的蛋白酶制剂主要是胰蛋白酶和胃蛋白酶等动物性酶,木瓜酶和菠萝蛋白酶等植物蛋白酶以及由黑曲霉、米曲霉、蜂蜜曲霉、灰色链霉菌、枯草杆菌和赛氏粘质杆菌等微生物产生的蛋白酶组成。

蛋白酶作为消炎剂在临床上用于外科清创,去除坏死组织,促进抗菌药渗透扩散,对治疗术后炎症性肿胀以及膀胱炎、副鼻窦炎和支气管炎等效果都很明显。酶治疗是一个很有前途的治疗手段,对某些炎症有很好的疗效而无耐药性问题,值得深入研究推广。

近年,纳豆激酶的研究倍受国内外研究者注意,纳豆激酶存在于纳豆粒的丝状粘液(聚谷氨酸)中,是一种等电点8.6左右的丝氨酸碱性蛋白酶,其最佳底物是血红蛋白,对血小板凝聚有强

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