大豆多肽制备中蛋白酶的选择

大豆多肽制备中蛋白酶的选择

雷　鸣1,李志忠2

(1.兰州理工大学石油化工学院;2.兰州理工大学生命科学与工程学院,甘肃兰州　730050)

摘要:对酶解法制备大豆多肽中不同来源蛋白酶的价格、酶解工艺、产品特性等进行了比较,指出了微生物蛋白酶作为制备大豆多肽用酶的优越性,分析了目前大豆多肽研究中存在的一些问题,并针对存在的问题提出了几点建议.

关键词:酶解法;大豆多肽;蛋白酶价格;工艺条件

中图分类号:TS214.2 文献标识码:A 文章编号:100324315(2006)0520122205

Selection of protease in t he enzymatic hydrolysis

for soybean peptide producing

L EI Ming1,L I Zhi2zhong2

(1.College of Petrochemical Engineering;2.College of Life Science and Engineering,

Lanzhou University of Technology,Lanzhou730050,China)

Abstract:Some enzymes in price,t he processing of enzymatic hydrolysis and production characteristics in t he enzymatic hydrolysis for soybean peptide p roducing were compared,t he superiorities of microbiologi2 cal p rotease in t he enzymatic hydrolysis p roduce peptide was discussed,some p roblems in t he research were analyzed,and some advices for resolving t hese p roblems were suggested.

K ey w ords:enzymatic hydrolysis;soybean peptides;protease p rice;processing condition

大豆多肽是由大豆蛋白经蛋白酶水解生成的低分子肽混合物.研究表明[1～4]:大豆多肽具有营养高,易吸收,能迅速供给机体能量,尤其是具有降低胆固醇、降血压和促进脂肪代谢等功能;其显著的生理保健作用和在食品加工中具有的高溶解度、低粘度等特性,已成为国际热门的研究课题.我国于20世纪80年代中后期开始大豆多肽的研究,并取得了初步的成果.大豆多肽的生产主要是以大豆或豆粕作为原料,利用化学法或酶法将大豆蛋白质降解而成.酶法能较好地控制水解度和保存氨基酸的营养价值,工艺条件也比较温和.目前,酶的制备及提纯工艺巳日趋成熟,故工业生产大豆多肽多采用酶法.

作者简介:雷　鸣(1981-),男,湖北天门人,硕士研究生,主要从事大豆开发与应用方面的研究.

通讯作者:李志忠,男,副教授,主要从事酶学方面的研究工作.E-mail:zzli2004@

收稿日期:2006-04-05大豆蛋白酶解工艺中,酶的选择是关键.不同来源酶理化特性的差异,会导致其水解工艺条件和最终多肽产品特性的差异.目前,大多数的研究相对局限,只是针对某种或几种酶在水解时某些方面的特性,横纵向比较的不多,缺乏真正的系统性,对实际应用的指导作用十分有限.因此从对实际应用的指导出发,对不同蛋白酶进行比较是很有必要的.

1　酶的来源和价格

采用酶法生产大豆多肽使用的酶来源非常广泛,目前国际上已经商品化的蛋白酶已超过100种.目前广泛应用的蛋白酶及其来源见表1.

大豆多肽产业上应用的酶和其他工业上选择酶的要求基本相同,即首先要有广泛的来源,其次价格要相对低廉.来源于动物的蛋白酶一般是从动物的内脏中提取的,如胃蛋白酶主要采用联产工艺,将提取胃膜素留下的母液,经过进一步处理提取出胃蛋白酶.可以说动物蛋白酶来源有限,加之提取工艺相

2006年8月

第4期122～126

甘　肃　农　业　大　学　学　报

J OU RNAL OF GANSU A GRICUL TU RAL UN IV ERSIT Y

第41卷

双月刊

表1　常见蛋白酶及其来源

Tab.1　Common protease and its source 来源常见蛋白酶

微生物梨形毛霉蛋白酶,地衣型芽孢杆菌2709,放线

菌166,栖土曲霉3.942,As1.389,As3.350;

Alcalase,Flavourzyme,K ojizyme,Neutrase,

Novozyme,Protamex 植物木瓜蛋白酶,菠萝蛋白酶,无花果蛋白酶等

动物胰蛋白酶,胃蛋白酶等,胰凝乳蛋白酶等

对复杂,故价格一般比较高.例如,北京拜尔迪生物技术有限公司销售的美国Sigma公司生产的1∶10000的胃蛋白酶价格为16元/g,美国Amres2 co公司生产的Tryp sin的胰蛋白酶(>2500 U/mg)的价格则高达375元/g[5].如此高的价格无疑限制了动物蛋白酶在大豆多肽工业生产上的应用.相较而言,植物蛋白酶的原料比较丰富,从一些植物的成熟果实中就可以提取植物蛋白酶,生产工艺相对简单,价格低,例如北京拜尔迪生物技术有限公司销售的美国Sigma公司生产的papain木瓜蛋白酶(2U/mg)的价格为12元/g;国产的就更便宜,如北京玉林迈得生物技术有限公司销售的国产木瓜蛋白酶(300U/mg)售价仅为6元/g[9].微生物来源的蛋白酶是通过微生物发酵法生产的,随着大量基因工程菌的应用,发酵法产酶的效率逐年提高,使得微生物蛋白酶的价格随之下降,如2004年国产的Alcalase酶(2.4U/g)价格仅为270元/kg[1],这无疑为大规模的工业应用创造了良好的条件.

2　蛋白酶作用的工艺参数比较

酶法制备大豆多肽的工艺条件一般都比较温和,但因酶理化特性的差异,其反应条件必须限制在某个最适温度和p H范围内,否则酶就会失活.而且,不同的酶水解时的作用位点和反应机理也不一样.如目前国内外研究最多的Alcalase蛋白酶是一种非特异性碱性蛋白酶,属于内切酶,主要作用于含疏水性羧基的肽键,催化部位是丝氨酸;复合蛋白酶Protamex的活性中心是丝氨酸残基,属于丝氨酸蛋白酶,它能同时具有外切酶和内切酶的特性,水解机制类似于胰蛋白酶,遵循二底物反应的有序反应机理.由于酶这些方面的不同特性,要达到某种蛋白酶最佳酶解效率,需要严格规范酶作用的工艺条件.

多年来在单一酶水解最佳工艺条件方面,众多研究者对常用的几种酶做了不少研究,并得出了很多有用的数据,表2是现有实验资料中报道的几种蛋白酶的最佳酶解工艺条件(参数)[6,13].

表2　单一蛋白酶水解最佳条件

Tab.2　The optimum condition of single protease in enzymatic hydrolysis

酶种类T/℃p H底物浓度/%水解时间/h D H加酶量/U・g-1E∶S Alcalase608.08.38 2.50.220— 4.5 Alcalase588.0 5.00 5.0———Protamex50 6.5 5.008.00.1221000—Protamex40 6.514.0010.0———Neutrase507.0 3.00 1.0—1200—木瓜蛋白酶557.0 4.50 3.00.2309000 2.0木瓜蛋白酶557.0 2.0012.0———胃蛋白酶37 2.7 4.0024.0——7.0

注:T表示水解温度,D H表示水解度;“—”表示原文没有数据.

表2显示:2种Alcalase蛋白酶的水解温度接近(60、58℃),最适p H均为8.0,底物浓度低者(5.00%)水解时间是高者(8.38%)的2倍,达5.0h;2种Protamex蛋白酶的水解温度相对较低(50、40℃),p H均为6.5,底物浓度高时水解时间较长;木瓜蛋白酶水解温度55℃、p H7.0,底物浓度低时(2.00%),水解时间长达12.0h.可见,来源相同的酶水解时间的长短与底物浓度有很大关系,底物浓度较低和较高都会导致水解时间加长,所以选择合适的底物浓度尤为重要.

对上述不同来源的酶进行比较,胃蛋白酶在水解温度、p H值、水解时间等方面与其他蛋白酶差异较大,这是由胃蛋白酶的生理特性所决定的;其他酶的最佳酶解温度范围为40～60℃,p H值接近中性(6.5～8.0),属于比较温和的范围,这在工业生产应用中是非常有利的;D H是评价大豆多肽的一个重要指标[1],大豆多肽产品的苦味随着水解程度的加深是先升后降的,D H太低或太高都是不合适的;以

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第5期 雷　鸣等:大豆多肽制备中蛋白酶的选择