木瓜蛋白酶的研究进展

木瓜蛋白酶的研究进展 摘要：本文主要介绍了木瓜蛋白酶的组成及结构，阐述了木瓜蛋白酶提取的新技术，进一步介绍了木瓜蛋白酶在食品加工中的应用，并对其在医药、化工、未来食品工业中的应用进行了展望。 关键词：木瓜蛋白酶；提取新技术；食品加工；应用 Abstract: The composition and structure of papain was described, and its new extraction technology, applications of papain in food processing was further described, and its applications in pharmaceutical, chemical industry and the future prospects of food processing have been prospected in this article. Key words: papain; new extraction; food processing; application     木瓜蛋白酶又称木瓜酶，是一类巯基蛋白酶。广泛地存在于番木瓜的根、茎、叶和果实内。其中在未成熟的乳汁中含量最丰富。它具有酶活高、热稳定性好、天然卫生安全等特点，目前已被广泛应用于各个行业。在食品行业中，用于肉类嫩化、啤酒澄清、饲料添加剂和鱼类加工；在工业上，用于明胶制造．蚕茧脱胶、皮革脱毛等；在医疗卫生方面，用于驱肠虫剂，用于治疗消化不良、各种炎症和水肿等。 1.木瓜蛋白酶的组成及结构     现已知经木瓜乳汁干燥而得的木瓜蛋白酶至少含有四种主要酶类：木瓜蛋白酶（papain）、木瓜凝乳蛋白酶（chymopapain）、木瓜蛋白酶Ω（papaya proteinaseΩ）、木瓜凝乳蛋白酶M（chymopapain M）[1]，其中木瓜凝乳蛋白酶的含量最多，占可溶性蛋白的45%。木瓜乳汁中四种已知半胱氢酸蛋白酶的一级结构具有高度同源性。除chymopapain含有8个半胱氨酸外，其余三种酶都只含有7个半胱氨酸。25位的巯基是活性位点，不参与二硫键的形成(chyroopapain的117位巯基也不参与二硫键的形成)，其余巯基以相同的方式形成三个二硫键，具有同样的保守性。人们在不同清晰度下得到了四种酶的x—射线结构。四种酶的肽链折叠方式相似，形成两个大小相同、构型不同的区域。一个是由α-螺旋构成的L一区，另一个是由大量反向平行的片层构成的R一区。活性位点氨基酸残基cys25，ksnl79和Hisl59就位于这些区域的表面，其中Cys25位于L一区起始α-螺旋上。木瓜蛋白酶家族的Cys25，Gly23，Gly65形成的S。亚部位是一个大口袋，对底物专一性影响较小；S亚部位由于酶不同其氨基酸组成不同，几何形状亦不同，对酶的性质影响较大。[2~3] 2．木瓜蛋白酶的提取新技术 2.1 超声波法提取木瓜蛋白酶 超声波提取法作为一种新型的提取技术已经比较广泛地应用于天然植物有效成分的提取。超声波产生的空化效应[4]，一方面赋予溶剂对细胞壁更大的渗透力，并强化细胞内外的质量传输，另一方面破坏细胞壁，使细胞内含物更易释放，从而强化了提取过程[5]。超声波形成的微射流效应也是提高提取率的一个重要原因。肖贵平[6]曾用超声波法提取木瓜蛋白酶。选择新鲜的番木瓜，清洗后切块破碎，称取果肉，打浆；果浆在一定条件下进行超声波处理，离心、除杂、过滤后，上清液进行超滤浓缩，收集酶液样品。结果表明：超声功率300W，超声时间200s，果浆质量分数30%，这时酶活力是未经超声波处理的1.71倍。 采用超声波提取工艺得到的粗酶液的含量较低，含有较多杂质，经膜分离初步纯化浓缩后，还需作进一步纯化处理，这有待于进一步深入研究，以提高酶的活性和纯度。 2.2 亲和色谱法提取木瓜蛋白酶     亲和膜色谱技术是一种20世纪80年代末发展起来的生物大分子分离纯化的新技术，把膜分离与亲和分离结合起来，使之兼具膜分离与亲和分离的特点。聂华丽等[7]以尼龙膜为基质，键合壳聚糖进行表面改性处理，以降低尼龙膜的非特异性吸附，并偶联染料配体Cibacron Blue F3GA，得到一种新型的亲和膜色谱材料，并用其对木瓜蛋白酶进行分离。结果表明，该亲和膜具有良好的色谱性能，对木瓜蛋白酶有较高的吸附量（235.3mg/g），使用该亲和膜对木瓜粉中的木瓜蛋白酶进行分离纯化，纯化倍数可达46.5倍。 亲和膜色谱与传统的膜分离、亲和色谱相比，不仅具有纯化倍数高、压降小，分析时间短、生物大分子在分离过程中变性机率小，允许较快的加料速度等特点，而且比柱亲和色谱更易实现规模化纯化分离[8]。 2.3 双水相提取木瓜蛋白酶     双水相萃取(aqueous two—phase systems，ATPS)与水-有机相萃取的原理相似，都是依据物质在两相间的选择性分配。当萃取体系的性质不同时，物质进入双水相体系后，由于表面性质、电荷作用和各种力(如憎水键、氢键和离子键等)的存在和环境因素的影响，使其在上、下相中的质量分数不同。     涂绍勇等[9]对PEG/(NH4)2SO4 双水相系统提取木瓜蛋白酶进行了研究。得到双水相体系最佳条件为PEG600 27%, (NH4)2SO4 21%,pH 7.0和温60℃。曹对喜等[10]建立PEG/(NH4)2SO4 体系提取木瓜蛋白酶。探讨PEG分子量、PEG质量分数、(NH4)2SO4质量分数、pH 值以及粗酶添加量对木瓜蛋白酶萃取效果的影响, 酶活回收率为89.30%, 纯化倍数2.02。李明亮[11]采用双水相体系从木瓜粗酶中分离纯化木瓜蛋白酶, 确定了最佳的双水相萃取条件, 还利用氨基载体和壳聚糖小球对富集到PEG 相中的木瓜蛋白酶进行“原位固定化”以回收酶蛋白, 获得了高的固定化率(>90%)和酶活回收率(>40%)。     双水相萃取技术用于生物活性物质(如酶)分离提纯，具有操作步骤少，操作条件温和，过程易于放大，不存在有机溶剂残留等众多优点[12]，更重要的是双水相萃取避免了传统液-液萃取中生物活性物质与有机溶剂的直接接触，保护了其活性，因此该技术广泛应用于生物活性物质的分离提纯[13]。 3. 木瓜蛋白酶在食品工业中的应用现状 3.1 作为肉类嫩化剂     嫩肉粉的主要成分之一是木瓜蛋白酶，一方面因为木瓜蛋白酶是一种半胱氨酰基蛋白酶，能降解肌原纤维和结缔组织的蛋白酶[14]。它将肌动球蛋白和胶原蛋白降解成小分子的多肽甚至氨基酸，令其肌丝和筋腱丝断裂，使肉类变得嫩滑爽脆，从而使肉类蛋白质因结构简化而易于消化吸收；另一方面，由于嫩化剂比较充分的发挥作用是在肉品被蒸煮的期间，温度较高，而木瓜蛋白酶最适合温度55～60℃，热稳定性强，在90℃时也不会完全失活，因此常用于生产嫩肉粉。 雷昌贵等[15]人以新鲜牛肉为原料，研究了木瓜蛋白酶对牛肉肌原纤维小片化指数（MFI）及剪切力的影响，结果表明浓度为0.007%的木瓜蛋白酶溶液对牛肉的嫩化效果最佳，主要是由于木瓜蛋白酶促进Z线的裂解，使肌原纤维小片化指数（MFI）发生显著性增加，剪切力随着贮藏时间的延长显著降低。 3.2 水解蛋白系列     利用木瓜蛋白酶和中性蛋白酶分步水解猪肉、牛肉、羊肉、鸡肉等动物蛋白原料，经喷雾干燥成粉末制成各种天然肉类风味食品添加剂，其溶解性能好，香味浓郁，容易消化吸收；同样也可以利用木瓜蛋白酶将大豆蛋白和玉米蛋白等植物蛋白水解制成各种氨基酸营养液或HVP（水解植物蛋白）调味料［16］。 3.3 作为啤酒品质改良剂     主要用于改良啤酒品质。木瓜蛋白酶能水解啤酒内的蛋白质，部分水解一些已形成的复合物，产生更多的多肽或氨基酸，保证啤酒在冷冻过程中的高清澈度，同时改善啤酒口感及原有多肽和氨基酸的组成和比例，有效地改良啤酒品质。据报道，对冷冻贮存过程中的啤酒加入浓度为0.08mg/100mL的木瓜蛋白酶时澄清效果最佳，能提高游离氨基酸含量，可使浑浊度降低68.75%，游离氨基酸苏氨酸、缬氨酸和精氨酸分别增加了8.2倍、0.2倍和1.1倍[17]。 3.4 作为饼干松化剂 在饼干、糕点中使用木瓜蛋白酶可以通过破坏巯基，降低面团筋度、提高饼干疏松度，使其成型性好，饼色油润，减少次品率、提高成品率；此外还可减少油脂和糖的用量。适用于各种风味的高、中、低档饼干、糕点及面包的制造[18]。 3.5 在豆类食品中的应用     由于大豆蛋白营养价值较高．其中必需氧基酸含量在植物蛋白中较为合理．并有良好的胶凝、乳化、起泡能力。但是大豆蛋白在使用过程中存在着在等电点易沉淀，粘度随浓度增大迅速升高等不利因素，通过研究发现用酶改性来改善大豆蛋白的理化性质效果良好[19]。 3.6 用于营养保健品工业 木瓜蛋白酶用于保健食品主要有两种途径：一种途径是辅助消化，可做成肠溶片，口服以达到消除消化紊乱的目的；另一种途径是将一些含有特殊蛋白源的动植物分解制成各种营养保健液。方富永等[20]采用木瓜蛋白酶酶解巴非蛤贝肉，结果表明酶解液中游离氨基酸含量丰富，约为923.0mg/100ml（色氨酸未计），其中必需氨基酸占33.0%。巴非蛤贝肉经复合蛋白酶水解，适当调配可制作营养丰富、海鲜风味浓郁、具有一定保健功能的口服液。 4.展望     目前，木瓜蛋白酶被广泛地应用于食品行业，如肉类、啤酒、调味品等的生产。随着我国人民生活水平的提高，人们对食品安全和食品营养的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 越来越关注，而木瓜蛋白酶可用来生产安全、营养的食品，如具有保健功能的口服液等，具有良好的市场前景。     另外，木瓜蛋白酶还可以应用到化工、医药等领域。如羊毛的防缩，用木瓜蛋白酶处理过的羊毛，其抗张强度比用常规 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 处理高，毛线手感柔软，收缩 性为0；还可用于蚕的脱胶和蚕丝的精炼。     同时，为了满足各行各业对木瓜蛋白酶的需求，尤其是食品与医药行业，研究如何分离纯化得到成本低、纯度高的木瓜蛋白酶就很有意义。因此，对木瓜蛋白酶的提取和分离纯化技术进行深入的研究，提取高质量的木瓜蛋白酶具有重要的实用价值。 参考文献 [1] Bernard P. 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