吳保承，湯魯宏，張 棟，楊春霞，劉 磊，方 鑫

1江南大學，無錫214122;2江蘇省生物活性制品加工工程技術研究中心，無錫214028

豬肝產(chǎn)過氧化氫酶后之廢渣酶法生產(chǎn)復合氨基酸工藝研究

吳保承1，2*，湯魯宏1，張 棟2，楊春霞2，劉 磊1，方 鑫1

1江南大學，無錫214122;2江蘇省生物活性制品加工工程技術研究中心，無錫214028

本文對以豬肝為原料生產(chǎn)過氧化氫酶過程中產(chǎn)生的廢渣、廢水進行了深入處理，采用胃蛋白酶進行酶解后提取出一種富含氨基酸和多種營養(yǎng)成分的物質(zhì)——復合氨基酸粉，并實現(xiàn)了廢渣廢水零排放的清潔生產(chǎn)工藝。并對胃蛋白酶酶解廢渣、廢水的條件進行了優(yōu)化，得到最佳酶解條件為:酶解溫度35℃，pH 2，酶解時間12 h。

過氧化氫酶;復合氨基酸;胃蛋白酶;酶解

過氧化氫酶的生產(chǎn)主要有動物組織(主要是肝臟)提取法和發(fā)酵法［1，2］，由于國內(nèi)發(fā)酵法生產(chǎn)過氧化氫酶的條件尚不成熟［3，4］，所以目前國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)過氧化氫酶多以豬、牛、羊、雞、鴨、鵝、魚類等各種動物的肝臟為原料，經(jīng)過自溶處理使其中所含的過氧化氫酶溶出，然后經(jīng)過濾或離心分離去除殘渣，再將所得濾液(或上清液)經(jīng)過超濾濃縮得到產(chǎn)品［5-7］。該工藝產(chǎn)品單一，原料沒有得到充分的利用，且在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的廢渣和廢水，對環(huán)境造成嚴重的污染［8-10］。

能夠在分離提取過氧化氫酶的同時，聯(lián)產(chǎn)其它高附加值產(chǎn)品，提高原料的利用率，同時消除過氧化氫酶加工生產(chǎn)過程中的環(huán)境污染問題，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的廢渣廢水零排放，使該產(chǎn)品的加工生產(chǎn)以對環(huán)境友好的工藝進行，國內(nèi)外尚未見任何報道。

從豬血中提取生物活性物質(zhì)已經(jīng)進入學者們的研究視線，但從豬肝殘渣中提取生物活性物質(zhì)的課題還未有人研究［11］。本文作者經(jīng)過對以豬肝為原料生產(chǎn)過氧化氫酶過程中產(chǎn)生的廢渣、廢水研究分析發(fā)現(xiàn):廢渣和經(jīng)過濃縮的廢水中含有大量的蛋白質(zhì)、維生素和礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分，經(jīng)過適當?shù)拿附饧庸ぬ幚?，可以幾乎全部液化，得到以可溶性肝水解活性復合氨基酸為主，并富含維生素、礦物質(zhì)及其他各種具有保肝作用的功能保健因子的酶水解液體混合物，具有高的藥用及醫(yī)療保健價值，可以作為新型天然藥物原料、功能保健食品原料用于藥品、保健品、食品等領域。

1 材料與方法

1.1 材料

豬肝(市售);化學試劑皆為分析純;各種蛋白酶由廣西南寧龐博生物工程有限公司提供。

1.2 主要儀器設備

中空纖維超濾膜、卷式反滲透膜，由賽普(無錫)膜科技發(fā)展有限公司提供;GQ145型高速離心機(上海知正離心機有限公司);HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋(金壇市精達儀器制造廠)

1.3 工藝流程

新舊工藝流程對比

1.3.1 舊工藝

1.4 水解效率計算方法

反滲透濃縮液與濾渣合并，將pH值調(diào)節(jié)至蛋白酶的最適pH下，在蛋白酶的最適溫度下水解一定時間后將pH值調(diào)節(jié)至6.8，離心(4°C，8000 rpm，30 min)，得到黃色的澄清透明的酶水解液和濕的固體殘渣。

水解效率=固體殘渣質(zhì)量/(固體殘渣質(zhì)量+水解液質(zhì)量)×100%

2 結果與討論

2.1 水解用酶的選擇

選取胃蛋白酶，胰蛋白酶，中性蛋白酶，堿性蛋白酶，木瓜蛋白酶，分別在其最適溫度和pH下酶解廢渣和反滲透濃縮液的混合物，隨著時間的推移，酶解效率見下圖1:

圖1 各種蛋白酶的酶解效率Fig.1 hydrolyzing results of different enzymes

由上圖1可知，胃蛋白酶的酶解效果最好，其次是胰蛋白酶、中性蛋白酶和堿性蛋白酶，木瓜蛋白酶的酶解效果最差。所以選取胃蛋白酶對濾渣和反滲透濃縮液的混合物進行水解。

2.2 單因素實驗

2.2.1 溫度對酶解效率的影響

取一定量的廢渣和反滲透濃縮液的混合物，加入適量胃蛋白酶，調(diào)pH至2，分別在20、25、30、35、40、45℃下酶解12 h后計算酶解效率，結果如下圖2:

圖2 溫度對酶解效率的影響Fig.2 The effect of temperature on the enzymatic hydrolyzing efficiencies

由上圖2可知，溫度對酶解效率有較大的影響，隨著溫度的升高，酶解效率不斷提高，在35℃左右時酶解效率達到最大，溫度繼續(xù)升高，酶解效率呈明顯的下降趨勢，這是由于過高的溫度影響了胃蛋白酶的活性，從而使酶解效率降低。所以選擇酶解溫度為35℃較為恰當。

2.2.2 pH對酶解效率的影響

取一定量的廢渣和反滲透濃縮液的混合物，加入適量胃蛋白酶，分別調(diào)pH至1、1.5、2、2.5、3、3.5，在35℃下酶解12 h后計算酶解效率，結果如下圖3:

圖3 pH對酶解效率的影響Fig.3 The effect of pH on the enzymatic hydrolyzing efficiencies

由上圖3可知，pH對酶解效率有較大的影響，隨著pH的升高，酶解效率呈現(xiàn)先升后降的走勢，在pH 1.5～2.0之間，酶解效率達到最大，之后隨著pH的提高，酶解效率迅速降低，這是因為pH的提高對胃蛋白酶的酶活有較大的抑制作用，導致酶解效率降低。所以選擇pH 1.5～2.0較為合適。

2.2.3 時間對酶解效率的影響

取一定量的廢渣和反滲透濃縮液的混合物，加入適量胃蛋白酶，調(diào)pH至2，在35℃下分別酶解4、6、8、10、12、14 h后計算酶解效率，結果如下圖4:

圖4 時間對酶解效率的影響Fig.4 The effect of temperature on the enzymatic hydrolyzing efficiencies

由上圖4可知，酶解效率隨著時間的推移不斷提高，在12 h后處于穩(wěn)定狀態(tài)，所以選擇酶解時間12 h以上即可。

2.3 正交實驗

以溫度，pH，時間三因素對酶解效率的影響作3因素3水平正交實驗，結果見下表1和2:

表1 正交分析因素水平表Table 1 The table of cross analysis factors

由正交結果可知，對過氧化氫酶提取過程中產(chǎn)生的廢渣、廢水的酶解效率的影響因素依次為A(溫度)＞C(時間)＞B(pH)，即酶解溫度對酶解效率的影響最大。選取A2B2C3作為酶水解條件時酶解效率最高，即酶解溫度35℃，pH 2，酶解時間14 h。又從單因素實驗可知，酶解時間達到12 h后，酶解效率基本保持穩(wěn)定，從操作和生產(chǎn)成本角度考慮，選用酶解時間為12 h即可。最終確定對過氧化氫酶提取過程中產(chǎn)生的廢渣、廢水的最佳酶解條件是:酶解溫度35℃，pH 2，酶解時間12 h，在此條件下，酶解效率可以高達98%。

表2 正交試驗結果Table 2 The result of cross analysis

3 酶解產(chǎn)物成分分析

通過對廢渣、廢水經(jīng)酶水解反應產(chǎn)生的肝泥水解物進行成分分析，采用原子吸收法，分析其中的礦物質(zhì)，結果見表3;另用高效液相色譜分析其中的氨基酸組成，結果見表4。

表3 肝泥水解物蛋白質(zhì)及維生素和礦物質(zhì)組成Table 3 The vitamins and mineral composition of liver saludge enzymatic hydrolyate

錳Mn 21.9(μg/g)銅Cu 14.6(μg/g)鉀K 6.18(mg/g)鈉Na 121(mg/g)鎂Mg 592(μg/g)鈣Ca 848(μg/g)鉻Cr 5.48(μg/g)鎳Ni 2.89(μg/g)鈷Co 未檢出undetected砷As 0.37(μg/g)重金屬(以鉛計)heavy metals(as pb) ≤10(μg/g)

表4 肝泥水解物的氨基酸組成Table 4 The animo acid composition of liver saludge enzymatic hydrolyate

由表3，表4可以看出:肝泥水解物即復合氨基酸的營養(yǎng)成分相當豐富，水解后的肝泥，經(jīng)過進一步加工處理，便可以達到即充分利用原料，又實現(xiàn)廢水廢渣零排放的目的。

4 初步結論

根據(jù)胃蛋白酶，胰蛋白酶，中性蛋白酶，堿性蛋白酶，木瓜蛋白酶等各種蛋白酶對過氧化氫酶提取過程中產(chǎn)生的廢渣、廢水的酶解能力，選取胃蛋白酶進行酶解工藝條件優(yōu)化，得到最佳酶解條件為:酶解溫度35℃，pH 2，酶解時間12 h，在此條件下，酶解效率可以高達98%。

改進后的新生產(chǎn)工藝相對于原有工藝來說提高了原料的利用率，消除過氧化氫酶加工生產(chǎn)過程中的環(huán)境污染問題，實現(xiàn)加工生產(chǎn)過程的廢渣廢水零排放。

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Process for Simultaneously Production of Catalase and Compound Amino Acid from Animal Liver

WU Bao-cheng1，2*，TANG Lu-hong1，ZHANG Dong2，YANG Chun-xia2，LIU Lei1，F(xiàn)ANG Xin11Jiangnan University，Wuxi 214122，China;2Jiangsu Engineering Research Center for Bioactive Products Processing Technology，Wuxi 214028，China

The waste sludge and waste water generated as the by-products during the extraction of catalase from porcine liver autolyzate were investigated for the possibility to be utilized.After hydrolysis by pepsin，compound amino acid，the hydrolyzate of waste sludge and waste water rich of amino acid as well as other nutritional components were obtained and an environmental benign process with the characteristics of effluent free was established.The pepsin hydrolyzing condition were optimized:35℃，pH=2，for 12 h.

Catalase;compound amino acid;pepsin;enzymatic hydrolysis

1001-6880(2011)04-0747-04

2010-01-13 接受日期:2010-04-21

*通訊作者 Tel:86-510-85346500:;E-mail:bcwu923@163.com

Q814.9;TQ936.1+6

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