王遠锏
摘 ? 要:木瓜蛋白酶是一種來自于番木瓜的低特異性水解酶,在食品、日用品、藥物開發(fā)等領域均有著廣泛應用,目前高效提取木瓜蛋白酶的手段為雙水相萃取法,并通過不同的手段修飾或固定化酶分子,由此提高木瓜蛋白酶的催化效率,使木瓜蛋白酶在工業(yè)化生產(chǎn)上有了更加巨大的應用潛力。外一些醇類溶劑對酶活性有不同影響,如正丙醇、丙二醇可以提高木瓜蛋白酶活性,丙三醇、乙二醇會抑制酶活性表達。
關鍵詞:木瓜蛋白酶 ?雙水相萃取 ?固定化酶
中圖分類號:Q556.9 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼:A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號:1674-098X(2019)06(b)-0244-02
1 ?木瓜蛋白酶的來源與應用
木瓜蛋白酶是一種來自于熱帶番木瓜蛋白水解酶,由兩個大小大致相等但構象完全不同的亞基組成,半胱氨酸位于其活性中心,作用特異性較低,可以水解多種氨基酸羧基形成的肽鍵。本身具有較高的熱穩(wěn)定性,目前木瓜蛋白酶在食品加工、日用品制造、生物活性物質的提取上應用較廣。在食品加工與生產(chǎn)上,木瓜蛋白酶能降解肌原纖維和結締組織,斷裂筋腱和肌絲,提高肉制品的軟嫩度,改良口感,也可用于提取一些非蛋白類物質,常見的包括在禽類肉制品加工[1]、三文魚魚皮油的提取[2]等;在日用品生產(chǎn)上木瓜蛋白酶可將交聯(lián)程度較大高分子蛋白降解成為交聯(lián)程度低小分子蛋白,如蠶絲絲膠的加工[3]、絲素蛋白的加工[4]等;在藥品以及具有生物活性物質生產(chǎn)領域,木瓜蛋白酶可以單獨或聯(lián)合其他酶類對原料進行降解,以便提取出大量非蛋白類及小分子蛋白物質,主要應用包括如對硫酸軟骨素[5]、鹿皮多糖[6]、肝素[7]的提取與加工等,這些物質在國內都具有很大的需求,經(jīng)濟效益可見一斑。
2 ?木瓜蛋白酶的提取工藝與作用效果的提高
傳統(tǒng)手段的木瓜蛋白酶提取手段包括烘干法、使用鹽沉淀法、超濾法等,這些手法操作簡單,但是容易在提取過程中對于酶結構造成較大破壞,同時極易混入影響酶活性的雜質,進而影響產(chǎn)品質量,故而不適用于木瓜蛋白酶在工業(yè)生產(chǎn)上的大規(guī)模開發(fā)與應用。目前木瓜蛋白酶提取手段中雙水相萃取法是一種成本低、產(chǎn)品純度與活性較高的提取手段,需要兩種互不相容的溶劑建立中萃取蛋白體系,通過木瓜蛋白酶在兩種溶劑中分配系數(shù)實現(xiàn)木瓜蛋白酶的提取與分離。目前較為常用的如PEG/Na2SO4雙水相系統(tǒng)[8]、響應面優(yōu)化離子液體雙水相體系[9]。此外,不同的理化條件也會影響木瓜蛋白酶的活性與作用效果,常見的改變木瓜蛋白酶作用效果的手段包括超聲波[10]、高壓[11]、不同溶劑環(huán)境[12]等。超聲波通過兩方面影響木瓜蛋白酶的作用效果,一方面可以破壞底物的包膜、包被結構,使內容物釋放,提高木瓜蛋白酶與底物的接觸面積;另外對于游離的木瓜蛋白酶,超聲波可以直接提高其活性,降解產(chǎn)物分子量相較于不使用超聲波更低,水解更為徹底。超高壓也可以提高木瓜蛋白酶的活性,在超高壓條件下,木瓜蛋白酶疏水基團暴露程度降低,從而提高活性部位與底物的接觸面積,酶的水解效率提高。另外一些醇類溶劑對酶活性有不同影響,如正丙醇、丙二醇可以提高木瓜蛋白酶活性,丙三醇、乙二醇會抑制酶活性表達。
3 ?木瓜蛋白酶的固定化
游離的木瓜蛋白酶具有較高的水解效率,但是在生產(chǎn)實踐過程中易于底物以及水解產(chǎn)物混合到一起,使對木瓜蛋白酶的回收與產(chǎn)品分離提純過程難度加大。目前將木瓜蛋白酶固定化是解決該問題的一種行之有效的手段。酶的固定化是使用不同不溶于水的固體材料固定并支持蛋白,使酶催化底物反應時不會與底物及產(chǎn)物混合,待反應完成之后將固體載體去除即可停止催化過程,提高酶與底物和產(chǎn)物分離能力同時提高了反應的可控制性,是一種適于產(chǎn)業(yè)化、連續(xù)化的酶處理手段。目前對于木瓜蛋白酶固定化的手段包括包埋、吸附、交聯(lián)等,不溶于水的固體支持材料自身需形成多孔結構,一方面孔洞可以使酶蛋白在固體材料上有較多的附著位點,提高單位體積材料上攜帶酶量,提高催化效率;另一方面孔與孔之間交聯(lián)的孔道可以使底物溶液進入固體支持材料中,提高了底物與酶的接觸面積,有利于反應進行。目前新型的木瓜蛋白酶固定載體包括殼聚糖-埃洛石納米管微球[13]、多級孔二氧化硅等[14]。殼聚糖本身可以再酸性條件下形成水凝膠,凍干后即可形成多孔結構,使用殼聚糖-埃洛石納米管微球將木瓜蛋白酶交聯(lián)吸附法固定,在實現(xiàn)了酶分子的固定化的同時提高了木瓜蛋白酶的耐高溫能力,相較于游離的酶,最適pH降低至6.8左右;多級孔二氧化硅內部大孔道負責裝載酶分子,小孔道負責反應物分子傳輸,可以提高酶固定化效率與生物催化活性,但本身存在不易成型,模板成本高,模板劑競爭作用不可控,合成過程比較復雜等問題限制應用。
4 ?展望
木瓜蛋白酶是一種在食品、日用品、藥物生產(chǎn)開發(fā)等方面均具有廣泛應用的生物大分子,目前需要對不同品種來源的木瓜蛋白酶活性進行比較以得到更為經(jīng)濟高效的木瓜蛋白酶來源,其分離與提純長效活性提高的修飾手段與更加可控、穩(wěn)定、價格低廉的固定化手段也需要進一步研究與改進,從而提高木瓜蛋白酶的工業(yè)化應用能力,
參考文獻
[1] 余靜,陳林,王衛(wèi),等.禽肉制品加工技術研究進展[J].成都大學學報:自然科學版,2018,37(3):278-281.
[2] 李平,曹璐蕾,毛相朝.木瓜蛋白酶提取三文魚魚皮油的工藝研究[J].中國漁業(yè)質量與標準,2018,8(6):18-25.
[3] Wuchao Wang,Yi Pan,Kang Gong,Qi Zhou,Tonghua Zhang,Qing Li. A comparative study of ultrasonic degumming of silk sericin using citric acid, sodium carbonate and papain[J]. Coloration Technology,2019,135(3).
[4] 代君君,范濤,章玉萍,等.木瓜蛋白酶對絲素蛋白的降解作用研究[J].北方蠶業(yè),2015,36(3):11-13,17.
[5] 鄒德生,谷昊.醋酸桿菌輔助酶解法提取動物軟骨中硫酸軟骨素的研究[J].現(xiàn)代食品,2018(20):63-66.
[6] 孫琳,劉俊渤,時曉萌,等.鹿皮多糖的提取及其保濕性能研究[J].吉林農(nóng)業(yè)大學報,2018(6):1-5.
[7] 張秋會,徐俊濤,李苗云,等.木瓜蛋白酶水解豬腸黏膜制備肝素水解條件的優(yōu)化[J].河南農(nóng)業(yè)大學學報,2018,52(6):967-972.
[8] 王偉濤.木瓜蛋白酶的雙水相萃取研究[D].海南大學,2014.
[9] 曾穎,朱新儒,余壘,等.響應面法優(yōu)化離子液體雙水相萃取木瓜蛋白酶[J].食品研究與開發(fā),2018,39(20):29-34.
[10]張杰,丁琳,白鴿,等.超聲對木瓜蛋白酶酶解產(chǎn)物分子量分布的影響[J].食品工業(yè)科技,2017,38(14):116-120.
[11]劉平,胡志和,吳子健,等.超高壓對木瓜蛋白酶構象及酶活力的影響[J].食品科學,2015,36(23):23-27.