木瓜蛋白酶在食品工業(yè)中應(yīng)用的研究報(bào)告進(jìn)展

1、-. z木瓜蛋白酶在食品工業(yè)中應(yīng)用的研究進(jìn)展江甜*輕工大學(xué)，* 430023摘要：本文主要介紹木瓜蛋白酶，重點(diǎn)闡述提取方法、提取工藝的研究進(jìn)展，進(jìn)一步介紹木瓜蛋白酶在食品工業(yè)特別是在食品加工中的應(yīng)用，并對(duì)其在醫(yī)藥、化工及未來(lái)食品加工方面的應(yīng)用前景進(jìn)展展望。關(guān)鍵詞：木瓜蛋白酶；提取工藝；食品加工；應(yīng)用Applications of papain in the food industryJIANG TianWuhan Polytechnic University，Wuhan, 430023Abstract: The papain was described, and its e*traction

2、methods, research of e*traction technology had been highlighted. Applications of papain in food industry, particularly in food processing it was further described, and its applications in pharmaceutical, chemical industry and the future prospects of food processing have been prospected in this artic

3、le.Key words: papain; e*traction technology; food processing; application木瓜蛋白酶又稱(chēng)木瓜酶，是一類(lèi)巰基蛋白酶，廣泛地存在于番木瓜(Carica papaya)的根、莖、葉和果實(shí)內(nèi)，未成熟果實(shí)的乳汁中含量最豐富1。木瓜蛋白酶的作用范圍很廣，水解溫度為1080，在pH值39的范圍內(nèi)對(duì)底物均有作用，且穩(wěn)定性好。在密封容器內(nèi)，4的條件下或陰涼枯燥處保存6個(gè)月酶活力僅下降010 或10 20 2。木瓜蛋白酶具有較強(qiáng)的蛋白酶水解和合成能力，還具有凝乳、解脂和溶菌活力，利用木瓜蛋白酶的酶促反響，可把大分子的蛋白質(zhì)水解成容易消化吸收的

4、小分子多肽或氨基酸3-4，不僅可以用來(lái)改善植物蛋白的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值或功能性質(zhì)，而且也廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)，如啤酒的澄清、肉的嫩化以及制革、紡織和日化用品等行業(yè)中，同時(shí)也受了醫(yī)學(xué)界的竭力關(guān)注和重視5-6。木瓜蛋白酶的制備1.1 過(guò)去的常規(guī)提取方法木瓜蛋白酶最原始的提取方法是烘干法，就是在番木瓜漿液中參加保護(hù)劑，然后將漿液離心，取上清液放置于鼓風(fēng)枯燥箱中，在5560烘干，粉碎后即得到粗酶制品。乙引等7用這種方法所獲得的酶得率為23.1%，但此法不利于酶活的保持，其酶活力僅為0.16105U/g，且產(chǎn)品的純度較低。木瓜蛋白酶的提取也曾廣泛采用單寧沉淀法，乙引等7用單寧沉淀法提取了木瓜蛋白酶。先將番木瓜乳汁離

5、心，于上清液中緩慢參加已溶解的單寧溶液，不斷攪拌，使溶液中單寧到達(dá)一定濃度。靜置，沉淀單寧-酶復(fù)合物，調(diào)節(jié)pH值，沉淀后進(jìn)展真空枯燥，得到酶制品。結(jié)果說(shuō)明，這種方法生產(chǎn)的酶得率較低，僅有7.3%，但酶活力較高，為3.53105U/g。但是這種方法存在環(huán)境污染等問(wèn)題。1.2 目前較為常見(jiàn)的提取方法目前生產(chǎn)中多采用超濾、絮凝、鹽析等方法別離提取木瓜蛋白酶。1.2.1 超濾法提取木瓜蛋白酶譚晶等8用超濾技術(shù)別離木瓜蛋白酶。先將中空纖維超濾膜洗凈，經(jīng)過(guò)處理后，控制一定壓力和流量，進(jìn)展超濾。木瓜蛋白酶是大分子物質(zhì)，在超濾過(guò)程中被截留，而水及小分子雜質(zhì)透過(guò)膜，從而到達(dá)別離和純化的目的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，超濾后

6、木瓜蛋白酶的活力是超濾前的1.22倍，蛋白質(zhì)含量為超濾前的2.8倍，說(shuō)明超濾后木瓜蛋白酶的純度有所增加。但由于木瓜蛋白酶屬于大分子物質(zhì)，在超濾過(guò)程中會(huì)在膜外表聚積而產(chǎn)生濃差極化現(xiàn)象，使超濾速率逐漸下降，影響酶得率。1.2.2 鹽析法提取木瓜蛋白酶王麗彬等9曾用硫酸銨沉淀法別離木瓜蛋白酶。在粗酶液中參加一定濃度的硫酸銨溶液進(jìn)展鹽析，然后調(diào)pH值，離心取沉淀，枯燥，得酶產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，用該法制備的木瓜蛋白酶純度相對(duì)較高，酶的比活力到達(dá)了1184U/mg，適宜作為化裝品成分。但這種方法由于用了大量的鹽，使酶中灰分增加，同時(shí)降低了木瓜蛋白酶的活性。因此，鹽析法并不是理想的木瓜蛋白酶提取方法。絮凝法

7、別離純化木瓜蛋白酶絮凝法是在木瓜乳膠水提取液中添加*種化合物，該化合物能與木瓜蛋白酶生成難溶性的復(fù)合物，從而使酶從溶液中沉淀析出。何繼芹10等研究了用絮凝技術(shù)純化木瓜蛋白酶。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，在適宜的條件下進(jìn)展絮凝處理，可使木瓜蛋白酶在這步的收率達(dá)9597%。但這種方法提取專(zhuān)一性不強(qiáng)，制得的木瓜蛋白酶純度不高，雜質(zhì)含量較高。1.3木瓜蛋白酶的提取新技術(shù)超聲波法提取木瓜蛋白酶超聲波提取法作為一種新型的提取技術(shù)已經(jīng)比擬廣泛地應(yīng)用于天然植物有效成分的提取。超聲波產(chǎn)生的空化效應(yīng)，一方面賦予溶劑對(duì)細(xì)胞壁更大的滲透力，并強(qiáng)化細(xì)胞內(nèi)外的質(zhì)量傳輸，另一方面破壞細(xì)胞壁，使細(xì)胞內(nèi)含物更易釋放，從而強(qiáng)化了提取過(guò)程。超聲

8、波形成的微射流效應(yīng)也是提高提取率的一個(gè)重要原因。肖貴平曾用超聲波法提取木瓜蛋白酶。選擇新鮮的番木瓜，清洗后切塊破碎，稱(chēng)取果肉，打漿；果漿在一定條件下進(jìn)展超聲波處理，離心、除雜、過(guò)濾后，上清液進(jìn)展超濾濃縮，收集酶液樣品。結(jié)果說(shuō)明：超聲功率300W，超聲時(shí)間200s，果漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%，這時(shí)酶活力是未經(jīng)超聲波處理的1.71倍。采用超聲波提取工藝得到的粗酶液的含量較低，含有較多雜質(zhì)，經(jīng)膜別離初步純化濃縮后，還需作進(jìn)一步純化處理，這有待于進(jìn)一步深入研究，以提高酶的活性和純度。1.3.2 親和膜色譜法提取木瓜蛋白酶親和膜色譜技術(shù)是一種20世紀(jì)80年代末開(kāi)展起來(lái)的生物大分子別離純化的新技術(shù)，把膜別離與親和

9、別離結(jié)合起來(lái)，使之兼具膜別離與親和別離的特點(diǎn)。聶華美等11以尼龍膜為基質(zhì)，鍵合殼聚糖進(jìn)展外表改性處理，以降低尼龍膜的非特異性吸附，并偶聯(lián)染料配體Cibacron Blue F3GA，得到一種新型的親和膜色譜材料，并用其對(duì)木瓜蛋白酶進(jìn)展別離。結(jié)果說(shuō)明，該親和膜具有良好的色譜性能，對(duì)木瓜蛋白酶有較高的吸附量235.3mg/g，使用該親和膜對(duì)木瓜粉中的木瓜蛋白酶進(jìn)展別離純化純化倍數(shù)可達(dá)46.5倍。親和膜色譜與傳統(tǒng)的膜別離、親和色譜相比，不僅具有純化倍數(shù)高、壓降小分析時(shí)間短、生物大分子在別離過(guò)程中變性機(jī)率小，允許較快的加料速度等特點(diǎn)，而且比柱親和色譜更易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；兓瘎e離。1.3.3 雙水相萃取提取木

10、瓜蛋白酶雙水相萃取是利用物質(zhì)在不相溶的兩水相間分配系數(shù)的差異進(jìn)展萃取的方法。Sarote N等人用雙水相法提取了木瓜蛋白酶，結(jié)果說(shuō)明，用8%的聚乙二醇和15%的硫酸銨組成的雙水相體系對(duì)木瓜蛋白酶的提取效果最好，酶的比活力可達(dá)1659U/mg，收率為86.2%。雙水相萃取具有目標(biāo)產(chǎn)物收率高、易于連續(xù)化操作、不存在有機(jī)溶劑殘留、別離過(guò)程經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，在木瓜蛋白酶的制備中應(yīng)有一席之地，但我國(guó)目前尚無(wú)這類(lèi)報(bào)道。隨著木瓜蛋白酶應(yīng)用的不斷開(kāi)發(fā)，對(duì)木瓜蛋白酶的純度要求也越來(lái)越高。因此迫切需要特異性更大的制備木瓜蛋白酶的方法。開(kāi)發(fā)雙水相萃取技術(shù)，作為有效的高純度木瓜蛋白酶的別離提取方法，是很有意義的?？傊?，木瓜

11、蛋白酶的提取方法通常不具有典型性，一般都是鹽析、過(guò)濾、離心、濃縮、結(jié)晶、枯燥等各種方法的排列組合?？梢愿鶕?jù)酶的理化性質(zhì)，對(duì)提取工藝進(jìn)展優(yōu)化，力求最大限度地利用資源，以及實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。木瓜蛋白的固定化通過(guò)對(duì)木瓜蛋白酶的固定化可以使其反復(fù)利用, 并且防止其在酸堿和有機(jī)介質(zhì)中失活, 在醫(yī)藥上用固定化的木瓜蛋白酶可以減小其副作用. 常用的固定化方法有吸附、載體交聯(lián)和包埋法12。王海英等用甲殼質(zhì)為固定化載體, 戊二醛作為交聯(lián)劑, 采用吸附交聯(lián)法制備固定木瓜蛋白酶,其固定化酶的活力回收率平均達(dá)52% . 酶活力為354u/g , 并且固定化酶在pH7.O以下, 溶液酶在pH7.O以下性能穩(wěn)定, 在

12、低溫條件一F酶的貯藏期限大為延長(zhǎng)。另外木瓜蛋白酶經(jīng)自制的甲殼質(zhì)固定化后用于水解甲殼胺。其水解效果較游離木瓜蛋白酶有明顯提高。郭剛軍等以褐藻酸鈣凝膠為載體, 用包埋法固定木瓜蛋白酶, 用正交實(shí)驗(yàn)探討了最正確的固定化條件, 測(cè)定了固定化酶的催化特性和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。木瓜蛋白酶的應(yīng)用3.1 木瓜蛋白酶在食品中的應(yīng)用3.1.1 在豆類(lèi)食品中的應(yīng)用由于大豆蛋白營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高, 其中必需氨基酸含量在植物蛋白中較為合理, 并有良好的膠凝、乳化、起泡能力。但是大豆蛋白在使用過(guò)程中存在著在等電點(diǎn)易沉淀,粘度隨濃度增大迅速升高等不利因素, 通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)用酶改性來(lái)改善大豆蛋白的理化性質(zhì)效果良好。目前, 大豆蛋白的改性研究

13、已具成效, 但大豆別離蛋白居多, 而大豆?jié)饪s蛋白少見(jiàn)報(bào)道。大豆?jié)饪s蛋白特有的功能性可以改善食品的理化特性, 這些功能性包括: 溶解性、持水性、持油性、乳化性、凝膠性、粘結(jié)性、彈性、發(fā)泡性和著色性等。宋宏哲等主要針對(duì)蛋白的溶解性、發(fā)泡性、凝膠性等進(jìn)展改性, 確定最優(yōu)實(shí)驗(yàn)方案是: 酶濃度為7000u/g 、溫度為65、PH為6.5、反響時(shí)間為2h、底物濃度為5.5% 。此條件下進(jìn)展木瓜蛋白酶水解大豆?jié)饪s蛋白最正確。改性后的大豆?jié)饪s蛋白可應(yīng)用于肉制品、乳品、飲料等食品加工行業(yè)。3.1.2 在肉類(lèi)食品中的應(yīng)用目前, 市場(chǎng)上嫩肉粉的成份主要是木瓜蛋白酶, 在對(duì)肉制品的處理過(guò)程中不僅和嫩肉粉的用量而且同處

14、理時(shí)間長(zhǎng)短也有關(guān)系。肖蓉等應(yīng)用于臘牛肉生產(chǎn)中, 通過(guò)正交試驗(yàn)得出最正確嫩度腌制配方:即添加0.02%木瓜蛋白酶0.4%復(fù)合磷酸鹽, 經(jīng)72 h腌制, 產(chǎn)品質(zhì)量最正確。木瓜蛋白酶在使用過(guò)程中要注意其活力,活力愈大使用量愈小。用量過(guò)大會(huì)使蛋白質(zhì)分解過(guò)多, 生成低分子的氨類(lèi)物質(zhì)和其它一些小分子物質(zhì),易被徽生物利用,增加了腐敗變質(zhì)的速度,不利于長(zhǎng)時(shí)間保存。同時(shí), 肉質(zhì)過(guò)度軟化,香味散失,失去了肉的味道,降低了營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。3.1.3 在啤酒工業(yè)中的應(yīng)用由于啤酒是一個(gè)不穩(wěn)定的膠體溶液, 其中的高分子蛋白質(zhì)是產(chǎn)生混濁現(xiàn)象的主要原因之一, 它能一與多酚類(lèi)化合物一起慢慢聚合成霧狀的混濁物, 嚴(yán)重影響啤酒的外觀質(zhì)量

15、。木瓜蛋白酶能把啤酒中的大局部蛋白質(zhì)水解, 破壞產(chǎn)生混濁的主要成份, 從而提高啤酒穩(wěn)定性, 防止啤酒產(chǎn)生冷混濁, 延長(zhǎng)啤酒保存13。此外, 木瓜蛋白酶還能有效地提高麥汁中氨基酸的含量和保持啤酒的發(fā)泡特性,而且不會(huì)產(chǎn)生通常因酶水解而出現(xiàn)的不愉快的多膚苦味。木瓜蛋自酶在發(fā)酵完畢后至灌瓶前的生產(chǎn)階段添加, 添加后應(yīng)盡快攪拌均勻。此外, 在糖化過(guò)程中添加木瓜蛋白酶, 對(duì)防止啤酒產(chǎn)冷混濁也有一定作用。木瓜蛋白酶還可促進(jìn)高分子蛋白質(zhì)分解, 從而提高麥汁中Q 一氨基氮的含量, 有利于酵母的繁殖。同時(shí)因。一氨基氮含量高, 還可抑制a -乙酞乳酸的產(chǎn)生, 從而加速啤酒成熟14。作為餅干松化劑在餅干、糕點(diǎn)中使用木

16、瓜蛋白酶可以通過(guò)破壞巰基，降低面團(tuán)筋度、提高餅干疏松度，使其成型性好，餅色油潤(rùn)，減少次品率、提高成品率；此外還可減少油脂和糖的用量。適用于各種風(fēng)味的高、中、低檔餅干、糕點(diǎn)及面包的制造15。用于調(diào)味品生產(chǎn)啤酒酵母菌是啤酒工業(yè)的一個(gè)附產(chǎn)物，通過(guò)木瓜蛋白酶分解而提取香味濃郁的酵母抽提物，經(jīng)調(diào)味后可制得酵母調(diào)味醬，它作為一種優(yōu)良的調(diào)味品提高了酵母菌的價(jià)值和利用率。用于營(yíng)養(yǎng)保健品工業(yè)木瓜蛋白酶用于保健食品主要有兩種途徑：一種途徑是輔助消化，可做成腸溶片，口服以到達(dá)消除消化紊亂的目的；另一種途徑是將一些含有特殊蛋白源的動(dòng)植物分解制成各種營(yíng)養(yǎng)保健液。方富永等16采用木瓜蛋白酶酶解巴非蛤貝肉，結(jié)果說(shuō)明酶解液中

17、游離氨基酸含量豐富，約為923.0mg/100m色氨酸未計(jì)，其中必需氨基酸占33.0%。巴非蛤貝肉經(jīng)復(fù)合蛋白酶水解，適當(dāng)調(diào)配可制作營(yíng)養(yǎng)豐富、海鮮風(fēng)味濃郁、具有一定保健功能的口服液。用于寵物食品生產(chǎn)用木瓜蛋白酶對(duì)寵物食品進(jìn)展處理，可以減少寵物食品的黏稠性，改善口感，增加風(fēng)味。由于木瓜蛋白酶還具有驅(qū)蟲(chóng)效果，也可以用番木瓜汁來(lái)驅(qū)除哺乳動(dòng)物宿主腸道內(nèi)的線蟲(chóng)。另外，木瓜蛋白酶還可以應(yīng)用到化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域。如洗衣粉等洗滌劑中參加木瓜蛋白酶能快速地清洗衣物中的血漬和汗?jié)n。此外，木瓜蛋白酶還可以促進(jìn)中藥成分的有效煎出，用于輔助Rh血型的鑒定，還可用于腫瘤的輔助治療等。3.2 木瓜蛋白酶在醫(yī)藥方面的作用3.2.

18、1 輔助治療腫瘤在化療期間口服木瓜蛋白酶，可以降低化療的副作用而增強(qiáng)化療的療效。3.2.2 治療皮膚潰瘍可以去除挫傷、切斷傷、燒燙傷等各種皮膚外表的潰瘍，可以有效去除腐爛組織而防止皮膚的感染，而對(duì)*組織無(wú)影響。3.2.3 建立關(guān)節(jié)炎實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯⒛竟系鞍酌缸⑷胄挛魈m大鼠的關(guān)節(jié)內(nèi)，經(jīng)連續(xù)三次注射，大鼠的關(guān)節(jié)在12周內(nèi)出現(xiàn)了慢性關(guān)節(jié)炎的病癥。此模型可用于研究關(guān)節(jié)炎發(fā)病的機(jī)理,為阻止和逆轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)炎的藥物提供實(shí)驗(yàn)載體。3.2.4 細(xì)胞培養(yǎng)木瓜蛋白酶在準(zhǔn)備細(xì)胞培養(yǎng)液的第一步中被用于別離細(xì)胞。用酶處理小組織塊10分鐘后，就可以將連接細(xì)胞的細(xì)胞外基質(zhì)打斷；然后再用蛋白酶抑制劑來(lái)停頓反響，防止木瓜蛋白酶進(jìn)一步裂解細(xì)

19、胞本身；最后用Pasteur pipette將組織塊打散為單細(xì)胞懸浮液。3.2.5 免疫學(xué)免疫學(xué)中，木瓜蛋白酶可被用于將免疫球蛋白即抗體的Fc片段可結(jié)晶和Fab片段抗原結(jié)合切割開(kāi)。3.3 木瓜蛋白酶在其它行業(yè)的應(yīng)用3.3.1 美容化裝品將木瓜蛋白酶參加到含有蛋白質(zhì)和油脂的化裝品中，具有獨(dú)特的美白嫩膚、美顏保健、祛斑除污垢、促進(jìn)血液循環(huán)、改善肌膚等成效，提高產(chǎn)品檔次。可制成減肥茶、美容護(hù)膚品等。3.3.2 日化品工業(yè)用于香皂、肥皂、洗滌劑、洗衣粉、洗手液等，去污力強(qiáng)，除菌消毒、平安放心。3.3.3 飼料工業(yè)用于飼料添加劑，開(kāi)發(fā)蛋白源，利于吸收，提高飼料的利用率，節(jié)約本錢(qián)，有助于牲畜消化，加速生長(zhǎng)

20、。如在豬、牛、羊、雞、鴨、鵝、魚(yú)、蝦等飼料中添加。還可以作為蔬菜水果高級(jí)復(fù)*料的添加劑。3.3.4 皮革工業(yè)利用木瓜蛋白酶制成脫毛劑，鞣制皮革，具有毛孔細(xì)膩，皮紋光亮效果。紡織工業(yè)應(yīng)用：可用于處理羊毛、蠶蛹脫膠、蠶絲精煉，能到達(dá)手感柔軟、舒適、抗收縮、抗張強(qiáng)度等效果。結(jié)語(yǔ)目前，木瓜蛋白酶被廣泛地應(yīng)用于食品行業(yè)，如肉類(lèi)、啤酒、調(diào)味品等的生產(chǎn)。隨著我國(guó)人民生活水平的提高，人們對(duì)食品平安和食品營(yíng)養(yǎng)的問(wèn)題越來(lái)越關(guān)注，而木瓜蛋白酶可用來(lái)生產(chǎn)平安、營(yíng)養(yǎng)的食品，如具有保健功能的口服液等，具有良好的市場(chǎng)前景。同時(shí)，為了滿(mǎn)足各行各業(yè)對(duì)木瓜蛋白酶的需求，尤其是食品與醫(yī)藥行業(yè)，研究如何別離純化得到本錢(qián)低、純度高的木

21、瓜蛋白酶就很有意義。因此，對(duì)木瓜蛋白酶的提取和別離純化技術(shù)進(jìn)展深入的研究，提取高質(zhì)量的木瓜蛋白酶具有重要的實(shí)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)：1 萬(wàn)婧,張海德,曹貴蘭. 超濾法在番木瓜提取木瓜蛋白酶工藝中的應(yīng)用研究J. 糧食與食品工業(yè),2012,04:33-37.2 周冉,常明,王飛,*耀冉,胡瑞省,張煒. 仿生硅化-磁性Fe3O4固定化木瓜蛋白酶的性質(zhì)J.食品工業(yè)科技,2014,12:180-183.3 李少華,趙駐軍,菅景穎,*力強(qiáng),張志勝. 木瓜蛋白酶水解豬皮制備膠原多肽的研究J. 食品科學(xué),2008,05:195-198.4 趙謀明,周雪松. 木瓜蛋白酶水解雞肉蛋白及其產(chǎn)物氨基酸分析研究J. 食品科學(xué),2005,S1:6-9.5 趙電波,陳茜,張麗堯. 木瓜蛋白酶的提取及應(yīng)用研究進(jìn)展J. 肉類(lèi)研究,2010,11:19-23.6 何繼芹,張海德. 木瓜蛋白酶的別離方法及其應(yīng)用進(jìn)展J. 食品科技,2006,10:66-69.7 乙引,譚愛(ài)娟,*寧,王利民. 木瓜蛋白酶的生產(chǎn)工藝研究J. *農(nóng)業(yè)科學(xué),2000,05:24-25.8 譚晶,陳季旺,夏文水,舒靜. 超濾別離具有殼聚糖酶活力的木瓜蛋白酶J. 食品與機(jī)械,2007,06:20-23.9 王麗彬,張弢,王旻. 高純度木瓜蛋白酶的別