木瓜蛋白酶在食品工业中应用的研究进展

木瓜蛋白酶在食品工业中应用的研究进展江甜（武汉轻工大学，湖北武汉430023）摘要：本文主要介绍木瓜蛋白酶，重点阐述提取方法、提取工艺的研究进展，进一步介绍木瓜蛋白酶在食品工业特别是在食品加工中的应用，并对其在医药、化工及未来食品加工方面的应用前景进行展望。关键词：木瓜蛋白酶；提取工艺；食品加工；应用ApplicationsofpapaininthefoodindustryJIANGTian（WuhanPolytechnicUniversity，Wuhan,430023）Abstract:Thepapainwasdescribed,anditsextractionmethods,researchofextractiontechnologyhadbeenhighlighted.Applicationsofpapaininfoodindustry,particularlyinfoodprocessingitwasfurtherdescribed,anditsapplicationsinpharmaceutical,chemicalindustryandthefutureprospectsoffoodprocessinghavebeenprospectedinthisarticle.Keywords:papain;extractiontechnology;foodprocessing;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(Caricapapaya)的根、茎、叶和果实内，未成熟果实的乳汁中含量最丰富[1]。木瓜蛋白酶的作用范围很广，水解温度为10℃～80℃，在pH值3～9的范围内对底物均有作用，且稳定性好。在密封容器内，4℃的条件下或阴凉干燥处保存6个月酶活力仅下降0～10或10～20[2]。木瓜蛋白酶具有较强的蛋白酶水解和合成能力，还具有凝乳、解脂和溶菌活力，利用木瓜蛋白酶的酶促反应，可把大分子的蛋白质水解成容易消化吸收的小分子多肽或氨基酸[3-4]，不仅可以用来改善植物蛋白的营养价值或功能性质，而且也广泛应用于食品行业，如啤酒的澄清、肉的嫩化以及制革、纺织和日化用品等行业中，同时也受了医学界的极力关注和重视[5-6]。1木瓜蛋白酶的制备1.1过去的常规提取方法木瓜蛋白酶最原始的提取方法是烘干法，就是在番木瓜浆液中加入保护剂，然后将浆液离心，取上清液放置于鼓风干燥箱中，在55～60℃烘干，粉碎后即得到粗酶制品。乙引等[7]用这种方法所获得的酶得率为23.1%，但此法不利于酶活的保持，其酶活力仅为0.16×105U/g，且产品的纯度较低。木瓜蛋白酶的提取也曾广泛采用单宁沉淀法，乙引等[7]用单宁沉淀法提取了木瓜蛋白酶。先将番木瓜乳汁离心，于上清液中缓慢加入已溶解的单宁溶液，不断搅拌，使溶液中单宁达到一定浓度。静置，沉淀单宁-酶复合物，调节pH值，沉淀后进行真空干燥，得到酶制品。结果表明，这种方法生产的酶得率较低，仅有7.3%，但酶活力较高，为3.53×105U/g。但是这种方法存在环境污染等问题。1.2目前较为常见的提取方法目前生产中多采用超滤、絮凝、盐析等方法分离提取木瓜蛋白酶。1.2.1超滤法提取木瓜蛋白酶谭晶等[8]用超滤技术分离木瓜蛋白酶。先将中空纤维超滤膜洗净，经过处理后，控制一定压力和流量，进行超滤。木瓜蛋白酶是大分子物质，在超滤过程中被截留，而水及小分子杂质透过膜，从而达到分离和纯化的目的。实验结果表明，超滤后木瓜蛋白酶的活力是超滤前的1.22倍，蛋白质含量为超滤前的2.8倍，说明超滤后木瓜蛋白酶的纯度有所增加。但由于木瓜蛋白酶属于大分子物质，在超滤过程中会在膜表面聚积而产生浓差极化现象，使超滤速率逐渐下降，影响酶得率。1.2.2盐析法提取木瓜蛋白酶王丽彬等[9]曾用硫酸铵沉淀法分离木瓜蛋白酶。在粗酶液中加入一定浓度的硫酸铵溶液进行盐析，然后调pH值，离心取沉淀，干燥，得酶产品。实验结果表明，用该法制备的木瓜蛋白酶纯度相对较高，酶的比活力达到了1184U/mg，适宜作为化妆品成分。但这种方法由于用了大量的盐，使酶中灰分增加，同时降低了木瓜蛋白酶的活性。因此，盐析法并不是理想的木瓜蛋白酶提取方法。1.2.3絮凝法分离纯化木瓜蛋白酶絮凝法是在木瓜乳胶水提取液中添加某种化合物，该化合物能与木瓜蛋白酶生成难溶性的复合物，从而使酶从溶液中沉淀析出。何继芹[10]等研究了用絮凝技术纯化木瓜蛋白酶。实验结果表明，在适宜的条件下进行絮凝处理，可使木瓜蛋白酶在这步的收率达95～97%。但这种方法提取专一性不强，制得的木瓜蛋白酶纯度不高，杂质含量较高。1.3木瓜蛋白酶的提取新技术1.3.1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，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。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。1.3.2亲和膜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[11]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CibacronBlueF3GA，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。1.3.3双水相萃取提取木瓜蛋白酶双水相萃取是利用物质在不相溶的两水相间分配系数的差异进行萃取的方法。SaroteN等人用双水相法提取了木瓜蛋白酶，结果表明，用8%的聚乙二醇和15%的硫酸铵组成的双水相体系对木瓜蛋白酶的提取效果最好，酶的比活力可达1659U/mg，收率为86.2%。双水相萃取具有目标产物收率高、易于连续化操作、不存在有机溶剂残留、分离过程经济等优点，在木瓜蛋白酶的制备中应有一席之地，但我国目前尚无这类报道。随着木瓜蛋白酶应用的不断开发，对木瓜蛋白酶的纯度要求也越来越高。因此迫切需要特异性更大的制备木瓜蛋白酶的方法。开发双水相萃取技术，作为有效的高纯度木瓜蛋白酶的分离提取方法，是很有意义的。总之，木瓜蛋白酶的提取方法通常不具有典型性，一般都是盐析、过滤、离心、浓缩、结晶、干燥等各种方法的排列组合。可以根据酶的理化性质，对提取工艺进行优化，力求最大限度地利用资源，以及实现经济效益的最大化。2木瓜蛋白的固定化通过对木瓜蛋白酶的固定化可以使其反复利用,并且避免其在酸碱和有机介质中失活,在医药上用固定化的木瓜蛋白酶可以减小其副作用.常用的固定化方法有吸附、载体交联和包埋法[12]。王海英等用甲壳质为固定化载体,戊二醛作为交联剂,采用吸附交联法制备固定木瓜蛋白酶,其固定化酶的活力回收率平均达52%.酶活力为354u/g,并且固定化酶在pH7.O以下,溶液酶在pH7.O以下性能稳定,在低温条件一F酶的贮藏期限大为延长。另外木瓜蛋白酶经自制的甲壳质固定化后用于水解甲壳胺。其水解效果较游离木瓜蛋白酶有明显提高。郭刚军等以褐藻酸钙凝胶为载体,用包埋法固定木瓜蛋白酶,用正交实验探讨了最佳的固定化条件,测定了固定化酶的催化特性和动力学性质。3木瓜蛋白酶的应用3.1木瓜蛋白酶在食品中的应用3.1.1在豆类食品中的应用由于大豆蛋白营养价值较高,其中必需氨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。目前,大豆蛋白的改性研究已具成效,但大豆分离蛋白居多,而大豆浓缩蛋白少见报道。大豆浓缩蛋白特有的功能性可以改善食品的理化特性,这些功能性包括:溶解性、持水性、持油性、乳化性、凝胶性、粘结性、弹性、发泡性和着色性等。宋宏哲等主要针对蛋白的溶解性、发泡性、凝胶性等进行改性,确定最优实验方案是:酶浓度为7000u/g、温度为65℃、PH为6.5、反应时间为2h、底物浓度为5.5%。此条件下进行木瓜蛋白酶水解大豆浓缩蛋白最佳。改性后的大豆浓缩蛋白可应用于肉制品、乳品、饮料等食品加工行业。3.1.2在肉类食品中的应用目前,市场上嫩肉粉的成份主要是木瓜蛋白酶,在对肉制品的处理过程中不仅和嫩肉粉的用量而且同处理时间长短也有关系。肖蓉等应用于腊牛肉生产中,通过正交试验得出最佳嫩度腌制配方:即添加0.02%木瓜蛋白酶0.4%复合磷酸盐,经72h腌制,产品质量最佳。木瓜蛋白酶在使用过程中要注意其活力,活力愈大使用量愈小。用量过大会使蛋白质分解过多,生成低分子的氨类物质和其它一些小分子物质,易被徽生物利用,增加了腐败变质的速度,不利于长时间保存。同时,肉质过度软化,香味散失,失去了肉的味道,降低了营养价值。3.1.3在啤酒工业中的应用由于啤酒是一个不稳定的胶体溶液,其中的高分子蛋白质是产生混浊现象的主要原因之一,它能一与多酚类化合物一起慢慢聚合成雾状的混浊物,严重影响啤酒的外观质量。木瓜蛋白酶能把啤酒中的大部分蛋白质水解,破坏产生混浊的主要成份,从而提高啤酒稳定性,防止啤酒产生冷混浊,延长啤酒保存[13]。此外,木瓜蛋白酶还能有效地提高麦汁中氨基酸的含量和保持啤酒的发泡特性,而且不会产生通常因酶水解而出现的不愉快的多肤苦味。木瓜蛋自酶在发酵结束后至灌瓶前的生产阶段添加,添加后应尽快搅拌均匀。此外,在糖化过程中添加木瓜蛋白酶,对防止啤酒产冷混浊也有一定作用。木瓜蛋白酶还可促进高分子蛋白质分解,从而提高麦汁中Q一氨基氮的含量,有利于酵母的繁殖。同时因。一氨基氮含量高,还可抑制a-乙酞乳酸的产生,从而加速啤酒成熟[14]。3.1.4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[15]。3.1.5用于调味品生产啤酒酵母菌是啤酒工业的一个附产物，通过木瓜蛋白酶分解而提取香味浓郁的酵母抽提物，经调味后可制得酵母调味酱，它作为一种优良的调味品提高了酵母菌的价值和利用率。3.1.6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[16]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/100m（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。3.1.7用于宠物食品生产用木瓜蛋白酶对宠物食品进行处理，可以减少宠物食品的黏稠性，改善口感，增加风味。由于木瓜蛋白酶还具有驱虫效果，也可以用番木瓜汁来驱除哺乳动物宿主肠道内的线虫。另外，木瓜蛋白酶还可以应用到化工、医药等领域。如洗衣粉等洗涤剂中加入木瓜蛋白酶能快速地清洗衣物中的血渍和汗渍。此外，木瓜蛋白酶还可以促进中药成分的有效煎出，用