酶制剂在大豆蛋白水解中的应用

129 酶制剂在大豆蛋白水解中的应用 周 媛 陈 中 林伟峰 (华南理工大学轻工与食品学院, 广州 510640) 摘 要: 酶制剂在食品加工领域中应用广泛, 如用于植物蛋白的水解。对于大分子蛋白质, 酶法改性具 有理化改性无可比拟的优点: 营养价值降低不显著、无不良副反应、反应条件温和、设备要求不高、作用具 有独特专一性、效率高、反应进程容易控制等。本文综述了目前在大豆蛋白酶法水解领域中常用的几种酶 (包括植物蛋白酶、动物蛋白酶和微生物蛋白酶 ) 的特点及应用。 关键词: 大豆; 蛋白酶; 多肽 中图分类号: TS2011 2+ 5 文献标识码: A 文章编号: 1006- 2513 ( 2006) 04- 0129- 04 Utilization of enzyme in hydrolysis of soybean protein ZHOU Yuan CHEN Zhong LINW e-i feng ( South Ch inaU niversity o fTechno logy, Guangzhou 510640) Abstrac t: Comm erc ia l enzym e has aw ide use in food processing, especia lly in the production of flavour enhancers such as hydro ly zed vegetable prote in. To macrom o lecu lar com pounds such as pro tein, enzym atic de- am idation offe rs several advantages over physical and chem ical m ethods. It creates tiny decrease o f nutritional ingredients and few byproducts, and only desiresm ild cond itions and sim ple equipments, in addition, it is single- objected, h igh ly effic ient, and easily contro led. Th is work summ arizes seve ra l kinds of enzym ewh ich is w ide ly used in hydro lysis of prote in at present, inc lu- d ing those produced by p lants, an im a ls orm icrob ia.l K ey words: soybean, prote inase, peptide 0 引言 大豆蛋白的等电点为 pH 413, 在 pH413附近 大豆蛋白几乎完全沉淀 [ 1] , 对于需要补充蛋白源 的酸性饮料来说, 大豆蛋白是不能满足其需要 的。通过酶水解为大豆多肽后就只剩下少部分蛋 白质, 其中包含较多疏水性氨基酸, 去除这少部 分沉淀, 不仅使大豆多肽溶液在任何 pH环境下 均有良好的溶解性, 可以满足酸性饮料的要求, 而且因为去除了疏水性氨基酸, 溶液的苦味值相 应降低。从营养角度考虑, 二肽等低分子肽比蛋 白质更易被人体吸收, 提高了大豆蛋白的生物效 价。酶改性后大豆分离蛋白的 DH控制在 710% 810% , 应用于高蛋白奶可获得稳定的乳状液体 系 [ 2 ]。 1 植物蛋白酶 来源于植物组织的蛋白酶称为植物蛋白酶。 这类酶应用于食品中安全性高, 但对肽键选择性 较差, 催化活性普遍较低, 不适于直接水解大分 子蛋白。 111 木瓜蛋白酶 用木瓜蛋白酶对大豆分离蛋白 ( SPI) 进行 水解, 酶解液的溶解度、乳化能力、发泡能力都 收稿日期: 2006- 05- 23 作者简介: 周媛, 女 ( 1982年 ) ) , 研究生, 研究方向: 粮食油脂及植物蛋白。 130 大大提高, 但在黏度、乳化性、发泡稳定性等方 面有所下降, 同时, 在感官特性上, 酶解 SPI豆 腥味减弱而苦味增加。 有人研究了固定化木瓜蛋白酶对大豆蛋白的 水解工艺。另有研究发现: 将木瓜蛋白酶与 Fla- vourzyme风味酶按 1B1的配比配制成复合酶可达 到较好的水解效果。 112 菠萝蛋白酶 刘忠义 [ 3]等人经研究发现: 在 44 ? 1e 的恒 温条件下, 酶用量为 4mg /g豆粕, 经 72h水解, 菠萝蛋白酶对 15%的豆粕中的蛋白质水解率可达 70%以上, 菠萝蛋白酶能较好地水解花生粕和豆 粕。 另有研究表明将中性蛋白酶、木瓜蛋白酶和 菠萝蛋白酶以 1B2B2的比例配制成三酶复合蛋白 酶, 底物浓度 4% , 水解温度 50e , pH710, 水 解时间 910h, 水解度可达到 84140% [ 4 ]。 113 生姜蛋白酶 生姜蛋白酶可作为肉类嫩化剂, 该酶可分解 胶原和肌动球蛋白, 使肉嫩化, 且对胶原蛋白的 分解能力要比肌动球蛋白高出好几倍。也有关于 生姜蛋白酶对食物消化作用的研究, 但用的是生 姜汁, 而不是纯化的酶。 张平平 [ 5]等人用部分纯化的生姜蛋白酶作用 于大豆分离蛋白, 对其水解度进行研究, 结果表 明生姜蛋白酶水解大豆分离蛋白的最佳条件为: 酶加量 210%、水解温度 60e 、 pH610、水解时 间 5h, 水解度可达 715%。 2 动物蛋白酶 动物蛋白酶来自于动物机体, 常见的人体中 水解蛋白的有胃蛋白酶、胰蛋白酶, 这类酶安全 性也比较高, 但价格高, 且抑制剂的存在对其影 响较大。 211 胃蛋白酶 胃蛋白酶要求切开点肽键两端有芳香族氨基 酸。通过研究大豆蛋白体内蛋白酶的体外酶解工 艺, 有人建立了专一性去除大豆 7S球蛋白中 A- 亚基 (主要致敏蛋白 ) 的方法, 即大豆蛋白先经 分离, 再经胃蛋白酶水解 2h, 此时, 7S球蛋白 中的 A-亚基即被完全去除。此方法不仅对大豆 脱敏具有意义, 对优先水解 11S球蛋白也具有重 要意义。胃蛋白酶对大豆蛋白的作用随着酶用量 的增加, 大豆分离蛋白中的 11S酸性链 ( A3) 最 先被水解, 接着 11S球蛋白被水解, 而此时的 7S 球蛋白的 3个亚基依然保存完好, 因此胃蛋白酶 优先降解大豆蛋白中的 11S球蛋白 [ 6]。 212 胰蛋白酶 曹玉华 [ 7 ]等人研究了固定化胰蛋白酶对大豆 蛋白的水解工艺, 得到固定化胰蛋白酶的表观米 氏常数为 1215mg /mL, 在底物浓度 217mg /mL、 水解温度 60e 、 pH817、流速 016mL /m in的条件 下, 利用该方法制备大豆肽, 酶解液中可溶性蛋 白含 量 最 大 为 11414mg /mL, 水 解 度 达 到 41151%。 大豆蛋白中胰蛋白酶抑制剂的存在抑制了胰 蛋白酶对大豆蛋白的降解作用, 但热变性对胰蛋 白酶抑制剂的灭活效果并不显著。 3 微生物蛋白酶 考虑到动物蛋白酶价格昂贵、副反应多、植 物蛋白酶来源少、效率低、不适合工业化生产等 缺点, 并且随着生物技术的进步, 微生物蛋白酶 随产酶技术日趋成熟, 价格逐渐降低, 而且来源 广泛, 因此是微生物蛋白酶比较理想的酶源。 311 黑曲霉酸性蛋白酶 黑曲霉酸性酶单酶水解大豆蛋白时, 蛋白的 降解率很低, 这可能是因为酸性酶为端肽酶, 不 利于打开大分子的缘故 [ 8] , 另一个原因是酸性蛋 白酶的最佳酶解 pH 在大豆蛋白等电点以下, 容 易引起蛋白质变性, 从而影响大豆蛋白水解度。 采用外切酶黑曲霉酸性蛋白酶与内切酶 A lca- lase碱性蛋白酶协同水解大豆蛋白, 不但可降低 水解液苦味, 还可能会提高降解率和水解液的水 解度。另外, 黑曲霉酸性蛋白酶价格便宜, 而 A lcalase价格昂贵, 采用大豆蛋白原料吸附的方 法可有效回收 A lcalase, 因此采用吸附法回收水 解蛋白酶可有效降低产品成本 [ 9]。 312 风味蛋白酶 ( f lavourzym e) 复合风味蛋白酶主要为外切酶类, 可催化水 解肽链末端显苦味的疏水氨基酸, 而且由于外切 肽酶的作用, 可以使蛋白水解液呈鲜美的滋味。 131 该酶在 pH710时活性最高。温度对它的活性影响 不十分明显, 在 55e 时催化活性最高 [ 10]。 在 alcalase蛋白酶大豆蛋白水解液中, 添加 f lavourzyme复合风味酶可快速降低苦味值, 直至 苦味消失, 因此, 使用 f lavourzyme复合风味酶是 大豆多肽脱苦的一个有效而简便的方法。 313 枯草杆菌蛋白酶 枯草杆菌蛋白酶也是一种较为常用的微生物 蛋白酶, 这类酶的活性中心是丝氨酸残基。此酶 水解较缓慢, 受环境因素影响较大 [ 11] , 其来源丰 富, 作用底物较广泛, 具有酯酶的活力, 酶解能 力较强。 Alcalase蛋白酶是一种高效细菌蛋白酶, 该酶 的有效成分枯草杆菌蛋白酶 A是一种非特异性碱 性蛋白酶。它是一种丝氨酸蛋白酶, 属于内切肽 酶, 作用肽键的范围广泛, 可水解所有羧基端是 疏水性氨基酸的肽键 [ 12 ]。该酶具有高度的操作安 全性, 符合 FAO /WHO /JECFA /FCC推荐的食品 级酶制剂 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。 大豆蛋白分子对酶解有强抵抗力, 酶解速度 与大豆蛋白分子的破坏程度成正比, 经预处理变 性后的蛋白, 能暴露出更多的酶作用点, 加速酶 反应。热处理为最普遍的预处理方式。另外酸预 处理可促进酶水解作用, 提高最终产品的氮溶指 数 [ 13]。 Protamex酶是丹麦诺维信公司开发的一种内 切蛋白酶, 其特点是在低水解度情况下蛋白质水 解物的苦味较低, 适合大豆肽的生产。吴建中 [ 14] 等人经研究发现: Protamex水解大豆蛋白的水解 曲线非常符合对数曲线 Y= aInX+ b, X表示反应 时间, Y表示水解度, a值越大, 反应速度越快。 314 肽谷氨酰胺酶 ( pgase) 脱氨作用是大豆分离蛋白一种很重要的改性 方式, 肽谷氨酰胺酶是由环状芽孢杆菌产生的, 可水解蛋白质中谷氨酰胺的氨基, 但将此酶直接 作用于蛋白质, 脱胺速度较慢, 若先用蛋白酶或 其它方法预处理, 再用 pgase作用, 脱氨速率可 增加 27倍。H amada[ 11]等人先用 alcalase对大豆 分离蛋白进行水解, 然后再用 Pgase对其进行脱 胺发现脱胺作用对蛋白质的水解度没有太大的影 响, 但溶解性和乳化性均得到全面提高, 尤其在 酸性条件下效果更加显著。 315 碱性 2709蛋白酶 2709碱性蛋白酶酶活及对大豆蛋白的水解能 力较其它几种常见的酶最优, 但其为工业用酶, 使用的安全性因素不够确切 [ 10]。 2709碱性蛋白 酶对黑豆蛋白具有较好的水解效果, 刘恩岐 [ 15]等 人经水解度与酸溶性蛋白肽得率测定, 确定了黑 豆蛋白水解工艺条件: 底物浓度 3175g蛋白质 / 100mL豆浆, 酶 -底物比 ( E /S) 8000U /g, 水解 温度 50e , pH 值 910, 水解时间 210h, 此时水 解度为 10% , 酸溶性蛋白肽得率达 85%。 316 Neutrase中性蛋白酶 N eutrase中性蛋白酶对大豆蛋白的水解度和 氮回收率仅次于 alcalase蛋白酶, 而比较产物的 苦味有大幅度的下降 [ 16] , 因此, 该酶可以作为水 解大豆蛋白的一种性质优良的酶。 将碱性蛋白酶和中性蛋白酶结合使用双酶法 水解大豆蛋白, 可达到较好的水解效果。在总酶 量一定时, 采用不同的酶分步接力水解达到的水 解度和多肽得率均可能高于一次性加入混合酶同 步水解。利用中性蛋白酶和谷氨酰胺转胺酶 (TG ) 对大豆分离蛋白进行复合改性, 可以改善 SPI的溶解性, 并且乳化性、发泡性均有提高 [ 17]。 317 AS11398中性蛋白酶 AS11398仅水解羧基端是 Tyr、 Phe、T ry等 芳香族疏水性氨基酸残基的肽键。采用中性蛋白 酶水解大豆蛋白, 可减轻苦味肽带来的苦味。该 酶的最适催化温度为 45e , 最适 pH 为 618 715[ 18] , 市售价格较低。汪建斌 [ 19] 等人认为 AS11398中性蛋白酶水解大豆蛋白速度缓慢, 水 解 6h后水解度仅为 1914%。 另有研究表明: 用 AS11398蛋白酶, 木瓜蛋 白酶复合酶解 SPI, 影响酶促水解反应速度的主 次顺序为: 水解时间、酶用量、反应温度、 pH。 其中酶解液的 pH 对反应速度影响很小, 考虑到 水解过程调节 pH 值较为麻烦, 且会带来不良风 味和增加盐的浓度, 因此以自然 pH为宜 [ 20]。 4 结语 目前, 关于大豆蛋白的改性问题国内外研究 均较多, 能够应用于酶法水解大豆蛋白的各种酶 已经或正在被广泛关注, 但是总体来看, 各种酶 132 各有其优劣之处, 而且大豆蛋白水解后存在苦味 的问题不容忽视。因此, 在该领域中, 关键是要 开发出一种性能十分优良的酶, 既具备良好的水 解能力, 又不会产生严重的苦味, 而且价格低 廉。目前, 为了达到这一目的, 大量研究转向了 微生物产酶这一领域, 然而我国在食品级酶制剂 的开发生产中与发达国家还有差距, 还存在产率 低、原料利用率低、成品得率低等问题, 因此, 需要食品专家及微生物学家的共同努力。 参考文献 [ 1] A zizah Abdul- H am id. 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(上接第 159页 ) 4114Lg /mL三个水平的 EDTA, 平均回收率分别 为: 9016%、 9015%、 9018% ( n = 8 ), RSD分 别为: 215%、214%、116%; 在水果罐头中分别 同样三个水平的 EDTA, 平均回收率分别为: 9313%、 9319%、9217% ( n = 8) RSD分别为: 212%、 218%、212%; 在饮料中分别添加同样三个 水平的 EDTA, 平均回 收率分别 为: 9613%、 9711%、 9616% ( n = 8) RSD 分 别为: 113%、 119%、116%, 在酱菜中分别添加同样三个水平的 EDTA, 平 均回 收率 分 别为: 9318%、 9215%、 9218% ( n= 8) RSD分别为: 215%、212%、218%。 参考文献 (略 ) 表 1 样品添加回收率测定结果 样品名称 蛋黄酱 (% ) 罐头 (% ) 饮料 (% ) 酱菜 (% ) 1 9012 8919 9013 9210 9312 9218 9813 9919 9811 9314 9113 9018 2 9318 9017 8812 9014 9718 8913 9616 9815 9416 9717 9612 9119 3 8713 8710 9210 9317 9110 9614 9417 9511 9516 9318 9417 9817 4 9119 9215 9016 9116 9217 9314 9717 9617 9819 8916 9216 8918 5 9012 9412 9214 9610 9511 9110 9519 9914 9619 9213 9016 9310 6 8812 8919 8916 9214 9716 9216 9714 9517 9417 9415 9216 9216 7 9012 8911 9017 9517 9212 9314 9616 9611 9715 9318 9017 9217 8 9312 9016 9215 9416 9114 9216 9611 9516 9618 9419 9114 9218