蛋白酶生產(chǎn)及應(yīng)用的相關(guān)研究進(jìn)展

邱燕翔 肖浩 周子煜

蛋白酶與人體的生理活動、工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域以及我們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中所涉及到的衣食住行，無不存在著蛋白酶的痕跡。在全球酶制劑市場當(dāng)中，蛋白酶的銷售額已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了百分之六十。由于蛋白酶有著十分廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和顯著的應(yīng)用價值，所以本文將對此作詳細(xì)的探討，希望能夠進(jìn)一步推動蛋白酶的應(yīng)用，充分發(fā)揮蛋白酶的應(yīng)用價值。

微生物蛋白酶生產(chǎn)概述

大多數(shù)情況下，細(xì)菌中的中性和堿性蛋白酶都是通過液體深層培養(yǎng)法來進(jìn)行生產(chǎn)的，而霉菌蛋白酶通常是利用固體培養(yǎng)法進(jìn)行生產(chǎn)。之所以采用固體培養(yǎng)方法，是因為固體培養(yǎng)不容易受到污染，方便管理，同時還具有降低能源消耗和提高單位生產(chǎn)量的優(yōu)勢。在液體深層培養(yǎng)和固體培養(yǎng)這兩種不同的培養(yǎng)方法當(dāng)中，相同的菌種所生產(chǎn)出來的蛋白酶，即使是在同樣的活性水平環(huán)境下，其實際培養(yǎng)生產(chǎn)的效果都是不一樣的。固體培養(yǎng)物在輻照或者環(huán)氧乙烷滅菌的處理下，根據(jù)用途的不同可以將其直接用作粗酶，從而能夠達(dá)到有效降低成本開支的效果，例如將其作為飼料添加劑或者應(yīng)用于制革工業(yè)當(dāng)中。另外，微生物生產(chǎn)蛋白酶與其自身的生長是有著顯著的聯(lián)系的。例如芽孢桿菌生產(chǎn)中性蛋白酶，是在對數(shù)生長期同步產(chǎn)生的，而堿性蛋白酶是在對數(shù)生長期期末開始大量生成的，也就是在芽孢開始形成的時候，這時芽孢桿菌能夠達(dá)到產(chǎn)酶開閘的效果。

蛋白酶的應(yīng)用概述

蛋白酶具有十分廣泛的用途和顯著的應(yīng)用價值，其中應(yīng)用最為廣泛的就是作為洗滌劑添加劑，其次就是在飼料、食品行業(yè)、各類工業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用。

蛋白酶在洗滌劑中的應(yīng)用。目前全球的洗滌劑生產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了上億噸，歐洲地區(qū)生產(chǎn)的添加蛋白酶的洗衣粉已經(jīng)占到了洗衣粉總量的8成，在美國有45%的洗滌劑都添加了蛋白酶，日本有六成以上的洗衣粉添加了蛋白酶。從整體銷售情況來看，全球堿性蛋白酶的銷售量已經(jīng)超過了整個酶制劑市場的四分之一。一般來說，用作洗滌添加劑的堿性蛋白酶應(yīng)當(dāng)滿足以下兩個條件：首先，具有廣泛的專一性，從而才能對血漬、食物、汗液等分泌污漬進(jìn)行有效分解；其次，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，能夠與其他洗滌添加劑共存且不受影響。在芽孢桿菌堿性蛋白酶的應(yīng)用當(dāng)中，其最合適的溫度是60℃。在歐洲，人們洗滌衣物通常用40～60℃的溫水進(jìn)行浸泡，從而能夠讓堿性蛋白酶充分發(fā)揮其作用，達(dá)到較好的洗衣效果。而在亞洲地區(qū)，尤其是發(fā)展中國家，為了節(jié)約能源，人們習(xí)慣于用冷水洗滌衣物，所以在亞洲地區(qū)研發(fā)低溫蛋白酶更為實用。

洗滌劑當(dāng)中所用到的堿性蛋白酶主要是由芽孢桿菌生成的，但是制品中的細(xì)菌很難清除干凈，而真菌蛋白酶制作無菌制品的難度更小，因而人們開始關(guān)注到真菌蛋白酶的研發(fā)，目前印度市場當(dāng)中已經(jīng)有類似制品的出售。

蛋白酶在制革工業(yè)中的應(yīng)用。蛋白酶在制革工業(yè)當(dāng)中也有十分廣泛的應(yīng)用。在原料皮當(dāng)中，有高達(dá)95%的蛋白質(zhì)成分，其中纖維蛋白質(zhì)膠原占到了93%，這也是制革工業(yè)當(dāng)中價值最大的部分。在制革工藝當(dāng)中，首先需要進(jìn)行浸漬、脫脂和脫毛以及軟化處理，從而將原料皮當(dāng)中的殘余肉質(zhì)、脂肪、毛等等清除干凈。在這一過程當(dāng)中，需要用到很多化工原料，這些原料對環(huán)境有較大的污染。通過蛋白酶，其可以進(jìn)行水解角蛋白、彈性蛋白與球蛋白等雜質(zhì)，在浸水時能夠加速皮子吸水，在脫毛時能夠?qū)γづc表皮之間的類粘蛋白進(jìn)行分解，從而促使膠原纖維松散，使得經(jīng)過處理的皮革更加柔軟。

在上個世紀(jì)七十年代以后，經(jīng)過相關(guān)部門的努力，大力促進(jìn)了酶脫毛的相關(guān)研究進(jìn)展，使得酶脫毛這項制革工藝得到流傳和發(fā)展，在工藝當(dāng)中所用到的蛋白酶主要包括中性蛋白酶1.398、放線菌166、棲土曲霉3.942 和堿性蛋白酶2709等等。相比于灰堿法，酶脫毛所產(chǎn)生的廢水能夠減少60%左右，同時減少七成的硫化物。在降低環(huán)境污染和能源消耗的同時，酶脫毛工藝的使用還能有效改善勞動環(huán)境。在我國，由于蛋白酶大都是粗制品，因而其有效組成不具有穩(wěn)定性，導(dǎo)致酶脫毛工藝還沒有得到更為廣泛的應(yīng)用，還無法達(dá)到完全取代灰堿法的效果。目前國外已經(jīng)開始研究根據(jù)不同的皮種應(yīng)用不同工序的蛋白酶。

蛋白酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用。首先是在干酪的生產(chǎn)當(dāng)中，全球用于干酪生產(chǎn)的牛奶耗用量達(dá)到了上億噸，是全球牛奶總產(chǎn)量的四分之一。從具體的生產(chǎn)過程來看，首先需要利用乳酸菌將牛奶發(fā)酵成酸奶，然后添加凝乳酶，使得牛奶蛋白質(zhì)當(dāng)中的特定肽鍵Phe105-Met106切開，生成К-酪蛋白多肽，然后在Ca2+條件下進(jìn)行凝固，再經(jīng)過處理發(fā)酵熟化。其中凝乳酶主要取自于小牛第四胃，過去傳統(tǒng)工藝是宰殺小牛來提取酶，如今隨著理論研究的突破，大部門凝乳酶都都是通過微生物發(fā)酵而成的。另外，在面粉當(dāng)中的蛋白質(zhì)，通過米曲霉蛋白酶和肽酶對其進(jìn)行水解，能夠有效改善面團(tuán)性能，從而滿足不同制品生產(chǎn)的需求。在木瓜當(dāng)中的蛋白酶能夠作為嫩肉劑，使得肉類口感更加鮮嫩。除此之外，蛋白酶還可以用于茶類飲料的生產(chǎn)，通過蛋白酶的作用能夠有效消除茶飲料當(dāng)中的混濁現(xiàn)象，同時延長產(chǎn)品的保質(zhì)期，增加飲料香味。

蛋白酶具有十分廣泛的應(yīng)用，除了上述的洗滌添加劑、制革工業(yè)以及食品工業(yè)而外，蛋白酶還在醫(yī)藥行業(yè)、紡織工業(yè)、裘皮工業(yè)等多領(lǐng)域當(dāng)中發(fā)揮著重要的作用。目前各類蛋白酶已經(jīng)在我國工業(yè)領(lǐng)域中得到了推廣和普及，大力推動了相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，但是與發(fā)達(dá)國家的相關(guān)技術(shù)相比，仍然還有較大的進(jìn)步空間。相信隨著蛋白酶相關(guān)理論研究的深入，我們將會迎來新的研究成果和理論突破。

（作者單位：廣州市味研生物工程科技有限公司）