微生物中性蛋白酶的应用

背景及概述^[1]

微生物中性蛋白酶是一类在中性pH条件下作用于蛋白质肽键的一类蛋白酶，可将蛋白质水解成氨基酸、多肽以及游离氨基酸。二十一世纪初期，开始利用基因手段研究中性蛋白酶的性能和工业应用价值。微生物中性蛋白酶可应用于洗涤剂、饲料、酿酒酿造以及制革和医药等行业。

作用机理^[1]

蛋白酶根据作用pH的不同可以分为酸性蛋白酶（Acid proteases）、中性蛋白酶（Neutral proteases）和碱性蛋白酶（Alkaline proteases）。中性蛋白酶最适pH在7.0左右，并在pH 6.0~9.0之间保持稳定，一般分子量在35~40 kDa之间，活性中心为金属离子。中性蛋白酶主要生产菌株有枯草芽孢杆菌（B. sultilis）、米曲霉（Asp. oryzae）、毛霉（Mucor aceae）、栖土曲霉（Aspergillus terricola）热介蛋白芽孢杆菌（B.thermoprotyolyticus）、厌色链霉菌（St. griseus）和蜂蜜曲霉（A. melleus）等。

蛋白酶的催化过程已研究的比较透彻，整个催化过程共分为3个步骤，见图1：（1）底物进入活性区域，1个水分子连接于锌离子和Glu219之间被极化，其它水分子分布在整个蛋白分子中并稳定蛋白结构；（2）活化后的水分子亲核攻击肽键的羰基，形成不稳定的四面体结构；（3）四面体崩溃，肽键断裂，蛋白分子断裂成小分子多肽。在食品工业中蛋白质在蛋白酶的作用下水解成肽和氨基酸，通过水解可以提高和改善其溶解性、乳化性、起泡性、黏度和风味等，从而可以避免酸水解、碱水解对氨基酸的破坏作用及变旋，保证蛋白质的营养价值不受影响。     

应用^[1]

1　水解植物蛋白成功能多肽

蛋白酶能水解蛋白质为蛋白胨、多肽和氨基酸等水解产物，统称为水解蛋白，。目前国内对植物蛋白加工的研究主要集中在酶解条件优化、复合酶制剂的水解效果等内容。大豆含有大量的人体必需氨基酸、不饱和脂肪酸、维生素及微量元素。中性蛋白酶作用于大豆蛋白水解产生大豆多肽，大豆多肽具有高营养性，降压降脂，减少胆固醇的生理功效。中性蛋白酶还可以同氨肽酶等协同水解，大大缩短蛋白质的酶解时间。大豆在中性蛋白酶的作用下水解得到的蛋白液在pH 4~5之间溶解之后，还可以用于改善果汁口感和风味。

2　对动物蛋白的水解作用

动物蛋白相对与人类的营养结构比较吻合，其种类和结构更加接近人体的蛋白结构和数量，且一般都含有人体必需的8种氨基酸，所以动物蛋白质比植物

蛋白质营养价值高。动物蛋白水解产物应用到食品和保健品行业是目前热门研究方向。昆虫蛋白富含各种氨基酸，尤其是含人体不能合成的赖氨酸、苏氨酸和蛋氨酸等，营养价值极高，且极易被人体吸收。目前已经确定了中性蛋白酶水解制备蛋清蛋白肽的工艺条件，用中性蛋白酶将鸡全蛋清蛋白适度水解生产活性多肽，可以开发成功能食品以及医药保健品。

3　在肉类嫩化上的应用

中性蛋白酶还能用于肉类嫩化，主要是中性蛋白酶能将肌原纤维与弹性蛋白溶解从而变成无规则的结构，使肉质得到了嫩化，而肉的嫩度是消费者最重视的感官特征，是反应肉类质地的重要质量指标，所以肉类嫩化及加工一直是食品加工领域的热点之一。目前已用中性蛋白酶对文蛤肉、牛肉等进行水解，获得嫩化的肉制品。研究发现中性蛋白酶混合果汁对原料牛肉进行联合处理，果汁能够扩大酶的嫩化效果，同时硬度、内聚性和胶着性较小，原料牛肉色泽较佳。穆稳建利用中性蛋白酶掺入腌制剂中腌制腊牛肉致使TVBN含量明显增加，短期的腌制不足于引起肉品的腐败，且蛋白质降解所产生的复杂产物也赋予了腊牛肉独特的风味。目前，中性蛋白酶除了肉类嫩化外还能用于水解羊骨生成抗菌肽用于抗生素的替代研究。

4　在酿造业上的应用

啤酒发酵是经麦芽、大米和酒花经酶发酵而成，现加入外源酶代替麦芽中的内源酶水解淀粉和蛋白质，以便达到节省麦芽、提高辅料用量和降低成本的目的。中性蛋白酶使麦汁中含氮物质在各种组分比例中更合理，有助于提高啤酒的品质与稳定性。中性蛋白酶应用于啤酒酿造研究中，用生物技术代替传统的吸附分离去除非生物稳定性因素，结果表明添加中性蛋白酶后，提高麦汁中总氮的含量，降低了高分子蛋白质的含量，使蛋白质分区更为合理，有效地提高了啤酒的非生物稳定性。

主要参考资料

[1] 秦艳梅,刘春卯,郑翔,吴芳彤,罗同阳,王云鹏.微生物中性蛋白酶在食品工业的最新进展及应用前景[J].食品工业,2017,38(03):210-213.