木瓜蛋白酶在食品工业中应用研究进展

1、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、化工及未來食品加工方面的应用前呆进行展望。 关键词：木瓜蛋白酶：提取工艺；食品加工；应用applications of papain in the food industryjiang tian(wuhan polytechnic university, wuhan, 430023 )abstract: the papain was described, and its extr

2、action methods, research of extraction 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 (hi

3、s articlekey words: papain; extraction technology; food processing; application木瓜蛋白酶乂称木瓜酶，是一类疏基蛋白酶，广泛地存在于番木瓜(carica papaya)的根、茎、叶 与杲实内，未成熟杲实的乳汁中含量最丰富。木瓜蛋白酶的作用范围很广，水解温度为10°c80°c, 在ph值39的范围内对底物均有作用，且稳定性好。在密封容器内，4°c的条件下或阴凉干燥处保存 6个月酶活力仅下降010或10202|o木瓜蛋白酶具有较强的蛋白酶水解与合成能力，还具有凝 乳、解脂与溶菌活力，利用木瓜

4、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®叫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、纺织与日化用品等行业中，同时也受了医学界的极力关注与 重视叫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垠原始的提取方法是烘干法，就是在番木瓜浆液屮加入保护剂，然后将浆液离心, 取上清液放巴于鼓风干燥箱中，在5560°c烘干，粉碎后即得到粗酶制品。乙引等用这种方法所获 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0.16xl05u/g,且产品的纯度较低。木瓜蛋白酶的

5、提取也曾广泛采用单宁沉淀法，乙引等用单宁沉淀法提収了木瓜蛋白酶。先将番 木瓜乳汁离心，于上淸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 辻，沉淀单酶复合物，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3.53x105u/go但是这种方法存在环境污染等问题。1.2 h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片酶。1.2.1超滤法提取木瓜蛋白酶谭晶等用超滤技术分离木瓜蛋口酶。先将中空纤维超滤膜洗净，经过处理后，控制一定压力与 流量，进行超滤。木瓜蛋白酶是大分子物质，在超滤过

6、程中被截留，而水及小分子杂质透过牒，从而 达到分离与纯化的日的。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，蛋白质含虽为 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切曾用硫酸彼沉淀法分离木瓜蛋白酶。在粗酶液中加入一定浓度的硫酸镀溶液进行盐 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和 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

7、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屮添加某种化合物，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。何继芹何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9597%。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木瓜蛋白酶的捉取新技术131超声波法提取木瓜蛋片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

8、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,超声吋间200s,果浆质量分数30%,这吋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，还盂作进一 步纯化处理，这有待于进-步深入研究，以提高酶的活性与纯度

9、。1.3.2亲与膜色谱法提取木瓜蛋白酶亲与膜色谱技术是一种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 与分离结合起来，使之兼具膜分离与亲与分离的特点。聂华丽等仙以尼龙膜为慕质，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cibacron blucf3ga,得到一种新型 的亲与膜色谱材料，并用其对木瓜蛋白酶进行分离。结果表明，该亲与膜貝有良好的色谱性能，对木 瓜蛋白酶有较高的吸附量(235.3mg/g),使用该亲与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。亲与膜色谱与传统的膜分离、亲与色谱相比，不仅具有纯化倍数高、压降小分

10、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，而且比柱亲与色谱更易实 现规模化纯化分离。1.3.3双水相萃取提取木瓜蛋口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。sarote n等人用双 水和法提取了木瓜蛋白酶，结果衣明，用8%的聚乙二醇与15%的硫酸较组成的双水和体系对木瓜蛋白 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z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

11、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，木瓜蛋片酶的提取方法通常不具有典世性，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故大化。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，并且避免其在酸碱与有机介质屮失活，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、载体交联与包埋法口現 工海英 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

12、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ph7.0以下，溶液酶在ph7.0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与动力学性质。3 木瓜蛋白酶的应用3.1木瓜蛋白酶在食品中的应用3在豆类食品中的应用山于大豆蛋口营养价值较高，其中必需氨基酸含晁在植物蛋口中较为合理，并有良好的胶凝、乳 化、起泡能力。但是大豆蛋片在使用过程中存在

13、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來改善大豆蛋白的理化性质效果良好。日前，大豆蛋白的改性研究己具 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、发泡性与 着色性等。宋宏哲等主要针对蛋口的溶解性、发泡性、凝胶性等进行改性，确定锻优实验方案是：酶 浓度为7000u/g、温度为65°c、ph为6.5、反应时间为2h、底物浓度为5.5%。此条件卞进行木瓜蛋白 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

14、食品加工行业。 3.1.2在肉类食品屮的应用冃前，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与嫩肉粉的用量而 且同处理时间长短也有关系。肖蓉等应用于腊牛肉生产中，通过止交试验得出敲佳嫩度腌制配方:即添 加0.02%木瓜蛋白酶0.4%复合磷酸盐，经72 h腌制，产甜质童最佳。木瓜蛋白酶在使用过程屮耍注意其 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与其它一些小分子 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

15、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-起慢慢聚合成雾状的混浊物，严重影响啤酒的外观质屋。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 啤酒保存呵。此外，木瓜蛋口酶还能有效地提高麦汁中氨基酸的含显与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 氨基氮的含屋，有利于酵母的繁殖。同

16、时因。一氨基氮含量高，还可抑制a-乙瞅乳酸的产生，从而加速啤酒成熟i。3.1.4作为饼干松化剂在饼干、糕点屮使用木瓜蛋白酶可以通过破坏讎基，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；此外还可减少油脂与糖的用量。适用于各种风味的高、 屮、低档饼干、糕点及面包的制造卩役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与利用率。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

17、除消化紊乱的冃的；另-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3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。如洗农粉等洗涤剂中加入木瓜蛋白酶能快速地清

18、洗农物中的血渍与 汗溃。此外，木瓜蛋白酶还可以促进中药成分的有效煎出，用于辅助rh血型的鉴定，还可用于肿瘤的 辅助治疗等。3.2木瓜蛋白酶在医药方面的作用3.2.1辅助治疗肿瘤在化疗期间口服木瓜蛋白酶，可以降低化疗的副作用而增强化疗的疗效。3.2.2 治疗皮肤溃疡可以消除挫伤、切断伤、烧烫伤等各种皮肤表面的溃疡，可以有效去除腐烂组织而防止皮肤的感 染，而对健康组织无影响。323建立关节炎实验模型将木瓜蛋口酶注入新西兰大鼠的关节内，经连续三次注射，大鼠的关节在12周内出现了慢性关节 炎的症状。此模型可用于研究关节炎发病的机理，为阻止与逆转关节炎的药物提供实验载体。3.2.4细胞培养木瓜蛋白酶在准

19、备细胞培养液的第一步屮被用于分离细胞。用酶处理小组织块10分钟后，就可 以将连接细胞的细胞外基质打断；然后再用蛋白酶抑制剂来停止反应，防止木瓜蛋白酶进一步裂解细 胞本身；最后用pasteur pipette将组织块打散为单细胞悬浮液。3.2.5免疫学免疫学中，木瓜蛋白酶可被用于将免疫球蛋白（即抗体）的fc片段（可结晶）与fab片段（抗原 结合）切割开。3.3 木瓜蛋白酶在其它行业的应用3.3.1美容化妆品将木瓜蛋白酶加入到含有蛋白质与油脂的化妆品中，具有独特的美白嫩肤、美颜保健、祛斑除污 垢、促进血液循环、改善肌肤等功效，提高产品档次。可制成减吧茶、美容护脐品等。3.3.2日化品工业用于香皂、

20、肥皂、洗涤剂、洗衣粉、洗手液等，去污力强，除菌消毒、安全放心。3.3.3饲料工业用于饲料添加剂，开发蛋白源，利于吸收，提高饲料的利用率，节约成本，有助于牲畜消化，加 速生长。如在猪、牛、羊、鸡、鸭、鹅、鱼、虾等饲料屮添加。还可以作为蔬菜水果高级复合肥料的 添加剂。3.3.4皮革工业利用木瓜蛋白酶制成脱毛剂，糅制皮革，具有毛孔细腻，皮纹光亮效果。纺织工业应用：可用于 处理羊毛、蚕蛹脱胶、蚕丝精炼，能达到手感柔软、舒适、抗收缩、抗张强度等效果。4 结语目前，木瓜蛋白酶被广泛地应用于食品行业，如肉类、啤酒、调味品等的生产。随着我国人民生 活水平的提高，人们对食品安全与食品营养的问题越來越关注，而木瓜

21、蛋白酶可用來生产安全、营养 的食品，如具有保健功能的口服液等，具有良好的市场前景。同时，为了满足各行各业对木瓜蛋白酶 的需求，尤其足食品与医药行业，研究如何分离纯化得到成木低、纯度高的木瓜蛋白酶就很有意义。因此，对木瓜蛋白酶的提取与分离纯化技术进行深入的研究，提取高质晁的木瓜蛋口酶具有重要的实用价值。参考文献：11万姓张海徳，曹贵兰.超滤法在番木瓜捉取木瓜蛋白酶工艺小的应用研究j1.粮食与食品工业,2012.04:33-37. 周冉，常明，王飞，孙耀冉，胡瑞省,张炜.仿生硅化-磁性fe.©固定化木瓜蛋白酚的性质|j.食品工业科技,2014.12:180-183.13j李少华.赵驼军.菅景颖徐力强.帐志胜.木瓜蛋白酶水解猪皮制条胶原多肽的研究卩.負品科学.200&05:195-19&4赵谋明開雪松.木瓜蛋白酹水解鸡肉蛋白及其产物氨基酸分析研究j.食品科学,2005,s 1:6-9.15赵电波，陈趾张丽尧.木瓜蛋口阳的提取及应用研允进展卩.肉类研,2010.11:19-23. 何继芹，张海徳.木瓜蛋白酶的分离方法及其应用进展卩食品科技,2(x)60:66-69.7|乙引.谭爱处刘宇，王利民.木瓜蛋白側的生产工艺研究卩.贵州农业科学,2000.05:24-25.18谭晶.陈季旺滾文水.舒静.超滤分离具有壳聚糖酶活力的木瓜蛋白酶m食品与机械.2007.06: