风味酶水解乳清蛋白生产蛋白胨的工艺条件

石丹，王彩云，云战友，高海燕

（1.内蒙古伊利实业集团股份有限公司，呼和浩特 010080；2.内蒙古农业大学食品科学与工程学院，呼和浩特 010018）

风味酶水解乳清蛋白生产蛋白胨的工艺条件

石丹1，王彩云1，云战友1，高海燕2

（1.内蒙古伊利实业集团股份有限公司，呼和浩特 010080；2.内蒙古农业大学食品科学与工程学院，呼和浩特 010018）

为了提高原料乳清蛋白（WheyProteinConcentrate，WPC）的产品附加值，利用风味蛋白酶对WPC进行水解，生产蛋白胨产品。结果表明：最优工艺条件为E/S（18 000 U/100 mL），温度为55℃，pH值6.0，水解时间为4.0 h，底物质量分数为8%，水解度为46.4%。利用此工艺生产的蛋白胨产品在理化指标、氨基酸组成及质量分数上均要好于市售的同类产品。

乳清蛋白；水解度；风味蛋白酶；蛋白胨

0 引 言

近年来，中国乳品企业承受着国际国内需求不断升级和市场原材料价格普遍上涨的压力，因此，如何在乳品成本压力骤升、盈利能力下降的行业背景下提升乳品企业的竞争力，已经成为每个乳品企业急需解决的问题。这就需要突破传统的乳品研发概念，依靠科技进步，调整乳制品结构，不断进行产业升级，探索乳在食品行业之外的应用，开发出高附加值的产品。

本研究以乳品企业的大宗原料产品乳清蛋白为主要原料，利用风味蛋白酶进行水解，并确定最优的水解工艺条件，生产价值更高的蛋白胨类产品[1-5]。本工艺研究不仅可以为乳品原料找到新的利用价值，同时还可以解决部分不合格奶或者是过期奶的问题，应对突发危机，提升废物利用价值，同时本研究还可以为开发功能性活性肽，如酪蛋白磷酸肽、降血压肽，降血糖肽等探索新的思路[6-10]。

1 实 验

1.1 材料与试剂

风味蛋白酶（F 1000L）测得活力为12 316.96 U/g；WPC；其他试剂均为优级纯或分析纯。

1.2 仪器与设备

756PC型紫外可见分光光度仪，BP211D型电子天平，LSHZ-300型冷冻水恒温振荡器。

1.3 测定方法

酶活力测定采用紫外分光光度法测定蛋白酶的活力[11，12]；水解度的测定采用三硝基苯磺酸钠（TNBS）法[13，14]。

1.4 方法

1.4.1 酶浓度与底物溶液浓度比值的选择

乳清蛋白溶液的质量分数8%，温度为55℃、pH值为7.0，分别在E/S为40.00，60.00，80.00，100.00，120.00，140.00，160.00，180.00，200.00 U/mL条件下水解2 h，测定其水解度，找出最适E/S。

1.4.2 酶解温度的选择

乳清蛋白溶液的质量分数8%，pH值为7.0，E/S为2.2中确定的最适条件，分别在45℃、50℃、55℃、60℃和65℃条件下水解2 h，测定其水解度，找出最适酶解温度。

1.4.3 酶解pH值的选择

乳清蛋白溶液的质量分数为8%，温度为文中2.2.2选定的最佳温度，E/S为1.4.1中确定最适条件，pH值分别为5.0，6.0，7.0，8.0和9.0，水解2 h，测定其水解度，找出最适pH值。

1.4.4 酶解时间的选择

按以上选定的最佳参数，分别水解2，2.5，3，3.5，4 h；测定其水解度，找出最佳酶解时间。

1.4.5 灭酶活

水解液在沸水浴中保持10 min，可使风味蛋白酶结构发生变化，达到不可逆失活的效果。

1.4.6 酶解最优工艺条件的确定

以水解度为考察指标，对水解条件进行优化，确定酶解的最佳工艺。对酶浓度与底物溶液浓度比（E/S）、水解温度（℃）、pH值、反应时间（h）进行四因素三水平正交实验。因素和水平排列如表1所示。

表1 正交实验因素水平

2 结果与分析

2.1 酶浓度与底物浓度最佳比值的确定

酶浓度与底物溶液浓度（E/S）之比，比酶浓度本身能更好地反映酶解过程中的反应速度特征。当底物浓度一定，而增加的酶量又未使底物浓度饱和时，则E/S越大，反应速度也越快，蛋白质的水解率也越高。但E/S过大，生产成本也相应提高，同时，也有可能导致酶自身相互水解，使酶活力降低。结果如图1所示。

由图1可知，水解度随E/S的增大而增大，但E/S＞160.00 U/mL时，酶解率增加不明显，考虑到生产成本问题，选择E/S为180.00 U/mL较为合适。

2.2 最适酶解温度的确定

在蛋白质酶解过程中，温度对酶解反应效率的影响包括两个方面，即蛋白酶催化反应速度及蛋白酶的稳定性。在一定范围内升高温度，底物转变成产物的速度加快，酶解效率也相应提高。温度过高，酶蛋白变性，酶的稳定性下降，酶解效率随之降低。分别在45，50，55，60和65℃时测定风味蛋白酶水解WPC后的水解度，结果如图2所示。

由图2可以看出，55℃时，水解度最高；55℃后，由于风味蛋白酶的稳定性下降，酶被钝化，使酶解率降低。故选定55℃为最适酶解温度。

2.3 酶解最佳pH值的确定

pH值对酶催化反应的影响包括两个方面，即影响酶的稳定性以及酶催化底物转变成产物。分别在pH 5.0，6.0，7.0，8.0和9.0的条件下测定酶解液的水解度，结果如图3所示。

由图3可以看出，在不同pH值下，蛋白酶对WPC的水解作用不同。当pH值为6.0时，酶解液的水解度最高；pH值低于或高于6.0时，酶稳定性减弱，酶活降低，酶解率下降。因此，风味蛋白酶水解WPC的最适pH值为6.0。

2.4 酶解时间的确定

酶解时间主要依据酶解产物的分子量分布，原则上酶解时间越长酶解产物中游离氨基氮的质量分数及短肽的质量分数越高，但要考虑生产成本，如果产品达到相关检测指标之后，即可终止酶解过程。不同酶解时间对水解度的影响如图4所示。

实验结果表明，当酶解时间为4h时，酶解产物中游离氨基氮的质量分数最多，符合要求。故选定酶解时间为4 h。

2.5 正交实验

通过单因素实验，可以得到各因素的最佳值，从而确定每个因素的最佳使用区域，再进行正交实验，水解度结果如表2所示。

表2 L9（34）正交设计方案及实验结果

可以根据极差R的大小来确定各因子影响指标的主次顺序。由表2可以看出，各因子的极差R的大小依次为B＞C＞A＞D，因此各因素的影响排列顺序依次为温度＞pH值＞E/S＞时间。

通过对表2和图5数据的比较分析，并对生产成本的综合考虑，确定风味蛋白酶酶解WPC的最优工艺条件为A2B2C2D2，即：E/S为180.00 U/mL，温度为55℃，pH值为6.0，时间为4.0 h。

3.6 蛋白胨产品的分析

利用此酶解工艺条件制得的WPC水解液经过处理得到的蛋白胨产品的理化指标、氨基酸组成及质量分数如表3和表4所示。

表3 蛋白胨的理化指标

通过表3和表4中的测定结果可以看出，该蛋白胨产品的总氮质量分数大于12%，氨基氮质量分数大于3%，说明该产品在质量上满足培养基协会规定的蛋白胨类产品的要求[15]。同时由于乳清蛋白在氨基酸组成方面要优于其他的蛋白胨类的生产原料，所以利用乳清蛋白制得的蛋白胨产品能够很好的满足微生物生长的营养需求。

3 结 论

（1）使用风味蛋白酶水解WPC的最佳工艺条件为E/S（18 000 U/100 mL），温度55℃，pH值为6.0，水解时间4.0 h，底物浓度为8%。此时，风味蛋白酶水解WPC的水解度为46.4%。

（2）利用此工艺条件生产的蛋白胨产品在总氮和氨基氮质量分数上，满足蛋白胨产品的规格要求，其氨基酸组成丰富，微生物生长所需的谷氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸等氨基酸质量分数较高，该蛋白胨产品质量较高。

（3）此工艺的确定可以为乳品企业中大宗原料乳清蛋白找到新的利用途径，开发出更高价值的产品，同时利用此酶解工艺技术也可以为后续功能性多肽产品的开发打下良好的基础。

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Study on the production conditions of peptone using the enzymolysis of whey protein powder by flavourzyme

SHI Dan1，WANG Cai-yun1，YUN Zhan-you1，GAO Hai-yan2
（1.Inner Mongolia Yili Industrial Group Co.Ltd.，Hohhot 010080，China；2.Inner Mongolia Agricultural University，Institute of Food Science and Engineering，Hohhot 010018，China）

The production conditions of peptone using the enzymolysis of Whey Protein Powder（WPC）by Flavourzyme for increasing the added value of the ingredient WPC.The results showed that the best enzymolysis conditions were as follows：temperature 55℃,pH6.0,E/S 18 000 U/g,hydrolysis time 4.0 h,substrate concentration 8%，the degree of hydrolysis（DH）46.4%.With this technology,the peptone products in the physical and chemical results,amino acid composition and content were better than on similar products commercially available.

whey protein；degree of hydrolysis；flavourzyme；peptone

Q516

A

1001-2230（2011）10-0004-04

2011-04-06

石丹（1983-），男，工程师，硕士，研究方向为乳制品加工工艺。

云战友