蛋白酶生产及应用的相关研究进展

邱燕翔 肖浩 周子煜

蛋白酶与人体的生理活动、工业生产领域以及我们日常生活当中所涉及到的衣食住行，无不存在着蛋白酶的痕迹。在全球酶制剂市场当中，蛋白酶的销售额已经远远超过了百分之六十。由于蛋白酶有着十分广泛的应用领域和显著的应用价值，所以本文将对此作详细的探讨，希望能够进一步推动蛋白酶的应用，充分发挥蛋白酶的应用价值。

微生物蛋白酶生产概述

大多数情况下，细菌中的中性和碱性蛋白酶都是通过液体深层培养法来进行生产的，而霉菌蛋白酶通常是利用固体培养法进行生产。之所以采用固体培养方法，是因为固体培养不容易受到污染，方便管理，同时还具有降低能源消耗和提高单位生产量的优势。在液体深层培养和固体培养这两种不同的培养方法当中，相同的菌种所生产出来的蛋白酶，即使是在同样的活性水平环境下，其实际培养生产的效果都是不一样的。固体培养物在辐照或者环氧乙烷灭菌的处理下，根据用途的不同可以将其直接用作粗酶，从而能够达到有效降低成本开支的效果，例如将其作为饲料添加剂或者应用于制革工业当中。另外，微生物生产蛋白酶与其自身的生长是有着显著的联系的。例如芽孢杆菌生产中性蛋白酶，是在对数生长期同步产生的，而碱性蛋白酶是在对数生长期期末开始大量生成的，也就是在芽孢开始形成的时候，这时芽孢杆菌能够达到产酶开闸的效果。

蛋白酶的应用概述

蛋白酶具有十分广泛的用途和显著的应用价值，其中应用最为广泛的就是作为洗涤剂添加剂，其次就是在饲料、食品行业、各类工业当中的应用。

蛋白酶在洗涤剂中的应用。目前全球的洗涤剂生产量已经达到了上亿吨，欧洲地区生产的添加蛋白酶的洗衣粉已经占到了洗衣粉总量的8成，在美国有45%的洗涤剂都添加了蛋白酶，日本有六成以上的洗衣粉添加了蛋白酶。从整体销售情况来看，全球碱性蛋白酶的销售量已经超过了整个酶制剂市场的四分之一。一般来说，用作洗涤添加剂的碱性蛋白酶应当满足以下两个条件：首先，具有广泛的专一性，从而才能对血渍、食物、汗液等分泌污渍进行有效分解；其次，具有较强的稳定性，能够与其他洗涤添加剂共存且不受影响。在芽孢杆菌碱性蛋白酶的应用当中，其最合适的温度是60℃。在欧洲，人们洗涤衣物通常用40～60℃的温水进行浸泡，从而能够让碱性蛋白酶充分发挥其作用，达到较好的洗衣效果。而在亚洲地区，尤其是发展中国家，为了节约能源，人们习惯于用冷水洗涤衣物，所以在亚洲地区研发低温蛋白酶更为实用。

洗涤剂当中所用到的碱性蛋白酶主要是由芽孢杆菌生成的，但是制品中的细菌很难清除干净，而真菌蛋白酶制作无菌制品的难度更小，因而人们开始关注到真菌蛋白酶的研发，目前印度市场当中已经有类似制品的出售。

蛋白酶在制革工业中的应用。蛋白酶在制革工业当中也有十分广泛的应用。在原料皮当中，有高达95%的蛋白质成分，其中纤维蛋白质胶原占到了93%，这也是制革工业当中价值最大的部分。在制革工艺当中，首先需要进行浸渍、脱脂和脱毛以及软化处理，从而将原料皮当中的残余肉质、脂肪、毛等等清除干净。在这一过程当中，需要用到很多化工原料，这些原料对环境有较大的污染。通过蛋白酶，其可以进行水解角蛋白、弹性蛋白与球蛋白等杂质，在浸水时能够加速皮子吸水，在脱毛时能够对毛皮与表皮之间的类粘蛋白进行分解，从而促使胶原纤维松散，使得经过处理的皮革更加柔软。

在上个世纪七十年代以后，经过相关部门的努力，大力促进了酶脱毛的相关研究进展，使得酶脱毛这项制革工艺得到流传和发展，在工艺当中所用到的蛋白酶主要包括中性蛋白酶1.398、放线菌166、栖土曲霉3.942 和碱性蛋白酶2709等等。相比于灰碱法，酶脱毛所产生的废水能够减少60%左右，同时减少七成的硫化物。在降低环境污染和能源消耗的同时，酶脱毛工艺的使用还能有效改善劳动环境。在我国，由于蛋白酶大都是粗制品，因而其有效组成不具有稳定性，导致酶脱毛工艺还没有得到更为广泛的应用，还无法达到完全取代灰碱法的效果。目前国外已经开始研究根据不同的皮种应用不同工序的蛋白酶。

蛋白酶在食品工业中的应用。首先是在干酪的生产当中，全球用于干酪生产的牛奶耗用量达到了上亿吨，是全球牛奶总产量的四分之一。从具体的生产过程来看，首先需要利用乳酸菌将牛奶发酵成酸奶，然后添加凝乳酶，使得牛奶蛋白质当中的特定肽键Phe105-Met106切开，生成К-酪蛋白多肽，然后在Ca2+条件下进行凝固，再经过处理发酵熟化。其中凝乳酶主要取自于小牛第四胃，过去传统工艺是宰杀小牛来提取酶，如今随着理论研究的突破，大部门凝乳酶都都是通过微生物发酵而成的。另外，在面粉当中的蛋白质，通过米曲霉蛋白酶和肽酶对其进行水解，能够有效改善面团性能，从而满足不同制品生产的需求。在木瓜当中的蛋白酶能够作为嫩肉剂，使得肉类口感更加鲜嫩。除此之外，蛋白酶还可以用于茶类饮料的生产，通过蛋白酶的作用能够有效消除茶饮料当中的混浊现象，同时延长产品的保质期，增加饮料香味。

蛋白酶具有十分广泛的应用，除了上述的洗涤添加剂、制革工业以及食品工业而外，蛋白酶还在医药行业、纺织工业、裘皮工业等多领域当中发挥着重要的作用。目前各类蛋白酶已经在我国工业领域中得到了推广和普及，大力推动了相关行业的发展，但是与发达国家的相关技术相比，仍然还有较大的进步空间。相信随着蛋白酶相关理论研究的深入，我们将会迎来新的研究成果和理论突破。

（作者单位：广州市味研生物工程科技有限公司）