1、蛋白酶在低值水产品加工中的应用摘要:阐述了蛋白酶的种类,探讨了蛋白酶在低值水产品加工方面的应用现状,分析了其中存在的问题及未来发展趋势,为蛋白酶在水产品开发方面提出一些有益见解。 关键词:蛋白酶;种类;低值水产品加工;应用现状;存在问题;发展趋势 AbstractIn this paper,types of protease were expounded,the protease preparation application in low value aquatic product processing was introduced. The key problems in applicat
2、ion and the development trend in future were studied so as to put forward some valuable standpoints on protease preparation application in low value aquatic product processing. Key wordsprotease;types;low value aquatic product;application status;problems;developement trend 水产品是人类优质蛋白质的主要来源之一,富含人体必需的
3、 8 种氨基酸,而且数量和比例符合人体需要,属于完全蛋白质。水产品能够提供高度不饱和脂肪酸。鱼脂肪中高度不饱和脂肪酸 EPA 和 DHA 是人体必需的脂肪酸,具有重要的生理作用。水产品还能够提供丰富的维生素、矿物质和卵磷脂等营养物质。鱼类富含人体所需多种维生素和矿物质,对人体的健康成长都有非常重要的意义。鱼类(尤其是海产鱼)矿物质质量分数较高,为 1%2%。其中磷的质量分数最高,钙、钠、氯、钾、镁质量分数丰富。低值水产品是指经济价值较低的一类水产品,主要包括以下 2 种类型,一种是小鱼、毛虾等价格较低、不便食用的渔获物;另一种是水产品在进行加工时所产生的下脚料,如对虾、罗非鱼加工中产生的虾头及
4、鱼排等废弃物。近年来由于水体污染和捕捞过度,渔获物中小鱼虾等低值、低质水产品的比例不断提高。由于我国水产加工水平较低,水产加工副产品产量极大。随着人们生活水平提高,已不满足直接食用低值淡水鱼、虾,迫切需要具有特殊风味的新型水产品方便食品出现,这方面的市场前景广阔。 1 蛋白酶的种类 食品加工中使用的种类繁多,并且有不同的分类方法。蛋白酶从来源上分为动物蛋白酶、植物蛋白酶和微生物蛋白酶;从活性集团上分为金属蛋白酶、巯基蛋白酶、丝氨酸蛋白酶;从作用环境分为酸性蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶;从应用上也分很多,比如肉制品用、啤酒用等;从剪切集团分内切酶和外切酶 2 种主要类型,内切酶能够分解大分子的
5、蛋白质生成多肽,包含短肽及部分功能性肽;外切酶又可称为肽酶,它从末端开始切割蛋白和肽链,释放出具有特殊功能和风味的氨基酸1。在食品蛋白质加工领域,通过使用食品级蛋白酶制剂,改变了使用酸碱所带来的三氯丙醇等有害物质的水解工艺,避免了水解风味差、含盐量高、腐蚀严重、营养损失大、生产时间长、环境污染等缺点,从而从人体健康与营养、对环境友好的角度来进行食品蛋白质加工,作为绿色天然的蛋白酶,可以从现代生物学、蛋白质组学、食品营养学等多个学科角度,为人类提供美味、可口的蛋白质加工产品。根据产品特点及酶资源情况,蛋白酶在水产品中的使用方法也是多种多样的。最常用的就是加入商业酶制剂,特点是使用方便,便于控制,
6、但生产成本比较高2;也可以通过直接加入蛋白酶丰富的产品的方式来提供蛋白酶3,特点是就地取材,成本低,但会将蛋白酶源的食品特性带入,可能产生不利影响;还可以利用食品内源蛋白酶进行水解,特点是节约成本,但时间相对较长4。 2 蛋白酶在低值水产品加工中的应用现状 2.1 提取蛋白质 提取蛋白质的方法应该根据其特点来选择,常用蛋白质提取方法有水溶液提取法、有机溶剂提取法及酶法提取方法等。稀盐和缓冲系统的水溶液对蛋白质的稳定性好,溶解度大,是提取蛋白质最常用的溶剂。水溶液提取蛋白质要注意温度、pH 值和盐浓度的控制,防止蛋白质变性。一些和脂类结合比较牢固或者分子中非极性侧链较多的蛋白质,不溶于水、稀盐溶
7、液、稀酸或稀碱中,可用乙醇、丙酮或丁醇等有机溶剂,它们具有一定的亲水性,还有较强的亲脂性,是理想的提取脂蛋白的提取液,但必须要在低温下操作。酶法提取蛋白质是对食品原料中的蛋白质进行有限水解,使蛋白质从其他成分中游离出来,然后再进行分离。酶法提取的蛋白质与食品原料中的蛋白质有很大区别,除了蛋白质外,产物中含有较多的肽类及氨基酸成分。液化食用鱼蛋白易溶于水,富含蛋白质。它的溶解特性(如可溶性、可湿性、弥散性和溶解速度)优于糖和奶粉,可用于制作鱼糊、调味品、人造牛奶、人造肉类制品和蛋白质饮料。使用蛋白酶水解鱼肉浆即可获得食用鱼蛋白,采用这种方法可避免营养素的损失,避免产生臭味和微生物危害,提高产品的
8、感官质量5。 2.2 提取生物活性物质 利用蛋白酶水解作用,将水产品蛋白质分解,活性物质游离出来后,再进行分离。利用水产品提取生理活性物质是目前研究热点之一。主要的生理活性物质包括生物活性肽、多糖类及 EPA 和 DHA 等高度不饱和脂肪酸。吴红棉等6人从珠母贝肉酶解液中分离出糖胺聚糖,经动物试验证明具有抗肿瘤活性。Liu 等7利用胰蛋白酶从金枪鱼头中提取 EPA 和DHA。采用酶法从低值水产品中提取活性肽更是目前研究热点,先后从鱼、虾、贝等原料中分离出来降血压肽(ACEI)、高 F 值寡肽、谷胱甘肽(GSH)8-10。制备活性肽的方法很多。目前有酸水解法、化学合成法、基因重组法及酶法。酸水解
9、法工艺简单、成本低,但因氨基酸受损严重、水解难控制而较少应用;化学合成法采用液相或固相化学合成法可制取任意需要的活性肽,但因成本高、副反应物及残留化合物多,生理活性不稳定等因素而制约其发展;基因重组法采用 DNA 重组技术制取活性肽,目前还处在试验阶段;酶法生产活性肽产品安全性极高,生产条件温和,水解易控制,可定位生产特定的肽,成本低,已成为最主要的生产方法。 3 存在的问题 3.1 酶工业的发展 随着我国食品工业的迅猛发展以及食品市场的不断繁荣,人们对食品质量及安全的要求不断提高,食品健康及卫生安全问题也越来越引起人们的重视。在食品行业,蛋白质的深加工占据了很大的比例,曾经普遍使用的酸碱水解
10、法因存在食品安全和产品质量差等原因,使其产品在应用上受到很大的限制。随着生物技术和生物工程的应用与发展,纯天然无毒害的酶法生产,因其具有天然无毒、不含氯丙醇、生产条件温和、成本低和产品质量上佳等优点,已成为了大势所趋。近 30 年来,我国酶制剂工业获得了较快发展,但与发达国家相比,还有较大差距。在全世界有名的酶制剂企业中,丹麦 NOVO 公司牢牢占据着龙头地位,占有 50%以上市场份额,杰能科公司其次,占 25%左右市场份额,其他各国酶制剂生产企业分享余下的25%市场份额。我国酶制剂工业主要差距表现在以下几个方面:提取工艺和装备落后,产品杂质多、质量;产品结构不合理,影响酶制剂行业发展及应用领
11、域开拓;科研开发投入不足,设备闲置率高,行业效益低下。近几年,我国酶制剂企业在提高产品质量方面也取得了较大进步。如南宁庞博生物工程有限公司通过在国内建立了首条采用生物工程技术、膜分离技术及真空冷冻干燥技术的高活力木瓜蛋白酶生产线,克服了过去直接热风烘干法生产的粗酶杂质多、色泽差、微生物超标、酶活力低、喷雾干燥法酶活损失大、水溶性相对较差、酶活稳定性也较差等缺点,其所生产的木瓜蛋白酶酶活力(超过 350 万 U/g),超过国外同类产品质量水平。3.2 安全性评价 随着经济发展和生活水平的提高,人们对食品质量及安全的要求不断提高,食品健康及卫生安全问题也越来越引起人们的重视。食品加工中酶制剂的安全
12、性也引起人们的关注。食品加工中所用的蛋白酶除了从动植物提取之外,目前约有 60 %以上的酶制剂已用基因改良菌株生产。食品用酶制剂管理是按照是品添加剂管理的。酶本身虽是生物产品,比化学制品安全,但酶制剂并非单纯制品,其主要的潜在危险包括培养基残留物、无机盐、防腐剂、稀释剂等;在生产过程中还可能受到沙门氏菌、金黄葡萄球菌、大肠杆菌之污染;菌种培养过程中可能会产生生物毒素。为保证产品绝对安全,对原料、菌种、后处理等道道工序都要严格把关。生产场地要符合 MP 要求,酶制剂产品的安全性符合联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)食品添加剂专家委员会(JECFA)对酶制剂来源安全性的评估标准。 3
13、.3 产物分离困难 酶法生产活性物质的下游技术主要包括分离、精制和分析试验。由于目标活性物质在生产反应体系中含量甚微,传统分离技术往往无能为力,必须采用吸附分离、色谱分离、超滤膜分离、反渗透等现代分离技术和脱色、脱臭、脱苦等提纯精制技术。尤其是苦味直接影响食品的风味和口感,往往决定了活性物质的应用前景,因此脱苦技术研究日盛。研究发现,蛋白质酶解液中的苦味主要来自于苦味肽由某些疏水基因及疏水性氨基酸构成的苦味物质。要脱苦则必须使这些碱性氨基酸从苦味上解放出来。应用微生物直接脱苦效果好,很有发展前景,如端肽酶能从线性肽链的末端移去若干个氨基酸分子,使苦味肽的苦味减轻,对于完整的环形结构的蛋白质大分
14、子,端肽酶无法发挥作用,必须先用内切酶切断肽链,再用端肽酶脱苦。通常将内切酶与端肽酶联合使用,以水解疏水性氨基酸残基及脯氨酸构成肽链的端肽酶脱苦作用最有效。由于肽酶价格昂贵,限制了其在食品工业上的应用。乳酸菌、酿酒酵母等微生物的内源酶中存在着广泛的肽酶谱系,同样具有较好的脱苦作用,且价格低廉、来源广泛,具有发展前景。 4 发展趋势 世界能源日益减少,而人口却在不断增加,水资源和粮食日见短缺。人类对环保意识的加强,使得工业界用酶来改革传统工艺的需求更为迫切。因此,提高酶的产量,降低生产成本,开发酶的新品种、新用途更是当务之急。基因工程、蛋白质工程的发展,为酶制剂工业发展创造了有利条件。通过技术攻
15、关,获得活力高、专一性强、产品风味好的酶制剂;提高分离纯化技术,获得纯度高、活力稳定的生物活性物质,并且降低生产成本,使酶制剂行业为食品工业及改善人民生活做出更大贡献。 5 参考文献 1 罗贵民.酶工程M.北京:化学工业出版社,2002. 2 邓尚贵,章超桦,黄晋.翡翠贻贝双酶水解法的建立J.水产学报,2000,24(1):72-75. 3 洪鹏志,曹文红,郝更新,等.虾头内源酶酶解虾肉产物的 ACE 抑制活性及其降低原发性高血压老鼠血压的效果(英文)J.水产学报,2007,31(1):76-83. 4 谌素华,洪鹏志,章超桦.波纹巴非蛤肉及菠萝汁营养口服液的研制J.食品科技,2004(8):
16、59-61. 5 章超桦,刘亚,杨萍,等.马氏珠母贝肉酶解蛋白抗疲劳功能的初步研究J.中国海洋药物,2006,(4):46-47. 6 吴红棉,雷晓凌,洪鹏志,等.珠母贝糖胺聚糖的结构初探及其生理活性J.水产学报,2001(2):166-170. 7 LIU Shu-cheng,ZHANG Chao-hua,HONG Peng-zhi,et al. Lipase-catalyzed acylglycerol synthesis of glycerol and n-3 PUFA from tuna oil:optimization of process parametersJ.Food Chemistry,2007(103):1009-1015. 8 曹文红,章超桦.酶法水解中国毛虾的研究(英文)J.湛江海洋大学学报,2005(1):21-24. 9 高福成.新型海洋食品M.北京:中国轻工业出版社,1999. 10 卢春春,刘婉乔.酶法提取马尾藻硫酸多糖的研究J.中国海洋药物,1999(2):10-13.
