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蛋白酶分类及应用领域简介

时间:2023-06-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:蛋白酶是水解肽键的一类酶。微生物蛋白酶则常根据其作用最适pH分类而分为碱性蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋白酶等。根据酶对专一性抑制剂的反应而将蛋白酶分为4类。胃蛋白酶以及黑曲霉、青霉、根霉的酸性蛋白酶皆属此类。由猪胃所得的胃蛋白酶,其相对分子质量约33000,是由321个氨基酸组成的一条多肽链。由黑曲霉和蜡状芽孢杆菌制得者又称酸性蛋白酶,最适pH 2.5,最适温度45℃。酸性蛋白酶主要用于凝乳,以制造干酪。

蛋白酶分类及应用领域简介

蛋白酶是水解肽键的一类酶。蛋白质在蛋白酶作用下依次被水解成眎、胨、多肽、二肽,最后成为蛋白质的组成单位——氨基酸,有些蛋白酶还可水解多肽及氨基酸的酯键或酰胺键。具体水解过程如下:

蛋白质→眎→胨→多肽→二肽→α-氨基酸

在有机溶剂中,有些蛋白酶具有合成肽类和转移肽类的作用。蛋白酶按其作用方式可分为内肽酶和外肽酶两大类:内肽酶可从蛋白质或多肽的内部切开肽键生成相对分子质量较小的胨和多肽,是真正的蛋白酶;而外肽酶则只能从蛋白质或多肽分子的氨基或羧基末端水解肽键而游离出氨基酸,前者称氨肽酶,后者称羧肽酶。由于蛋白酶的专一性非常复杂,很难根据它们的专一性进行分类,实际上常按酶的来源分类。微生物蛋白酶则常根据其作用最适pH分类而分为碱性蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋白酶等。但这样笼统的分类不能反映出蛋白酶的特征与本质,因而学术上蛋白酶的分类都采用国际生化学联合会命名委员会的建议,根据活性中心来分类。根据酶对专一性抑制剂的反应而将蛋白酶分为4类。

1.丝氨酸蛋白酶

活性中心在丝氨酸,可被有机磷异丙基磷酰氟抑制而不可逆地失活,这类酶全是内肽酶,最适反应pH 8~10。属此类的酶包括胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶、枯草杆菌(地衣芽孢杆菌)碱性蛋白酶等。

2.巯基蛋白酶

活性中心含巯基(—SH),可为还原剂如半胱氨酸等所活化,巯基易同金属离子结合而引起酶不同程度的失活,巯基也易受到氧化剂、烷化剂的作用而失活。酶的最适pH在中性附近。植物蛋白酶如木瓜无花果、菠萝、剑麻蛋白酶;微生物中的酵母、链球菌、梭状芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌中性蛋白酶都属此类。

3.金属蛋白酶

金属蛋白酶以其活性中心含Ca2 +、Zn2 +等金属离子而得名。活性中心的金属离子可用金属螯合剂乙二胺四乙酸或邻菲洛啉来引起酶的可逆性失活,向失活的酶重新加入有效金属离子,酶活性仍得以恢复。通常氰化物、汞、铅、铜等重金属对酶有抑制作用。属于这类的蛋白酶有微生物中性蛋白酶、胰羧肽酶A、某些氨肽酶等。

4.羧基蛋白酶

许多最适pH 2~4的酸性蛋白酶属此类。其活性中心含天冬氨酸等酸性氨基酸残基。活性中心的氨基酸可受到重氮试剂二重氮-DL-乙酸正亮氨酸甲酯、对溴苯甲基溴的化学修饰而发生不可逆失活。胃蛋白酶以及黑曲霉、青霉、根霉的酸性蛋白酶皆属此类。

蛋白酶是食品工业中最重要的一类酶,广泛用于干酪生产、肉类嫩化、植物蛋白质改性等。

(1)菠萝蛋白酶(Bromelein)

①作用方式:主要作用原理是使多肽类水解为低相对分子质量的肽类,并有水解酰胺基键和酯类的作用。

②性状:白色至浅棕黄色无定形粉末。溶于水,水溶液无色至淡黄色,有时有乳白光,不溶于乙醇氯仿乙醚。属糖蛋白。相对分子质量约33000,等电点的pH 9.35,最适pH 6~8,最适温度55℃。

③制法:由菠萝果实及茎(主要利用其外皮)经压榨提取、盐析(或丙酮、乙醇沉淀)再分离、干燥而得。

毒理学参数:ADI不作限制性规定。

⑤应用:主要用于啤酒抗寒(水解啤酒中的蛋白质,避免冷藏后引起的混浊);肉类软化(水解肌肉蛋白和胶原蛋白,使肉类嫩化);谷类预煮准备;水解蛋白质的生产中,以及面包家禽葡萄酒等中。(www.xing528.com)

(2)胃蛋白酶(Pepsin)

①作用方式:主要作用是使多肽类水解为低分子的肽类。

②性状:白色至淡棕黄色水溶性粉末,无臭,或为琥珀色糊状,或为澄清的琥珀色至棕色液体。在酸性介质中有极高的活性,即使在pH 1时仍有活性,最适pH 1.8,酶溶液在pH 5.0~5.5时最稳定。pH 2时可发生自己消化。由猪胃所得的胃蛋白酶,其相对分子质量约33000,是由321个氨基酸组成的一条多肽链。

③制法:由猪胃的腺体层(黏膜)或禽鸟类嗉囊用稀盐酸提取而得。

④毒理学参数:ADI不作限制性规定。

⑤应用:主要用于鱼粉制造和其他蛋白质(如大豆蛋白)的水解,干酪制造中的凝乳作用(与凝乳酶合用),也可用于防止啤酒的冷冻混浊。

(3)微生物蛋白酶(Protease)

①作用方式:使蛋白质水解为低分子蛋白胨、眎、多肽及氨基酸。

②性状:近乎白色至浅棕黄色无定型粉末或液体。溶于水,水溶液一般呈淡黄色。几乎不溶于乙醇、氯仿和乙醚。天然品存在于动物、植物及微生物等中,工业品霉菌产生者为主。由米曲霉制得者在pH 6.0时的最适温度为45~50℃。由黑曲霉和蜡状芽孢杆菌制得者又称酸性蛋白酶,最适pH 2.5,最适温度45℃。浓度为2×10-3mol/L的铜离子或锰离子有强烈激活作用,银离子和汞离子有抑制作用。

③制法:由黑曲霉变种、米曲霉变种或弗雷德氏链霉菌在受控条件下于液体或固体培养基中培养繁殖后,用硫酸铵进行盐析,用乙醇或丙酮使之沉淀后精制而得。

④应用:黑曲霉主要用于水解蛋白的生产,如浓缩鱼蛋白、氨基酸调味料之类。米曲霉主要用于啤酒的抗寒(水解啤酒中蛋白质,避免冷藏后发生混浊)、焙烤制品(缩短面团搅拌时间;水解面筋以增加面团柔软性;防止苏打饼干片状面团进入烤炉时的卷曲;改进面包风味)、肉类软化(水解肌肉蛋白和胶原蛋白,使肉类嫩化)等。酸性蛋白酶主要用于凝乳,以制造干酪。最高用量为500mg/kg。

(4)凝乳酶(Rennin)

①作用方式:主要作用酶为蛋白酶,可使多肽类水解,尤其是胃蛋白酶难以水解者。

②性状:澄清的琥珀至暗棕色液体,或白色至浅棕黄色粉末,略有咸味和吸湿性。一种含硫的特殊蛋白酶。相对分子质量36000~310000,等电点pH 4.5,干燥物活性稳定,但水溶液不稳定。水溶液的pH约为5.8。对牛乳的最适凝固pH 5.8。最适温度37~43℃,在15℃以下、55℃以上时呈非活性。商品凝乳酶1g加入10L牛乳中,在35℃下可在40min内凝固。可溶于水,水溶液一般呈浅棕黄至深棕色。几乎不溶于乙醇、氯仿和乙醚。

③制法:以牛、羊胃(皱胃)的水抽提液制取。一般经水洗、干燥、切片后,在4%硼酸水溶液中于30℃下浸渍5d抽提而得,或用食盐浸出后获得。

④毒理学参数:由牛胃及栗疫菌和毛霉制得者,不作特殊规定。

⑤应用:广泛应用于干酪制造,也用于酶凝干酪素及凝乳布丁的制造。用量视生产需要而定。粉状体一般用量为0.002%~0.004%,先溶于20g/L食盐液中使用。

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