蛋白酶的应用

1.在洗涤剂工业中的应用

蛋白酶在工业上的最大用途是用于洗涤剂，在该领域广泛使用的是碱性蛋白酶，该酶添加到洗涤剂中，有助于去除血渍、奶渍、汗渍等蛋白污垢，可将污垢降解成易溶解、易分散的短肽，使之易被洗去。王海亭等研究了黄海黄杆菌YS-9412-130产包覆型低温碱性蛋白酶与常用阴离子型表面活性剂（LAS、AES、AOS、MES和SAS）、非离子型表面活性剂（AEO9、TX10、6501和APG）和助剂的配伍性。结果表明，非离子型表面活性剂对酶活几乎没有影响，仅在浓度较高时对酶活有轻微抑制作用。阴离子型表面活性剂对酶活有抑制作用，LAS对酶活影响最大，AES影响最小，影响程度次序为LAS＞SAS＞AOS＞MES＞AES。助剂对酶的影响见表4-2。该包覆型酶最适反应温度为35℃，pH为10。在温度40℃以下、pH 5～11范围内均具有良好的稳定性，与常规洗涤剂各成分配伍性良好，对不同性质污布有良好的洗涤功效。

表4-2　助剂对蛋白酶活的影响

① 洗衣粉的浓度为2g/L，作用温度为25℃。

莫海威芽孢杆菌（Bacillusmojavensis A21）粗蛋白酶在非离子型（5% 吐温 -80和5% Triton X-100）和阴离子型（1% SDS）表面活性剂中非常稳定；在温度30℃～50℃，它的稳定性及和多种固体（7mg/mL）和液体（1%；V/V）洗涤剂的配伍性良好；B.mojavensis A21的粗蛋白酶能有效去除棉布上的血迹（图4-1）。从海洋杀真菌素链霉菌（Streptomyces fungicidicus MML1614）部分纯化的碱性蛋白酶在较宽的pH 8～11和温度28℃～60℃范围内显示出良好的稳定性，与商业用洗涤剂有较好的配伍性，两者一起使用时，可有效地去除棉布上的血迹（图4-2）。

图4-1　有商业洗涤剂Axion时B.mojavensis 粗酶的洗涤性能

a.用蒸馏水洗涤带血迹的污布；b.用Axion洗涤带血迹的污布；c.用Axion加B.mojavensis粗酶洗涤带血迹的污布；d.用Axion加protease Purafect®2000E洗涤带血迹的污布

图4-2　海洋杀真菌素链霉菌（Streptomyces fungicidicus MML1614）蛋白酶的洗涤性能

a.非污布；b.蒸馏水洗涤的污布；c.杀真菌素链霉菌蛋白酶加洗涤剂洗涤的污布；d.洗涤剂洗涤的污布。洗涤剂1.Ariel，2.Surf Excel，3.Rin，4.Power，5.Tide

2.在食品工业中的应用

蛋白酶能水解多种天然蛋白产生明确肽谱的水解产物。利用纯化的普鲁兰短梗霉（A.pullulans 10）碱性蛋白酶ALPl水解海洋酵母蛋白、螺旋藻蛋白、虾蛋白、牛奶蛋白和酪蛋白，产生的生物活性肽产物具有抑制ACE（angiotensin I-converting enzyme，血管紧张肽转化酶）活性和抗氧化活性，但来自虾蛋白的水解产物抑制ACE 活性最高，达85.3%，来自螺旋藻蛋白的水解产物的抗氧化活性最高，达40.6%。以来自海洋微生物的碱性蛋白酶894为降解工具，用富含胶原的海产品下脚料制备活性胶原肽，与热水抽提，醋酸水解及胃蛋白酶、胰蛋白酶降解法比较，所需时间最短，活性（羟自由基清除率）最高，感官性状（浊白色，淡而微腥，蓬松易碎成亮碎片）最好，成本又低，在海洋功能食品原料的制备过程中体现出明显的优势。利用深海细菌（Pseudoaltermonas sp.SM9913）的冷适应蛋白酶MCP-01在低温下具有较高催化效率的特点，在冰鲜品中喷加MCP-01，使其在保存过程中发生一定的酶解作用，产生更多的风味氨基酸，鲜味同时得到提高，MCP-01处理的冰鲜品无论是呈味氨基酸还是必需氨基酸的含量都要明显高于Bacillus subtilis SM98011的中温蛋白酶BP-01处理的冰鲜品，预示着MCP-01在改善冰鲜品的风味方面具有良好的应用前景。

3.在纺织行业中的应用

郝建华等用海洋碱性蛋白酶、2709碱性蛋白酶、胰蛋白酶、Protamax和537酸性蛋白酶对羊毛进行水解，结果表明，海洋碱性蛋白酶表现出良好的水解特性，与一些其他的处理酶相比水解程度较高。而且该酶在适宜的时间区间内，可以较好地水解磷脂层，而对皮质层的损害比较轻微，表现出良好的处理羊毛的特性（图4-3）。

图4-3　不同蛋白酶处理羊毛后的电镜照片

a.对照样；b.537酸性蛋白酶；c.海洋碱性蛋白酶

4.在医药行业中的应用

蛋白酶可用于治疗伤口愈合。Raut等通过切割伤口模型评价研制的含糖多孢菌（Saccharopolyspora sp.A9）蛋白酶的凝胶carbopol 940外用制剂用于雄性Wistar大鼠伤口的愈合活性，结果显示，与对照和Soframycin®治疗（Ⅴ）的伤口比较，用300U/g蛋白酶治疗（Ⅳ）的伤口收缩速度较快。伤口用300U/g蛋白酶治疗的前9天收缩80.40%，其影响极显著地超过对照和Soframycin®治疗的伤口（表4-3）。

表4-3　在切割伤口模型中蛋白酶凝胶对伤口收缩的影响

a是根据每一动物第一天的伤口面积计算的。数据是平均值±SEM，n＝6。
*与对照组相比P＜0.001

5.在废物处理中的应用

在虾加工过程中被去除的虾头、壳和尾部分约占总捕获量的50%，虾不可食部分无控制地随便堆放的结果是引起环境问题。为了解决这样的问题，必须注意更大程度地利用虾加工过程中的副产品。虾壳废物中几丁质和蛋白质的含量范围分别是其干重的14%～32%和18%～42%，对虾类加工产业经济可通过利用虾壳废物中含有的几丁质和蛋白质而提高。河流弧菌（Vibrio fluvialis TKU005）能产生两种表面活性剂稳定的碱性金属蛋白酶F Ⅰ和F Ⅱ，其最大脱蛋白百分比是70%～80%，但该菌株不产生几丁质酶，因此可以获得更完整的几丁质产品。此外，培养V.fluvialis TKU005第5天的含虾壳粉培养基上清液可促进大白菜（Brassica campestris）的生长，其促进效果是由于水解产物而不是蛋白酶的作用。从生产成本和生物资源的再利用角度考虑，使用TKU005处理食品加工废物如虾壳废物生产蛋白酶、几丁质和生物肥料是一有前景的方法。

鸡毛废物由超过90%的蛋白质组成，其主要成分是角蛋白，角蛋白是不溶于水的蛋白质，极耐常见蛋白水解酶的降解。Haddar等研究了莫海威芽孢杆菌（B.mojavensis A21）粗酶（7000U酪蛋白活性）对完整鸡毛的分解作用，两者混合并补充5mmol/L CaCl2在50℃下培养，商业用Subtilisin Carlsberg和A21粗酶在同样条件下使用，结果表明，培养24h后A21粗酶比商业蛋白酶更有效，A21粗酶可完全溶解鸡毛（图4-4a）。他们也研究了A21粗酶对当地产鸡毛的降解作用，将当地产鸡毛250mg与A21粗酶（60000U）一起，并补充5mmol/L CaCl2和2%（W/V）叠氮化钠在50℃、150rpm震荡培养24h（图4-4b），有趣的是，鸡毛减轻了85%的重量。鸡毛的溶解可以解释为A21分泌的角蛋白降解酶的存在。因此可以使用A21粗酶将废鸡毛转化为蛋白质水解产物，用作动物饲料组成成分或有机肥料。

图4-4　莫海威芽孢杆菌（B.mojavensis A21）粗酶及Subtilisin Carlsberg对完整鸡毛的分解

a.在50℃和不同的培养时间（6h，9 h，12h和24h）及在50℃和24h培养后鸡毛被莫海威芽孢杆菌（B.mojavensis A21）粗酶及商业的Subtilisin Carlsberg降解。对照：没用粗酶处理的鸡毛。b.鸡毛被B.mojavensis A21粗酶水解，培养条件：50℃，24h 和150rpm。对照瓶显示完整的鸡毛，而试验瓶表示鸡毛完全被水解。