風(fēng)味酶水解乳清蛋白生產(chǎn)蛋白胨的工藝條件

石丹，王彩云，云戰(zhàn)友，高海燕

（1.內(nèi)蒙古伊利實(shí)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，呼和浩特 010080；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，呼和浩特 010018）

風(fēng)味酶水解乳清蛋白生產(chǎn)蛋白胨的工藝條件

石丹1，王彩云1，云戰(zhàn)友1，高海燕2

（1.內(nèi)蒙古伊利實(shí)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，呼和浩特 010080；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，呼和浩特 010018）

為了提高原料乳清蛋白（WheyProteinConcentrate，WPC）的產(chǎn)品附加值，利用風(fēng)味蛋白酶對(duì)WPC進(jìn)行水解，生產(chǎn)蛋白胨產(chǎn)品。結(jié)果表明：最優(yōu)工藝條件為E/S（18 000 U/100 mL），溫度為55℃，pH值6.0，水解時(shí)間為4.0 h，底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%，水解度為46.4%。利用此工藝生產(chǎn)的蛋白胨產(chǎn)品在理化指標(biāo)、氨基酸組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)上均要好于市售的同類產(chǎn)品。

乳清蛋白；水解度；風(fēng)味蛋白酶；蛋白胨

0 引 言

近年來(lái)，中國(guó)乳品企業(yè)承受著國(guó)際國(guó)內(nèi)需求不斷升級(jí)和市場(chǎng)原材料價(jià)格普遍上漲的壓力，因此，如何在乳品成本壓力驟升、盈利能力下降的行業(yè)背景下提升乳品企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，已經(jīng)成為每個(gè)乳品企業(yè)急需解決的問(wèn)題。這就需要突破傳統(tǒng)的乳品研發(fā)概念，依靠科技進(jìn)步，調(diào)整乳制品結(jié)構(gòu)，不斷進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)，探索乳在食品行業(yè)之外的應(yīng)用，開發(fā)出高附加值的產(chǎn)品。

本研究以乳品企業(yè)的大宗原料產(chǎn)品乳清蛋白為主要原料，利用風(fēng)味蛋白酶進(jìn)行水解，并確定最優(yōu)的水解工藝條件，生產(chǎn)價(jià)值更高的蛋白胨類產(chǎn)品[1-5]。本工藝研究不僅可以為乳品原料找到新的利用價(jià)值，同時(shí)還可以解決部分不合格奶或者是過(guò)期奶的問(wèn)題，應(yīng)對(duì)突發(fā)危機(jī)，提升廢物利用價(jià)值，同時(shí)本研究還可以為開發(fā)功能性活性肽，如酪蛋白磷酸肽、降血壓肽，降血糖肽等探索新的思路[6-10]。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與試劑

風(fēng)味蛋白酶（F 1000L）測(cè)得活力為12 316.96 U/g；WPC；其他試劑均為優(yōu)級(jí)純或分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

756PC型紫外可見分光光度儀，BP211D型電子天平，LSHZ-300型冷凍水恒溫振蕩器。

1.3 測(cè)定方法

酶活力測(cè)定采用紫外分光光度法測(cè)定蛋白酶的活力[11，12]；水解度的測(cè)定采用三硝基苯磺酸鈉（TNBS）法[13，14]。

1.4 方法

1.4.1 酶濃度與底物溶液濃度比值的選擇

乳清蛋白溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%，溫度為55℃、pH值為7.0，分別在E/S為40.00，60.00，80.00，100.00，120.00，140.00，160.00，180.00，200.00 U/mL條件下水解2 h，測(cè)定其水解度，找出最適E/S。

1.4.2 酶解溫度的選擇

乳清蛋白溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%，pH值為7.0，E/S為2.2中確定的最適條件，分別在45℃、50℃、55℃、60℃和65℃條件下水解2 h，測(cè)定其水解度，找出最適酶解溫度。

1.4.3 酶解pH值的選擇

乳清蛋白溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%，溫度為文中2.2.2選定的最佳溫度，E/S為1.4.1中確定最適條件，pH值分別為5.0，6.0，7.0，8.0和9.0，水解2 h，測(cè)定其水解度，找出最適pH值。

1.4.4 酶解時(shí)間的選擇

按以上選定的最佳參數(shù)，分別水解2，2.5，3，3.5，4 h；測(cè)定其水解度，找出最佳酶解時(shí)間。

1.4.5 滅酶活

水解液在沸水浴中保持10 min，可使風(fēng)味蛋白酶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，達(dá)到不可逆失活的效果。

1.4.6 酶解最優(yōu)工藝條件的確定

以水解度為考察指標(biāo)，對(duì)水解條件進(jìn)行優(yōu)化，確定酶解的最佳工藝。對(duì)酶濃度與底物溶液濃度比（E/S）、水解溫度（℃）、pH值、反應(yīng)時(shí)間（h）進(jìn)行四因素三水平正交實(shí)驗(yàn)。因素和水平排列如表1所示。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平

2 結(jié)果與分析

2.1 酶濃度與底物濃度最佳比值的確定

酶濃度與底物溶液濃度（E/S）之比，比酶濃度本身能更好地反映酶解過(guò)程中的反應(yīng)速度特征。當(dāng)?shù)孜餄舛纫欢ǎ黾拥拿噶坑治词沟孜餄舛蕊柡蜁r(shí)，則E/S越大，反應(yīng)速度也越快，蛋白質(zhì)的水解率也越高。但E/S過(guò)大，生產(chǎn)成本也相應(yīng)提高，同時(shí)，也有可能導(dǎo)致酶自身相互水解，使酶活力降低。結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，水解度隨E/S的增大而增大，但E/S＞160.00 U/mL時(shí)，酶解率增加不明顯，考慮到生產(chǎn)成本問(wèn)題，選擇E/S為180.00 U/mL較為合適。

2.2 最適酶解溫度的確定

在蛋白質(zhì)酶解過(guò)程中，溫度對(duì)酶解反應(yīng)效率的影響包括兩個(gè)方面，即蛋白酶催化反應(yīng)速度及蛋白酶的穩(wěn)定性。在一定范圍內(nèi)升高溫度，底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的速度加快，酶解效率也相應(yīng)提高。溫度過(guò)高，酶蛋白變性，酶的穩(wěn)定性下降，酶解效率隨之降低。分別在45，50，55，60和65℃時(shí)測(cè)定風(fēng)味蛋白酶水解WPC后的水解度，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，55℃時(shí)，水解度最高；55℃后，由于風(fēng)味蛋白酶的穩(wěn)定性下降，酶被鈍化，使酶解率降低。故選定55℃為最適酶解溫度。

2.3 酶解最佳pH值的確定

pH值對(duì)酶催化反應(yīng)的影響包括兩個(gè)方面，即影響酶的穩(wěn)定性以及酶催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物。分別在pH 5.0，6.0，7.0，8.0和9.0的條件下測(cè)定酶解液的水解度，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出，在不同pH值下，蛋白酶對(duì)WPC的水解作用不同。當(dāng)pH值為6.0時(shí)，酶解液的水解度最高；pH值低于或高于6.0時(shí)，酶穩(wěn)定性減弱，酶活降低，酶解率下降。因此，風(fēng)味蛋白酶水解WPC的最適pH值為6.0。

2.4 酶解時(shí)間的確定

酶解時(shí)間主要依據(jù)酶解產(chǎn)物的分子量分布，原則上酶解時(shí)間越長(zhǎng)酶解產(chǎn)物中游離氨基氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及短肽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，但要考慮生產(chǎn)成本，如果產(chǎn)品達(dá)到相關(guān)檢測(cè)指標(biāo)之后，即可終止酶解過(guò)程。不同酶解時(shí)間對(duì)水解度的影響如圖4所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)酶解時(shí)間為4h時(shí)，酶解產(chǎn)物中游離氨基氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最多，符合要求。故選定酶解時(shí)間為4 h。

2.5 正交實(shí)驗(yàn)

通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)，可以得到各因素的最佳值，從而確定每個(gè)因素的最佳使用區(qū)域，再進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，水解度結(jié)果如表2所示。

表2 L9（34）正交設(shè)計(jì)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

可以根據(jù)極差R的大小來(lái)確定各因子影響指標(biāo)的主次順序。由表2可以看出，各因子的極差R的大小依次為B＞C＞A＞D，因此各因素的影響排列順序依次為溫度＞pH值＞E/S＞時(shí)間。

通過(guò)對(duì)表2和圖5數(shù)據(jù)的比較分析，并對(duì)生產(chǎn)成本的綜合考慮，確定風(fēng)味蛋白酶酶解WPC的最優(yōu)工藝條件為A2B2C2D2，即：E/S為180.00 U/mL，溫度為55℃，pH值為6.0，時(shí)間為4.0 h。

3.6 蛋白胨產(chǎn)品的分析

利用此酶解工藝條件制得的WPC水解液經(jīng)過(guò)處理得到的蛋白胨產(chǎn)品的理化指標(biāo)、氨基酸組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表3和表4所示。

表3 蛋白胨的理化指標(biāo)

通過(guò)表3和表4中的測(cè)定結(jié)果可以看出，該蛋白胨產(chǎn)品的總氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于12%，氨基氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于3%，說(shuō)明該產(chǎn)品在質(zhì)量上滿足培養(yǎng)基協(xié)會(huì)規(guī)定的蛋白胨類產(chǎn)品的要求[15]。同時(shí)由于乳清蛋白在氨基酸組成方面要優(yōu)于其他的蛋白胨類的生產(chǎn)原料，所以利用乳清蛋白制得的蛋白胨產(chǎn)品能夠很好的滿足微生物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)需求。

3 結(jié) 論

（1）使用風(fēng)味蛋白酶水解WPC的最佳工藝條件為E/S（18 000 U/100 mL），溫度55℃，pH值為6.0，水解時(shí)間4.0 h，底物濃度為8%。此時(shí)，風(fēng)味蛋白酶水解WPC的水解度為46.4%。

（2）利用此工藝條件生產(chǎn)的蛋白胨產(chǎn)品在總氮和氨基氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)上，滿足蛋白胨產(chǎn)品的規(guī)格要求，其氨基酸組成豐富，微生物生長(zhǎng)所需的谷氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸等氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，該蛋白胨產(chǎn)品質(zhì)量較高。

（3）此工藝的確定可以為乳品企業(yè)中大宗原料乳清蛋白找到新的利用途徑，開發(fā)出更高價(jià)值的產(chǎn)品，同時(shí)利用此酶解工藝技術(shù)也可以為后續(xù)功能性多肽產(chǎn)品的開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)。

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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，工程師，碩士，研究方向?yàn)槿橹破芳庸すに嚒?/p>

云戰(zhàn)友