微生物蛋白酶的研究進展

張明贊 王京

摘 要：微生物蛋白酶來源廣泛，根據不同的分類標準可以分成許多類，其在工業和學術研究方面有著廣泛的應用，與傳統化學蛋白酶相比更加經濟、環保。該文對微生物蛋白酶的分類及國內外研究進展、微生物蛋白酶的應用前景、結論與展望3個方面進行了綜述。

關鍵詞：蛋白酶；微生物；研究

中圖分類號 S823 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）08-0015-02

Progress in the Research of Microbial Protease

Zhang Mingzan et al.

（Guizhou Industry Polytechnic College，Guiyang 550025，China）

Abstract：Microbial proteases are widely used in industrial and academic research.Microbial proteases are widely distributed and can be divided into many classes according to different classification criteria.Microbial protease has a good prospect of application，and it is more economical and environmental than the traditional chemical protease.In order to provide references for making full use of microbial protease，this paper summarizes three aspects of microbial protease classification，research progress at home and abroad，application prospect of microbial protease，conclusion and prospect.

Key words：Protease；Microorganism；Research

蛋白酶是可以作用于蛋白質或多肽的一類物質，它可以催化肽鍵水解，在醫藥、紡織、洗滌劑、食品、有機合成及脫毛、制革等工業應用和學術研究方面得到了廣泛應用，這些行業應用大約占到整個酶市場的60%。蛋白酶水解蛋白質與化學法水解蛋白質比較，前者具有更加綠色、更加安全的諸多優點[1]。關于蛋白酶的研究，最早是一些學者從胃蛋白酶、胰胰蛋白酶和糜蛋白酶這些蛋白酶開始研究的，到后來有研究學者發現，一切組織和細胞中、微生物等都含有蛋白酶。

1 微生物蛋白酶的分類及國內外研究進展

如果以提取酶的途徑來劃分蛋白酶種類的話，可以將蛋白酶劃分為微生物蛋白酶和植物蛋白酶以及動物蛋白酶和其他來源的蛋白酶[2]。植物蛋白酶包括無花果蛋白酶、苦瓜蛋白酶等，最新有學者研究報道菠蘿蛋白酶的生物活性特性比較廣，臨床應用價值也較高，可作為飼料添加劑，動物攝入以后有助于一些蛋白質的充分水解，增加動物消化吸收和縮短育肥周期等，并且其在醫療上的重要價值也得到全球學者的一致贊同[3]。

微生物蛋白酶是從細菌、酵母、霉菌或者放線菌等一些微生物中得到的一些酶，微生物蛋白酶又可以根據其適應環境的差異性分為適應極端條件的蛋白酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶、嗜鹽蛋白酶及酸性蛋白酶，除此之外，還包括一些具有其他功能特性的蛋白酶。隨著基因工程、發酵技術的發展和新型發酵設備的開發，微生物逐漸成為工業酶制劑的核心來源。徐建國等[4]從河灘涂表層的土壤中分離出了一株產蛋白酶活力比較強的菌株。王萍[5]從自然界篩選到一株優良性能的海洋酵母HN311能夠高產蛋白酶，其分類地位是Aureobasidium pullulans，在最適產酶條件下該菌株發酵液中蛋白酶活力可達623U/mL。

根據蛋白酶活性所適應的pH值不同可把蛋白酶分為酸性、堿性和中性蛋白酶，這3種蛋白酶因為受到了不同酸堿度的影響會有很大酶活性的不同，可由于不同的工業生產條件而起到不同的生產作用。酸性蛋白酶pH在2～6達到最好活性的蛋白酶[6]；還有一類產酶微生物如曲霉、青霉和根霉，他們是根據酶作用方式的不同而劃分的，其與胃蛋白酶是一類較相似的酶類[7]。經研究表明，酸性蛋白酶在食品和皮革等工業有重要的應用[8]。中性蛋白酶是在最適pH為6～7的條件下，其能有效斷裂肽鍵的一類酶。有報道稱一株中性蛋白酶產生菌，即枯草芽孢桿菌其在特定的發酵條件下培養優化后，其最高產酶為4830U/mL[9]。堿性蛋白酶是指在pH值大于8的條件下能很好催化肽鍵的酶類。Deng[10]對產堿性蛋白酶芽孢桿菌進行了深入研究。從豬胰臟中獲得堿性蛋白酶是最早獲得堿性蛋白酶，有研究稱嗜堿性蛋白酶[11]能在堿性條件下水解蛋白質肽鍵將蛋白質水解成氨基酸和肽類，且其酶活性和穩定性受外界堿性條件的影響不大，從這類酶而被廣泛應用于洗滌劑工業。

另外由于蛋白酶水解蛋白質的不同的作用位點不同，蛋白酶可以分為內肽和外肽酶兩大類。內肽酶是從蛋白酶將蛋白質內部列解開肽鍵將蛋白質水解為小分子肽，外肽酶是憑借蛋白酶斷裂蛋白質或多肽的-COOH或-NH2末端的肽鍵將蛋白質分解為游離氨基酸[14]。與植物和動物源的蛋白酶如木瓜、菠蘿、胰臟等傳統來源的酶相比，微生物源的蛋白酶顯示出許多的優勢，而植物和動物源的蛋白酶也已難以滿足人們的需要。首先，微生物的繁殖速度比較快，在合適的條件下每30min左右就可以繁殖一代；其次，微生物的種類比較繁多，這保證了酶的品質齊全，不同的生存環境會產生不同種類的酶，如一些極端嗜溫菌、極端嗜鹽菌、極端嗜堿菌等。

2 微生物蛋白酶的應用前景

在工業生產中利用蛋白酶水解蛋白質比一些化學方法處理蛋白質要更加經濟、環保，而利用微生物蛋白酶水解蛋白質可以達到重復利用的效果，可以避免化學方法對蛋白質本身帶來的危害，重復利用也極大地降低了工業中的生產成本，提高了產品的經濟效益。

一些微生物產的蛋白酶必須有一些特別的要求，這些要求主要是針對生產所需的一些條件，對于符合一些企業需要的菌株的篩選一直是目前科研工作者的研究重點。用于工業生產蛋白酶的菌株一般需滿足以下條件：不是致病菌；能分泌胞外蛋白酶；對底物要求低；不易退化；產酶量高；發酵周期短；易培養等。目前，枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌是在工業生產上主要生產商品蛋白酶的微生物。此外，一些能產極端蛋白酶例如耐酸、嗜熱、耐堿、嗜冷、耐鹽等蛋白酶和對特定底物具有較強作用的蛋白酶也越來越成為人們研究的焦點。

3 結論與展望

當各類蛋白被蛋白酶水解以后，發酵水解產物比如一些活性小分子肽、血紅素等都具有對人類健康有益的功能作用，因此對各類蛋白的發酵水解產物的研究越來越受到廣大學者的關注。目前令國內外學者們關注的是許多小肽具有特殊的生理功能作用，如它們具有抗糖尿病、消除血栓、抗衰老、抗膽固醇、抑制腫瘤等活性作用。而豬血蛋白經蛋白酶水解后可獲得大量的小分子量生物肽，這對提高豬血蛋白的的功能特性、經濟及營養價值和我國豬血深加工水平及產品開發都也都具有不可替代的作用。

如果從動物中獲得微生物蛋白酶的話，因為動物的器官的數量及來源的限制，這使得動物性蛋白酶獲取比較困難，并且種類較少。如果從植物中獲得蛋白酶，由于植物生長緩慢并且占用土地，還需要水分以及礦物質等適宜的生長條件，植物源蛋白酶的獲得就需要較高的成本，并且工藝時間也比較長、費力等。因此，動植物源的蛋白酶都不能滿足當今市場的需求，研究微生物源的蛋白酶就十分必要。隨著基因工程、發酵技術的發展和新型發酵設備的應用，微生物將逐漸成為工業酶制劑的核心來源。

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（責編：張宏民）