植物蛋白酶研究开发进展

刘洋 朱依谆 段小群

【摘要】本综述主要对各植物蛋白酶的来源、纯化过程、结构等方面进行文献研究，总结了植物蛋白酶在各行业的最新进展和可能的应用，并建议进一步开发植物来源的蛋白酶。

【关键词】植物蛋白酶;纯化;结构;应用

蛋白酶是水解蛋白质的某些酶类的总称，广泛存在于动物、植物以及各类微生物中。目前已应用在皮革化工，生物医药、食品等方面，约全球工业酶的60%都与蛋白酶相关。

植物蛋白酶产品是以植物为原材料，按照用途的需求，经过提取分离过程，定向获取和浓集植物中的一种或多种有效成分，而不改变其有效成分结构而形成的产品。开发较成功的植物蛋白酶主要有木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶等。

1.植物蛋白酶的来源

木瓜蛋白酶（Papain）存在于番木瓜（Carieapapaya）的各个部位，在未成熟的乳汁中含量最丰富。早在1937年，木瓜蛋白酶中的半胱氨酸蛋白酶就已經从番木瓜中分离并鉴定。菠萝蛋白酶又称菠萝酶，由菠萝（Ananascomoslgs和A.bracteatus）果实、茎及芯中提取制备，分别是茎菠萝蛋白酶和果实菠萝蛋白酶。无花果蛋白酶主要存在于无花果（Fig，FicuscaricaL）的乳胶及花托中。该果原产于西亚沙特阿拉伯、也门一带，在我国主要分布在新疆南部的阿图什、疏附等地。

2.植物蛋白酶的纯化

木瓜蛋白酶的常用分离纯化过程是采用硫酸铵分级沉淀、离子交换柱色谱、Ca++Pure-HA柱色谱，可获得比活力较高的纯酶。

菠萝蛋白酶的纯化目前有常规方法和现代方法，常规方法有采用离心、超滤、冷冻干燥等技术，但是常规方法操作过程繁琐，经常导致产酶率低。现代方法主要有凝胶过滤、离子交换层析、亲和层析等方法，但此方法的产品回收成本更高，还会存在稳定性问题。在罗梦的实验中，采用（NH4）2SO4盐析结合超滤法提取的菠萝蛋白酶再经过阳离子交换柱纯化，结合常规方法与现代方法，获得了纯度更高的菠萝蛋白酶。

无花果蛋白酶的纯化主要有凝胶过滤、离子交换层析等方法。通过柱层析得到纯度和比活力都较高的无花果蛋白酶。

3.植物蛋白酶的结构

木瓜蛋白酶的分子量为23.4kDa，含有212个氨基酸残基。酶的活性中心至少有Cys25、His159和Asp15三种氨基酸残基存在]，另有三对二硫键由六个半胱氨酸残基形成，但都不位于活性部位[7]，对木瓜蛋白酶的活性及性质并无影响]。

菠萝蛋白酶是一个23.8kDa的α+β蛋白，含有212个氨基酸残基，属于半胱氨酸蛋白酶家族。它由多种残基组成，包括Cys、Trp、Phe和Tyr四种残基，此外，它还含有3个二硫键和1个天冬酰胺低聚糖链。富含β片层的结构也使其具有致密的刚性球状构象。

无花果蛋白酶属于半胱氨酸蛋白酶家族。研究发现，SharmaA等人从无花果胶乳中分离纯化出一种丝氨酸蛋白酶，分子量为47kDa，该酶分子结构由17个色氨酸、31个酪氨酸和9个半胱氨酸残基组成。MohamedAzarkan等人的研究中共分离了五种无花果蛋白酶，质谱分析表明，A、B、C、D蛋白分别对应于4种新的半胱氨酸蛋白酶。蛋白D1和D2可能对应于两种异构体，并用质谱准确的测定了五种无花果蛋白酶的相对分子质量[15]。

4.植物蛋白酶的应用

4.1木瓜蛋白酶

在食品工业中，木瓜蛋白酶可作为肉类嫩化剂、面包膨松剂、啤酒澄清剂和其他用途等。作为啤酒澄清剂，木瓜蛋白酶可与啤酒中的多元酚形成稳定状态，防止啤酒冷藏时混浊。与此同时，木瓜蛋白酶作为肉类嫩化剂，可以水解肌肉中的蛋白质，简化蛋白质结构，使人体食用后易被消化吸收。

在科研中木瓜蛋白酶还可用于分离细胞。BrittniAScruggs等人在研究治疗视网膜退行性失明时，应用木瓜蛋白酶分离视网膜祖细胞，细胞存活率显著提高。

4.2菠萝蛋白酶

在食品工业，菠萝蛋白酶不仅可用于干酪的生产，肉类的嫩化，还可用于脱水豆类、婴儿食品生产和日常食品添加剂等。例如，菠萝蛋白酶可以替代盐酸作为牡蛎肉的水解剂。

在医药卫生行业，菠萝蛋白酶也发挥着重要的作用。经相关临床研究表明，菠萝蛋白酶能抑制肿瘤细胞的生长;抑制血小板聚集;还可治疗炎症和水肿，具有激活炎症反应的潜力。菠萝蛋白酶应用于烧伤脱痂，可加快新皮的移植，动物实验也证明菠萝蛋白酶对正常皮肤无影响。

在医疗美容行业，菠萝蛋白酶还具有嫩肤、美白去斑的良好功效。研究发现，菠萝蛋白酶作用于皮肤老化的角质层，可以促使其退化分解，加快皮肤新陈代谢，使皮肤呈现良好白嫩状态。

4.3无花果蛋白酶

无花果蛋白酶与木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶在食品、化工、医药行业的用途相似。另外，无花果蛋白酶可以通过蛋白水解产生活性抗体片段。例如，五种不同的小鼠单克隆抗体被无花果蛋白酶催化消化，目的是得到活性F（Ab）2片段，与弹性蛋白酶、菠萝蛋白酶和胃蛋白酶比较，无花果蛋白酶水解效果最好，在所有情况下，对所有被检测的抗体都有快速和可重复性的反应，这五种单克隆抗体均被还原为活性F（Ab）2片段。

除此之外，无花果蛋白酶已被证明对多回螺旋线虫、小鼠原旋虫和鞭虫（啮齿线虫）有效。

4.4其它植物蛋白酶

木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶是目前市场开发较多，使用范围较广的植物蛋白酶，此外还有猕猴桃、生姜等植物中也存在蛋白酶，并有一些文献报道及市场应用，与上述蛋白酶同样具有肉类嫩化、奶酪生产、啤酒澄清等作用。除上述作用外，RezaYarani等人用猕猴桃蛋白酶成功分离培养了黑素细胞.表明猕猴桃蛋白酶可作为不同组织细胞分离的胶原酶。另外，近年在罗汉果中发现蛋白酶，经过前期实验研究发现，该酶对酪蛋白具有很强的降解作用，约是木瓜蛋白酶的15倍，是一种极具特色的植物蛋白酶。而且罗汉果是广西桂林地区的药食两用的道地药材，产量丰富，这一自然条件为罗汉果蛋白酶的开发提供了坚实的研究基础。

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