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木瓜蛋白酶(Papain),又稱木瓜酶,是一種蛋白水解酶。木瓜蛋白酶是番木瓜(Carieapapaya)中含有的一種低特異性蛋白水解酶,廣泛地存在于番木瓜的根、莖、葉和果實(shí)內(nèi),其中在未成熟的乳汁中含量豐富。木瓜蛋白酶的活性中心含半胱氨酸,屬于巰基蛋白酶,它具有酶活高、熱穩(wěn)定性好、 衛(wèi)生等特點(diǎn),因此在食品、 、飼料、日化、皮革及紡織等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
組成結(jié)構(gòu)
番木瓜未成熟果實(shí)中含有木瓜蛋白酶(Papain)、木瓜凝乳蛋白酶A(Chymopapain A )、木瓜凝乳蛋白酶B(Chym opapain B )、木瓜肽酶B (PapayaPeptidase B ) 等多種蛋白水解酶。且已知四種半胱氨酸蛋白酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)具有高度的同源性。其中,木瓜蛋白酶屬巰基蛋白酶,可水解蛋白質(zhì)和多肽中精氨酸和賴氨酸的羧基端,并能優(yōu)先水解那些在肽鍵的N-端具有二個(gè)羧基的氨基酸或芳香L-氨基酸的肽鍵。
木瓜蛋白酶是一種蛋白水解酶,分子量為23406,由一種單肽鏈組成,含有212個(gè)氨基酸殘基。至少有三個(gè)氨基酸殘基存在于酶的活性中心部位,他們分別是Cys25、His159和Asp158,當(dāng)Cys25被氧化劑氧化或與金屬離子結(jié)合時(shí),酶的活力被抑制,而還原劑半胱氨酸(或亞硫酸鹽)或EDTA能恢復(fù)酶的活力 。另外六個(gè)半胱氨酸殘基形成了三對(duì)二硫鍵,且都不在活性部位。木瓜蛋白酶制品可含有:(1)木瓜蛋白酶,分子量21000,約占可溶性蛋白質(zhì)的10%;(2)木瓜凝乳蛋白酶,分子量26000,約占可溶性蛋白質(zhì)的45%;(3)溶菌酶,分子量25000,約占可溶性蛋白質(zhì)的20%;及纖維素酶等不同的酶。
名稱 | 木瓜蛋白酶 |
別名 | 木瓜酶、番木瓜酶 |
英文名 | Papain |
法定編碼 | EC 3.4.22.2;CAS[9001-73-4] |
化學(xué)性質(zhì)
木瓜蛋白酶是一種在酸性、中性、堿性環(huán)境下均能分解蛋白質(zhì)的蛋白酶。它的外觀為白色至淺黃色的粉末,微有吸濕性;木瓜蛋白酶溶于水和甘油,水溶液為無色或淡黃色,有時(shí)呈乳白色;幾乎不溶于乙醇、氯仿和乙醚等有機(jī)溶劑。木瓜蛋白酶是一種含巰基(-SH)肽鏈內(nèi)切酶,具有蛋白酶和酯酶的活性,有較廣泛的特異性,對(duì)動(dòng)植物蛋白、多肽、酯、酰胺等有較強(qiáng)的水解能力,但幾乎不能分解蛋白胨。
木瓜蛋白酶的z適合PH值6~7(一般3~9.5皆可),在中性或偏酸性時(shí)亦有作用,等電點(diǎn)(pI)為8.75;木瓜蛋白酶的z適合溫度55~65℃(一般10~85℃皆可),耐熱性強(qiáng),在90℃時(shí)也不會(huì)完全失活;受氧化劑抑制,還原性物質(zhì)激活。
木瓜蛋白酶的剪切肽鍵的機(jī)制包括:在His-159作用下Cys-25去質(zhì)子化,而Asn-158能夠幫助His-159的咪唑環(huán)的擺放,使得去質(zhì)子化可以發(fā)生;然后Cys-25親核攻擊肽主鏈上的羰基碳,并與之共價(jià)連接形成?;钢虚g體;接著酶與一個(gè)水分子作用,發(fā)生去?;?,并釋放肽鏈的羰基末端。
《GB 2760-2011 食品AQ標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定,木瓜蛋白酶可用作食品工業(yè)在的加工助劑(酶制劑)。一般應(yīng)在制成z后成品之前除去(規(guī)定有殘留量者除外)。
木瓜蛋白酶主要用于啤酒抗寒(水解啤酒中的蛋白質(zhì),避免冷藏后引起的渾濁)、肉類軟化(水解肌肉蛋白和膠原蛋白,使肉類軟化)、谷類預(yù)煮的準(zhǔn)備、水解蛋白質(zhì)和肉類香料的生產(chǎn)。在啤酒抗寒和肉類軟化方面的應(yīng)用遠(yuǎn)比其他蛋白酶類廣泛。用量一般為1~4mg/kg促使餅干中面筋的分解,以使成品松軟。肉類軟化有多種蛋白酶可用,比較如下表所列
嫩化肉所需酶量比較酶名稱 | 嫩化肉所需酶量/(酶單位/克肉) |
木瓜蛋白酶 | 2.5 |
菠蘿蛋白酶 | 5.0 |
無花果蛋白酶 | 5.0 |
枯草桿菌中性蛋白酶 | 75 |
米曲霉蛋白酶 | 100 |
黑曲霉蛋白酶 | 200 |
根霉蛋白酶 | 250 |
通過測定嫩肉粉中木瓜蛋白酶的酶活力大小,可判斷嫩肉粉質(zhì)量優(yōu)劣的參考依據(jù):把嫩肉粉溶于鹽酸半胱氨酸溶液,取該混合液與酪蛋白溶液反應(yīng)10min,用紫外分光光度法測得反應(yīng)所生成酪氨酸的含量。該方法具有較好的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性。以每分鐘水解酪蛋白生成1ug酪氨酸所需樣品的量為1個(gè)酶活力單位。
應(yīng)用范圍
木瓜蛋白酶在 、食品、飲料、化學(xué)試劑、飼料、紡織化妝品等方面都有廣泛的應(yīng)用,開發(fā)前景廣闊。
食品工業(yè)
在食品行業(yè)中,木瓜蛋白酶可用于肉類嫩化、啤酒澄清、餅干松化等用途。
啤酒澄清劑
引起啤酒冷藏混濁時(shí)主要原因是啤酒中的蛋白質(zhì)極易與多元酚結(jié)合成大分子的復(fù)合物。利用啤酒澄清劑中的木瓜蛋白酶對(duì)形成混濁的蛋白質(zhì)有廣泛的特異性,能把大分子的蛋白質(zhì)降解成小分子的物質(zhì),提高了蛋白質(zhì)與多元酚復(fù)合物的溶解度;另一方面,木瓜蛋白酶是一種具有生物活性的蛋白質(zhì),該蛋白質(zhì)可與引起啤酒冷藏混濁的多元酚形成穩(wěn)定狀態(tài)平衡,防止了啤酒的冷藏混濁。
肉類嫩化劑
利用木瓜蛋白酶能裂解肉類中的膠原蛋白和肌肉纖維,而使肉的結(jié)構(gòu)松散。由于木瓜蛋白酶是半胱氨?;鞍酌福芙到饽z原纖維和結(jié)締組織蛋白質(zhì),它將肌動(dòng)球蛋白和膠原蛋白降解成為小分子的多肽甚至氨基酸, 令肌肉肌絲和筋腰絲斷裂, 使肉類變得嫩滑,并簡化蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)使人體食用后易于消化吸收。
餅干松化劑
利用木瓜蛋白酶的酶促反應(yīng), 將面團(tuán)的蛋白質(zhì)降解為小分子的膚或氨基酶, 降低了面團(tuán)的拉伸阻力, 使面團(tuán)變得柔軟、更有可塑性, 減少彈性, 易于成型。用量視餅干廠的加工方法和面團(tuán)中蛋白質(zhì)的含量不同而不同,研究表明每公斤面添加0.6-1.0萬單位/ 克為佳。