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(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以分成許多類，其在工業(yè)和學(xué)術(shù)研究方面有著廣泛的應(yīng)用，與傳統(tǒng)化學(xué)蛋白酶相比更加經(jīng)濟、環(huán)保。該文對微生物蛋白酶的分類及國內(nèi)外研究進展、微生物蛋白酶的應(yīng)用前景、結(jié)論與展望3個方面進行了綜述。

關(guān)鍵詞：蛋白酶；微生物；研究

中圖分類號 S823 文獻標(biāo)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(zhì)或多肽的一類物質(zhì)，它可以催化肽鍵水解，在醫(yī)藥、紡織、洗滌劑、食品、有機合成及脫毛、制革等工業(yè)應(yīng)用和學(xué)術(shù)研究方面得到了廣泛應(yīng)用，這些行業(yè)應(yīng)用大約占到整個酶市場的60%。蛋白酶水解蛋白質(zhì)與化學(xué)法水解蛋白質(zhì)比較，前者具有更加綠色、更加安全的諸多優(yōu)點[1]。關(guān)于蛋白酶的研究，最早是一些學(xué)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(xué)者發(fā)現(xiàn)，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(nèi)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(xué)者研究報道菠蘿蛋白酶的生物活性特性比較廣，臨床應(yīng)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(zhì)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(yī)療上的重要價值也得到全球?qū)W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(jù)其適應(yīng)環(huán)境的差異性分為適應(yīng)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(fā)酵技術(shù)的發(fā)展和新型發(fā)酵設(shè)備的開發(fā)，微生物逐漸成為工業(yè)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(chǎn)蛋白酶活力比較強的菌株。王萍[5]從自然界篩選到一株優(yōu)良性能的海洋酵母HN311能夠高產(chǎn)蛋白酶，其分類地位是Aureobasidium pullulans，在最適產(chǎn)酶條件下該菌株發(fā)酵液中蛋白酶活力可達623U/mL。

根據(jù)蛋白酶活性所適應(yīng)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(yè)生產(chǎn)條件而起到不同的生產(chǎn)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(chǎn)酶微生物如曲霉、青霉和根霉，他們是根據(jù)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(jīng)研究表明，酸性蛋白酶在食品和皮革等工業(yè)有重要的應(yīng)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(chǎn)生菌，即枯草芽孢桿菌其在特定的發(fā)酵條件下培養(yǎng)優(yōu)化后，其最高產(chǎn)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(chǎn)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(zhì)肽鍵將蛋白質(zhì)水解成氨基酸和肽類，且其酶活性和穩(wěn)定性受外界堿性條件的影響不大，從這類酶而被廣泛應(yīng)用于洗滌劑工業(yè)。

另外由于蛋白酶水解蛋白質(zhì)的不同的作用位點不同，蛋白酶可以分為內(nèi)肽和外肽酶兩大類。內(nèi)肽酶是從蛋白酶將蛋白質(zhì)內(nèi)部列解開肽鍵將蛋白質(zhì)水解為小分子肽，外肽酶是憑借蛋白酶斷裂蛋白質(zhì)或多肽的-COOH或-NH2末端的肽鍵將蛋白質(zhì)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(tǒng)來源的酶相比，微生物源的蛋白酶顯示出許多的優(yōu)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(zhì)齊全，不同的生存環(huán)境會產(chǎn)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(yīng)用前景

在工業(yè)生產(chǎn)中利用蛋白酶水解蛋白質(zhì)比一些化學(xué)方法處理蛋白質(zhì)要更加經(jīng)濟、環(huán)保，而利用微生物蛋白酶水解蛋白質(zhì)可以達到重復(fù)利用的效果，可以避免化學(xué)方法對蛋白質(zhì)本身帶來的危害，重復(fù)利用也極大地降低了工業(yè)中的生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品的經(jīng)濟效益。

一些微生物產(chǎn)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(chǎn)所需的一些條件，對于符合一些企業(yè)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(yè)生產(chǎn)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(chǎn)酶量高；發(fā)酵周期短；易培養(yǎng)等。目前，枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌是在工業(yè)生產(chǎn)上主要生產(chǎn)商品蛋白酶的微生物。此外，一些能產(chǎn)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(jié)論與展望

當(dāng)各類蛋白被蛋白酶水解以后，發(fā)酵水解產(chǎn)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(fā)酵水解產(chǎn)物的研究越來越受到廣大學(xué)者的關(guān)注。目前令國內(nèi)外學(xué)者們關(guān)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(jīng)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(jīng)濟及營養(yǎng)價值和我國豬血深加工水平及產(chǎn)品開發(fā)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(shù)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(zhì)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(dāng)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(fā)酵技術(shù)的發(fā)展和新型發(fā)酵設(shè)備的應(yīng)用，微生物將逐漸成為工業(yè)酶制劑的核心來源。

參考文獻

[1]Devi M K，Banu A R，Gnanaprabha G R，et al.Purification，characterization of alkaline protease enzyme from native isolate Aspergillus niger and its compatibility with commercial detergents[J].Indian journal of science and technology，2008，1（7）：1-6.

[2]Yandri T S，Dian H，Sutopo H.The chemical modification of protease enzyme isolated from local bacteria isolate，Bacillus subtilis ITBCCB148 with cyanuric chloride polyethylenglycol[J].European Journal of Scientific Research，2008，23（1）：177-186.

[3]董瑞蘭.菠蘿蛋白酶的分離純化及部分應(yīng)用性質(zhì)的研究[D].福州：福建農(nóng)林大學(xué)，2010.

[4]徐建國，田呈瑞，胡青平，等.高產(chǎn)蛋白酶菌株的篩選及產(chǎn)酶條件優(yōu)化[J].中國糧油學(xué)報，2010（10）：112-115.

[5]王萍.蛋白酶高產(chǎn)海洋酵母的篩選，發(fā)酵條件優(yōu)化及酶性質(zhì)的研究[D].青島：中國海洋大學(xué)，2006.

[6]侯進慧，趙明濤.產(chǎn)酸性蛋白酶菌株分子鑒定和酶學(xué)性質(zhì)研究[J].食品工業(yè)科技，2014，35（17）：151-155.

[7]Kumar S，Sharma N S，Saharan M R，et al.Extracellular acid protease from Rhizopus oryzae：purification and characterization[J].Process Biochemistry，2005，40（5）：1701-1705.

[8]路博.酸性蛋白酶基因在畢赤酵母及黑曲霉中的表達[D].哈爾濱：東北農(nóng)林大學(xué)，2010.

[9]張敏，趙叢，路福平，等.產(chǎn)中性蛋白酶菌株發(fā)酵條件的研究[J].食品研究與開發(fā)，2008，28（12）：44-48.

[10]Deng A，Wu J，Zhang Y，et al.Purification and characterization of a surfactant-stable high-alkaline protease from Bacillus sp.B001[J].Bioresource technology，2010，101（18）：7100-7106.

[11]Horikoshi K.Alkaliphiles：some applications of their products for biotechnology[J].Microbiology and Molecular Biology Reviews，1999，63（4）：735-750.

[12]陳鴻圖.高產(chǎn)中性蛋白酶菌株選育及產(chǎn)酶特性研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2012.

[13]Drapeau G R，Boily Y，Houmard J.Purification and properties of an extracellular protease of Staphylococcus aureus[J].Journal of Biological Chemistry，1972，247（20）：6720-6726.

（責(zé)編：張宏民）