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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、葉和果實內,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、熱穩定性好、 衛生等特點,因此在食品、 、飼料、日化、皮革及紡織等行業得到廣泛應用。
組成結構
番木瓜未成熟果實中含有木瓜蛋白酶(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結構具有高度的同源性。其中,木瓜蛋白酶屬巰基蛋白酶,可水解蛋白質和多肽中精氨酸和賴氨酸的羧基端,并能優先水解那些在肽鍵的N-端具有二個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個氨基酸殘基。至少有三個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Cys25被氧化劑氧化或與金屬離子結合時,酶的活力被抑制,而還原劑半胱氨酸(或亞硫酸鹽)或EDTA能恢復酶的活力 。另外六個半胱氨酸殘基形成了三對二硫鍵,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,約占可溶性蛋白質的10%;(2)木瓜凝乳蛋白酶,分子量26000,約占可溶性蛋白質的45%;(3)溶菌酶,分子量25000,約占可溶性蛋白質的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] |
化學性質
木瓜蛋白酶是一種在酸性、中性、堿性環境下均能分解蛋白質的蛋白酶。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,有時呈乳白色;幾乎不溶于乙醇、氯仿和乙醚等有機溶劑。木瓜蛋白酶是一種含巰基(-SH)肽鏈內切酶,具有蛋白酶和酯酶的活性,有較廣泛的特異性,對動植物蛋白、多肽、酯、酰胺等有較強的水解能力,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),在中性或偏酸性時亦有作用,等電點(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,在90℃時也不會完全失活;受氧化劑抑制,還原性物質激活。
木瓜蛋白酶的剪切肽鍵的機制包括:在His-159作用下Cys-25去質子化,而Asn-158能夠幫助His-159的咪唑環的擺放,使得去質子化可以發生;然后Cys-25親核攻擊肽主鏈上的羰基碳,并與之共價連接形成酰基-酶中間體;接著酶與一個水分子作用,發生去酰基化,并釋放肽鏈的羰基末端。
《GB 2760-2011 食品AQ標準 食品添加劑使用標準》規定,木瓜蛋白酶可用作食品工業在的加工助劑(酶制劑)。一般應在制成z后成品之前除去(規定有殘留量者除外)。
木瓜蛋白酶主要用于啤酒抗寒(水解啤酒中的蛋白質,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)、谷類預煮的準備、水解蛋白質和肉類香料的生產。在啤酒抗寒和肉類軟化方面的應用遠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,可判斷嫩肉粉質量優劣的參考依據: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10min,用紫外分光光度法測得反應所生成酪氨酸的含量。該方法具有較好的準確性和重現性。以每分鐘水解酪蛋白生成1ug酪氨酸所需樣品的量為1個酶活力單位。
應用范圍
木瓜蛋白酶在 、食品、飲料、化學試劑、飼料、紡織化妝品等方面都有廣泛的應用,開發前景廣闊。
食品工業
在食品行業中,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主要原因是啤酒中的蛋白質極易與多元酚結合成大分子的復合物。利用啤酒澄清劑中的木瓜蛋白酶對形成混濁的蛋白質有廣泛的特異性,能把大分子的蛋白質降解成小分子的物質,提高了蛋白質與多元酚復合物的溶解度;另一方面,木瓜蛋白酶是一種具有生物活性的蛋白質,該蛋白質可與引起啤酒冷藏混濁的多元酚形成穩定狀態平衡,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,而使肉的結構松散。由于木瓜蛋白酶是半胱氨酰基蛋白酶,能降解膠原纖維和結締組織蛋白質,它將肌動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,并簡化蛋白質結構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, 將面團的蛋白質降解為小分子的膚或氨基酶, 降低了面團的拉伸阻力, 使面團變得柔軟、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中蛋白質的含量不同而不同,研究表明每公斤面添加0.6-1.0萬單位/ 克為佳。