絲膠蛋白水解工藝研究進展

王立帆 瞿 靜

（常熟理工學院紡織服裝與設計學院，江蘇 常熟 215500）

1 引言

蠶絲由絲膠蛋白和絲素蛋白組成，絲膠蛋白包覆在蠶絲的外層，占蠶絲總質量的20%～30%。絲膠蛋白空間結構以無規則卷曲為主，并含有β-折疊結構，是一種水溶性蛋白質。目前，蠶絲加工廢水中絲膠被大量丟棄，不僅對環境造成負擔，也是資源的極大浪費。對絲膠進行回收利用，具有顯著的經濟效益和社會效益。研究表明絲膠蛋白具有多種形式的生物活性和藥理作用，包括抗菌、防紫外線、保濕、抗氧化、抗腫瘤等作用，已被廣泛應用至化妝品、食品、生物醫藥等領域。絲膠蛋白是一種優質的球狀蛋白質，使用純水提取絲膠蛋白的相對分子質量分布范圍是20～400 kDa。在涉及絲膠蛋白的多功能應用開發中，需要將大分子絲膠蛋白水解至小分子肽，才能最大限度地發揮其功效。因此，將絲膠蛋白質進行水解以獲得一定分子量的多肽或游離氨基酸，能夠進一步拓展絲膠蛋白的應用領域。

2 絲膠蛋白水解工藝

絲膠蛋白水解方法主要包括酸水解、堿水解、生物酶水解等。

2.1 酸水解

酸水解法是水解絲膠蛋白最基本和簡便的方法，通常以鹽酸、硫酸或甲酸作為肽鍵斷裂試劑對絲膠蛋白進行水解。其生產工藝流程一般為：絲膠溶液→酸水解→中和→過濾→活性炭脫色→熱濾→濃縮→結晶。酸水解需在耐酸的設備中進行，將酸溶液等肽鍵斷裂試劑加入絲膠溶液中，并不斷攪拌。水解過程中為了防止水分蒸發而增加酸的濃度，應注意補加水或用回流冷卻裝置，待水解完成后將水解液冷卻并用堿中和，靜止一定時間使沉淀析出，待沉淀后吸出上清液，用酸溶液調節上清液的pH 值，再經過濾、減壓濃縮、冷卻結晶析出即可。酸水解程度較高，但會破壞絲膠蛋白中的谷氨酸和天門冬氨酸，降低了絲膠蛋白水解產物中的有效成分。

2.2 堿水解

堿水解是將絲膠蛋白置于堿性環境中，調控反應條件，實現水解。以高溫高壓堿性水解法為例，蠶絲纖維經過1 次高溫高壓脫膠處理，再經過堿性水高溫高壓處理后可獲得絲膠水解產物。調節堿性水的pH 值和處理時間，能獲得分子量不同的多肽。

2.3 生物酶水解

蛋白酶水解絲膠蛋白條件溫和，水解效率高，也不會破壞絲膠蛋白的氨基酸組成。同時，蛋白酶具有高度專一性，可根據不同的應用需要制備不同的多肽產品。常用來水解絲膠蛋白的蛋白酶主要有胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、風味蛋白酶和中性蛋白酶等。

2.3.1 胰蛋白酶水解絲膠蛋白

胰蛋白酶水解的原理是選擇性地切斷精氨酸或賴氨酸羧基側的肽鍵。絲膠蛋白中賴氨酸和精氨酸含量較高，因此胰蛋白酶可以有效水解絲膠蛋白。胰蛋白酶水解能降低絲膠蛋白的膠凝性能、持水能力和持油能力，改變其乳化性能和起泡性能。并且，絲膠水解產物的抗氧化能力和金屬螯合能力明顯高于未經處理的絲膠。絲膠及其水解產物表現出良好的持油、乳化和起泡作用。采用胰蛋白酶水解絲膠蛋白，簡便高效，水解度可控。

2.3.2 木瓜蛋白酶水解絲膠蛋白

木瓜蛋白酶是植物源蛋白質水解酶，有較寬泛的酶解特異性，對動物蛋白和植物蛋白以及多肽、酯、酰胺等都有較強的水解能力，且酶催化反應條件寬泛，對高溫的適應性好。葉崇軍等采用木瓜蛋白酶水解絲膠蛋白，通過調控水解液的pH 值、蛋白酶濃度、底物濃度、反應時間、反應溫度等反應參數，可將絲膠蛋白水解成5～12 kDa 的小分子量多肽。

2.3.3 風味蛋白酶水解絲膠蛋白

風味蛋白酶通過內切方式切斷蛋白質內部的肽鍵，形成短鏈肽。對于含疏水氨基酸的多肽，外切酶每次從多肽鏈末端切斷釋放一個氨基酸，將長鏈蛋白質水解為氨基酸。陳復生等采用風味蛋白酶對絲膠蛋白水解，對水解條件進行正交試驗分析，研究絲膠蛋白水解產物的抗氧化能力。結果表明，影響風味蛋白酶水解絲膠蛋白程度的顯著因素為風味酶與絲膠蛋白濃度比（酶/蛋白=1/100 最佳）以及水解時間（2 h 最佳）。多種蛋白酶水解絲膠蛋白時，風味蛋白酶水解產物的相對抗氧化活力最大。

3 絲膠蛋白水解產物

絲膠蛋白是一種功能性蛋白質，在組成絲膠蛋白的18 種氨基酸中，有8 種是人體所必需的。絲膠蛋白經生物酶處理后，得到的主要水解產物有多種分子量的絲膠多肽，以及游離的甘氨酸、絲氨酸、丙氨酸和酪氨酸等。絲膠蛋白水解產物應用廣泛。

3.1 抗氧化作用

絲膠蛋白水解產物含有許多側鏈較長的氨基酸，如精氨酸、賴氨酸、谷氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、酪氨酸等，和較多處于多肽鏈表面的極性親水基團，如-OH、-COOH、-NH2、-NH-等，這些結構賦予它優異的調濕和保濕作用。絲膠蛋白水解產物還具有抑制脂肪過氧化的能力和防止細胞老化、促進膠原生成的作用。絲膠肽可以作為一種天然抗氧化劑應用于化妝品領域。例如，將絲膠水解產物和中草藥（苧麻根、白芨、白丁香、芙蓉花、香白芷、千金子、密陀僧等）經過滅菌、炮制加工、粉碎研磨、篩析、混合攪拌等制成粉狀面膜，能夠保護面部皮膚彈性，祛除面部皮膚皺紋，延緩面部皮膚衰老。

3.2 營養作用

絲膠蛋白水解產物由小分子量的多肽和游離的氨基酸組成，由于小分子的肽蛋白進入人或動物機體后不必經過消化可直接被腸道吸收，所以絲膠水解產物作為食品、營養食品添加劑具有廣闊的應用前景。在飲料或食品中加入絲膠蛋白水解產物能促進礦物質的吸收，在提高機體免疫力、增強抗病能力、維護健康方面有顯著功效。例如，添加了絲膠或水解產物的飲用水能抑制自體氧化，可用作食物蒸煮、炊飯、沏茶、化妝品與飲料加工等的水源。絲膠蛋白水解產物還可用于瓜果食品腌制的調味液，如話梅的浸漬調味液，使話梅中含有豐富的氨基酸，特別是高含量的甘氨酸（45%）、絲氨酸（12%）、丙氨酸（30%）、酪氨酸（5%），提高營養價值。可見，絲膠蛋白水解產物在食品方面的應用廣泛。

3.3 藥理作用

絲膠蛋白水解產物是降血糖藥物的主要成分之一，可與黃芪、肉叢蓉、黃精、丹參、茯苓等制成多種藥物的劑型，包括片劑、膠囊、口服液、注射劑等，能顯著降低血糖。

絲膠及其水解物能抑制大腸桿菌的生長,用高溫高壓水脫膠法獲得的高分子量絲膠蛋白，再經過脫脂、降解、純化和干燥制成的分子量在2 萬以下的1%的絲膠水解液，以不同比例與普通蛋白陳液體培養基混合，進行大腸桿菌接種培養試驗。結果表明，隨著混合液體培養基中絲膠含量的提高，其抑制大腸桿菌的能力隨之增強，在全絲膠培養液中大腸桿菌的生長幾乎被全部抑制，而未含絲膠的普通蛋白陳液體培養基中的大腸桿菌生長良好。

4 結論

絲膠蛋白可被酸、堿和蛋白酶水解成小分子多肽或氨基酸，具有抗氧化、營養機體等作用，能應用到化妝品、食品、生物醫學以及生物技術等領域。將絲膠蛋白回收并水解，不僅有利于資源再利用，產生經濟效益，也能有效緩解絲膠廢水對環境造成的負面影響。