地球表面積的71%左右被水覆蓋，包括海洋和淡水水域，在這些水環(huán)境中，蘊(yùn)藏著豐富的蛋白資源。水產(chǎn)蛋白質(zhì)尤其是海洋生物蛋白質(zhì)的品位極高，所含必需氨基酸種類豐富、營(yíng)養(yǎng)均衡，有著陸地蛋白資源無法替代的優(yōu)越性。近年來，世界水產(chǎn)總量一直保持在每年一億噸左右。在如此巨大的蛋白資源中除了部分直接用于食用外，很大部分低值水產(chǎn)品及水產(chǎn)品加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物或是經(jīng)過粗略的加工制成魚粉，或是直接丟棄，產(chǎn)品的附加值很低。無論是魚粉加工過程中產(chǎn)生的廢水還是直接丟棄的低值水產(chǎn)品，直接排放到環(huán)境中都會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，如何運(yùn)用生物技術(shù)對(duì)這些低值水產(chǎn)品和水產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物進(jìn)行高值化利用，是目前生物技術(shù)領(lǐng)域急需開展的研究課題。其中，運(yùn)用微生物技術(shù)和酶技術(shù)對(duì)這些低值水產(chǎn)蛋白資源進(jìn)行酶解利用，是開發(fā)水產(chǎn)蛋白資源的重要途徑。我國(guó)是一個(gè)水產(chǎn)大國(guó)，自上世紀(jì)90年代以來，我國(guó)水產(chǎn)品產(chǎn)量一直穩(wěn)居世界第一。然而，目前我國(guó)在水產(chǎn)蛋白資源的酶解利用方面的研究并不多，而且不夠深入。對(duì)富含蛋白質(zhì)的低值水產(chǎn)品和水產(chǎn)加工副產(chǎn)物進(jìn)行酶解綜合利用，不僅可提高其附加值，改善水產(chǎn)蛋白資源的營(yíng)養(yǎng)及功能特性，同時(shí)還可減少對(duì)環(huán)境的污染，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1酶解工具蛋白酶的來源及選擇

1.1蛋白酶的來源

目前用于水產(chǎn)蛋白資源酶解利用的蛋白酶種類很多，根據(jù)其來源可分為植物，動(dòng)物和微生物來源三類。來自植物的蛋白酶主要有木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、無花果蛋白酶、木瓜凝乳蛋白酶等，其中以木瓜蛋白酶在水產(chǎn)蛋白資源酶解中應(yīng)用最為廣泛。來源于動(dòng)物消化道的蛋白酶包括胰蛋白酶，胃蛋白酶，胰凝乳蛋白酶等，除了上述常用的動(dòng)物消化道蛋白酶之外，有些學(xué)者使用自行從動(dòng)物消化道中提取的消化酶作為水產(chǎn)蛋白酶解的工具酶，如從鯖魚腸道中提取的蛋白酶(mackerelintestinecrudeenzyme,MICE)[1]，從大西洋鮭魚幽門盲囊中提取的蛋白酶[2]和從金槍魚幽門盲囊中提取的蛋白酶[3]等。微生物發(fā)酵產(chǎn)生的蛋白酶在水產(chǎn)蛋白酶解利用中應(yīng)用較多，產(chǎn)酶微生物有細(xì)菌，霉菌，酵母和放線菌。細(xì)菌類蛋白酶主要是枯草芽孢桿菌等芽孢桿菌產(chǎn)生的，一般是中性或堿性蛋白酶，如Novozymes的Neutrase，Protamex，Alcalase[4]和RohmEnzymes的Corolase7089[2]等，霉菌產(chǎn)生的蛋白酶有Novozymes的Flavourzyme和RohmEnzymes的CorolasePN－L等[4]。

1.2酶解工具蛋白酶的選擇

不同的蛋白酶對(duì)同一底物的水解效率不同，而且不同蛋白酶酶解產(chǎn)生的產(chǎn)物的理化功能特性和化學(xué)組成存在很大的差異，因此，酶解所用的工具蛋白酶的選擇對(duì)于水產(chǎn)蛋白資源酶解利用是非常重要的。不同的蛋白酶由于酶切作用方式及酶切位點(diǎn)的不同，酶解產(chǎn)物營(yíng)養(yǎng)成分組成如肽段的分子量大小和游離氨基酸的組成上存在很大的差異。如胰蛋白酶的酶切作用位點(diǎn)比較少，只能裂解堿性氨基酸Arg或Lys羰基側(cè)肽鍵[5]，因此酶解產(chǎn)生的片斷較大。研究顯示，用細(xì)菌蛋白酶(Alcalase，Neutrase，Protamex)酶解的酶解產(chǎn)物，分子量小于2500Da的肽段較多，而來自動(dòng)物(豬，鱈魚)胰臟的蛋白酶酶解產(chǎn)物中分子量較大的肽段較多，而且以氮回收率為考察指標(biāo)時(shí)，細(xì)菌蛋白酶優(yōu)于從動(dòng)物組織中提取的蛋白酶[6]。不同的蛋白酶對(duì)酶解產(chǎn)物的風(fēng)味的好壞也有很大的影響。酶解反應(yīng)所用蛋白酶及其用量、水料比、pH值、溫度和酶解時(shí)間等因素對(duì)酶解產(chǎn)物的風(fēng)味值均有影響[7]。在蛋白資源的酶解利用中，成本最高的是所使用的外源蛋白酶，因此，從經(jīng)濟(jì)效益上講，蛋白酶的選擇至關(guān)重要。目前研究及生產(chǎn)上所用的蛋白酶種類較多，如木瓜蛋白酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、Flacourzyme、Protamex、Alcalase、Neutrase等，研究表明，以蛋白質(zhì)回收和獲得最大水解度為目的時(shí)，以Protamex[6][8]和Alcalase[2]最為合適；若以酶解產(chǎn)物風(fēng)味為選擇指標(biāo)，則使用Flacourzyme[7]為適宜。

2水產(chǎn)蛋白資源的酶解利用現(xiàn)狀

人們對(duì)水產(chǎn)蛋白資源的酶解利用可以追溯到上世紀(jì)六十年代，幾十年來，研究人員對(duì)水產(chǎn)蛋白資源的酶解利用的研究始終保持著濃厚的興趣，到目前為止，已有大量的水產(chǎn)蛋白資源被應(yīng)用于酶解利用研究。表1所列為近十幾年來部分被應(yīng)用于酶解利用的水產(chǎn)蛋白資源。從表1中可知，可用于蛋白酶解利用的水產(chǎn)資源十分豐富，許多魚類、軟體動(dòng)物、甲殼動(dòng)物和單細(xì)胞藻類以及魚、蝦、蟹、貝類等加工后的副產(chǎn)物都可以應(yīng)用于酶解利用，其中種類豐富的魚類及其加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物是水產(chǎn)蛋白酶解利用的主要對(duì)象。通過蛋白酶解的方法對(duì)加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物進(jìn)行綜合利用研究，可以盡可能多的回收這些漁業(yè)加工副產(chǎn)物中的蛋白質(zhì)，以達(dá)到對(duì)其充分利用的目的。許多研究表明，水產(chǎn)蛋白質(zhì)資其酶解產(chǎn)物與酶解前比較具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和很好的功能特性，可以應(yīng)用于飼料、食品、化工、醫(yī)藥等各個(gè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)其高值化利用。

3酶解工藝、酶解過程及酶解產(chǎn)物特性

水產(chǎn)蛋白的酶解和陸地蛋白的酶解就其工藝流程和水解過程來說基本是一致的。在工藝上，所有的酶解反應(yīng)都包括調(diào)節(jié)酶解條件(pH值、溫度等)、酶解、酶解反應(yīng)的終止、產(chǎn)物的分離等過程，圖1為酶解反應(yīng)工藝流程圖[2][7][9～12]。蛋白酶解的機(jī)制非常復(fù)雜，因?yàn)榈孜镏邪舜罅康牟煌N類的不溶性蛋白質(zhì)。一般認(rèn)為，所有的酶解反應(yīng)至少分為兩個(gè)階段，首先，酶分子與蛋白質(zhì)顆粒連接，蛋白質(zhì)中一些特殊的殘基和肽鍵進(jìn)入酶的活性中心，第二步，水解反應(yīng)的發(fā)生，釋放出大量可溶性的多肽和氨基酸，越處于核心、結(jié)合越緊密的蛋白質(zhì)水解速度越慢。一般來說，蛋白質(zhì)的酶解反應(yīng)在最初的0.5～2h內(nèi)保持較高的水解速度，這一時(shí)間由于酶解反應(yīng)的底物和所用的蛋白酶不同而有差異，Liaset等的研究顯示用Protamex對(duì)大西洋鮭魚魚排進(jìn)行酶解以氮回收率(nitrogenrecovery%，NR%)為反應(yīng)指標(biāo)，酶解反應(yīng)在最初的0.5h內(nèi)保持較高的水解速度[8]；而在Guérard等的研究中，水解速度在最初的1.5h內(nèi)保持較高的水平[10]。隨著酶解反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，酶解反應(yīng)速度明顯下降。蛋白質(zhì)酶解反應(yīng)的這一特性可以用水解曲線(如圖2)表示，在反應(yīng)的初期階段，水解度隨著反應(yīng)時(shí)間的增長(zhǎng)而有較大的增高，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，這種增長(zhǎng)越來越小，水解速率明顯下降，最后，水解速率降為0而水解度達(dá)到最高。這種蛋白酶解所呈現(xiàn)的典型的曲線在許多水產(chǎn)蛋白資源的酶解研究中被發(fā)現(xiàn)，如對(duì)大西洋鮭魚[2][8]、金槍魚[10][14]、毛鱗魚[11]、沙丁魚[13]等的酶解都呈現(xiàn)了上述規(guī)律。筆者在利用Flavourzyme對(duì)羅非魚魚頭進(jìn)行酶解的研究中也發(fā)現(xiàn)了上述規(guī)律，在酶解條件固定時(shí)α-氨基氮質(zhì)量(α-aminonitrogen，AN)隨著酶解時(shí)間的變化符合水解曲線所顯示出的規(guī)律，并且α-氨基氮質(zhì)量在酶解反應(yīng)最初的1h內(nèi)保持較大的增長(zhǎng)。1993年，Moreno和Cuadrado通過堿性蛋白酶Alcalase(酶解條件：50℃，pH8)對(duì)鷹嘴豆蛋白(chickpeaproteins)的酶解研究，認(rèn)為水解曲線所揭示的趨勢(shì)產(chǎn)生的原因有如下三點(diǎn)：①可被蛋白酶裂解的肽鍵數(shù)目的減少；②酶活力的降低；③產(chǎn)物抑制作用[15]。2001年，Guérard等學(xué)者用Alcalase酶解黃鰭金槍魚廢棄物，通過在酶解反應(yīng)中途加入酶解底物(即金槍魚廢棄物)，發(fā)現(xiàn)水解度的增加和中途加入的底物的量成正相關(guān)，因此Guérard等認(rèn)為可被蛋白酶裂解的肽鍵數(shù)目是控制水解速率的主要因素[10]。蛋白資源在酶解過程中除了呈現(xiàn)出統(tǒng)一的酶解規(guī)律之外，不同來源的蛋白質(zhì)資源的酶解產(chǎn)物還具有一些普遍的特性，如溶解性增加，乳化性能增強(qiáng)，具有一定的發(fā)泡性能，流動(dòng)性增加以及具有更高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和更易吸收等等。根據(jù)水產(chǎn)蛋白資源的上述特性，可以將其應(yīng)用于飼料、食品、化工及功能性食品等各個(gè)領(lǐng)域。