(一)蛋白质水解的工业方法介绍 蛋白质是高分子物质,分子量很大,结构复杂,可被酸,碱和酶所水解,使蛋白质分子断裂,分子量逐渐变小,水解成分子量大小不等的多肽和氨基酸。
根据蛋白质的水解程度,有完全水解和不完全水解。蛋白质全部水解成氨基酸称完全水解,蛋白质水解后产物中有各种分子大小不等的肽段和氨基酸称不完全水解。
1.酸水解法
酸水解的特点:蛋白质水解完全,产物主要是氨基酸,对某些产品要求氨基酸含量高者如水解蛋白质注射液等多采用此法。另外酸解发不易染菌。但色氨酸完全被破坏;有小部分羟氨基酸如丝氨酸、苏氨酸在水解时损失,酪氨酸部分受到破坏;其次如水解物中有糖类存在,在酸水解时,水解液易变黑,须用活性炭脱色。
酸解法所用酸一般为工业盐酸,在加热,高压或常压的情况下进行水解,最后过量的盐酸用减压法或离子交换法除去。
由于此法能产生有营养价值的L-氨基酸,在测定蛋白质中氨基酸成分时,大多数采用酸法。用5.7mol/L浓盐酸在1100C水解24~48h,或1300C水解12h,得到蛋白质的完全水解液—氨基酸混合液,然后用适当的方法分离。
制备赖氨酸,精氨酸,组氨酸时,可用猪血粉等经4mol/L硫酸水解,得到各种氨基酸的硫酸盐,再用碳酸钙中和,去除硫酸钙后即得到氨基酸混合液。
传统的水解蛋白质注射液,也都用酸水解法,最后要加色氨酸到产品中。
2.碱水解法。
用6mol/LNaOH或2mol/LBa(OH)2煮沸6-10h,可完全水解,水解速度较酸水解快,但水解程度不如酸解完全,在不要求彻底情况下可采用碱水解法。
如淡碱水解法提取鱼肝油时,只需将鱼肝的蛋白质组织破坏,使肝有分离即可。又如生产蛋白质发泡剂时,采用Ca(OH)2作水解剂,也只要求蛋白质发生部分水解,增高其溶解度,并不要求彻底水解。如彻底水解而使产品都生成氨基酸,反而失去发泡性质。碱水解并且能破坏经氨酸,胱氨酸,半胱氨酸,丝氨酸和苏氨酸。并使氨基酸发生外消旋作用,所以不能制备L-型氨基酸。故出特殊需要外,一般不常用。
3.酶水解法
酶水解法是利用动植物或微生物的蛋白酶,保持在酶活性最适的pH、温度、浓度下进行,此法绝大部分氨基酸不受破坏,也不产生消旋。
酶水解法,由于水解时条件温和,酶法常用于蛋白质的不完全水解,不宜用来制取氨基酸,因为酶法水解蛋白质在体外进行,既要较长时间,且水解又不完全,单用一种蛋白酶是不可能把蛋白质全部水解成氨基酸的,而高等动物消化蛋白质全部是在温和条件下,由体内多种蛋白酶协助进行水解,才能将蛋白质全部水解成氨基酸,因此工业上常采用双酶法或多酶法。
(二) 蛋白胨生产
蛋白质是一种淡黄色或棕红色粉末。它是以动植物蛋白质为原料,经酸,碱或酶水解后在经精制而成的以蛋白胨为主要成分的制品。
蛋白质在酸,碱,酶的作用下或高温,高压下,分子中肽键会逐渐断裂而水解成多肽,二肽,和氨基酸,分子量也依次由大到小,(5×1000,2×1000,1000-500,200,100)排列。控制不同水解条件(酸碱度,温度,时间等)就可以得到不同的水解产物。由于采用酸,碱等水解法生产蛋白胨有些缺点,所以生产蛋白胨都采用酶水解法。利用酶水解法生产蛋白胨的主要产品有工业蛋白胨,生化试剂蛋白胨等。下面介绍以鱼粉为原料,猪胰为水解剂介绍生产工业蛋白胨的方法。
1.生产工艺流程
原料→预处理→水解→中和→过滤→浓缩→干燥→粉碎→包装→成品
2. 生产工艺要点
(1)原料,水解剂的预处理 对鱼粉的质量要求是蛋白质含量为60%以上,灰分在12%以下;且无腐败臭味,细度要通过36目的筛。
猪胰浆的制备:猪胰要求新鲜,呈淡红色,无臭味。变质或腐败的不能用。去胰时应将附着的非胰组织尽量除去,洗净后盛于盘中,送速冻间冻结后贮藏备用。使用时切成2cm的方块,用绞肉机绞碎即可。
(2)水解 在清洁耐酸的反应锅中,加入4~4.5倍鱼粉重量的水,在不断搅拌下加入氨水调pH至9左右,升温到450C并恒定,然后加鱼粉,再加入事先绞碎的为鱼粉重量30~50%的猪胰浆,调节并控制pH8~9,连续水解7h,升温至48~500C,继续水解2h,至水解完成。检查水解完成程度的方法:取水解液少许,加HCl调pH5.5,煮沸过滤,取滤液4ml,加水1ml,加饱和ZnSO4液20ml,若溶液中只有少量絮状物沉淀,说明水解已基本完成,若有大量絮状沉淀,说明水解还未结束,需继续水解1~2h。
采用氨水而不用其他碱液,是因为氨水易挥发,便于调节,维持水解时对PH值要求,并可在水解结束后通过加热排氨,减少因为中和产生的盐粉,达到降低产品中灰分的目的。
(3)排氨,中和 排氨的目得是除去过量氨,终止蛋白分解酶的继续作用。中和是为了使尚未水 的蛋白质沉淀,以得到澄清的水解液。
水解完成后,间接加热至100~1150C,排氨2~2.5h,待排氨结束后,在保持沸腾(约102度)状态下向水解锅缓缓加入冰硝酸,使料液的pH达5.5左右,煮沸15~30min,用冷却水间接冷却,静置8h以上。然后虹吸上层清液,过滤之。滤渣加少量水再经煮沸,搅拌,过滤等过程,收集滤液和上层清液合并。
(4)浓缩 干燥 滤液在温度不高于70~800C,真空不低于680mmHg的真空浓缩器中减压浓缩至固形物约25-30%稠状液体。可也采用喷雾干燥或真空干燥制成成品。
喷雾干燥:浓缩也可直接进入喷雾干燥设备干燥而得粉末状成品。成品的色泽,质量均较好。
真空干燥:将浓缩液直接装入干燥盘中,约1cm厚,放入真空干燥箱中,在真空度达700mmHg,温度不超过900C条件下,干燥约4h,干燥后迅速用铲刀铲出,放入球磨机粉碎。细粉应迅速包装或倒入干净的干燥容器中待包装,严防吸湿。
3.成品规格
(1)色泽,气味 淡黄色或稻草色,不得有焦糊异味;(2)含氮量〉13%;(3)水分< 7%; (4)灰分< 7。
蛋白胨可用于庆大霉素、金霉素等抗菌素工业,医药卫生和微生物科学研究等方面,主要用作细菌培养剂。
(三)水解蛋白注射液生产。
水解蛋白注射液是一种含有5%水解蛋白和5%葡萄糖静脉注射液,含有人体必需的8种氨基酸,极易为人体所吸收。对于缺乏蛋白质的病人肠胃功能衰退,严重烧伤,失血过多,不能口服的病人,注射水解蛋白是补充蛋白质极为有效的方法。
以往国产的水解蛋白注射液是以干酪素为原料,我国鱼类资源极为丰富,利用鱼类蛋白生产水解蛋白注射液,不仅可以提高鱼类的经济价值,而且能解决干酪素价值昂贵,来源困难的不足之处。
水解蛋白注射液,虽然也是一种蛋白质的水解物,水解工艺与生产蛋白胨基本相同,但引起是一种大剂量静脉注射液,质量要求高,必须严格控制澄明度,图形,过敏,热源,降压物制及营养价值等。
生产工艺流程
原料处理→水解→吸附→过滤→针剂配制→灌装→杀菌→成品。