[发明专利]一种蛋白质水解工艺及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及蛋白质水解方法技术领域。

背景技术

蛋白水解成氨基酸后可显著增加动物及人类对蛋白质中氨基酸的吸收率，提高蛋白质的利用效率。把蛋白质水解成氨基酸也是分析蛋白质中的氨基酸成分、以及工业化提取蛋白质中的一些高价值氨基酸(如胱氨酸等)的必需步骤。酸水解(主要采用矿物酸如盐酸、硫酸)是蛋白质水解的经典方法，也是目前实验室研究及工业水解蛋白质的主流方法。蛋白质酸水解的标准方法是使用浓度为5mol/L～10mol/L的盐酸、以及HCl/蛋白质的液固质量比(W/W)为2∶1以上的盐酸在105-120℃常压回流水解8-72小时。实验室蛋白质的水解一般要求在脱氧后的密封石英瓶中进行，操作十分麻烦。现有矿物酸水解工艺的主要缺点是：

1)由于酸水解蛋白质的化学原理是质子(H⁺)催化的肽键(酰胺键)的水解，所以H⁺接近肽键是水解的基本前提。在矿物酸水解蛋白质的过程中，由于极性很低的疏水氨基酸侧链对H⁺的屏蔽效应，H⁺很难接近由疏水氨基酸组成的肽键，所以在矿物酸(H⁺)催化的水解反应中，由疏水氨基酸组成的肽键的水解很困难，造成疏水氨基酸的水解效(收)率较低。

2)矿物酸用量太大造成水解成本高而且污染严重。由于酸水解主要使用的HCl在110℃的水解条件下有大量HCl蒸汽形成，HCl蒸汽对厂房及设备腐蚀严重，泄漏到环境还严重污染环境并危害人体健康，所以HCl蒸汽是蛋白质水解产业的主要污染源之一。目前，这些生产厂家也面临越来越大的环保压力。

3)高浓度的无机酸在高温下水解蛋白质会破坏一些敏感氨基酸(如谷氨酰胺、天冬酰胺、磷酸丝氨酸、色氨酸)及部分热敏氨基酸如丝氨酸、苏氨酸等)，降低蛋白质的营养价值。

所以，如何在降低矿物酸的用量、减少环境污染的同时达到高效而完全地水解蛋白质(特别是一些难水解蛋白质如角蛋白)一直是蛋白质科学研究及蛋白质水解生产氨基酸产业面临的重要课题之一。前人对此进行了大量研究，对此的解决方法主要有：

1)加大酸的用量，提高水解体系中H⁺的浓度。在一般的蛋白质如球蛋白水解工艺中，一般采用6mol/L的HCl即可。而含有大量疏水氨基酸的蛋白质如角蛋白的水解一般采用高达10mol/L浓度的HCl，而且HCl与蛋白的液固比达到2∶1以上才能达到完全水解。这也是目前胱氨酸生产行业的通用水解条件。这种方法酸用量大、成本高、污染严重。

2)改变水解条件。例如，有人采用微波等来加快水解的速度(例如；H.Y.Zhang；S.L.Marcus；L.Li；J.Am.Soc.Mass Spectrom.，16：471-481，2005)。但由于微波加热的水解反应的不均匀性问题、微波辐射问题，微波-HCl水解目前还是一种研究性的蛋白水解方法，在生产中还未见有大规模应用。有人采用高温超临界水解(Zhu Xian，Zhu Chao，Zhao Liang，Cheng Hongbin；Chinese Journal of Chemical Engineering，16(3)：456-460，2008)。由于此方法成本高昂，难以推广到产业之中。