食品分野でのpapain粉の用途は何ですか?

papain,の新鮮なラテックスに由来するプロテアーゼ酵素熟していないパパイヤ(carica papaya)の果実,は、スルフヒリル(- sh)ペプチド鎖を含むエンドペプチダーゼである。広範な特異性を持つプロテアーゼおよびエステラーゼ活性を示し、動物および植物のタンパク質、ペプチド、エステル、アミドを効果的に加水分解する。また、タンパク質の加水分解物をタンパク質様物質に合成する合成機能も有しています。工業的に使用されているpapainは、一般的に精製されていない多酵素系である。乾燥させ取得papain知られるパパイヤ乳液は少なくとも4つの主要酵素种含んでいる:papain、chymopapain、papain proteinaseΩ(パパイヤproteinaseΩ)、及びchymopapain M (chymopapain M) "[1]、その中のchymopapainは最高内容水溶性性たん白質の45%をを占めた。

パパンは水に非常に溶けますグリセロールは、無色または淡黄色の溶液を形成し、時には乳白色に見える;有機溶媒にはほとんど溶けない。最適なphは5.7(一般的には3 ~ 9.5)で、中性または弱酸性の条件下でも活性を維持する。最適温度は55 ~ 60°c(一般的には10 ~ 85°cが有効)で耐熱性が高く、90°cでも活性を維持する。酸化剤によって阻害され、還元剤によって活性化される。

1 papainの抽出プロセス

1.1従来の抽出法

のmost primitive method for extracting papain was the drying method, which involved adding a protective agent to papaya pulp, centrifuging the pulp, collecting the supernatant, とdrying it in a forced-air drying oven at 55–60°C. のdried material was then ground to obtain crude enzyme products. Yi et al. [2] obtained an enzyme yield of 23.1% using this method, but it was unfavorable for enzyme activity retention, with enzyme activity of only 0.16 × 10⁵ U/g, and the product purity was relatively low.

The papainを抽出するまた、タンニン沈殿法を用いて広く研究されている。yiら[2]は、この方法を用いてpapainを抽出した。まず、パパイヤ果汁を遠心分離機で遠心分離し、タンニン濃度が一定レベルになるまで、溶解したタンニン溶液をゆっくりと上浄液に加えながら、連続的に攪拌する。溶液を放置してタンニン-酵素複合体を沈殿させ、phを調整し、沈殿物を真空乾燥させて酵素生成物を得た。その結果、この方法を生み出した低酵素率が7.3%に過ぎないが、から3.53×10酵素が働きが相対的に高かったに⁵U / g。しかし、この方法には環境汚染などの問題があります。

1.2現在、一般的に使用される抽出方法

現在では、限外ろ過、凝集、塩沈殿がパパインの分離と抽出に一般的に使用されている。

1.2.1パパインを抽出するための限外ろ過法

tan jingら[3]は、限外ろ過技術を用いてpapainを分離した。まず、中空糸限外ろ過膜の洗浄処理を行い、圧力と流量を制御した上で限外ろ過を行いました。papainは高分子物質であるこれは限外ろ過でも保持され、水や小分子不純物が膜を通過することで分離・精製が行われます。実験の結果、papainの活性は、限外ろ過前の1.22倍、タンパク質含有量は2.8倍であり、papainの純度が限外ろ過後に上昇することを示した。しかし、papainは高分子物質であるため、限外ろ過の際に膜表面に蓄積し、濃度分極を起こして徐々に限外ろ過速度を低下させ、酵素収率に影響を与える。

1.2.2塩を用いたpapain抽出法

Wang Libin et al. [4] previously used ammonium sulfate precipitation to 単独papain. A solution of ammonium sulfate at a certain concentration was added to the crude enzyme solution for salting-out, followed by adjusting the pH, centrifuging to collect the precipitate, drying, and obtaining the enzyme product. Experimental results showed that the papain prepared by this method had relatively high purity, with an enzyme specific activity of 1184 U/mg, making it suitable as a cosmetic ingredient. However, this method uses a large amount of salt, increasing the ash content in the enzyme and simultaneously reducing the activity of papain [5]. Therefore, the salt precipitation method is not an ideal method for extracting papain.

1.2.3凝集papainの分離精製法

The flocculation method involves adding a certain compound to the papain latex water extractpapainと不溶性の錯体を形成し、酵素を沈殿させて溶液から分離させる。he jiqin[6]らは凝集技術を用いてpapainの精製を研究した。実験の結果、適切な条件下で凝集処理を行うことで、papainの収率は95 ~ 97%に達した。しかし、この方法は特異度が低いため、papainは純度が低く不純物含有量が高い。

1.3 papain抽出のための新技術

1.3.1 papainの超音波抽出

超音波抽出は、新規抽出技術として広く応用されている天然植物からの活性成分。超音波によるキャビテーション効果[7]が溶剤を高めます#細胞壁への39;の浸透は、細胞内外間の物質移動を強化し、細胞壁を混乱させ、それによって細胞内成分の放出を促進し、抽出プロセスを強化する[8]。超音波によって形成されるマイクロジェット効果も抽出効率を向上させる重要な要素です。

小桂平[9]は以前に超音波抽出を使用していますextract papain from papaya. Fresh papaya was selected, washed, cut into pieces, and crushed. The fruit pulp was then blended into a paste. The pulp was subjected to ultrasonic treatment under specific conditions, followed by centrifugation, purification, and filtration. The supernatant was then concentrated via ultrafiltration to collect the enzyme solution sample. The results showed that at an ultrasonic power of 300 W, an ultrasonic treatment time of 200 s, and a fruit pulp mass fraction of 30%, the enzyme activity was 1.71 times higher than that of the untreated sample.

The crude enzyme solution obtained using the ultrasonic extraction process has a low enzyme content and contains a significant amount of impurities. After preliminary purification and concentration via membrane separation, further purification is required. This warrants further investigation to enhance enzyme activity and purity.

1.3.2papain抽出のためのアフィニティ膜クロマトグラフィー

アフィニティ膜クロマトグラフィーは、1980年代後半に開発された生体高分子の分離・精製技術です。膜分離と親和性分離を組み合わせたもので、膜分離と親和性分離の両方の特徴を取り入れています。nie hualiら[10]は、ナイロン膜を基材とし、その表面をキトサンで改質して非特異的な吸着を低減し、さらに色素リガンドであるシバトロンブルーf3gaを結合させた新しいタイプの親和性膜クロマトグラフィー材料を得て使用した単独papain。その結果、アフィニティ膜はpapain (235.3 mg/g)の吸着能力が高く、優れたクロマトグラフィー性能を示しました。このアフィニティ膜を用いてパパイヤ粉末からパパインを分離精製したところ、精製係数は46.5倍に達した。

アフィニティ膜クロマトグラフィーは、従来の膜分離やアフィニティクロマトグラフィーと比較して、高い精製係数、低い圧力降下、短い分析時間、分離時の生体分子の変性確率が低いなどの利点があるだけでなく、より速い送り速度を可能にします。さらに、カラムアフィニティクロマトグラフィー[11]と比較して、大規模な精製・分離にも容易に対応できます。

1.3.3 二相抽出を用いたパパイン抽出

二相抽出は、2つの相の分布係数の違いを利用して物質を抽出する方法です。sarote nら[12]は、二相法を用いてpapainを抽出し、8%のポリエチレングリコールと15%の硫酸アンモニウムからなる二相法が最良であることを示した特技はパチンコ, with an enzyme specific activity of 1,659 U/mg and a yield of 86.2%.

Biphasic water extraction offers advantages such as high yield of the target product, ease of continuous operation, no residual organic solvents, and economical separation processes. It should have a place in the preparation of papain; however, no such reports have been published in China to date. With the continuous development of papain applications, the purity requirements for papain are also increasing. Therefore, there is an urgent need for more specific methods for preparing papain. Developing dual-phase extraction technology as an effective method for the separation and extraction of high-purity papain is of great significance.

要約すると、extraction methods for papain一般的に典型的ではなく、典型的には、塩沈殿、濾過、遠心分離、濃度、結晶化、および乾燥などの方法の組み合わせを含む。酵素の物理化学的性質に基づいて抽出プロセスを最適化することで、資源利用を最大化し、可能な限り高い経済的利益を得ることができます。

2  の固定化papain

高コストとのためにnon-reusability papainの研究者は、固定化されたpapainの準備を調査しています。固定化されたpapainは、酸性、アルカリ性、有機媒体での不活性化を回避し、酵素の繰り返し使用を可能にし、生産コストを削減することができます。一般的な固定化法には、吸着、キャリア架橋、カプセル化などがある。

2.1吸着方法

The method of adsorbing enzymes or enzyme-containing bacterial cells onto the surface of a solid adsorbent to immobilize the enzymes is called adsorption. Commonly used adsorbents include activated carbon, aluminum oxide, diatomaceous earth, porous ceramics, porous glass, silica gel, and carboxylapatite.

Fang Huan et al. [13] used porous ceramic membranes treated with phosphate-buffered solution as carriers for immobilized enzymes and employed physical adsorption to immobilize papain. The results showed that when the solution enzyme concentration was 1.0–2.0 mg/mL, pH was 7.0, and the enzyme was immobilized for 2 hours, the highest enzyme activity111.1 u /gに達し、57.9%の活性回復と54日の半減期を有する。

2.2キャリア架橋法

架橋法は、二機能性試薬を用いて酵素分子間または酵素間の架橋を誘導する酵素分子と固相キャリア to prepare immobilized enzymes. Commonly used bifunctional reagents include glutaraldehyde and hexamethylenetetramine.

Gao Mingxia et al. [14] used chitosan as the carrier and glutaraldehyde as the cross-linking agent to immobilize papain. The results indicated that the optimal conditions for chitosan-immobilized papain were: chitosan concentration of 2.5%, enzyme loading of 0.3 g/g carrier, reaction time of 6 hours, temperature of 15°C, pH 7.5, and enzyme activity recovery rate of 38.98%. The immobilized enzyme retained over 50% of its activity after five reuses.

2.3埋め込み方法

多孔質の担体に酵素や酵素を含む細菌細胞を埋め込み、酵素を固定化する方法は埋め込み法と呼ばれる。

Jin Feng [15] used a microporous starch-sodium alginate embedding method to immobilize papain, and the results showed that the optimal conditions for preparing immobilized papain were microporous starch concentration of 4%, sodium alginate concentration of 3%, and CaCl₂ concentration of 5.5%. At this point, the optimal pH value for the immobilized papain was 5.7, and the optimal temperature was 72°C. Its thermal stability, operational stability, and mechanical strength were all improved to varying degrees, with low operational costs, making it suitable for industrial application.

2.4その他の新しいメソッド

In recent years, researchers have continuously developed new immobilization carriers and methods, achieving promising results. Zou Zhechang et al. [16] immobilized papain using silica mesoporous foam material as a carrier. The results showed that the optimal reaction temperature of immobilized papain was 10°C higher than that of free enzyme, the optimal pH shifted 0.5 units toward the alkaline direction, and enzyme activity retained 65.1%. Lin Yin et al. [17] chemically modified high-boiling-point alcohol lignin and enzymatically hydrolyzed lignin to enhance their hydrophilicity, synthesizing novel high-polymer high-boiling-point alcohol lignin phenol (HBS lignin phenol) and lignin amino phenol derivatives, and investigated the immobilization of papain using these materials. The results showed that the activity recovery rate of papain when adsorbed by enzymatically modified lignin amino phenol and HBS lignin phenol reached over 50%, indicating its potential as an excellent carrier for immobilized enzymes.

3食品産業におけるpapainの現在のアプリケーション

3.1肉のtenderizerとして

With the improvement of living standards, after solving the problem of food security, people have gradually developed higher demands for the quality and texture of meat. The meat of aged livestock and poultry, when cooked, has a coarse and hard texture. However, when tenderizing powder is added, the meat becomes tender and soft.

One of the main components of meat tenderizer is papain, which is a cysteine protease capable of degrading proteins in muscle fibers and connective tissue [18]. It breaks down myosin and collagen into smaller peptides or even amino acids, causing the muscle fibers and tendon fibers to rupture, making the meat tender, smooth, and crispy. This simplifies the protein structure, making it easier to digest and absorb. On the other hand, tenderizers work most effectively during the steaming or boiling process when temperatures are high. Papain is highly heat-stable, remaining active even at 90°C, making it ideal for producing tenderizing powder.

Lei Changgui et al. [19] used fresh beef as raw material to study the effects of papain on the muscle fiber fragmentation index (MFI) and shear force of beef. The results indicated that a papain solution at a concentration of 0.007% achieved the best tenderizing effect on beef, primarily due to papain promoting the cleavage of Z-lines, resulting in a significant increase in the muscle fiber fragment index (MFI) and a significant decrease in shear force with prolonged storage time.

B M. Naveena et al. [20] investigated the tenderizing effects of various plant proteases on water buffalo meat. The results indicated that water buffalo meat treated with papain exhibited a significant increase in myofibrillar protein solubility and a significant decrease in shear force values.

papainはタンパク質の加水分解能力に優れているため、様々な分野で応用が可能です。海洋釣り and low-value fish account for a significant proportion. If not properly utilized, this would result in substantial waste. We can use papain to produce concentrated hydrolyzed protein, which is superior to whole fish meat or fish protein concentrates, featuring good water solubility, low fat content, low ash content, and high protein content. Papain can also be used to prevent food browning and recover residual meat from animal bones during slaughter [21].

3.2ビールの品質向上剤として

Mainly used to improve beer quality. Papain can hydrolyze proteins in beer, partially hydrolyze some formed complexes, produce more peptides or amino acids, ensure high clarity of beer during freezing, and improve beer taste while optimizing the composition and ratio of original peptides and amino acids, effectively enhancing beer quality. According to reports, adding papain at a concentration of 0.08 mg/100 mL to beer during freezing storage yields the best clarification effect, increasing free amino acid content, reducing turbidity by 68.75%, and increasing free amino acids such as threonine, valine, and arginine increased by 8.2 times, 0.2 times, and 1.1 times, respectively [22].

3.3ビスケット軟化剤として

の使用papain in cookies and pastries can break down thiols, reduce dough gluten strength, improve cookie crumb structure, enhance crumb texture, and reduce defect rates while increasing yield; additionally, it can reduce the use of fats and sugars. It is suitable for the production of high-, medium-, and low-grade cookies, pastries, and bread with various flavors [23].

3.4調味料の製造に使用されます

Brewer' s酵母is a by-product of the beer industry. Through the action of papain, aromatic yeast extract with a rich flavor is extracted, which can be seasoned to produce yeast seasoning sauce. This serves as an excellent seasoning, enhancing the value and utilization of brewer' s酵母。

3.5栄養健康製品業界で使用されています

Papain is primarily used in health supplements through two pathways: one is as a digestive aid, formulated into enteric-coated tablets for oral administration to alleviate digestive disorders; the other is to decompose plant and animal sources containing special proteins into various nutritional supplements. Fang Fuyong et al. [24] used papain to hydrolyze Bafei clam meat, and the results showed that the hydrolysate contained a high content of free amino acids, approximately 923.0 mg/100 ml (tryptophan not included), with essential amino acids accounting for 33.0%. Bafei clam meat, after being hydrolyzed with a composite protease and appropriately formulated, can be used to produce a nutrient-rich, seafood-flavored oral liquid with certain health benefits.

3.6ペットフード生産への応用

Treating pet food with papain can reduce its viscosity, improve texture, and enhance flavor. Additionally, papain has anthelmintic properties, and papaya juice can be used to expel nematodes from the intestines of mammalian hosts.

Additionally, papain can be applied in the chemical and pharmaceutical industries. For example, adding papain to detergents like laundry powder can quickly remove bloodstains and sweat stains from clothing. Furthermore, papain can promote the effective extraction of traditional Chinese medicine components, assist in the identification of Rh blood types, and be used for auxiliary treatment of tumors.

4展望

Currently, papain is widely used in the food industry, such as in the production of meat, beer, and seasonings. With the improvement of living standards in China, people are increasingly concerned about food safety and nutrition. Papain can be used to produce safe and nutritious foods, such as oral liquids with health benefits, which have a promising market outlook.

Additionally, to meet the growing demand for papain across various industries, particularly in the food and pharmaceutical sectors, researching methods to separate and purify papain with low cost and high purity is highly significant. Therefore, conducting in-depth studies on the extraction and separation purification technology of papain to obtain high-quality papain holds important practical value.

参照

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