淺談高活性低損失胰酶的生產技術

李夏

摘 要：本文以胰酶為中心，介紹了胰酶的種類以及主要功能，討論了胰酶加工生產中損失率高、活性低的主要原因；同時根據胰酶的性質探討了高活性低損失胰酶的生產技術，為生產高活性低損失的胰酶提出了一點意見。

關鍵詞：胰酶；高活性；生產技術

引言

胰酶是從動物胰臟中提取的一種混合酶制劑，含有胰蛋白酶、糜蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀粉酶、激肽原酶和彈性酶等諸多天然酶類，在食品、制藥、皮革、紡織、化妝品、畜牧獸醫、醫療和生物制劑領域有著廣范的應用。國內市場每年的需求量約在150-200t之間，主要用來生產助消化藥多酶片及胰酶片[1]。藥用胰酶是我國和世界多國藥典收載的助消化藥品，用于治療食欲不振、消化不良、肝臟胰臟疾患引起的消化障礙；工業胰酶在皮革生產中用于皮革的軟化、脫脂及松緊度的調節。由于國內胰臟資源相對缺乏，所以如何提高胰臟利用率、生產高質量胰酶滿足國內外市場需求；同時提高效率、降低成本、提高效益是各胰酶生產廠家十分關注的問題[1]。

1 胰酶的種類及功能

胰酶所包含的多種極具價值的天然活性酶可以開發成重要的生化藥品。主要酶的功能如下：

1.1 胰脂肪酶：脂肪酶能夠在油-水界面上催化酯水解、酯合成、酯交換等，被應用于生物柴油的制備，是近年來生物、化學、化工界研究的熱點。

1.2 胰淀粉酶：其作用是分解糊化后的直鏈淀粉和支鏈淀粉中的直鏈部分的α1-4糖苷鍵。廣泛用于淀粉加工、釀造和制糖等行業。

1.3 胰蛋白酶：具有抗炎消腫的活性，主要用于肺膿腫、支氣管炎，以及血腫、濃腫、關節炎、血栓靜脈炎、虹膜睫狀體炎、眼色素層炎、粘膜炎等。擴張血管作用，能改善包括炎癥部位在內的全身性循環，有益于緩解局部充血和促進其他藥物的吸收。胰蛋白酶毒副作用較低，對肝腎功能也未見明顯影響。

2 胰酶純度低制備損失大的原因

根據中國藥典規定，胰酶中三種酶的最低限量指標為：蛋白酶600u/g，淀粉酶7000u/g，脂肪酶4000u/g。目前國內商品胰酶的活力很不一致，大部分產品蛋白酶活力為藥典規定低限的5-7倍。其他二酶活力波動更大，尤其是脂肪酶的含量很不穩定，常有不符合藥典規定比例的現象[1]。

2.1 胰蛋白酶的活化技術

活化技術是胰酶生產中的關鍵技術，關系到產品的回收率和活性，直接影響到企業的效益。國內廠家原料處理方法落后，活化不同步，有的已活化并開始發生分枝反應使得胰蛋白酶失去活性，而有的還是顆粒狀，靠自溶才能慢慢活化。這就造成活化一批，失活一批。

2.2 胰酶提取工藝

胰酶對環境非常敏感，過高的溫度，較強的酸堿值，應用不當的化學試劑等不當的處理條件等都會使胰酶活力下降甚至活力喪失。在胰酶的提取分離過程中，如不注意提取工藝及操作條件的控制，或者使用了容易導致胰酶失活的化學試劑等都極有可能導致提取出的胰酶活性低，活力差。

2.3 胰脂肪酶和胰淀粉酶保護不足

因國家藥典質量標準較低，國內對胰酶的研究多集中在于激活劑的種類及激活時間、溫度的試驗，試驗目的傾向于胰蛋白酶的提高，常常忽視對胰脂肪酶、胰淀粉酶的保護。然而事實上，脂肪酶和淀粉酶也是有著極大經濟價值的品種，有必要最大限度減少活化時對胰蛋白酶本身及胰脂肪酶、胰淀粉酶的破壞。

2.4 廠家要求不同

下游的生產廠常常根據自己的生產目的提出對不同的胰酶標準，比如：有用戶用于提取血管舒緩素的，對胰酶中胰激肽酶的含量要求會高于其他酶；用于水解蛋白酶的，對胰蛋白酶的含量要求會較高。這就導致了有些胰酶產品，即便達到了藥典標準，但是也會因為不符合廠家標準而成為“不達標”的低活性胰酶。

3 高活性低損失胰酶的生產技術

3.1 雙水相萃取技術

雙水相萃取系統是由兩種化學結構不同的親水性聚合物，或者一種親水性聚合物和無機鹽在水中以適當的濃度而形成互不相溶的兩水相系統。利用組分在兩水相間分配的差異而進行組分的分離提純的技術稱為雙水相萃取技術。萃取體系的性質差異，當生物物質進入雙水相體系后，由于表面性質、電荷作用和各種力（如憎水鍵、氫鍵和離子鍵等）的存在下和環境的影響，使得在上、下相中的濃度不同，分配系數K等于兩相中生物物質的濃度比，K=C上/C下 式中，K為分配系數，C上和C下分別為被分離物質在上、下相的濃度。由于不同蛋白質的K值不相同，因而雙水相體系對各類蛋白質的分配具有較好的選擇。雙水相萃取中影響目的蛋白分離的主要因素有聚合物的分子量和聚合物的濃度等，可以通過調節聚合物的分子量和聚合物的濃度改變不同蛋白質在上下相中的分配系數，從而達到胰蛋白酶、胰淀粉酶和胰脂肪酶的有效分離。同時，雙水相系統的應用避免使用了那些能夠導致酶變性失活的因素（如酸、堿、），從而大大提高了萃取產物的活性。

3.2 殼聚糖絮凝劑沉降技術

我國目前生產胰酶的方法主要是乙醇沉淀法、丙酮沉淀法，這些方法中主要存在的問題是酶活性低，產率低，生產成本高，且用乙醇和丙酮消耗量大，容易造成環境污染。殼聚糖又稱可溶性甲殼素，是甲殼素的脫乙酰衍生物，為一種新型的蛋白質絮凝沉淀劑[2]，用殼聚糖作為分離胰酶的沉淀劑，不僅殼聚糖來源豐富，而且殼聚糖的沉降效率高；用量少且無毒，使用更安全；獲得的產品酶活性較高、產率也較高，是一種理想的分離方式[3]。

3.3 胰酶固定化技術

由于未經固定化的胰酶在溶液中發生自身降解作用，使反應條件難以控制，催化效率下降，一般不能反復使用，也不易與產物分離，不利于產物的提純精制，使成本提高。因此，不少科技工作者正致力于探索胰酶的固定化方法與技術，以求制備出高活性、高穩定性、高機械強度的固定化胰酶[4]。

3.4 膜分離技術

在胰酶純化過程中主要用到的膜分離技術多為超濾。在靜壓作用下降溶液通過孔徑非常小的濾膜，使溶液中分子量較小的溶質透過薄膜，而大分子被截留于膜表面。大多數超濾膜是由一層非常薄的功能膜與較厚的支撐膜結合在一起而組成的。功能膜決定了膜的孔徑，而支撐膜提供機械強度以抵抗靜壓力。超濾濃縮的優點是：操作條件溫和，無相變化，對生物活性物質沒有破壞。

還可將超濾與親和層析相結合以提高分離純度。其工作原理是：當溶液中欲被分離的蛋白質不受阻礙地通過超濾膜的孔隙時，如果在膜的一側結合著親和配基，該蛋白質就會與配基結合因而結聚在膜的這一側。不與配基結合的其他物質就將穿過孔而被帶走。再用適宜的洗脫劑將該蛋白質洗脫下來，洗脫液用于進一步的分離純化。

由于胰酶成分復雜，不同成分理化性質及其相似，并且在分離純化的過程中極易導致酶蛋白變性失活，因此，胰酶產率低，純度差，活性不高等問題一直是困擾胰酶生產廠家的主要問題，相信隨著科學技術的不斷提高，生物分離純化手段的不斷進步，在不久的將來，一定能夠得到產率高活性大的胰酶產品。

參考文獻

[1]何執中，何執靜.高活力胰酶的生產.中國生化藥物雜志，1994年第15卷第3期190-192.

[2]將挺大.甲殼素[M].北京：化學工業出版社，2003.

[3]張廷紅，萬海清.殼聚糖提取動物胰臟中胰酶的工藝研究.西南科技大學學報，2005年3月 第20卷 第1期 72-74.

[4]肖厚榮，宋揚，等.胰蛋白酶固定化新工藝研究.安慶師院學報（自然科學版），1996年5月第2卷第2期 18-19.