新型蛋白酶法制備明膠工藝對于資源利用和環(huán)境維持都有重要意義，同時對于現(xiàn)有骨素處理和明膠提取設備具有很好的兼容性。此外，在生產(chǎn)方面，無需額外添加*工藝設備，傳統(tǒng)工藝的工廠可以快速轉(zhuǎn)化為使用酶法工藝，便于擴大生產(chǎn)規(guī)模。

明膠是膠原的水解產(chǎn)物，廣泛應用于醫(yī)藥、食品、紡織、化工、電子、造紙、印刷等30多個行業(yè)，化學制備法一直是明膠生產(chǎn)的傳統(tǒng)工藝。近年來，隨著對各類酶的研究進展與綠色工藝的革新，酶法制備明膠工藝成了研究者不斷探索的新方向。

近日，*天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員宋詼帶領(lǐng)研究組，通過對土壤樣品宏基因組測序，發(fā)現(xiàn)了一種能夠用于明膠制備的新型蛋白酶，并以該酶為基礎對蛋白酶法制備明膠工藝進行了優(yōu)化。

宋詼告訴《中國科學報》，新型蛋白酶法制備明膠工藝對于資源利用和環(huán)境維持都有重要意義，同時對于現(xiàn)有骨素處理和明膠提取設備具有很好的兼容性。此外，在生產(chǎn)方面，無需額外添加*工藝設備，傳統(tǒng)工藝的工廠可以快速轉(zhuǎn)化為使用酶法工藝，便于擴大生產(chǎn)規(guī)模。

工藝需不斷優(yōu)化

2010年世界明膠需求量約為44.5萬噸，預計未來五年明膠需求增長率可達到年均增長9%。由于客觀原因，我國傳統(tǒng)骨明膠制備工業(yè)多集中于骨資源豐富地區(qū)，如內(nèi)蒙古、青海、甘肅等地。

同時，由于傳統(tǒng)骨明膠制備工藝要經(jīng)歷多次浸酸、水洗、浸灰、中和等步驟，對淡水需求量*，而上述地區(qū)的淡水資源卻十分缺乏。地區(qū)資源與傳統(tǒng)工藝的局限限制了明膠工業(yè)的發(fā)展，對明膠工藝的革新提出了迫切的要求。

20世紀80年代，酶法制備明膠工藝出現(xiàn)，明膠制造酶法工藝主要是采用生物酶作用于動物的骨或皮，降解其中的膠原大分子生產(chǎn)明膠。

據(jù)宋詼介紹，通過利用酶法制備骨明膠，可以省略多次酸堿水洗步驟，簡化為酸、酶處理一步反應，縮短了工藝流程，還能夠減少90%以上的淡水消耗量，同時節(jié)約了大量能源和酸堿試劑。

“由于其可縮短生產(chǎn)周期、減少環(huán)境污染、易于自動化控制及細化明膠品質(zhì)，是明膠制備技術(shù)的發(fā)展趨勢。”*天津工業(yè)生物技術(shù)研究所基因工程(Genetic Engineering)與微生物應用技術(shù)研究組的研究人員譚明補充道。

但是，酶法制備明膠還存在著一些不足。首先，目前酶解使用的蛋白酶提取自動植物（如動物內(nèi)臟、木瓜、菠蘿等），其制備過程存在污染和耗能問題。其次，動植物來源的蛋白酶產(chǎn)品穩(wěn)定性有待提高，酶活性低。第三，蛋白酶活性容易受水解產(chǎn)物的影響，容易失去活性。此外，酶法制備明膠還存在形成的膠原水解產(chǎn)物專一性差，影響了明膠產(chǎn)品質(zhì)量；明膠制備過程中途需要人為大幅調(diào)節(jié)pH值等問題，限制了酶法制備明膠工藝的發(fā)展。

新型蛋白酶助力綠色工藝

在上述背景下，*天津工業(yè)生物技術(shù)研究所基因工程(Genetic Engineering)與微生物應用技術(shù)的研究隊伍將目光投向了明膠酶法制備中新型酶的研究。

宋詼認為，上述酶法制備明膠的不足是由蛋白酶本身的局限造成的，但是目前國內(nèi)外市場上都還沒有于明膠制備的高溫蛋白。

因此，宋詼的研究團隊從土壤環(huán)境里能生存的微生物中提取相關(guān)基因，然后對得到的高溫蛋白酶進行特異性分子改造并進行了外源表達，得到了大量工業(yè)蛋白酶。

隨后，他們從獲得的新蛋白酶里進行篩選研究，對一些可能制備明膠的蛋白酶進行初步檢測，通過工藝過程和產(chǎn)品指標等綜合評價，尋找到了一種酶法制備明膠效果較優(yōu)的新型蛋白酶。

同時，宋詼的研究團隊對酶法制備明膠的工藝進行了革新，將后續(xù)的提膠過程由傳統(tǒng)的多道提膠工藝改為兩道提膠。在運用該新型蛋白酶制備明膠的工藝中，*道提膠占明膠得率達12%，已接近傳統(tǒng)酸堿法多道提膠步驟的得率總和，該新型蛋白酶法制備明膠的總得率也超過了傳統(tǒng)方法的14%~15%，達到17%。

宋詼介紹說，相對于傳統(tǒng)酸堿法制備的明膠，酶法明膠的蛋白電泳條帶更集中，更單一，所得明膠的凍力值可達250 bloomg以上，黏度值可達4.0 mPa·s，與傳統(tǒng)法相當。明膠總生產(chǎn)周期從60多天縮短到5天，減少90%淡水用量，同時減少大量能源和化學制劑消耗，實現(xiàn)了明膠制備的綠色工藝。

產(chǎn)業(yè)化還需“說服”廠家

據(jù)悉，宋詼的研究團隊下一步要做的是根據(jù)明膠的技術(shù)指標（凍力、黏度、透過率），對溫度特性、pH 特性、作用效率等蛋白質(zhì)特性繼續(xù)進行分子改造。

“我們還要優(yōu)化*酶的復配方案，探索和優(yōu)化應用于明膠綠色酶法制備工藝的復合酶配方，優(yōu)化新型酶生物制備明膠工藝，并與合作企業(yè)一起進行工藝的放大及工業(yè)化生產(chǎn)示范。整個工藝成熟到能投產(chǎn)，還需要1~2年時間。”宋詼說。

瞄準酶法制備明膠產(chǎn)業(yè)化的還有中科院的另一支研究隊伍，據(jù)該研究團隊一位不愿透露姓名的研究員介紹，該研究團隊的酶法明膠生產(chǎn)工藝已在寧夏、內(nèi)蒙古等省區(qū)開展了工業(yè)化實驗和實施，部分企業(yè)產(chǎn)品已經(jīng)上市形成銷售，并將進一步在其他地區(qū)進行推廣。

但是，這位研究員認為，對于酶法制備明膠工藝而言，要想在產(chǎn)業(yè)化進程中*替代傳統(tǒng)化學工藝，還有一段很長的路要走。

該研究員指出，在產(chǎn)業(yè)化中，酶法制備還有一些重要問題，如酶法制備明膠生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性，酶法明膠在食品、藥品等下游企業(yè)中的接受和認可過程等。

宋詼表示，目前大部分明膠制備廠家采用傳統(tǒng)化學法，如果改成酶法，需要給企業(yè)證明新工藝能帶來巨大的經(jīng)濟效益。

“要改造傳統(tǒng)工藝和建立新的生產(chǎn)線，許多企業(yè)不能接受這個風險，而當前一些大企業(yè)沒有太大競爭壓力，對工藝革新的興趣不大，因此，如何進一步證明酶法工藝能帶來巨大價值，對我們來說是一個挑戰(zhàn)。”宋詼強調(diào)。

                             來源：中國科學報