新型蛋白酶法制備明膠工藝對(duì)于資源利用和環(huán)境維持都有重要意義，同時(shí)對(duì)于現(xiàn)有骨素處理和明膠提取設(shè)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(shè)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(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。

明膠是膠原的水解產(chǎn)物，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、紡織、化工、電子、造紙、印刷等30多個(gè)行業(yè)，化學(xué)制備法一直是明膠生產(chǎn)的傳統(tǒng)工藝。近年來，隨著對(duì)各類酶的研究進(jìn)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(duì)土壤樣品宏基因組測(cè)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(chǔ)對(duì)蛋白酶法制備明膠工藝進(jìn)行了優(yōu)化。

宋詼告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，新型蛋白酶法制備明膠工藝對(duì)于資源利用和環(huán)境維持都有重要意義，同時(shí)對(duì)于現(xiàn)有骨素處理和明膠提取設(shè)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(shè)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(kuò)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(yù)計(jì)未來五年明膠需求增長(zhǎng)率可達(dá)到年均增長(zhǎng)9%。由于客觀原因，我國(guó)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(shí)，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(duì)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(duì)明膠工藝的革新提出了迫切的要求。

20世紀(jì)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(dòng)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(jiǎn)化為酸、酶處理一步反應(yīng)，縮短了工藝流程，還能夠減少90%以上的淡水消耗量，同時(shí)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(dòng)化控制及細(xì)化明膠品質(zhì)，是明膠制備技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。”*天津工業(yè)生物技術(shù)研究所基因工程(Genetic Engineering)與微生物應(yīng)用技術(shù)研究組的研究人員譚明補(bǔ)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(dòng)植物（如動(dòng)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(dòng)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(yīng)用技術(shù)的研究隊(duì)伍將目光投向了明膠酶法制備中新型酶的研究。

宋詼認(rèn)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(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上都還沒有于明膠制備的高溫蛋白。

因此，宋詼的研究團(tuán)隊(duì)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(duì)得到的高溫蛋白酶進(jìn)行特異性分子改造并進(jìn)行了外源表達(dá)，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(jìn)行篩選研究，對(duì)一些可能制備明膠的蛋白酶進(jìn)行初步檢測(cè)，通過工藝過程和產(chǎn)品指標(biāo)等綜合評(píng)價(jià)，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(shí)，宋詼的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)酶法制備明膠的工藝進(jìn)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(yùn)用該新型蛋白酶制備明膠的工藝中，*道提膠占明膠得率達(dá)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(dá)到17%。

宋詼介紹說，相對(duì)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(dá)250 bloomg以上，黏度值可達(dá)4.0 mPa·s，與傳統(tǒng)法相當(dāng)。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(shí)減少大量能源和化學(xué)制劑消耗，實(shí)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(tuán)隊(duì)下一步要做的是根據(jù)明膠的技術(shù)指標(biāo)（凍力、黏度、透過率），對(duì)溫度特性、pH 特性、作用效率等蛋白質(zhì)特性繼續(xù)進(jìn)行分子改造。

“我們還要優(yōu)化*酶的復(fù)配方案，探索和優(yōu)化應(yīng)用于明膠綠色酶法制備工藝的復(fù)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(jìn)行工藝的放大及工業(yè)化生產(chǎn)示范。整個(gè)工藝成熟到能投產(chǎn)，還需要1~2年時(shí)間。”宋詼說。

瞄準(zhǔn)酶法制備明膠產(chǎn)業(yè)化的還有中科院的另一支研究隊(duì)伍，據(jù)該研究團(tuán)隊(duì)一位不愿透露姓名的研究員介紹，該研究團(tuán)隊(duì)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(shí)驗(yàn)和實(shí)施，部分企業(yè)產(chǎn)品已經(jīng)上市形成銷售，并將進(jìn)一步在其他地區(qū)進(jìn)行推廣。

但是，這位研究員認(rèn)為，對(duì)于酶法制備明膠工藝而言，要想在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中*替代傳統(tǒng)化學(xué)工藝，還有一段很長(zhǎng)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(rèn)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(xué)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(jì)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(gè)風(fēng)險(xiǎn)，而當(dāng)前一些大企業(yè)沒有太大競(jìng)爭(zhēng)壓力，對(duì)工藝革新的興趣不大，因此，如何進(jìn)一步證明酶法工藝能帶來巨大價(jià)值，對(duì)我們來說是一個(gè)挑戰(zhàn)。”宋詼強(qiáng)調(diào)。

                             來源：中國(guó)科學(xué)報(bào)