地球表面積的71%左右被水覆蓋，包括海洋和淡水水域，在這些水環境中，蘊藏著豐富的蛋白資源。水產蛋白質尤其是海洋生物蛋白質的品位極高，所含必需氨基酸種類豐富、營養均衡，有著陸地蛋白資源無法替代的優越性。近年來，世界水產總量一直保持在每年一億噸左右。在如此巨大的蛋白資源中除了部分直接用于食用外，很大部分低值水產品及水產品加工過程中產生的副產物或是經過粗略的加工制成魚粉，或是直接丟棄，產品的附加值很低。無論是魚粉加工過程中產生的廢水還是直接丟棄的低值水產品，直接排放到環境中都會造成嚴重的環境污染。因此，如何運用生物技術對這些低值水產品和水產加工過程中產生的副產物進行高值化利用，是目前生物技術領域急需開展的研究課題。其中，運用微生物技術和酶技術對這些低值水產蛋白資源進行酶解利用，是開發水產蛋白資源的重要途徑。我國是一個水產大國，自上世紀90年代以來，我國水產品產量一直穩居世界第一。然而，目前我國在水產蛋白資源的酶解利用方面的研究并不多，而且不夠深入。對富含蛋白質的低值水產品和水產加工副產物進行酶解綜合利用，不僅可提高其附加值，改善水產蛋白資源的營養及功能特性，同時還可減少對環境的污染，產生良好的經濟效益。

1酶解工具蛋白酶的來源及選擇

1.1蛋白酶的來源

目前用于水產蛋白資源酶解利用的蛋白酶種類很多，根據其來源可分為植物，動物和微生物來源三類。來自植物的蛋白酶主要有木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、無花果蛋白酶、木瓜凝乳蛋白酶等，其中以木瓜蛋白酶在水產蛋白資源酶解中應用最為廣泛。來源于動物消化道的蛋白酶包括胰蛋白酶，胃蛋白酶，胰凝乳蛋白酶等，除了上述常用的動物消化道蛋白酶之外，有些學者使用自行從動物消化道中提取的消化酶作為水產蛋白酶解的工具酶，如從鯖魚腸道中提取的蛋白酶(mackerelintestinecrudeenzyme,MICE)[1]，從大西洋鮭魚幽門盲囊中提取的蛋白酶[2]和從金槍魚幽門盲囊中提取的蛋白酶[3]等。微生物發酵產生的蛋白酶在水產蛋白酶解利用中應用較多，產酶微生物有細菌，霉菌，酵母和放線菌。細菌類蛋白酶主要是枯草芽孢桿菌等芽孢桿菌產生的，一般是中性或堿性蛋白酶，如Novozymes的Neutrase，Protamex，Alcalase[4]和RohmEnzymes的Corolase7089[2]等，霉菌產生的蛋白酶有Novozymes的Flavourzyme和RohmEnzymes的CorolasePN－L等[4]。

1.2酶解工具蛋白酶的選擇

不同的蛋白酶對同一底物的水解效率不同，而且不同蛋白酶酶解產生的產物的理化功能特性和化學組成存在很大的差異，因此，酶解所用的工具蛋白酶的選擇對于水產蛋白資源酶解利用是非常重要的。不同的蛋白酶由于酶切作用方式及酶切位點的不同，酶解產物營養成分組成如肽段的分子量大小和游離氨基酸的組成上存在很大的差異。如胰蛋白酶的酶切作用位點比較少，只能裂解堿性氨基酸Arg或Lys羰基側肽鍵[5]，因此酶解產生的片斷較大。研究顯示，用細菌蛋白酶(Alcalase，Neutrase，Protamex)酶解的酶解產物，分子量小于2500Da的肽段較多，而來自動物(豬，鱈魚)胰臟的蛋白酶酶解產物中分子量較大的肽段較多，而且以氮回收率為考察指標時，細菌蛋白酶優于從動物組織中提取的蛋白酶[6]。不同的蛋白酶對酶解產物的風味的好壞也有很大的影響。酶解反應所用蛋白酶及其用量、水料比、pH值、溫度和酶解時間等因素對酶解產物的風味值均有影響[7]。在蛋白資源的酶解利用中，成本最高的是所使用的外源蛋白酶，因此，從經濟效益上講，蛋白酶的選擇至關重要。目前研究及生產上所用的蛋白酶種類較多，如木瓜蛋白酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、Flacourzyme、Protamex、Alcalase、Neutrase等，研究表明，以蛋白質回收和獲得最大水解度為目的時，以Protamex[6][8]和Alcalase[2]最為合適；若以酶解產物風味為選擇指標，則使用Flacourzyme[7]為適宜。

2水產蛋白資源的酶解利用現狀

人們對水產蛋白資源的酶解利用可以追溯到上世紀六十年代，幾十年來，研究人員對水產蛋白資源的酶解利用的研究始終保持著濃厚的興趣，到目前為止，已有大量的水產蛋白資源被應用于酶解利用研究。表1所列為近十幾年來部分被應用于酶解利用的水產蛋白資源。從表1中可知，可用于蛋白酶解利用的水產資源十分豐富，許多魚類、軟體動物、甲殼動物和單細胞藻類以及魚、蝦、蟹、貝類等加工后的副產物都可以應用于酶解利用，其中種類豐富的魚類及其加工過程中產生的副產物是水產蛋白酶解利用的主要對象。通過蛋白酶解的方法對加工過程中產生的副產物進行綜合利用研究，可以盡可能多的回收這些漁業加工副產物中的蛋白質，以達到對其充分利用的目的。許多研究表明，水產蛋白質資其酶解產物與酶解前比較具有較高的營養價值和很好的功能特性，可以應用于飼料、食品、化工、醫藥等各個領域，實現對其高值化利用。

3酶解工藝、酶解過程及酶解產物特性

水產蛋白的酶解和陸地蛋白的酶解就其工藝流程和水解過程來說基本是一致的。在工藝上，所有的酶解反應都包括調節酶解條件(pH值、溫度等)、酶解、酶解反應的終止、產物的分離等過程，圖1為酶解反應工藝流程圖[2][7][9～12]。蛋白酶解的機制非常復雜，因為底物中包含了大量的不同種類的不溶性蛋白質。一般認為，所有的酶解反應至少分為兩個階段，首先，酶分子與蛋白質顆粒連接，蛋白質中一些特殊的殘基和肽鍵進入酶的活性中心，第二步，水解反應的發生，釋放出大量可溶性的多肽和氨基酸，越處于核心、結合越緊密的蛋白質水解速度越慢。一般來說，蛋白質的酶解反應在最初的0.5～2h內保持較高的水解速度，這一時間由于酶解反應的底物和所用的蛋白酶不同而有差異，Liaset等的研究顯示用Protamex對大西洋鮭魚魚排進行酶解以氮回收率(nitrogenrecovery%，NR%)為反應指標，酶解反應在最初的0.5h內保持較高的水解速度[8]；而在Guérard等的研究中，水解速度在最初的1.5h內保持較高的水平[10]。隨著酶解反應時間的延長，酶解反應速度明顯下降。蛋白質酶解反應的這一特性可以用水解曲線(如圖2)表示，在反應的初期階段，水解度隨著反應時間的增長而有較大的增高，隨著時間的延長，這種增長越來越小，水解速率明顯下降，最后，水解速率降為0而水解度達到最高。這種蛋白酶解所呈現的典型的曲線在許多水產蛋白資源的酶解研究中被發現，如對大西洋鮭魚[2][8]、金槍魚[10][14]、毛鱗魚[11]、沙丁魚[13]等的酶解都呈現了上述規律。筆者在利用Flavourzyme對羅非魚魚頭進行酶解的研究中也發現了上述規律，在酶解條件固定時α-氨基氮質量(α-aminonitrogen，AN)隨著酶解時間的變化符合水解曲線所顯示出的規律，并且α-氨基氮質量在酶解反應最初的1h內保持較大的增長。1993年，Moreno和Cuadrado通過堿性蛋白酶Alcalase(酶解條件：50℃，pH8)對鷹嘴豆蛋白(chickpeaproteins)的酶解研究，認為水解曲線所揭示的趨勢產生的原因有如下三點：①可被蛋白酶裂解的肽鍵數目的減少；②酶活力的降低；③產物抑制作用[15]。2001年，Guérard等學者用Alcalase酶解黃鰭金槍魚廢棄物，通過在酶解反應中途加入酶解底物(即金槍魚廢棄物)，發現水解度的增加和中途加入的底物的量成正相關，因此Guérard等認為可被蛋白酶裂解的肽鍵數目是控制水解速率的主要因素[10]。蛋白資源在酶解過程中除了呈現出統一的酶解規律之外，不同來源的蛋白質資源的酶解產物還具有一些普遍的特性，如溶解性增加，乳化性能增強，具有一定的發泡性能，流動性增加以及具有更高的營養價值和更易吸收等等。根據水產蛋白資源的上述特性，可以將其應用于飼料、食品、化工及功能性食品等各個領域。