1920年法国化学家Braconnot首先报道了在高温下进行蛋白质(明胶)酸水解的方法。在110℃条件下,6mol/LHCl作用24h可将蛋白质完全水解。相同温度条件下用盐酸作用2~6h可将蛋白质水解成多肽。酸水解后将产物蒸发、巴氏杀菌并喷雾干燥。大部分蛋白质酸水解产物用作增味剂(例如,水解植物蛋白调味剂),且蛋白质的酸水解成本低。然而,蛋白质在酸水解过程中色氨酸结构被完全破坏,部分蛋氨酸受到损失,同时将谷氨酰胺和天冬酰胺分别转化为谷氨酸和天冬氨酸。
表1常用于蛋白质酶水解的蛋白酶
生物活性肽是蛋白质中具有一定营养价值和生物学功能的氨基酸片段。其有抗菌、抗氧化、抗高血压和免疫调节作用。这些生物活性肽通常为2~20个氨基酸,但有些可能含有20个以上的氨基酸。许多生物活性肽具有共同的结构特性,如氨基酸含量少,疏水性氨基酸含量多,含精氨酸、赖氨酸和脯氨酸残基。在动物中,内源性肽发挥重要的生理或调节功能。
植物和动物蛋白质水解产生的肽被广泛用于家禽及宠物饲料中,它们的应用能经济有效地促进动物生长和和肠道健康,改善生产性能。其发挥作用的可能机制是:
(1)小肠对小肽的吸收效率高于等量的游离氨基酸;
(2)小肠中细菌对小肽的分解代谢率要低于等量的游离氨基酸;
(3)相对于单个的氨基酸,小肽能通过肠道运输多种氨基酸进入静脉,使血液中氨基酸更平衡;
(4)提供功能性氨基酸(如甘氨酸、精氨酸、谷氨酸等),增强机体抗氧化能力和促进肌肉蛋白质合成;
另外,采食含5%的大西洋鲑鱼蛋白质水解物(来自内脏)的鸡生长性能优于采食含或不含4%的鱼食日粮的鸡。日粮中鱼副产品蛋白水解物的添加(10%)能够促进欧洲幼鲈鱼的生长和肠道发育、免疫性能,并提高其在鳗弧菌(一种革兰氏阴性菌)感染下的存活率。因此,SDPI和其他动物蛋白质水解物在动物生产中具有良好的应用前景。
植物和动物蛋白质水解物能够产生易消化的多肽、生物活性肽以及特定的氨基酸(如谷氨酸),其能为动物提供了一定的营养、生理或者调节作用。这些蛋白质水解物的工业生产方法包括:强酸或强碱法;温和的酶促反应;微生物发酵。水解度通过蛋白质中肽键断裂的数目除以蛋白质总的肽键数目来计算。化学水解通常用来产生香味,而微生物发酵不仅能产生肽也能去除蛋白质成分中的抗营养因子。除了提供氨基酸的营养价值以外,生物活性肽还具有抗菌、抗氧化、抗高血压和免疫调节作用。这些肽能有效改善动物肠道形态、功能并提高动物(包括猪、仔牛、鸡、宠物和鱼)对多种感染性疾病的抵抗能力,进一步提高生长性能和饲料转化率,改善动物健康状况。将动物副产品或植物性饲料转化为优质蛋白质水解物后用于饲喂动物是一种非常经济有效的方式。