Какой смысл в обездвиженном папайне?

Папайя (Carica Papaya), также известная как дерево яблоко, плод долговечности или молочный плод, является многолетним деревом, принадлежащим к семейству Caricaceae и роду Carica. Она имеет значительную площадь культивирования в южных регионах китая [1]. Согласно статистическим данным, полученным от инновационной группы папайи при научно-исследовательском институте субтропических культур гуанси-чжуанской автономной области, площадь культивирования папайи в гуанси составляет приблизительно 4000 гектаров, что составляет около 60% площади культивирования в стране.

Papain (EC: 3.4.22.2) — класс тиосодержащих протеолитических ферментов, полученных из тропических фруктов papaya, широко присутствующих в корнях, стеблях и листьях папайи [2], и особенно обильных в свежем латексе незрелых фруктов [3]. Папайн представляет собой единую полипептидную цепь эндопептидазу, состоящую из 212 аминокислот, с остатками цистеина на позиции 25 и остатками хистидина на позиции 158, находящимися в ее активном центре [4]. Папайн обладает высокой термоустойчивостью, широким диапазоном pH и низкой специфичностью субструации, что делает его общим биологическим катализатором, используемым, в частности, для выпрямления мяса, дегазации шелка и улучшения качества кормов. Фермент папайна в китае все еще находится в зачаточном состоянии, однако существует значительный рыночный спрос, что свидетельствует о значительном потенциале развития и мощном темпе роста, что требует дальнейших исследований.

Из-за белковой природы ферментов они часто теряют свою каталитическую активность и становятся неактивными после кратковременного или разового применения, что делает их непригодными для повторного использования. Благодаря иммобилизации ферментов на конкретные носители с использованием соответствующих методов можно повысить стабильность ферментов, продлить срок их хранения, облегчить их разделение и восстановление, повысить показатели использования и сократить время реакции, что позволит сократить производственные издержки. Благодаря иммобилизации ферментативные свойства папайна также могут быть значительно улучшены. В настоящем документе рассматривается применение иммобилизированного папайна в различных отраслях с целью дать некоторые ориентиры для разработки и применения иммобилизированного папайна.

1 введение в методы иммобилизации папайна

За годы исследований и практики исследователи обобщили многочисленные эффективные методы иммобилизации фермента, в Том числе такие традиционные методы, как вложение, адсорбция, перекрестная увязка и сужение, а также новые методы, такие как иммобилизация мембран [5], иммобилизация с помощью микроволновых импульсов [6] и безотгрузочная иммобилизация [7]. Среди них для иммобилизации папайна широко используются метод адсорбции, метод встраивания и метод перекрестной связи между носителями [8]. Ли лин [9] использовал модифицированные бамбуковые материалы в качестве носителей и использовал методы адсорбции и ковалентной связывания для обездвиживания папайна, что привело к обездвиживанию папайна с улучшенных эксплуатационными характеристиками, повышенной устойчивостью к хранению, щелочной переносимостью и высокой термостойкостью.

Байдамшина и др. [10] иммобилизованный папин на матрицы читосан со средним молекулярным весом (200 кда) и высоким молекулярным весом (350 кда), а иммобилизованный папин демонстрировал более высокую термостойкость и более длительный период полураспада. Wei Meiping etal. [11] иммобилизованный папин на магнитные частицы с помощью металлхелатации. Обездвиженный папин эффективно деградировал черный муравьиной белок. По сравнению со свободными ферментами иммобилизованные ферменты обладают такими преимуществами, как простота регенерации и стабильная ферментная активность после регенерации. Эти результаты свидетельствуют о Том, что термическая стабильность, щелочная устойчивость и другие ферментарные свойства иммобилизованного папайна могут быть дополнительно оптимизированы и улучшены, что делает его более пригодным для различных применений.

2 применения обездвиженного папайна

2.1 применение обездвиженного папайна в пищевой промышленности

Бурдок является традиционным китайским лекарственным и пищевым растением с высокой питательной ценностью. Содержащиеся в нем полисахариды бердока обладают антиоксидантными, антикоагулянтными и снижающими сахар свойствами крови, а также другими биологическими свойствами, что делает их весьма ценными как для пищевых продуктов, так и для здоровья. Используя chitosan в качестве носителя и обработки папайна в соответствующих условиях, можно получить иммобилизованный папайн. С помощью этого иммобилизированного папайна для экстракции полисахаридов бурдоков (параметры экстракции: pH 6,5, время 8 ч, соотношение твердых жидкостей 1:20, дозировка фермента 1,8 г/г) был достигнут коэффициент экстракции 11,04%, и иммобилизированный фермент сохранил более 50% своей ферментативной активности после пяти повторных применений. Это исследование установило эффективный метод экстракции полисахаридов бердока и служит ориентиром для экстракции биоактивных компонентов из других лекарственных и пищевых растений [12].

Соки, пиво и другие напитки могут проявлять холодную дымку (холодную дымку) во время хранения при низких температурах или длительного хранения, что влияет на качество продукта. Еще в 1990 - х годах китайские исследователи начали изучать применение иммобилизованных ферментов для решения проблем холодного задымления в напитках. Xu Fengcai et al. [13] использовали лилоновые папайны для обработки пива. После лечения обезболивающим папайном мутность пива снизилась в 2-11 раз, а содержание белка снизилось на 55% по сравнению с необработанным пивом. Кроме того, пиво сохранило свой первоначальный вкус, продлило время хранения при низких температурах, и феномен холодного тумана был значительно улучшен. В дополнение к использованию нейлона в качестве носителя, пиво также может обрабатываться с chitin- impapain. Цзян юньминь и др. [14] использовали читин в качестве носителя и глутаралдегид в качестве связующего агента для подготовки иммобилизованного папайна для экспериментов по уточнению качества пива. Экспериментальные результаты показали, что содержание белка в пиве, обработанном обезвоженным читином папайном, который был приготовлен в оптимальных условиях, сократилось с 56,5 мг/л до 2,7 мг/л, что существенно проясняет положение, что способствует повышению качества пива и его коммерческой ценности.

Читосан-иммобилированный папайн может также применяться для уточнения фруктовых соков. Ява §er[15] использовала N,N- метиленебис (акриламид) взаимосвязанный метилакрилат 2- гидроксиетиловый эфир и глутаральдегид взаимосвязанный замороженный гелатизированный читосан для иммобилизации папайна и использовала иммобилизованный папайн для уточнения содержания яблочного сока. В условиях реакции pH 4,08 уровень прояснения иммобилизованного папайна достиг 31,4%, в то время как у свободного папайна он составлял лишь 14,7%, что значительно ниже, чем у иммобилизованного фермента. Который был близок к показателю прояснения, достигнутому с использованием только замороженного гелатинизированного читосана (12,5%).

Лейла и др. [16] проводили исследования по иммобилизации папайна с использованием магнитных наночастиц и использовали бесплатный папайн и иммобилизованный папайн для обработки гранатового сока. В 50°C мутность гранатового сока, обработанного бесплатным папайном и обезвоженным папайном, в день 14 была 44,2 и 44,7, соответственно, значительно ниже, чем у необработанного гранатового сока (92,7). Среди них иммобилизованный папин сохранил примерно 40% своей ферментативной активности после 10 повторных видов использования и почти 80% своей ферментативной активности после 20 дней хранения, что значительно выше, чем у свободного папайна. В условиях, когда вопросы безопасности пищевых продуктов становятся все более приоритетными, папин, получаемый из фруктов, хорошо соответствует требованиям безопасности пищевой промышленности, что делает его выгодным для широкого применения в этом секторе. После иммобилизации, papain демонстрирует повышенную тепловую устойчивость, щелочность и регенеративные свойства, что делает его все более предпочтительным для дальнейшего расширения сферы применения в пищевой промышленности.

2.2 применение обездвиженного папайна в фармацевтической промышленности

Заметный прогресс достигнут также в применении обездвиженного папайна в фармацевтической промышленности. Организация < < кэтэнд > >#39. Когти-это сухой ризом растения смалакс глабра, общепринятой традиционной китайской медицины. Его полисахариды обладают богатой биологической деятельностью, такой как противовоспалительные, противоопухолевые, антиоксидантные и иммуномодуляционные эффекты [17-19], демонстрируя значительные медицинские и медицинские преимущества. Ляо циюань и др. [20] использовали обезмобилизованный папайн для удаления белков из сырых полисахаридов cat' когти в оптимальных условиях: 12% иммобилизованного фермента, 60 - градусный фермент гидролиза температуры, 2 часа фермента гидролиза времени, и pH 6.0. С коэффициентом удержания полисахаридов 73,2% и коэффициентом удаления белка 71,3%, эффективно снижая интерференцию белков на действие cat' полисахариды когтей. Это исследование также представляет собой эталонный метод извлечения и очистки активных компонентов из традиционных китайских трав в будущем.

Обездвиженный папаин оказывает определенное влияние на лечение ран [21]. Vasconcelos et al. [22] иммобилизованный папин на пероксибактериальные целлюлозы (оксбк) мембраны. Оксбк-иммобилизованный папин расширил мембрание' время действия на смоделированной воспаленной коже, это свойство повышает OxBC мембрание's эффективность в удалении гноя и некротической ткани от хронических кожных ран, предлагая новую возможность для будущих медицинских биохимических перевязок.

Антигенные связывающие фрагменты (Fab) могут служить в качестве антител препаратов для лечения некоторых конкретных заболеваний. И несколько препаратов на основе фабричных антител были одобрены управлением по контролю за продуктами питания и лекарствами США (FDA) [23]. Armutcu et al. [24] использовали замороженный гель-имплантированный биореактор папаина для переваривания антител иммуноглобулина G (IgG) человека и провели качественный анализ продуктов пищеварения. Экспериментальные результаты показали, что коэффициент пищеварения IgG достиг 80,6%, при этом на долю осколков Fab пришлось 37,84%, что делает их наиболее распространенными фрагментами в продуктах пищеварения. Это исследование показывает, что иммобилизованный папин может эффективно получить терапевтические фрагменты фаб через пищеварение иммуноглобулинов. В дополнение к вышеуказанным исследованиям, многочисленные доклады свидетельствуют о Том, что иммобилизованный папайн добился значительных терапевтических результатов в клиническом применении, что имеет важные последствия для дальнейших исследований по папайну в фармацевтической промышленности.

Биофармацевтические препараты, для которых характерны богатые ресурсы, междисциплинарный характер и низкая стоимость, быстро развиваются и в настоящее время являются одной из горячих точек исследований. Papain, как растительный натуральный продукт, уже продемонстрировал определенную ценность использования в этой отрасли. После иммобилизации повышается ее эффективность, что облегчает дальнейшее изучение ее дополнительных функций и путей применения в целях достижения более значительных результатов в области биофармацевтических препаратов и клинической медицины.

2.3 применение обездвиженного папайна в других отраслях

2.3.1 подготовка пептида к биоактивному процессу

Под биоактивными пептидами обычно понимаются пептиды, состоящие из аминокислот с различными составными элементами и механизмами, молекулярный вес которых составляет менее 6000 д и которые характеризуются высокой биологической активностью и биосовместимостью [25-28]. Они также обладают такими функциями, как антибактериальное, антиутомительное и иммунное регулирование [29], играя важную роль в ежедневном поддержании здоровья и клинических исследованиях. Пептиды сои — это короткие пептиды, образующиеся в результате гидролиза соевого белка, проявляющие физиологические функции, такие как снижение артериального давления, снижение уровня холестерина и антиоксидантной активности [30].

Цао юхуа и др. [31] использовали читосан в качестве носителя и скрещивали папайн с глутаральдегидом, чтобы обездвизить его. При гидролизе 55 градусов, pH 7,8, концентрации субстратов 2,0-3,0 мг/мл, и скорости потока 0,2 мл/мин, они успешно приготовили соевый пептид. При степени гидролиза 42,6% и содержании соевых пептидов 1,453 мг/мл в ферментативном гидролисате. Антиоксидантные пептиды обладают такими функциями, как ингибирование образования реактивных видов кислорода, сбор свободных радикалов и разложение пероксидов [32], что делает их естественными антиоксидантами с высокой степенью безопасности.

Ян соксин [33] использовал самостоятельно приготовленный мезопористый материал L-MCM-41 в качестве носителя для обездвиживания папайна и гидролизированного белка сплапа для подготовки антиоксидантных пептидов сплапа. Экспериментальные результаты показали, что пептиды скаллопа, полученные после гидролиза иммобилизованным ферментом, продемонстрировали высокую антиоксидантную активность, значительно превышающую активность неиммобилизованного фермента. Максимальная понижающая мощность пептидов скаллопа, полученная путем гидролиза фермента с использованием иммобилизованных ферментов, приблизительно в два раза превышала мощность свободных ферментов, а время ферментативного гидролиза значительно сократилось. Диао венджин и др. [34] использовали сверхкрупный пористый полий (метил-метакрилат) в качестве носителя для обездвиживания папаина для каталитического гидролиза дрожжевого белка в целях производства дрожжевых антиоксидантных пептидов. Под катализатором иммобилизованного папаина наибольшая антиоксидантная активность гидролизованных продуктов достигла 81,2 моль те/г, что намного превышает активность овощей и фруктов. Кроме того, после 20 повторных применений иммобилизованный папин сохранил 35% своей первоначальной ферментной активности.

2.3.2 текстильная промышленность

Папин может быть использован в текстильных процессах, таких как дегазация шелка, смягчение кожи и предотвращение морщин шерсти [35-36]. И его преимущества могут быть еще более усилены после иммобилизации. Xue et al. [37] химически модифицированный папен с 1,2,4- бензентрикарбоксиловым ангидридом и тетракисом (2- гидроксиетил) бензоатом, затем иммобилизовал его на активированную хлопчатобумажную ткань. Иммобилизованный модифицированный фермент продемонстрировал значительное повышение термоустойчивости, щелочной устойчивости и мышечной устойчивости. Когда концентрация детергента составляла 20 мг/мл, активность иммобилизованного тетраметилфталата папаина сохранялась на уровне 40% от его первоначальной активности, в то время как природный папин был практически полностью подавлен. Это исследование демонстрирует потенциальную ценность иммобилизованного модифицированного папайна на хлопчатобумажных тканях в области функционального текстиля.

2.3.3 химическая промышленность

Добавление ферментов или ферментов в моющие средства также может служить катализатором. Ферменты разлагают некоторые органические пятна на более мелкие молекулы, повышая их растворимость в воде и облегчая их удаление. Протеазы были первыми ферментами, применявшимися в моющих средствах [38]. Sangeetha et al. [39] обездвиженный папаин, модифицированный фталиновой кислотой, проникает на кукурузный крахмал, достигая показателя фиксации 98%, значительно выше, чем другие переносчики, такие как каолин. Сохраняемая ферментная активность модифицированного папайна после фиксации составила приблизительно 78%, а его тепловая стабильность и оптимальное значение pH также были улучшены.

При добавлении в моющее средство для стирки иммобилизованный фермент продемонстрировал более высокую активность фермента по сравнению с бесплатным папайном. Эти экспериментальные результаты демонстрируют потенциал модифицированного папайна для применения в бытовых стиральных порошках. По мере повышения осведомленности об охране окружающей среды возросли также требования, предъявляемые к химической промышленности. Papain является растительным ферментом, который не вызывает загрязнения окружающей среды, что делает его экологически чистым катализатором. После иммобилизации она может быть использована повторно, что приведет к дальнейшему сокращению удаления отходов, что согласуется с концепцией < < зеленого > > развития, а также облегчит ее разработку и применение в химической промышленности.

3 перспективы на будущее

Папайя широко культивируется в китае, и папайн имеет долгую историю использования с широким диапазоном применения, предлагая значительный потенциал развития. По сравнению со свободным папайном, иммобилированный папайн обладает более широким диапазоном pH и более высокой термостойкостью и может использоваться повторно, эффективно сокращая затраты на использование, повышая эффективность производства и повышая рыночную стоимость папайи.

На основе этих характеристик иммобилизированный папайн добился определенных результатов в различных областях. Вместе с тем проводимые в настоящее время исследования по папайну и его иммобилизации все еще находятся на начальном этапе, а возможности промышленного применения остаются ограниченными. Нынешних достижений недостаточно для удовлетворения быстро растущего промышленного спроса в китае. Это также свидетельствует о Том, что в папайне и его иммобилизации имеются значительные возможности для развития и производства. Поэтому соответствующим исследователям необходимо в срочном порядке разработать более эффективные методы использования, такие, как инновационные методы иммобилизации, разведение штаммов, специфичных для фермента, фермент биосинтез и разделение и очистка фермента, для полного и эффективного использования потенциала папайя, повышения добавленной стоимости папайи, расширения путей использования ресурсов папайи, дальнейшего содействия росту папайи и ускорения модернизации China's субтропическое специализированное сельское хозяйство.

Ссылки на статьи

[1] чэнь янь, чжэн цзянь, чэнь шимо и др. Основные морфологические характеристики и анализ основных компонентов, кластерный анализ 10 ресурсов папайи жерменной плазмы [J]. Южные фруктовые деревья китая, 2021, 50(4): 69-74.

[2] ван цзин. Исследование процесса извлечения папайна из папайи [D]. Хайну: хайнанский университет, 2010.

[3] чжао дянбо, чэнь цянь, чжан ляо. Прогресс в добыче и применении папайна [J]. Исследования мяса, 2010(11): 19-23.

[4] шэнь цзябао. Введение в Papain [J]. Субтропические растительные коммуникации, 1984(2): 51 — 56, 50.

[5] лю ру, цзяо чэнцзинь, ян линхуан и др. Достижения в исследованиях иммобилизации фермента [J]. Журнал пищевой безопасности и контроля качества, 2021, 12(5): 1861 — 1869.

[6] хуан хэ. Исследование по вопросу о микроволновой иммобилизации липазы для каталитического синтеза изооктилового эфира пальмитической кислоты [D]. Чанчунь: цзилинский университет, 2020.

[7] Ke Caixia, Fan Yanli, Su Feng и др. Последние достижения в области технологии иммобилизации фермента [J]. Журнал биоинженерии, 2018, 34(2): 188 — 203.

[8] Дэн цзинь, у хуачжан, чжоу цзянь. Прогресс в исследованиях по папину [J]. Гуанси легкая промышленность, 2003(3): 5-7.

[9] ли лин. Подготовка и свойства ферментов, иммобилизованных на бамбуковых целлюлозных носителях [D]. Сучжоу: университет науки и техники сучжоу, 2014.

[10] байдамшина д р р., королева в а., ольшанникова с с., и др. Биохимические свойства и антибиохимическая активность читосан-иммобилизированного папаина [J]. Морские лекарства, 2021, 19(4): 197.

[11] вей мейпин, Пан юфэн, чэнь чжэньи и др. Подготовка магнитных, регенеративных иммобилизованных ферментов и их применение в протеолизе с микроволновой помощью [J]. Журнал гилинского технологического университета, 2014, 34(4): 748-754.

[12] гао минксия, миао цзинчжи, као чжэхонг и др. Исследование по извлечению полисахаридов бердока с использованием читина-иммобилизованного папайна [J]. Наука о еде, 2007(9): 226 — 229.

[13] сюй фенцай, ли минчи. Исследование по вопросу о безмобильном папаине нила и его применении [J]. Журнал биохимии, 1992(3): 302-306.

[14] цзян юньмин, суй дексин, чжао гуоцзюнь и др. Исследование по читосан-иммобилированному папаину [J]. Журнал биохимии, 1993(4): 470-474.

[15] Yaver R, карагандлер AA. Ковалентная иммобилизация папайна на поли (гидроксиетил метакрилат)- криогели читосан для прояснения яблочного сока. Food Science and Technology International, 2020, 26(7): 629-641.

[16]Mosafa L, Moghadam M, Shahedi M. Papain фермент поддерживается на магнитных наночастиц: подготовка, характеристика и применение в прояснения фруктовых соков [J]. Китайский журнал катализаторов, 2013, 34(10): 1897-1904.

[17] чжу хи. Экспериментальное исследование по противовоспалительному механизму полигонума cuspidatum polysaccharides [J]. Наука и техника ветер, 2021 (13): 173-175.

[18] ван айву, ван Мэй, юань цзююн и др. Исследование in vitro антиопухолевой активности экстракта полигонума cuspidatum [J]. Исследования и разработки в области натуральных продуктов, 2004(6): 529-531.

[19] Lv Xiaohua, Wang Huimin, Han Hongxia и др. Исследование по иммунорегуляции и антиоксидантной деятельности cat' полисахариды когтей [J]. Китайский журнал традиционной и западной медицины, 2010, 35(14): 1862 — 1865.

[20] ляо циюань, цзин цзя, ван сяоге и др. Исследование процесса удаления белка из сырой полисахариды cat' когти травы [J]. Журнал университета хуайхуа, 2018, 37(11): 9-13.

[21] морейра фр нф, васконселос нф, андраде фк и др. Папин иммобилизован на альгинатной мембране для нанесения ран [J]. Коллоквиумы и поверхности B: биоинтерфейсы, 2020 год (194): 111222.

[22]Vasconcelos N F, Cunha A P, Ricardo N M P S и др. Иммобилизация папайна на гетерофункциональной мембранной бактериальной целлюлозе как потенциальная стратегия для разложения кожных ран [J]. Международный журнал биологических макромолекул, 2020 (165): 3065-3077.

[23] су эржен, ли минлян, вей дунчжи. Иммобилизация In situ и физико-химические свойства папайна [J]. Журнал наньцзинского лесного университета (издание естественных наук), 2014, 38(6): 99 — 104.

[24] армуцу с, орман м е, байрам е и др. Очистка фаб и пфу-связывающего папайна, иммобилизованного в системе разделения криогеля и биореактора [J]. Журнал хроматографии б: аналитические технологии в биомедицинских и биологических науках, 2020(1158): 122396.

[25] ян чуанг. Применение биоактивных пептидов в области питания [J]. Наука о еде, 2003(12): 153 — 154.

[26] чжан шувен. Энциклопедия китайских хлебобулочных изделий: сырье и пищевые добавки [м]. Пекин: China Light Industry Press, 2007.

[27] чжао сюань, фу жун, цян хайян и др. Прогресс в исследованиях по биоактивным пептидам [J]. Шелководство провинции гуандун, 2020, 54(3): 29-30.

[28] хао сяоли, чжи риму, хе цзинь. Прогресс в исследованиях по пероральной поставке биоактивных пептидов с использованием нанокарриров [J]. Пищевая наука, 2021, 42(11): 341 — 348.

[29] дилшат и, парида х, нурмухаммат а и др. Влияние соевого пептида на иммунную функцию, функции мозга и нейрохимию у здоровых добровольцев [J]. Питание, 2012, 28(2): 154 — 159.

[30] чжан сяомэй. Отделение и очистка гипотензивных и гипохолестеролемических соевых пептидов [D]. Вуси: цзяньнаньский университет, 2006.

[31] цао юхуа, ван хайфенг, ян хюпин и др. Исследование по вопросу о подготовке соевых пептидов с использованием обездвиженного папайна [J]. Китайский журнал зерна и нефти, 2009, 24(3): 113 — 116.

[32] пэн леле, му тайхуа, чжан мяо. Прогресс в применении физических полей при изучении антиоксидантных пептидов из источников питания [J]. Наука и техника о продовольствии, 2021, 46(8): 59 — 65.

[33] ян цзю син. Подготовка антиоксидантных активных пептидов из гребешек с использованием мезопорозных материалов иммобилизованный папин [D]. Харбин: харбинский технологический институт, 2014.

[34] диао вэньцзинь, чжан сонпин, ван пин и др. Подготовка дрожжевых антиоксидантных пептидов с использованием сверхкрупных поровых микросфер, обездвиженных папайном [J]. Химическая инженерия, 2013, 41(11): 1-4, 13.

[35] Дэн йимин, чжан гаоцзюнь, цзин линсяо и др. Исследование условий дегаминга папайна из шелковых волокон [J]. Шелк, 2009(8): 20-22, 28.

[36] шэнь юэ. Обзор исследований и применения папайна [J]. Научно-техническая информация (научное образование), 2008 год (11): 313-314.

[37] Xue Y, Nie H L, Zhu L M, et al. Иммобилизация модифицированного папайна ангидридными группами на активированной хлопчатобумажной ткани [J]. Прикладная биохимия и биотехнология, 2010, 160(1): 109 — 121.

[38] хэ чуньлян, ю вэнь. Применение ультра-стабильного протеазы в стиральном порошке [J]. Китайская индустрия моющих средств, 2005 год (1): 57-60.

[39]Sangeetha K, Emilia A T. химическая модификация папайна для использования в щелочной среде [J]. Журнал молекулярных катализаторов B: Enzymatic, 2006, 38(3-6): 171-177.