禽类胴体和大豆豆粕的酶法蛋白水解：内切和外切蛋白酶对蛋白回收率及品质的比较

《Food Chemistry》：Enzymatic protein hydrolysis of poultry carcasses and soybean okara: Comparison of endo- and exo-proteases on protein recovery and quality

　　

• •
  碱性内切肽酶显示出较高的蛋白质得率、水解率以及中等大小的肽段。
• •
  酸性内切肽酶产生有限的蛋白水解。
• •
  串联水解实现了最为彻底的蛋白质降解。
• •
  氨基酸和肽段分布谱受中间热处理灭酶的影响。
• •
  监测酶-底物效应可定义水解产物的"指纹特征"及其用途。

引言

食物废弃物和副产物占全球食品产量的三分之一（FAO, 2019）。预防和利用食物废弃物是应对食物废弃物所带来的经济和环境影响的关键策略（European Commission, 2015）。从循环经济角度来看，许多绿色技术方法正在被开发或实施，以挖掘食物废弃物和副产物的潜力，因为这些废弃物是营养物质和有用化合物的来源，具有增加收益的潜力（Caldeira et al., 2020）。为了优化效率和所获产品的价值，需要量身定制回收策略。其中，酶法水解应用于食物废弃物已被证明能有效将其转化为有价值的产品，同时促进环境可持续性和经济收益（Araujo et al., 2021）。所涉及的酶作为生物催化剂，能够分解生物质中的生物大分子，释放出单糖、氨基酸和脂肪酸等单体，这些单体可作为有价值的组分被回收（Parekh et al., 2011）。酶法水解被认为是一种更具选择性的反应，所需能量少于化学法及常规提取技术（Ghosh, 2026）。pH、温度和抑制剂的有无等因素需要优化以提高工艺性能。通过酶法水解从废弃物中回收蛋白质已得到广泛研究，因为其温和的加工条件能保持所回收蛋白质的完整性（Esposito et al., 2025; Ismail Shaik et al., 2025）。此外，蛋白酶水解能够增强溶解性、乳化性和消化性等重要的功能特性，还能降低致敏性（Fennema, 2017），并可能释放出具有抗氧化、降压、抗菌及其他健康促进活性的肽段，具体取决于蛋白质来源和所采用的酶处理方法（Hou et al., 2017; Tacias-Pascacio et al., 2020; Zielińska et al., 2020）。这些改进推动了酶法水解在从动植物废弃物中回收有价值组分方面的应用（Angulo & Márquez, 2023; Chávez-González et al., 2016; Ismail Shaik et al., 2025; Saad et al., 2019; Tkaczewska et al., 2018），并拓展了其应用领域（例如食品、饲料、农业产品）（Anzani et al., 2018; Prandi et al., 2021, 2024; Tedeschi et al., 2021, Tedeschi et al., 2022）。尽管对该回收和增值方法的研究兴趣日益增长，但仍有多方面挑战限制了工艺的开发。因此，富含蛋白质的食物废弃物具有异质性，包含植物和动物来源的材料，每种材料具有不同的化学组成和特性，使得开发适用于所有底物的酶法策略变得困难。蛋白水解过程主要由两类酶介导：内切肽酶和外切肽酶。前者断裂多肽链内部的肽键，而外切肽酶则从链末端切除氨基酸（Tacias-Pascacio et al., 2020）。根据所用酶和底物组成的不同，蛋白水解可释放出复杂的氨基酸和肽段混合物（Esposito et al., 2025）。水解程度以及肽段的大小和溶解性显著影响蛋白质水解产物的功能特性（Fennema, 2017）。例如，根据其氨基酸和肽段组成，它们可在相同的应用领域中使用但目的不同，如生物肥料、土壤改良剂或生物刺激素，融入可持续实践和循环经济策略中（Colla et al., 2015）。在分子水平上深入了解酶法水解产物的组成对于开发有针对性的功能应用至关重要。尽管已有大量研究探讨了农工业残料的酶法水解，但针对市售内切肽酶和外切肽酶在不同底物上的直接比较以及后续水解产物的分子表征研究仍然有限。在此背景下，本研究比较了不同的市售内切和外切蛋白酶在两种不同农工业残料上的效果，将工艺性能与水解产物的分子表征相结合，既提供科学见解又提供实用指导。本研究以实际应用为导向，在欧洲Waste4Soil项目（GA ID 101112708）框架内开展。该项目推动循环和可持续策略以增值本地农食残余物，将废弃物流转化为创新的土壤改良剂，并支持其推广应用。此外，本研究还将为可能的定制化应用提供额外的解决方案。如前所述，蛋白质水解被认为是一种绿色、简单且可持续的蛋白质提取方法。然而，由于食物废弃物的生物质组成复杂，选择最合适的酶法处理需要根据底物进行针对性优化。开发经济且可扩展的回收工艺是一项重大挑战，若缺乏对起始底物和最终水解产物的详细分析，将难以应对。在此背景下，本研究在两种不同反应条件下分别测试了五种蛋白水解酶对禽类 carcasses（鸡源残余物）和大豆 okara（固体大豆饮品残余物）的水解效果，以评估每种基质的潜力。这些酶单独使用或以串联反应方式使用。在设定处理条件时，将各底物的技术特性（如底物溶解速率）与前期研究数据和与工艺可行性和成本效益相关的参数（如酶用量）相结合（Colantoni et al., 2017; Esposito et al., 2025）。通过测定蛋白质提取得率以及通过蛋白质水解程度和游离氨基酸含量表征水解产物来研究酶法处理效果。进一步进行了高分辨率蛋白质组学分析，以鉴定水解过程中产生的蛋白质和肽段，确定肽段长度分布，并阐明每种酶和底物偏好的切割模式。此外，如前期研究所描述，还进行了计算机筛选以调查水解过程中可能释放的生物活性肽，作为初步的分子注释，并优先筛选最有可能的候选物以进行后续实验验证（Aiello et al., 2017; Basri et al., 2025; Huang et al., 2015; Minkiewicz et al., 2019）。不同工艺之间的比较以及植物源和动物源基质之间固有的组成差异为生产适合不同下游应用的定制化蛋白质水解产物提供了分子基础。在此框架下，本研究以实际应用为导向，旨在支持产生此类残余物的食品加工企业，为其提供科学且易于实施的增值方案，使用可融入现有生产流程的市售酶法处理。因此，通过环境友好的酶法水解对农工业残余物进行增值，本工作有助于开发创新的、资源高效的策略，如土壤改良剂或额外的增值途径，因为这种提取方法正在推广，符合生物经济原则。

章节摘要

材料

化学品。 所有化学品的完整列表见补充材料（表S1）。

酶。 所用酶包括：Alcalase?，来自Bacillus licheniformis（地衣芽孢杆菌）的碱性内切肽酶 2.4 U/g；木瓜蛋白酶，来自木瓜凝乳的内切肽酶 1500–10,000 U/g（Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA）；Endocut-07 L?（来自Bacillus licheniformis的碱性内切肽酶 580 U/g）、Exocut TR-L?（来自Trichoderma reesei的 fungal exopeptidase 260 U/g）和 Endocut AP02-L?（来自

食品加工残余物的溯源与稳定性保障

要有效管理和回收食品加工残余物，需要清晰了解其质量、数量和季节性可用性。其组成影响物流、处理和储存要求。例如，了解其物理状态（即固态或液态）与了解现场储存能力、设施类型和装载配置同等重要。此外，任何特定需求（如温度控制）必须在转化过程开始时予以明确。

结论

本研究采用酶法水解从动物和植物来源的食品加工残余物中回收蛋白质，使用不同的蛋白水解酶，实现了一种无溶剂且环境友好的食物废弃物增值方法。研究结果证实，蛋白质提取得率和蛋白质水解程度的表现因水解过程和初始底物而异。在所测试的酶中，碱性

CRediT作者贡献声明

Laura Esposito：撰写初稿、方法论、调查研究、形式分析、数据整理、概念构思。Francesca Accardo：撰写——审阅与编辑，撰写初稿，方法论，调查研究，概念构思。Andrea Faccini：方法论，调查研究。Barbara Prandi：撰写——审阅与编辑，方法论，概念构思。Tullia Tedeschi：撰写——审阅与编辑，监督指导，项目管理，概念构思。

未引用参考文献

Accardo, Prandi, Terenziani, Tedeschi and Sforza, 2023

Aiello, Lammi, Boschin, Zanoni and Arnoldi, 2017

Amigo and Hernández-Ledesma, 2020

Araujo, Sica, Costa and Márquez, 2021

Baqir, Zeboon and Al-behadili, 2019

Basri, Amin and Ahmad, 2025

Chávez-González, López-López, Rodríguez-Herrera, Contreras-Esquivel and Aguilar, 2016

Cutroneo, Prandi, Pellegrini, Sforza and Tedeschi, 2024

Day, Cakebread and Loveday, 2022

Diepeveen, Moerdijk-Poortvliet and Van Der Leij, 2022

Esposito, Accardo, Prandi and Tedeschi,

利益冲突声明

作者声明，不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能对本论文所报告的工作产生影响。

致谢

本研究由欧盟地平线欧洲研究与创新计划通过Waste4Soil项目（GA101112708）资助。作者衷心感谢Legacoop Agroalimentare、Fruttagel S.C.p.A、GESCO Società Cooperativa Agricola和Tailorzyme ApS为本实验研究提供样品。

Laura Esposito | Francesca Accardo | Andrea Faccini | Barbara Prandi | Tullia Tedeschi