파피인 파우더를 고정하는 방법?

수16,2025
범주:몸에 좋은 식재료

Papain [EC 3.4.22.2] is an important biochemical product with widespread applications in the food and pharmaceutical industries, as well as in feed, textiles, and leather processing [1]. Due to the high cost of papain and its inability to be reused, researchers have been exploring the preparation of immobilized papain. This research began in the early 1960s and has since been extensively documented in the literature [2]. The main methods for enzyme immobilization include embedding, adsorption, covalent bonding, and cross-linking, each with its own advantages and disadvantages [3]. This paper summarizes recent research and application progress on immobilized papain, compares the enzymatic characteristics such as enzyme activity, stability, and recovery rate of immobilized papain prepared using various immobilization methods in recent years, and provides suggestions.

 

Papain Powder

1 Embedding 방식

내장법 (Embedding method):효소나 효소를 함유한 세균세포를 다공성 운반체에 내장시켜 효소를 고정시키는 방법을 내장법이라고 한다.겔 임베딩 (Gel embedding)은 다양한 젤의 미세다공성 구조에 효소를 삽입하여 특정 형태의 고정화 효소를 생산하는 방법이다.가장 일반적으로 사용되는 젤로는 아가르, 아가로오스, 칼슘 알긴산, 카라게난, 폴리아크릴아미드 등이 있다.Microcapsule 포함미세캡슐형 고정화 효소를 생산하기 위해 반투과성 고분자 막 내에 효소를 캡슐화하는 것을 포함한다.

 

1.1 알긴산-키토산나트륨 고정화파판 (IPSAC)

Alginic 산은 갈색 조류에서 추출 되는로 연결 glucuronic 산의으로 구성 된 다당류 β-1, 4 채권.간단한 고정화 방법, 온화한 조건, 상온에서 진행할 수 있는 작업으로 효소의 불활성화를 최소화할 수 있어 효소 캡슐화에 이상적인 매개체입니다.그러나 칼슘알긴산젤은 다원성의 음이온 (인산염, 구연산염, 락트산 등)과 고농도의 전해질 (K+, Na+)이 포함된 용액에서는 불안정하며, Ca2+ 이온이 쉽게 분리되면서 겔이 부드러워지거나 심지어 용해된다.공부 한 그는 et al. [4]를 사용 하여 papain의 고정화을 두 가지 측면에서 나트륨 alginate-chitosan:첫째로, 그들은 Tris-hydrochloric 산성 버퍼 사용을 줄이기 위해 솔루션 젤 준비 도중 Ca ² ⁺ 이온 분리 안정성을 유지하고 젤이다;둘째, 젤 경도를 높이기 위해 먼저 키토산 분말을 첨가하였다.에 긍정적인 혐의 (-NH ₂)의 카르 그룹과 상호작용 chitosan alginate, 젤을 안정 화하고, 열 로드에 적합 합니다.고정화 효소의 효소활성은 키틴 분말을 첨가하지 않은 효소와 동일하였다.

 

그 외.'s [4] 연구결과, PA와 IPSAC의 최적 pH 값은 7.2 였으며, 70°C 이하의 온도에서도 활성이 안정적으로 유지되었다.내장된 PA의 공간구조는 변하지 않아 최적의 pH 값과 열안정성은 본질적으로 변하지 않았다.입삭의 반감기는 59일이다.

 

Sodium alginate-chitosan imautomated papain (IPSAC)은 우수한 열 안정성, 긴 반감기, 높은 겔 경도를 나타내 칼럼 하중에 적합하고 산업 환경에서 자동화된 생산에 편리합니다.

 

파페인을 고정시키는 키토산 캡슐 공법 1.2

Chitosan탈아세틸화 키틴으로도 알려진 키틴을 탈아세틸화하여 얻은 바이오 폴리머이다.키토산은 효소 전달체로서 화학적 안정성과 우수한 열적 안정성 등의 장점을 가지고 있어 고정화 효소의 우수한 전달체이다.

 

황제원 [5]은 파파인의 고정화를 위해 키토산과 sodium carboxymethyl cellulose를 이용하여 캡슐을 형성하여 효소고정화를 위한 최적조건을 다음과 같이 결정하였다:500 mg/10 mL의 효소 투입, 키토산 농도 0.2%, pH 7.5, 온도 50°C.고정화 패인의 활동 회수율은 최고 69.8%에 달했다.

 

2. 흡착 법을

흡착법:효소나 효소를 함유한 세균세포를 고체흡착제의 표면에 흡착시켜 고정시키는 방법을 흡착법이라고 한다.일반적인 흡착제로는 활성탄, 산화 알루미늄, 분체 지구, 다공성 세라믹, 다공성 유리, 실리카 겔, 카르복시 인산염 등이 있다.고정화된 효소를 준비하기 위한 흡착법은 조작이 간단하고 조건이 경미하며 효소의 변성이나 불활성화를 일으키지 않고 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 캐리어를 사용하며 재사용이 가능하다.그러나 물리흡착력이 약하기때문에 효소운반체복합체는 불안정하고 분리되기 쉬워 공업생산에 실제적으로 응용하는데 제한을 받는다.이 분야에 대한 연구 역시 상대적으로 부족한 실정이다.

 

2.1 mesoporous 재료에 papain을 고정시키기 위한 동결-진공 흡착법

조립에는 다양한 방법이 있습니다기능성 재료기체 상 흡착과 함침을 포함하여 메조 포어 분자 체의 모공에서.기존의 흡착 방법에 비해 동결-진공 흡착 방법은 다음과 같은 장점을 가진 새로운 접근법이다:첫째, 강력한 구동력을 제공하여 더 높은 단백질 흡착을 가져온다;둘째, 낮은 온도에서 효소 활성을 유지합니다.

 

가오보 등 [6]은 고정화된 파파인을 준비하기 위해 중질재료인 SBA-15를 운반체로 사용했다.고정화 효소와 용액 효소의 특성을 비교한 결과, 고정화 후 파파인에 대한 최적 온도가 60°C에서 70°C로 증가함을 확인하였다.고정화 후 효소의 최적 pH 값은 7.0으로 최적 pH 값의 변화가 없었으며, 이는 중조분자체인 SBA-15의 중성 표면전하 특성에 기인한 것으로 보인다.일정량의 고정화 효소와 용액 효소를 취하여 30-90 °C에서 30분간 배양하고 상온으로 급속 냉각시킨 후 37°C에서 효소 활성을 측정하였다.

 

파파인이 분자체로 조립된 후 열안정성이 대폭 향상됐다.90°C에서 30분간 배양한 후에도 70%의 활성을 유지하였으나, 용액효소는 90°C에서 이미 활성을 상실한 상태였다.이는 효소를 분자체로 조립하면 열적 안정성을 높일 수 있음을 나타낸다.고온은 반응속도를 증가시키고, 세균오염을 감소시킬 뿐만 아니라, 기질용해도를 향상시켜 수율을 향상시키기 때문에, 메조 포러스인 물질인 SBA-15를 운반체로 사용하여 제조된 고정화 효소는 우수한 열적 안정성을 나타내어 산업분야에 더욱 적합하다.

실험 결과는 적절한 진공 조건에서 동결-진공 흡착법을 이용하여 조립효율이 높은 고정화 효소를 준비할 수 있으며, 높은 안정성으로 효소 활성이 양호하게 유지됨을 보여준다.따라서 동결진공흡착은 효소단백질을 고정화하는 새로운 방법으로 활용될 수 있다.

 

공유 결합 방법 3

공유 결합 방법 (Covalent coupling method):효소의 활성 중심 바깥에 있는 비필수 그룹을 고체상 운반체 상의 그룹과 공유결합시켜 고정화된 효소를 준비하는 방법을 공유 결합 방법이라고 하며, 공유 결합 방법이라고도 한다.공유결합법은 현재 가장 활발히 연구되고 있는 고정화 방법 중 하나이다.효소와 운반체 사이의 강한 결합, 분리에 대한 저항성, 장기간 지속적으로 사용할 수 있는 기능 등이 장점입니다.

 

그러나 그것은 또 다음과 같은 단점이 있다. (1) 고정화과정중 효소분자와 운반체분자간에 직접적인 (강체) 충돌이 발생하여 효소&를 개변시킬수 있다#39;의 결함과 불활성화 원인;(2) 캐리어는 일반적으로 소수성 물질이다.효소가 소수성 운반체에 직접 고정될 때 효소는 '의 미세환경이 변화되어 효소단백질의 순응적 변화, 접힘, 또는 변성을 초래한다;inactivation;(3) 전통적인 공유 결합 방법은 이동의 자유가 낮은 고정화 효소를 발생시키고, 효소 분자와 기질 사이에 현저한 steric 장애물이 있어 자유 효소 상태의 균질한 촉매 활성을 유지하는데 불리하다.그러므로이 방법을"강체 고정화"라고 한다.

 

공유 결합을 위한 통신 매개체로는 셀룰로오스, 덱스트란, 아가로즈, 키틴 등이 있다.여기서 우리는 papain을 고정화하기 위한 몇 가지 새로운 공유 결합 방법에 초점을 맞춘다.

 

3.1 Bis-Aldose Starch를 이용하여 Papain을 유연하게 고정시킨다

공유 결합 방법의 문제를 해결하기 위해, 연구자들은 효소의"팔 기반 고정화"를 달성하기 위해 운반체 표면에 짧은 사슬 (팔 분자)을 부착할 것을 제안했다.그러나 이러한 팔 사슬은 작은 분자 무게의 짧은 사슬이고 일부는 소수성 탄소 사슬이기 때문에, 효소 분자는 고정화 중에 여전히 상당한 충격력을 경험하여 순응적 변화와 비활성화를 초래한다.왕하이핑, 위룽칭 등은'플렉서블체인 (flexible chains)'으로 불리는 고정화 운반체에 충분한 길이의 친수성 분자 사슬을 부착한 후 효소를 고정화 사슬에 결합하는'플렉서블고정화 효소'모델을 제안했다.그림 1과 같이 papain의 유연한 고정화를 달성하기 위해 다음 단계를 사용했습니다.

 

효소인 유연고정화 모델을 이용하여 chitosan과 bis-aldehyde 전분을 이용하여 유연운반체 (Chitosan-DAS50)를 제조하였고, papain을 유연고정화하였다.고정화 효소의 활성 회복률은 chitosan-glutaraldehyde (Chitosan-GA) arm 운반체의 3배에 달하는 72%에 달했다.유연하게 고정화된 파파인은 7-8배합 후에도 활성의 절반을 유지하였고 자유효소보다 유의적으로 높은 저장안정성을 나타내었다.

 

이 결과는"유연한 고정화"방법이 고정화 과정 중 효소 불활성화를 감소시킬 뿐만 아니라 고정화 효소가 자유 효소에 비해 더 높은 균질한 촉매 활성을 유지하도록 한다는 것을 보여준다.

 

자성 고분자 마이크로스피어에 Papain의 고정화 3.2

자성고분자 마이크로스피어는 자성금속 또는 금속산화물 (철, 코발트, 니켈 및 그 산화물 등)을 함유하며 자기반응성을 나타내는 초미세 분말이다.그것들은 지난 20년에 걸쳐 개발된 새로운 기능성 고분자 물질입니다.축합, 표면 개질 및 기타 화학 반응을 통해 다양한 반응성 기능성 그룹 (히드록시기, 카르복시기, 알데히드기, 아미노기 등)을 축합 및 표면 개질과 같은 화학 반응을 통해.이러한 기능군은 효소, 항체 등의 생리활성 물질과 공유결합을 형성할 수 있다.외부 자기장의 영향으로이 미세구들은 빠른 이동 또는 분리를 거칠 수 있다.그러므로 자성고분자미립자는 신형의 기능성고분자재료로서 생물의약, 생물공학, 효소고정화 등 분야에서 넓은 응용전망을 갖고있다.

 

Zeng Lixi 등 9)은 기능성 에폭시 그룹이 풍부한 표면을 갖는 매우 친수성이 높고 균일한 크기의 잘 분산된 자기 고분자 다공성 복합체 미세권을 합성하였으며, 이를 위해 사용하였다害具 [명사] 해구 (害球)다.casein을 기질로 이용하여 고정화 효소의 효소적 특성과 운동변수를 연구하였다.그 결과 고정화 효소에 대한 최적 반응 온도는 80°C 임을 알 수 있었다.90°C에서 40분간 배양한 후 고정화 효소는 원래의 65%의 효소활성을 유지하였으나 용액 효소는 원래의 6.6%의 효소활성만을 유지하였다.최적반응 pH는 7.5 이었다.pH 가 6.0~8.5 범위일 때 고정화 효소가 지속적으로 자유 효소보다 높은 활성을 나타내어 55.2%의 효소활성 회복율을 보였다.고정화 효소는 무첨가 효소에 비하여보다 우수한 산-염기 내성을 나타내었으며 열안정성, pH 안정성 및 운전 안정성이 유의적으로 향상됨을 확인하였다.

 

자기 고분자 다공성 복합 마이크로 스피어를 고정화 파파인,이 캐리어는 우수한 친수성, 생체 적합성, 넓은 표면적, 그리고 높은 기능성 에폭시 그룹의 함량을 보유하여 매우 활성 및 성능 높은 고정화 효소의 제조가 가능합니다.캐리어의 자기반응성을 이용하여 외부 자기장 하에서 효소를 반응계로부터 쉽게 분리할 수 있어 생화학적 반응을 위한 촉매 사용의 추세이다.

 

3.3 메탈 킬레이션 캐리어-파파인의 고정화 연출

금속 킬레이트 친화성 크로마토그래피 (IMAC)는 히스티딘의 이미다졸 그룹과 시스테인의 티올 그룹 (히스티딘이 가장 중요)과 같은 단백질 표면의 금속 킬레이트 리간드와 전자 공여 아미노산 사이의 조정 결합을 이용하여 분리 및단백질의 정제 (purification of proteins)다.금속 킬레이션 운반체는 표면에 고정화된 단백질의 형성에 최소한의 영향을 주며 재사용이 가능하다.이 기술을 고정화 효소에 적용하면 현재 사용되고 있는 고정화 운반체 및 방법의 한계를 일부 극복할 수 있을 것으로 기대된다.

 

리우는 et al 제출 한다. [10] 자기 금속 사용 chelating 아가 로즈 microspheres 간의 교호작용을 악용하 캐리어와 가운데 금속 chelating ligands (IDA-Cu ² ⁺) 있고 단백질 아미노산 electron-donating에 표면을 고정 papain다.최적의 고정화 조건은 Cu ² ⁺ 1. 5 × 10 ^ (− 2) mol/g 캐리어, 고정화 시간 4 h, 고정화 pH 7. 0, 그리고 효소 로드 30 mg/g 캐리어이다.고정화 효소의 최적 반응 온도는 70°C 이며, 최적 반응 pH는 8.0이다.고정화 효소의 열 안정성은 용액 효소에 비해 상당히 높습니다.고정화 효소의 효소 활성 회복은 68.4% 이며, 양호한 작동 안정성을 나타낸다.운반체를 5회 반복 사용한 후 고정화 효소의 효소활성은 최초 고정화 효소의 79.71%로 나타났다.

 

이 결과는 papain의 지시된 고정화를 위해 금속 킬레이트 캐리어를 사용할 때, 효소&에 미치는 영향을 최소화하면서 고정화 반응 조건이 경미함을 나타낸다#39;의 고차 구조, 및 높은 효소 활성 회복;고정화 효소의 열 안정성은 상당히 향상된다;캐리어는 높은 효소 적재 능력을 가지고 있다;운반체의 재생과 효소의 고정화는 작동이 간단합니다;고정화 효소와 캐리어는 여러 번 재사용할 수 있으며 고정화 효소의 생산 비용이 저렴합니다.그러므로이 기술은 공업에서 넓은 응용전망을 가지고있다.

 

가용성 고정화 Papain 3.4

전통적인 방법으로 제조된 고정화 효소는 안정성이 우수하고 회수가 편리한 등의 장점이 있으나, 불용성, 고점도 기질 용액을 다룰 때 그 적용이 제한적이어서 촉매 효율이 낮다.효소의 낮은 촉매효율은 고체상과 액체상 사이의 비균질한 반응계에서 일어나는 효소-촉매반응으로 인해 균질한 자유효소반응계에 비해 효소-기질 접촉확률이 현저히 낮은 것으로 사료된다.따라서 고정화 효소의 촉매 효율 향상의 초점은 촉매 반응 시스템을 최적화하고 균질한 촉매 반응 시스템을 형성할 수 있는 고정화 효소를 준비하는데 두어야 한다.

 

Li Lingling 등 11)은 papain (PP)을 carboxymethyl cellulose acetate succinate (As-L)와 혼합하여 수용성 고정화 PP를 제조하였으며, 자유형 및 수용성 고정화 PP에 대한 최적 pH 값은 각각 6.0 및 5.0으로 결정되었으며, 최적 반응온도는 각각 60°C 및 70°C, Km 값은 각각 2.53 및 3.07 mg·mL로 나타났다.수용성 고정화 PP는 60°C에서 12시간 배양한 후에도 62%의 활성이 유지되었으며;4°C에서, 30일 후, 활성은 90% 이상 유지되었다;pH 6.0에서 안정성이 가장 좋았고, pH 범위 4.0-7.0 (상대활성>80%) 내에서 비교적 안정하게 유지되었다.가용성 고정화 PP는 pH 가 5.5 이상인 용액에서 완전히 용해될 수 있으며, 더 좁은 최적 pH 범위, 최적 온도 증가, 더 높은 Km 값;열 및 산-염기 안정성이 상당히 향상됩니다.

 

가용성 고정화 파페인은 free papain의 높은 촉매 활성과 불용성 고정화 효소의 높은 안정성 및 회복 용이성을 결합하여 산업 응용 분야에서 광범위한 응용 가능성을 제공합니다.

 

Papain Powder

4 Cross-linking 방법

교차연결법:교차연결법은 이기능성 시약을 이용하여 효소분자간 또는 효소분자와 고체상 운반체간의 교차연결을 유도하여 고정화된 효소를 생산하는 것을 포함한다.일반적으로 사용되는 이기능성 시약으로는 glutaraldehyde, hexamethylenetetramine, maleic anhydride, bis(2-nitro-5-nitrophenyl)amine 등이 있다.이 중에서 글루타알데히드가 가장 널리 사용되고 있다.교차 연결 방법으로 고정화된 효소는 강한 결합을 나타내며 장기간 사용할 수 있다.그러나 교반반응의 격렬한 성질때문에 효소분자의 여러 그룹이 교반되여 효소활성이 크게 떨어지게 된다.실제 응용 분야에서,이 방법은 종종 교차 연결 후 젤 캡슐화와 같은 다른 고정화 방법과 결합됩니다.고정화에 두 가지 이상의 방법을 채용한이 기술은 이중 또는 다중 고정화라고 한다.이 방법을 이용하면 효소활성이 높고 기계적 강도가 좋은 고정화 효소를 만들 수 있다.

 

교차 연결은 papain을 고정화하기 위해 가장 일반적으로 사용되는 방법입니다.이 분야의 연구는 중국에서 일찍 시작되었으므로 [12-13] 우리는 새로운 캐리어 재료에 papain을 고정하기 위한 교차 연결 방법의 최신 연구 응용 중 일부만 나열할 것입니다.

 

4.1 실크 고정화 papain

천팡옌 (Chen Fangyan) 등은 활성실크 피브로인을 운반체로 사용하고 파페인을 고정화하기 위해 공유결합교반법을 채용하여 실크 피브로인 고정화 파페인의 효소적 특성을 조사하였다.그 결과, 실크 피브로인이 친수성 고분자이기 때문에 실크 피브로인을 매개체로 사용하여 제조한 고정화 파파인이 기판에 대해 상당히 향상된 친화성을 나타내게 되었다.고정화 효소의 겉보기의 Michaelis constant Km app[casein]은 0.092%로 용액 효소의 0.46배였다 (그림 2;최적 pH는 7.5;6.5 내지 8.0 사이의 pH 값에서 효소 활성은 4.0-55 °C의 온도 범위 내에서 안정한 상태를 유지하고;용액 효소의 작동 반감기는 38일이고, 고정화 효소의 반감기는 54일이다.고정화 효소의 작동 반감기는 용액 효소의 반감기보다 상당히 길다.

 

ovalbumin을 매개체로 사용하는 고정화 파페인 4.2

황이빙 등은 전통적인 교반고정화 방법과 결합하여 변성된 오발부민을 직접 운반체로 사용하였고 글루타알데히드를 교반제로 사용하여 성공적으로 파파인을 고정화하여 작동 단계를 간소화하였다.연구 결과 ovalbumin을 매개체로 사용한 고정화 파파인은 동일한 반응조건에서 본태 효소의 경우 60°C, 고정화 효소의 경우 90°C의 최적 반응온도를 보이는 것으로 나타났다.

 

고정화 효소의 최적 반응 온도를 증가시켰다.고정화된 파파인의 최적 pH 값도 8.0으로 알칼리성 쪽으로 이동하였으며, ovalbumin 분말을 운반체로 사용한 파파인의 산안정성이 현저히 향상되었다.100°C의 끓는 수조에서 5시간 처리한 후 고정화된 파파인은 54.6%의 활성을 유지하였으나 용액효소는 2.5시간 처리 후 효소활성을 완전히 상실하였다.실험 결과는 고정화된 파파인이 환경 조건에서 향상된 안정성을 나타낸다는 것을 나타낸다.안정성은 고정화 효소의 실제 적용 가능성을 결정하는 중요한 요소입니다.대부분의 경우 고정화 후 효소의 안정성이 증가하므로 매우 유리하다.

 

치토산 고정화 패인 4.3

Chitosan-immobilized papainpapain [16-18]을 고정화하는 현재 비교적 성숙한 방법입니다.주된 방법은 키토산을 운반체로, 글루타알데히드를 교반제로 사용하여 고정화된 파판 [18]을 준비하는 것이다.키토산 (chitosan)을 운반체로 이용하여 고정화 파인을 제조하는 방법은 단순하고, 약한 고정화 조건을 가지며, 그 결과 발생하는 고정화 효소는 상당히 향상된 내열성과 열안정성을 나타내어 파인을 고정화하는데 일반적으로 사용되는 방법이다.

 

요약 및 전망 5

고정화된 papain을 준비하는 많은 방법들이 있다.이러한 광범위한 연구로부터 효소는 고정화된후 운반체 및 기타 요소의 영향으로 그 특성이 일정한 변화를 겪는것을 관찰할수 있다.따라서 고정화 효소를 응용하는 동안 고정화 효소와 자유 효소의 성질 차이를 이해하는 것이 필수적이며, 이러한 지식은 응용을 최적화하는 데 결정적이기 때문이다.이에 따라 공정을 조정함으로써 효소를 최적의 조건에서 작동시켜 효율적으로 반응을 촉매할 수 있다.연구자들 간의 실험설계의 차이로 인해 다양한 고정화 방법의 장단점을 평가하는데 어려움이 있다.부동한 방법을 사용하여 준비한 고정화파페인은 응용범위가 다르므로 실제요구에 근거하여 적절한 방법을 선택하여 생산에 더 잘 봉사해야 한다.

 

파파인은 다양한 방법을 이용하여 고정화한 후 안정성 향상, 최적온도 증가, 더 넓은 pH 내성범위, 효소활성 향상, 반감기 연장을 나타내어 고정화 방법이 적절함을 나타낸다.더 나은 결과를 얻기 위해 더 많은 최적화를 추구해야 한다.기존 연구 결과를 바탕으로 고정화 효소의 활성과 기질 친화성을 더욱 향상시키는 것이 향후 연구의 핵심 관심사항이다.

 

최근의 고정화 papain에 대한 연구의 진전을 요약하면, 기술의 지속적인 발전으로 고정화 papain의 촉매 활성과 안정성은 만족할만한 수준임을 알 수 있다.효소고정화 기술은 효소의 반복 사용과 원료, 제품, 효소의 효과적인 분리를 가능하게 하여 분리공정 및 장비의 단순화, 생산주기 단축, 생산비용 절감 등을 가능케 한다.고정화효소는 공업에서 효소의 중요한 응용형태로 될것이다.효소고정화기술이 날로 성숙되면 파파인은 식품, 음료수, 제약, 화학시약, 사료, 방직, 화장품 등 분야에서 더욱 큰 역할을 발휘할수 있게 될것이다.

 

참조

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