新型蛋白酶法制備明膠工藝對于資源利用和環境維持都有重要意義，同時對于現有骨素處理和明膠提取設備具有很好的兼容性。此外，在生產方面，無需額外添加獨特工藝設備，傳統工藝的工廠可以快速轉化為使用酶法工藝，便于擴大生產規模。
明膠是膠原的水解產物，廣泛應用于醫藥、食品、紡織、化工、電子、造紙、印刷等30多個行業，化學制備法一直是明膠生產的傳統工藝。近年來，隨著對各類酶的研究進展與綠色工藝的革新，酶法制備明膠工藝成了研究者不斷探索的新方向。
近日，中國科學院天津工業生物技術研究所研究員宋詼帶領研究組，通過對土壤樣品宏基因組測序，發現了一種能夠用于明膠制備的新型蛋白酶，并以該酶為基礎對蛋白酶法制備明膠工藝進行了優化。
宋詼告訴《中國科學報》，新型蛋白酶法制備明膠工藝對于資源利用和環境維持都有重要意義，同時對于現有骨素處理和明膠提取設備具有很好的兼容性。此外，在生產方面，無需額外添加獨特工藝設備，傳統工藝的工廠可以快速轉化為使用酶法工藝，便于擴大生產規模。
工藝需不斷優化
2010年世界明膠需求量約為44.5萬噸，預計未來五年明膠需求增長率可達到年均增長9%。由于客觀原因，我國傳統骨明膠制備工業多集中于骨資源豐富地區，如內蒙古、青海、甘肅等地。
同時，由于傳統骨明膠制備工藝要經歷多次浸酸、水洗、浸灰、中和等步驟，對淡水需求量極大，而上述地區的淡水資源卻十分缺乏。地區資源與傳統工藝的局限限制了明膠工業的發展，對明膠工藝的革新提出了迫切的要求。
20世紀80年代，酶法制備明膠工藝出現，明膠制造酶法工藝主要是采用生物酶作用于動物的骨或皮，降解其中的膠原大分子生產明膠。
據宋詼介紹，通過利用酶法制備骨明膠，可以省略多次酸堿水洗步驟，簡化為酸、酶處理一步反應，縮短了工藝流程，還能夠減少90%以上的淡水消耗量，同時節約了大量能源和酸堿試劑。
“由于其可縮短生產周期、減少環境污染、易于自動化控制及細化明膠品質，是明膠制備技術的發展趨勢。”中國科學院天津工業生物技術研究所基因工程與微生物應用技術研究組的研究人員譚明補充道。
但是，酶法制備明膠還存在著一些不足。首先，目前酶解使用的蛋白酶提取自動植物（如動物內臟、木瓜、菠蘿等），其制備過程存在污染和耗能問題。其次，動植物來源的蛋白酶產品穩定性有待提高，酶活性低。第三，蛋白酶活性容易受水解產物的影響，容易失去活性。此外，酶法制備明膠還存在形成的膠原水解產物專一性差，影響了明膠產品質量；明膠制備過程中途需要人為大幅調節pH值等問題，限制了酶法制備明膠工藝的發展。
新型蛋白酶助力綠色工藝
在上述背景下，中國科學院天津工業生物技術研究所基因工程與微生物應用技術的研究隊伍將目光投向了明膠酶法制備中新型酶的研究。
宋詼認為，上述酶法制備明膠的不足是由蛋白酶本身的局限造成的，但是目前國內外市場上都還沒有專用于明膠制備的高溫蛋白。
因此，宋詼的研究團隊從極端土壤環境里能生存的微生物中提取相關基因，然后對得到的高溫蛋白酶進行特異性分子改造并進行了外源表達，得到了大量工業蛋白酶。
隨后，他們從獲得的新蛋白酶里進行篩選研究，對一些可能制備明膠的蛋白酶進行初步檢測，通過工藝過程和產品指標等綜合評價，尋找到了一種酶法制備明膠效果較優的新型蛋白酶。
同時，宋詼的研究團隊對酶法制備明膠的工藝進行了革新，將后續的提膠過程由傳統的多道提膠工藝改為兩道提膠。在運用該新型蛋白酶制備明膠的工藝中，第一道提膠占明膠得率達12%，已接近傳統酸堿法多道提膠步驟的得率總和，該新型蛋白酶法制備明膠的總得率也超過了傳統方法的14%~15%，達到17%。
宋詼介紹說，相對于傳統酸堿法制備的明膠，酶法明膠的蛋白電泳條帶更集中，更單一，所得明膠的凍力值可達250bloomg以上，黏度值可達4.0mPa·s，與傳統法相當。明膠總生產周期從60多天縮短到5天，減少90%淡水用量，同時減少大量能源和化學制劑消耗，實現了明膠制備的綠色工藝。
產業化還需“說服”廠家
據悉，宋詼的研究團隊下一步要做的是根據明膠的技術指標（凍力、黏度、透過率），對溫度特性、pH特性、作用效率等蛋白質特性繼續進行分子改造。
“我們還要優化最佳酶的復配方案，探索和優化應用于明膠綠色酶法制備工藝的復合酶配方，優化新型酶生物制備明膠工藝，并與合作企業一起進行工藝的放大及工業化生產示范。整個工藝成熟到能投產，還需要1~2年時間。”宋詼說。
瞄準酶法制備明膠產業化的還有中科院的另一支研究隊伍，據該研究團隊一位不愿透露姓名的研究員介紹，該研究團隊的酶法明膠生產工藝已在寧夏、內蒙古等省區開展了工業化實驗和實施，部分企業產品已經上市形成銷售，并將進一步在其他地區進行推廣。
但是，這位研究員認為，對于酶法制備明膠工藝而言，要想在產業化進程中完全替代傳統化學工藝，還有一段很長的路要走。
該研究員指出，在產業化中，酶法制備還有一些重要問題，如酶法制備明膠生產工藝的穩定性，酶法明膠在食品、藥品等下游企業中的接受和認可過程等。
宋詼表示，目前大部分明膠制備廠家采用傳統化學法，如果改成酶法，需要給企業證明新工藝能帶來巨大的經濟效益。
“要改造傳統工藝和建立新的生產線，許多企業不能接受這個風險，而當前一些大企業沒有太大競爭壓力，對工藝革新的興趣不大，因此，如何進一步證明酶法工藝能帶來巨大價值，對我們來說是一個挑戰。”宋詼強調。
明膠是膠原的水解產物，廣泛應用于醫藥、食品、紡織、化工、電子、造紙、印刷等30多個行業，化學制備法一直是明膠生產的傳統工藝。近年來，隨著對各類酶的研究進展與綠色工藝的革新，酶法制備明膠工藝成了研究者不斷探索的新方向。
近日，中國科學院天津工業生物技術研究所研究員宋詼帶領研究組，通過對土壤樣品宏基因組測序，發現了一種能夠用于明膠制備的新型蛋白酶，并以該酶為基礎對蛋白酶法制備明膠工藝進行了優化。
宋詼告訴《中國科學報》，新型蛋白酶法制備明膠工藝對于資源利用和環境維持都有重要意義，同時對于現有骨素處理和明膠提取設備具有很好的兼容性。此外，在生產方面，無需額外添加獨特工藝設備，傳統工藝的工廠可以快速轉化為使用酶法工藝，便于擴大生產規模。
工藝需不斷優化
2010年世界明膠需求量約為44.5萬噸，預計未來五年明膠需求增長率可達到年均增長9%。由于客觀原因，我國傳統骨明膠制備工業多集中于骨資源豐富地區，如內蒙古、青海、甘肅等地。
同時，由于傳統骨明膠制備工藝要經歷多次浸酸、水洗、浸灰、中和等步驟，對淡水需求量極大，而上述地區的淡水資源卻十分缺乏。地區資源與傳統工藝的局限限制了明膠工業的發展，對明膠工藝的革新提出了迫切的要求。
20世紀80年代，酶法制備明膠工藝出現，明膠制造酶法工藝主要是采用生物酶作用于動物的骨或皮，降解其中的膠原大分子生產明膠。
據宋詼介紹，通過利用酶法制備骨明膠，可以省略多次酸堿水洗步驟，簡化為酸、酶處理一步反應，縮短了工藝流程，還能夠減少90%以上的淡水消耗量，同時節約了大量能源和酸堿試劑。
“由于其可縮短生產周期、減少環境污染、易于自動化控制及細化明膠品質，是明膠制備技術的發展趨勢。”中國科學院天津工業生物技術研究所基因工程與微生物應用技術研究組的研究人員譚明補充道。
但是，酶法制備明膠還存在著一些不足。首先，目前酶解使用的蛋白酶提取自動植物（如動物內臟、木瓜、菠蘿等），其制備過程存在污染和耗能問題。其次，動植物來源的蛋白酶產品穩定性有待提高，酶活性低。第三，蛋白酶活性容易受水解產物的影響，容易失去活性。此外，酶法制備明膠還存在形成的膠原水解產物專一性差，影響了明膠產品質量；明膠制備過程中途需要人為大幅調節pH值等問題，限制了酶法制備明膠工藝的發展。
新型蛋白酶助力綠色工藝
在上述背景下，中國科學院天津工業生物技術研究所基因工程與微生物應用技術的研究隊伍將目光投向了明膠酶法制備中新型酶的研究。
宋詼認為，上述酶法制備明膠的不足是由蛋白酶本身的局限造成的，但是目前國內外市場上都還沒有專用于明膠制備的高溫蛋白。
因此，宋詼的研究團隊從極端土壤環境里能生存的微生物中提取相關基因，然后對得到的高溫蛋白酶進行特異性分子改造并進行了外源表達，得到了大量工業蛋白酶。
隨后，他們從獲得的新蛋白酶里進行篩選研究，對一些可能制備明膠的蛋白酶進行初步檢測，通過工藝過程和產品指標等綜合評價，尋找到了一種酶法制備明膠效果較優的新型蛋白酶。
同時，宋詼的研究團隊對酶法制備明膠的工藝進行了革新，將后續的提膠過程由傳統的多道提膠工藝改為兩道提膠。在運用該新型蛋白酶制備明膠的工藝中，第一道提膠占明膠得率達12%，已接近傳統酸堿法多道提膠步驟的得率總和，該新型蛋白酶法制備明膠的總得率也超過了傳統方法的14%~15%，達到17%。
宋詼介紹說，相對于傳統酸堿法制備的明膠，酶法明膠的蛋白電泳條帶更集中，更單一，所得明膠的凍力值可達250bloomg以上，黏度值可達4.0mPa·s，與傳統法相當。明膠總生產周期從60多天縮短到5天，減少90%淡水用量，同時減少大量能源和化學制劑消耗，實現了明膠制備的綠色工藝。
產業化還需“說服”廠家
據悉，宋詼的研究團隊下一步要做的是根據明膠的技術指標（凍力、黏度、透過率），對溫度特性、pH特性、作用效率等蛋白質特性繼續進行分子改造。
“我們還要優化最佳酶的復配方案，探索和優化應用于明膠綠色酶法制備工藝的復合酶配方，優化新型酶生物制備明膠工藝，并與合作企業一起進行工藝的放大及工業化生產示范。整個工藝成熟到能投產，還需要1~2年時間。”宋詼說。
瞄準酶法制備明膠產業化的還有中科院的另一支研究隊伍，據該研究團隊一位不愿透露姓名的研究員介紹，該研究團隊的酶法明膠生產工藝已在寧夏、內蒙古等省區開展了工業化實驗和實施，部分企業產品已經上市形成銷售，并將進一步在其他地區進行推廣。
但是，這位研究員認為，對于酶法制備明膠工藝而言，要想在產業化進程中完全替代傳統化學工藝，還有一段很長的路要走。
該研究員指出，在產業化中，酶法制備還有一些重要問題，如酶法制備明膠生產工藝的穩定性，酶法明膠在食品、藥品等下游企業中的接受和認可過程等。
宋詼表示，目前大部分明膠制備廠家采用傳統化學法，如果改成酶法，需要給企業證明新工藝能帶來巨大的經濟效益。
“要改造傳統工藝和建立新的生產線，許多企業不能接受這個風險，而當前一些大企業沒有太大競爭壓力，對工藝革新的興趣不大，因此，如何進一步證明酶法工藝能帶來巨大價值，對我們來說是一個挑戰。”宋詼強調。
