眾所周知,蛋白質結構復雜,類別繁多,因此其水解物也有類似特征。含蛋白質的原料在生物培養(yǎng)中被稱為有機氮源,可實際上,有機氮源不僅僅提供氮元素,也是生物生長和產(chǎn)物分泌調控所需要的,如維生素等。另外在有機氮源中,還往往含大量的碳源。
正因為有機氮源是培養(yǎng)基最重要的成分,而且結構復雜多樣,質量難控,因此在使用有機氮源時,很有必要對其原料來源、加工過程、關鍵指標等進行認真分析,甚至要到生產(chǎn)現(xiàn)場進行考察,否則一旦原料出現(xiàn)問題,對于一個復雜的發(fā)酵體系,根據(jù)無法迅速鎖定原因,容易造成巨大的經(jīng)濟損失。因此質量穩(wěn)定是供需雙方建立長久關系的基本保障。
本文將從概念、原料、分類、成分、加工方法和分析方法等全方位概述蛋白胨,是一篇值得收藏長期閱讀的文章。
另外也正是由于蛋白胨成分復雜,也使得在每個微生物發(fā)酵中使用蛋白胨成為可能,即使不為大規(guī)模應用,也可能在研發(fā)中使用蛋白胨以獲得關鍵影響因素或前體,為大幅度提高產(chǎn)量創(chuàng)造機會(該內容近期有文章介紹)。
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一、什么是蛋白胨?
蛋白胨,英文名稱:peptone,是蛋白質分解產(chǎn)物,如將牛肉、酪蛋白、牛奶粉、白明膠、大豆蛋白、絲蛋白、血纖維蛋白等為原料,經(jīng)不完全的水解工藝所得的產(chǎn)物。市售產(chǎn)品以淡黃至棕黃色粉劑為主。其分子量介于?和肽之間,約2000左右。
本概念最關鍵的用語:1是不完全水解,不完全是一個非定量的用語,所以,對于每家企業(yè)而言,蛋白質分解用酶及酶解的程度會不同,因此同樣是蛋白胨,對于需要精確控制的生物過程,則并不具有通用性,需要通過試驗驗證可用性。酶本身的催化作用也不具有精確性,酶的水解活力還會受到酶本身及催化環(huán)境的影響。
本概念另一個關鍵用語是蛋白質:不同物種,甚至相同物種的不同部位,蛋白質的種類不同,因此其產(chǎn)物也復雜多變。
二、 主要特點:影響多,成分復雜。
蛋白質經(jīng)酸、堿或蛋白酶分解后也可形成蛋白胨。不同來源的蛋白質和不同的水解條件,其水解物中組成可千差萬別,所以胨往往是一個復雜的多肽混合物。除了氨基酸外,蛋白胨中也包括其他多種成分,因此能為生物培養(yǎng)提供C源、N源、生長因子等營養(yǎng)物質。

一般來說,用于蛋白胨生產(chǎn)的蛋白包括動物來源、植物來源和微生物來源的蛋白。目前人造肉的研究已經(jīng)成為熱點,相信未來人造肉的副產(chǎn)物也可能成為蛋白胨的原料來源,該內容不在本文敘述的范圍。
三、 動物蛋白。
主要包括:胰胨、肉胨、骨胨、蠶蛹蛋白胨、血液蛋白胨,魚蝦粉,牛奶粉等。下表4的數(shù)據(jù)可供參考。

知識擴展:豬骨為原料制備蛋白胨主要過程
1、原料:以豬頭骨、三大骨為主。將配好的原料置于鍋內,用40-50℃水沖洗一遍,然后加水,其比例為1:1.2。
2、高溫萃取:加熱加壓至4kgf/cm2,保壓平衡2h。
3、調節(jié)pH:取工業(yè)鹽酸將肉湯的pH調到5.2。
4、消化:將肉湯溫降至合適的溫度,然后加入消化酶進行消化。
5、濃縮:將消化好的肉湯,用雙層紗布過濾,然后將上清加熱濃縮。
6、干燥:將濃縮好的稀膏狀物,干燥,然后磨粉,分裝。
流程圖:新鮮骨頭→粗碎→熬煮→去渣、去油→酶解→高溫滅活→過濾→噴霧干燥→成品→理化檢測→細菌培養(yǎng)。

四、植物性蛋白胨。
以花生粕,大豆等作為原料生產(chǎn)的蛋白胨等是植物性蛋白胨。植物蛋白胨含糖量相對較高。
知識擴展:脫脂冷榨花生粕制備蛋白胨的過程:
準確稱取脫脂冷榨花生粕5g 溶解于250 mL 去離子水中,用鹽酸調pH 至2. 0,加入5% 的胃蛋白酶(以底物為基準,3 000 U/g)并于37 ℃攪拌條件下酶解200 min,定期監(jiān)測其水解度變化;水解完成后,將水解液用NaOH 調節(jié)pH 至8. 0,加入2% 堿性蛋白酶(以底物為基準,50 000 U/g),于50 ℃攪拌條件下酶解190 min,定期監(jiān)測DH% ;水解全部完成后將酶解液置于沸水浴中10 min 滅酶。冷卻至室溫后于4 ℃,5 000×g 離心25 min,取上清液冷凍干燥,即冷榨花生粕蛋白胨。
表3為冷榨花生粕蛋白胨的理化指標。

五、微生物蛋白胨。
比如,酵母蛋白胨就屬于微生物蛋白胨。基本制備過程可參考前一篇文章『詳解酵母抽提物』。一般而言微生物菌體成分簡單,蛋白含量高,所以更適合大規(guī)模應用,細菌蛋白胨總氮一般會超過14. 5% 。
補充內容重要指標:
在使用任何一種原料之前,需要對原料的標準進行確認,這個過程需要將已經(jīng)檢測的原料標準與使用效果建立關聯(lián),然后從中篩選出關鍵影響指標。如果暫時無法確立關鍵影響指標,臨時可以用搖瓶試驗進行原料驗收,但是這一標準往往與原料生產(chǎn)商提供的標準難以兼容,篩選有機氮源關鍵影響因素的方法,我們將在后期結合前體的篩選發(fā)文章一并討論。
以下指標可供參考:
1.總氮含量
蛋白胨在微生物生長或產(chǎn)物合成中主要是作為提供氮源的營養(yǎng)基質,因此,含氮量是蛋白胨重要的質量評價指標。高質量細菌蛋白胨總氮要求達到14. 5% 以上,植物蛋白胨由于含糖量相對較高,其總氮應不低于8. 5%。總氮采取微量凱氏定氮法測定。
2.氨基氮含量
氨基氮含量可反映出蛋白質的水解程度,分析氨基氮含量對蛋白胨質量評判非常重要。同一微生物在不同氨基氮含量的蛋白胨培養(yǎng)基上,其菌落大小和生長形態(tài)可能存在一定差異。作為試劑級蛋白胨,其質量標準要求其氨基氮≥2. 5%。氨基氮含量采取甲醛滴定法測定。
3.糖含量
植物蛋白胨含糖量通常高于動物蛋白,不同動物蛋白胨含糖量也存在差異,如酪蛋白胨含糖量為(0. 64±0. 22)%、雞羽毛蛋白胨為0. 76%、魚蛋白胨為1. 33%。由于植物蛋白胨含糖量相對較高,不適合于配制糖發(fā)酵培養(yǎng)基。
糖含量采取苯酚硫酸法。
4.亞硝酸鹽
部分微生物在生長與發(fā)酵過程中可降低培養(yǎng)基pH,使亞硝酸鹽和蛋白質分解產(chǎn)生的胺類物質生成亞硝胺,因此,蛋白胨中不應含有亞硝酸鹽,否則,應用于食品時可能會影響安全。亞硝酸鹽法采取氨基苯磺酸?α?萘胺試液測定。
5.磷含量
磷元素是微生物進行生物大分子(如核酸和蛋白質)生物合成重要的營養(yǎng)基質,也是培養(yǎng)基重要的pH 緩沖物質。培養(yǎng)基中一般磷添加量為0. 005~0. 010 mol/L 較為適宜,磷含量過高對微生物生長不利,易造成富營養(yǎng)化,因此,應控制蛋白胨中磷含量。磷含量采取比色法(測定波長820 nm)測定。
6.氯化鈉含量
氯化鈉是蛋白胨在中和過程中產(chǎn)生的主要鹽類。當培養(yǎng)基中NaCl 濃度過高時,培養(yǎng)基滲透壓通常也較高,不利于微生物生長。因此,應控制蛋白胨生產(chǎn)過程中的NaCl 含量。氯化鈉含量采取滴定法測定。
7.灰分
蛋白胨灰分主要源自原料和生產(chǎn)工藝中使用的磷酸鹽、硅酸鹽、氯化鈉等無機鹽物質,灰分含量的高低與生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)原料等有重要關系,如采取酸解法或堿解法制備蛋白胨時,其灰分通常比較高,可達到20%以上。通常情況下,灰分過高時,需對蛋白胨進行脫鹽處理以降低灰分含量,蛋白胨酶法制備可有效解決灰分過高這一問題。作為生化試劑用蛋白胨通常要求灰分含量≤15. 0%。
灰分根據(jù)GB 5009. 4-2016 測定。
8.水分含量測定
生化試劑用蛋白胨水分含量應低于5%,工業(yè)級蛋白胨對水分含量沒有做具體要求。蛋白胨含水量過高時易吸潮、結聯(lián)成塊、顏色變深、變質以及易受到降解等,是一項關鍵控制指標,不僅影響產(chǎn)品外觀性狀,還影響微生物生長和代謝產(chǎn)物合成。一般情況下,蛋白胨標準品含水量為(3. 83±0. 13)%。水分含量測定根據(jù)GB 5009. 3-2016 測定。
9.維生素的含量
多數(shù)發(fā)酵工程師已經(jīng)意識到了:國內外普遍存在培養(yǎng)基質量差異和批間質量不穩(wěn)定的問題,這些批間差異往往與氮源的批間差異有直接關系,而前面的指標一般無法與生產(chǎn)效果有直接的對映關系,這是因為對于發(fā)酵,有機氮源中起關鍵作用的往往是維生素和游離氨基酸等因素。目前我國培養(yǎng)基質量標準體系建設較為落后,培養(yǎng)基原材料的系統(tǒng)研究較少。下表可直接反映了不同蛋白胨中維生素含量的巨大差異。

10.游離氨基酸組成含量
通過蛋白胨的定義可知,蛋白胨是蛋白的不完全水解物,因此成分遠比20種氨基酸要復雜的多。但是微生物在吸收的有機氮源多數(shù)是游離氨基酸。因此游離氨基酸的比例和種類就成為蛋白胨的關鍵指標,也是質量的重要指標。
參考文獻
1、滿洋,陳舜勝,曲映紅《南極磷蝦副產(chǎn)物酶解蛋白胨工藝優(yōu)化及實際應用》
2、肖懷秋,李玉珍,林親錄等《冷榨花生粕蛋白胨質量分析及其在枯草芽胞桿菌增殖中的應用》
3、姜莎,辛慧,莫日根等《超高效液相色譜-串聯(lián)質譜法測定蛋白胨中9 種B族維生素》
4、黃菊,楊君麗,曾吉偉《酶法水解牛骨蛋白制備蛋白胨生化試劑的工藝》