来源:中科基创
蛋白质在酶、微生物、酸、碱作用下可产生蛋白质水解产物。工业上生成蛋白质水解物常用的蛋白源包括动物性蛋白质（如酪蛋白、乳清蛋白、肉类）和植物性蛋白（如小麦、水稻、大豆、豌豆和棉籽等）。
蛋白质水解的方法不同，水解时间也从1～100h不等。酶或微生物水解过程中添加抑菌或杀菌防腐剂（如苯甲酸）可延长其水解时间，通过加热可使酶失活从而终止水解反应。水解结束后，可通过离心、过滤或微过滤系统分离蛋白质水解物中的不溶性物质。多次过滤后可获得预期的透明清晰的水解溶液。必要时可通过炭粉进行脱色并除去溶液中的混浊物质。若需要除去水解产物中的盐，可将滤液进一步通过交换色谱，除去水解物中多余的盐。蛋白质水解产物中的微生物可以通过热处理（巴氏杀菌）的方法消除。最后，将蛋白质水解物进行干燥、包装，形成产品。
蛋白质水解产物包括游离氨基酸、小肽和大肽，且其比例随着蛋白质来源，水解过程中的水份含量、蛋白酶类型和微生物种类的不同而不同。
1.1 蛋白质酸水解
1920年法国化学家Braconnot首先报道了在高温下进行蛋白质（明胶）酸水解的方法。在110℃条件下，6mol/L HCl作用24h可将蛋白质完全水解。相同温度条件下用盐酸作用2～6h可将蛋白质水解成多肽。酸水解后将产物蒸发、巴氏杀菌并喷雾干燥。大部分蛋白质酸水解产物用作增味剂（例如，水解植物蛋白调味剂），且蛋白质的酸水解成本低。然而，蛋白质在酸水解过程中色氨酸结构被完全破坏，部分蛋氨酸受到损失，同时将谷氨酰胺和天冬酰胺分别转化为谷氨酸和天冬氨酸。
强碱，如4M氢氧化钙、氢氧化钠或氢氧化钾等碱水解剂在高温下（如105℃）反应20h可将蛋白质完全水解。食品工业生产中常用低温（例如，27～55℃）和短时间（如4～8h）水解蛋白质产生多肽。碱水解产物经蒸发、巴氏杀菌并喷雾干燥，最后形成产品。与酸水解一样，蛋白质碱水解的成本也很低，并且不破坏色氨酸。然而，碱水解可破坏大多数氨基酸的结构。因此，碱性水解法通常用于生产发泡剂（如鸡蛋蛋白质的替代物）和泡沫灭火器，而很少应用于食品工业中。
许多不同种类的蛋白酶均可将肽键裂解，根据反应类型的不同可将蛋白酶分为外肽酶（在蛋白质末端水解肽键）和内肽酶（在蛋白质内部水解肽键）。一部分蛋白酶同时含有外肽酶和内肽酶的性质（例如，组织蛋白酶B和H）。酶法水解蛋白质需要的条件相对温和（例如，pH6～8，30～60℃），可最大限度地减少水解过程中对蛋白质、氨基酸的破坏等副作用。
大部分用于生产水解蛋白质产物的酶来源于动物、植物和微生物。与酸或碱水解蛋白过程相比，酶水解的主要优点是：水解条件（如温度和pH值）温和，不会造成任何氨基酸的损失；蛋白酶能特定并精确控制肽键水解的程度；水解后可加热使酶失活（例如，85℃，3min），便于蛋白质水解产物的分离。酶解蛋白质的缺点主要有成本较高和蛋白质原料中可能存在酶抑制剂。
表1 常用于蛋白质酶水解的蛋白酶
微生物产生的蛋白酶可将细胞外蛋白质水解为大肽、小肽和游离氨基酸。小肽可进一步被微生物摄取并在细胞内水解，产生游离的氨基酸。微生物也可产生能同时分解碳水化合物和脂类的酶。蛋白质发酵可分为液态发酵和固态发酵。液态发酵在高水分条件下进行，而固体发酵在低水分条件下进行，并可减少蛋白质水解物的干燥时间。
生物活性肽是蛋白质中具有一定营养价值和生物学功能的氨基酸片段。其有抗菌、抗氧化、抗高血压和免疫调节作用。这些生物活性肽通常为2～20个氨基酸，但有些可能含有20个以上的氨基酸。许多生物活性肽具有共同的结构特性，如氨基酸含量少，疏水性氨基酸含量多，含精氨酸、赖氨酸和脯氨酸残基。在动物中，内源性肽发挥重要的生理或调节功能。
动物源（如鱼和肉）或植物源蛋白质饲料水解产物中的某些小肽通过清除自由基、抑制氧化物质的生成、或抑制炎性细胞因子的产生来发挥抗氧化功能。许多生物活性肽具有血管紧张素I转换酶抑制作用和抗氧化作用。另有报道指出，动物和植物蛋白质水解物中的某些肽与小肠内源性抗菌肽一样，有抗菌作用。这些抗菌肽可能通过破坏细菌的细胞膜，干扰细胞内蛋白质的功能，引起胞浆蛋白质聚集从而发挥抗菌作用，但潜在的作用机制还不清楚。此外，某些蛋白质，例如酪蛋白、面筋（存在与小麦、黑麦和大麦中）和大豆蛋白质在胃肠道内经水解可产生寡肽（通常为4～8个氨基酸），其能与大脑中的阿片样受体结合从而影响动物肠道功能、采食量和行为。
植物和动物蛋白质水解产生的肽被广泛用于家禽及宠物饲料中，它们的应用能经济有效地促进动物生长和和肠道健康，改善生产性能。其发挥作用的可能机制是：
（1）小肠对小肽的吸收效率高于等量的游离氨基酸；
（2）小肠中细菌对小肽的分解代谢率要低于等量的游离氨基酸；
（3）相对于单个的氨基酸，小肽能通过肠道运输多种氨基酸进入静脉，使血液中氨基酸更平衡；
（4）提供功能性氨基酸（如甘氨酸、精氨酸、谷氨酸等），增强机体抗氧化能力和促进肌肉蛋白质合成；
（5）与等量的游离氨基酸相比，特定的肽能够改善胃肠道的形态和功能，比如分泌、蠕动以及抗炎反应。
在动物营养研究中，多肽功能相关的研究主要集中于幼龄动物阶段，多肽能够提高适口性，促进生长，提高饲料转化效率和健康状况。这主要由于幼龄动物的消化和免疫系统不成熟，断奶后经常出现采食量降低，肠黏膜萎缩、腹泻和生长发育受阻等。此外，已经有商业化多肽产品应用到宠物饲料中，其能改善动物的营养状况、肠道功能以及抗病能力。
植物性蛋白质往往含有致敏蛋白和抗营养因子，幼龄动物和宠物饲料中含有这些物质往往会降低植物蛋白的营养价值。例如，大豆可以加工制成大豆粉和大豆蛋白浓缩物，以消除一部分抗营养物质。然而豆制品中仍然含有大量蛋白质类型的过敏原（如大豆球蛋白和β-大豆蛋白）和胰蛋白酶抑制剂、外源凝集素（血凝素）、植酸、大豆低聚糖（棉子糖和水苏糖）和甾体苷（大豆皂苷）。
已有报道指出，利用微生物（如霉菌、芽孢杆菌和乳酸杆菌）发酵大豆可提高断奶仔猪生长性能和饲料利用率。而在红鲷幼鱼的日粮中，50%鱼料可以被替换成相同比例的大豆蛋白质水解物。考虑到鱼粉在世界各地变得越来越稀缺，饲料中添加植物蛋白水解物对于养殖的发展十分重要。
此外，大豆分离蛋白（占日粮19.7%）水解物可作为昂贵的脱脂奶粉的替代品被用于维持幼牛的高生长性能。酸性植物蛋白质水解物（如麦麸含有大量的谷氨酰胺和谷氨酸）通常称为水解植物蛋白，因其中含有丰富的谷氨酰胺，因此在宠物饲料中添加1%～2%可提高饲料适口性。
断奶仔猪日粮中添加6%喷雾干燥的小肠水解产物（SDPI；肝素生产的副产品），饲喂两周后发现，仔猪的生产性能要优于饲喂添加血浆蛋白粉基础日粮组及添加乳清粉基础日粮仔猪。
另外，采食含5%的大西洋鲑鱼蛋白质水解物（来自内脏）的鸡生长性能优于采食含或不含4%的鱼食日粮的鸡。日粮中鱼副产品蛋白水解物的添加（10%）能够促进欧洲幼鲈鱼的生长和肠道发育、免疫性能，并提高其在鳗弧菌（一种革兰氏阴性菌）感染下的存活率。因此，SDPI和其他动物蛋白质水解物在动物生产中具有良好的应用前景。
