Quelles sont les utilisations de la poudre de papaïne dans le domaine alimentaire?

La papaïne, a protease enzyme derived from the fresh latex of unripe papaya (Carica papaya) fruit, is an endopeptidase containing sulfhydryl (-SH) peptide chains. It exhibits protease and esterase activities with broad specificity, effectively hydrolyzing animal and plant proteins, peptides, esters, and amides. It also has synthetic functions, capable of synthesizing protein hydrolysates into protein-like substances. Industrially used papain is generally an unpurified multi-enzyme system. It is known that papain obtained by drying papaya latex contains at least four major enzyme types: papain, chymopapain, papain proteinase Ω (papaya proteinase Ω), and chymopapain M (chymopapain M) [1], among which chymopapain has the highest content, accounting for 45% of soluble proteins.

La papaïne est très soluble dans l’eau et le glycérol, formant des solutions incolore ou jaune pâle, apparaissant parfois blanc laiteux; Il est pratiquement insoluble dans les solvants organiques. Son pH optimal est de 5,7 (généralement efficace entre 3 et 9,5), et il reste actif dans des conditions neutres ou légèrement acides; La température optimale est de 55-60 °C (généralement efficace entre 10 et 85°C), avec une forte résistance à la chaleur, restant actif même à 90°C; Elle est inhibée par des oxydants et activée par des réducteurs.

1 procédé d’extraction de la papaïne

1.1 méthodes classiques d’extraction dans le passé

La méthode la plus primitive pour extraire la papaïne était la méthode de séchage, qui consistait à ajouter un agent protecteur à la pulpe de papaye, à centrifuger la pulpe, à recueillir le surnageant et à la sécher dans un four à air forcé à une température de 55-60 °C. La matière séchée a ensuite été broyée pour obtenir des produits enzymatiques bruts. Yi et al. [2] ont obtenu un rendement enzymatique de 23,1% à l’aide de cette méthode, mais elle était défavorable à la rétention de l’activité enzymatique, avec une activité enzymatique de seulement 0,16 × 10⁵ U/g, et la pureté du produit était relativement faible.

L’extraction de la papaïne a également été largement étudiée en utilisant la méthode de précipitation du tanin. Yi et al. [2] ont extrait la papaïne à l’aide de cette méthode. Tout d’abord, le jus de papaye a été centrifugé et une solution de tanin dissous a été ajoutée lentement au surnageant en remuant continuellement jusqu’à ce que la concentration de tanin dans la solution ait atteint un certain niveau. On a ensuite laissé reposer la solution pour précipiter le complexe tanin-enzyme, le pH a été ajusté et le précipité a été séché sous vide pour obtenir le produit enzymatique. Les résultats ont montré que cette méthode donnait un faible rendement enzymatique de seulement 7,3 %, mais l’activité enzymatique était relativement élevée à 3,53 × 10⁵ U/g. Cependant, cette méthode a des problèmes tels que la pollution de l’environnement.

1.2méthodes d’extraction couramment utilisées

Actuellement, l’ultrafiltration, la floculation et la précipitation du sel sont des méthodes couramment utilisées pour séparer et extraire la papaïne.

1.2.1 procédé d’ultrafiltration pour l’extraction de la papaïne

Tan Jing et al. [3] ont utilisé la technologie d’ultrafiltration pour séparer la papaïne. Dans un premier temps, les membranes d’ultrafiltration en fibres creuses ont été nettoyées et traitées, puis l’ultrafiltration a été effectuée sous pression et débit contrôlés. La papaïne est une substance macromoléculaire qui est retenue lors de l’ultrafiltration, tandis que l’eau et de petites impuretés moléculaires passent à travers la membrane, réalisant ainsi la séparation et la purification. Les résultats expérimentaux ont montré que l’activité de la papaïne après l’ultrafiltration était 1,22 fois celle avant l’ultrafiltration, et la teneur en protéines était 2,8 fois celle avant l’ultrafiltration, indiquant que la pureté de la papaïne augmentait après l’ultrafiltration. Cependant, comme la papaïne est une substance macromoléculaire, elle a tendance à s’accumuler à la surface de la membrane pendant l’ultrafiltration, provoquant une polarisation de la concentration et réduisant progressivement le taux d’ultrafiltration, affectant ainsi le rendement enzymatique.

1.2.2 méthode de précipitation du sel pour l’extraction de la papaïne

Wang Libin et al. [4] ont précédemment utilisé la précipitation de sulfate d’ammonium pourPapaïne séparée....... Une solution de sulfate d’ammonium à une certaine concentration A été ajoutée à la solution enzymatique brute pour la salinisation, puis l’ajustement du pH, la centrifugation pour recueillir le précipité, le séchage et l’obtention du produit enzymatique. Les résultats expérimentaux ont montré que la papaïne préparée par cette méthode avait une pureté relativement élevée, avec une activité spécifique enzymatique de 1184 U/mg, ce qui la rend appropriée comme ingrédient cosmétique. Cependant, cette méthode utilise une grande quantité de sel, augmentant la teneur en cendres de l’enzyme et réduisant simultanément l’activité de la papaïne [5]. Par conséquent, la méthode de précipitation du sel n’est pas une méthode idéale pour extraire la papaïne.

1.2.3 méthode de floculation pour la séparation et la purification de la papaïne

The flocculation method involves adding a certain compound to the papain latex water extract, qui forme des complexes insolubles avec la papaïne, provoquant la précipitation de l’enzyme et la séparation de la solution. He Jiqin [6] et al. ont étudié la purification de la papaïne à l’aide de la technologie de floculation. Les résultats expérimentaux ont montré que, dans des conditions appropriées, le traitement par floculation pouvait atteindre un rendement de 95 à 97% pour la papaïne à cette étape. Cependant, cette méthode a une faible spécificité, résultant en papaïne avec une faible pureté et une teneur élevée en impuretés.

1.3 nouvelles Technologies pour l’extraction de la papaïne

1.3.1 Extraction par ultrasons de la papaïne

L’extraction par ultrasons, en tant que nouvelle technique d’extraction, a été largement appliquée dans l’extraction deComposants actifs de plantes naturelles....... L’effet de cavitation généré par les ondes ultrasoniques [7] renforce le solvent' S la pénétration dans les parois cellulaires, intensifie le transfert de masse entre l’intérieur et l’extérieur des cellules, et perturbe les parois cellulaires, facilitant ainsi la libération de composants intracellulaires et améliorant le processus d’extraction [8]. L’effet microjet formé par les ondes ultrasonores est également un facteur important pour améliorer l’efficacité d’extraction.

Xiao Guiping [9] précédemment utilisé l’extraction ultrasonique pourExtrait de papaïne de papaye....... La papaye fraîche a été sélectionnée, lavée, coupée en morceaux et écrasée. La pulpe de fruit a ensuite été mélangée en pâte. La pulpe a été soumise à un traitement ultrasonique dans des conditions spécifiques, suivi d’une centrifugation, d’une purification et d’une filtration. Le surnageant a ensuite été concentré par ultrafiltration pour prélever l’échantillon de solution enzymatique. Les résultats ont montré qu’à une puissance ultrasonique de 300 W, un temps de traitement ultrasonique de 200 S et une fraction massique de la pulpe de fruits de 30%, l’activité enzymatique était 1,71 fois supérieure à celle de l’échantillon non traité.

La solution enzymatique brute obtenue par extraction ultrasonique a une faible teneur en enzymes et contient une quantité importante d’impuretés. Après une purification préliminaire et une concentration par séparation membranaire, une purification supplémentaire est nécessaire. Ceci justifie des recherches supplémentaires pour améliorer l’activité enzymatique et la pureté.

1.3.2 chromatographie sur Membrane d’affinité pour l’extraction de la papaïne

La chromatographie sur membrane d’affinité est une nouvelle technologie de séparation et de purification des biomacromolécules développée à la fin des années 1980. Il combine la séparation de membrane avec la séparation d’affinité, incorporant ainsi les caractéristiques de la séparation de membrane et de la séparation d’affinité. Nie Huali et al. [10] ont utilisé une membrane de nylon comme substrat, ont modifié sa surface avec du chitosan pour réduire l’adsorption non spécifique, et ont couplé le ligand colorant Cibacron Blue F3GA pour obtenir un nouveau type de matériau de chromatographie à membrane d’affinité, qui a ensuite été utilisé pour séparer la papaïne. Les résultats ont montré que la membrane d’affinité présentait d’excellentes performances chromatographiques, avec une forte capacité d’adsorption de la papaïne (235,3 mg/g). En utilisant cette membrane d’affinité pour séparer et purifier la papaïne de la poudre de papaye, le facteur de purification a atteint 46,5 fois.

Par rapport à la séparation membranaire traditionnelle et à la chromatographie d’affinité, la chromatographie membranaire d’affinité présente non seulement des avantages tels que le facteur de purification élevé, la chute de pression basse, le temps d’analyse court, et la faible probabilité de dénaturation des biomolécules pendant la séparation, mais permet également des taux d’alimentation plus rapides. De plus, il est plus facilement extensible pour la purification et la séparation à grande échelle que la chromatographie d’affinité sur colonne [11].

1.3.3 la politique agricole commune Extraction de papaïne par Extraction à deux phases

L’extraction en double phase est une méthode qui utilise les différences dans les coefficients de distribution entre deux phases non miscibles pour extraire des substances. Sarote N. et al. [12] ont utilisé la méthode à double phase pour extraire la papaïne, et les résultats ont montré que le système à double phase composé de 8% de polyéthylèneglycol et de 15% de sulfate d’ammonium donnait la meilleure efficacité d’extraction pour la papaïne, avec une activité spécifique d’enzyme de 1659 U/mg et un rendement de 86,2%.

L’extraction biphasique de l’eau offre des avantages tels que le rendement élevé du produit cible, la facilité de fonctionnement continu, l’absence de solvants organiques résiduels et des procédés de séparation économiques. Il devrait avoir une place dans la préparation de la papaïne; Cependant, aucun rapport de ce genre n’a été publié à ce jour en Chine. Avec le développement continu des applications de la papaïne, les exigences de pureté pour la papaïne sont également en augmentation. Par conséquent, il y a un besoin urgent de méthodes plus spécifiques pour la préparation de la papaïne. Le développement d’une technologie d’extraction à deux phases en tant que méthode efficace pour la séparation et l’extraction de la papaïne de grande pureté est d’une grande importance.

En résumé, les méthodes d’extraction de la papaïne ne sont généralement pas typiques et impliquent généralement une combinaison de méthodes telles que la précipitation du sel, la filtration, la centrifugation, la concentration, la cristallisation et le séchage. Le processus d’extraction peut être optimisé en fonction des propriétés physico-chimiques de l’enzyme afin de maximiser l’utilisation des ressources et d’obtenir les meilleurs avantages économiques possibles.

2  Immobilisation de la papaïne

En raison du coût élevé et de la non-réutilisabilité de la papaïne, les chercheurs ont exploré la préparation de la papaïne immobilisée. La papaïne immobilisée peut éviter l’inactivation dans les milieux acides, alcalins et organiques, permettant une utilisation répétée de l’enzyme et réduisant les coûts de production. Les méthodes d’immobilisation courantes comprennent l’adsorption, la réticulation des vecteurs et l’encapsulation.

2.1 méthode d’adsorption

La méthode d’adsorption d’enzymes ou de cellules bactériennes contenant des enzymes sur la surface d’un adsorbant solide pour immobiliser les enzymes est appelée adsorption. Les adsorbants couramment utilisés comprennent le charbon actif, l’oxyde d’aluminium, la terre diatomée, la céramique poreuse, le verre poreux, le gel de silice et la carboxylapatite.

Fang Huan et al. [13] ont utilisé des membranes céramiques poreuses traitées avec une solution tampon au phosphore comme vecteurs d’enzymes immobilisées et ont utilisé l’adsorption physique pour immobiliser la papaïne. Les résultats ont montré que lorsque la concentration d’enzymes en solution était de 1,0-2,0 mg/mL, le pH était de 7,0, et l’enzyme était immobilisée pendant 2 heures, l’activité d’enzyme la plus élevée atteignait 111,1 U/g, avec un rétablissement d’activité de 57,9 % et une demi-vie de 54 jours.

2.2 méthode de réticulation des transporteurs

La méthode de réticulation consiste à utiliser des réactifs bifonctionnels pour induire la réticulation entre des molécules d’enzymes ou entreMolécules enzymatiques et vecteurs de phase solidePréparer les enzymes immobilisées. Les réactifs bifonctionnels couramment utilisés comprennent le glutaraldéhyde et l’hexaméthylènetétramine.

Gao Mingxia et al. [14] ont utilisé le chitosan comme support et le glutaraldéhyde comme agent de réticulation pour immobiliser la papaïne. Les résultats ont indiqué que les conditions optimales pour la papaïne immobilisée au chitosan étaient les suivantes: concentration de chitosan de 2,5 %, charge enzymatique de 0,3 g/g de support, temps de réaction de 6 heures, température de 15°C, pH de 7,5 et taux de récupération de l’activité enzymatique de 38,98 %. L’enzyme immobilisée a conservé plus de 50% de son activité après cinq réutilisations.

2.3 méthode d’intégration

Le procédé d’incorporation d’enzymes ou de cellules bactériennes contenant des enzymes dans un support poreux pour immobiliser des enzymes est appelé procédé d’incorporation.

Jin Feng [15] a utilisé une méthode microporeuse d’amidon et d’alginate de sodium pour immobiliser la papaïne, et les résultats ont montré que les conditions optimales pourPréparation papaïne immobiliséeÉtaient une concentration d’amidon microporeux de 4%, une concentration d’alginate de sodium de 3% et une concentration de CaCl₂ de 5,5%. À ce stade, le pH optimal de la papaïne immobilisée était de 5,7 et la température optimale de 72°C. Sa stabilité thermique, sa stabilité opérationnelle et sa résistance mécanique ont toutes été améliorées à des degrés divers, avec de faibles coûts d’exploitation, ce qui le rend adapté à une application industrielle.

2.4 autres nouvelles méthodes

Au cours des dernières années, les chercheurs ont constamment mis au point de nouveaux vecteurs et méthodes d’immobilisation, obtenant ainsi des résultats prometteurs. Zou Zhechang et al. [16] papaïne immobilisée à l’aidesiliceMatériau de mousse mésoporeux comme support. Les résultats ont montré que la température de réaction optimale de la papaïne immobilisée était 10°C plus élevée que celle de l’enzyme libre, le pH optimal a décalé de 0,5 unité vers la direction alcaline et l’activité enzymatique a conservé 65,1 %. Lin Yin et al. [17] ont modifié chimiquement la lignine alcoolique à point d’ébullition élevé et la lignine hydrolysée enzymatiquement pour améliorer leur hydrophilicité, synthétisant de nouveaux dérivés alcooliques à point d’ébullition élevé (lignine phénol HBS) et des dérivés aminés de lignine phénol, et ont étudié l’immobilisation de la papaïne à l’aide de ces matériaux. Les résultats ont montré que le taux de récupération de l’activité de la papaïne adsorbée par la lignine amino-phénol modifiée enzymatiquement et la lignine phénol HBS atteignait plus de 50%, ce qui indique son potentiel comme excellent support pour les enzymes immobilisées.

3 Applications actuelles de la papaïne dans l’industrie alimentaire

3.1 comme attendrisseur de viande

Avec l’amélioration du niveau de vie, après avoir résolu le problème de la sécurité alimentaire, les gens ont progressivement développé des exigences plus élevées pour la qualité et la texture de la viande. La viande des animaux âgés et de la volaille, lorsqu’elle est cuite, a une texture grossière et dure. Cependant, en ajoutant de la poudre attendrissante, la viande devient tendre et molle.

L’un des principaux composants de l’attendriseur à viande est la papaïne, qui est une protéase de cystéine capable de dégrader les protéines dans les fibres musculaires et le tissu conjonctif [18]. Il décompose la myosine et le collagène en plus petits peptides ou même des acides aminés, provoquant la rupture des fibres musculaires et des fibres tendineuses, rendant la viande tendre, lisse et croustillante. Cela simplifie la structure de la protéine, la rendant plus facile à digérer et à absorber. D’autre part, les attendrisseurs fonctionnent le plus efficacement pendant le processus de cuisson à la vapeur ou d’ébullition lorsque les températures sont élevées. La papaïne est très stable à la chaleur, restant active même à 90°C, ce qui la rend idéale pour la production de poudre attendrissante.

Lei Changgui et al. [19] ont utilisé du bœuf frais comme matière première pour étudier les effets de la papaïne sur l’indice de fragmentation des fibres musculaires (imf) et la force de cisaillement du bœuf. Les résultats ont indiqué qu’une solution de papaïne à une concentration de 0,007% a obtenu le meilleur effet attendrissant sur le boeuf, principalement en raison de la papaïne favorisant le clivage des lignes z, ce qui a entraîné une augmentation significative de l’indice des fragments de fibres musculaires (ifm) et une diminution significative de la force de cisaillement avec un temps d’entreposage prolongé.

B. Les droits de l’homme M. Naveena et al. [20] ont étudié les effets attendrisants de diverses protéases végétales sur la viande de buffle d’eau. Les résultats ont indiqué que la viande de buffle d’eau traitée à la papaïne présentait une augmentation significative de la concentration myofibrillaireSolubilité des protéinesEt une diminution significative des valeurs de la force de cisaillement.

En raison de son excellente capacité d’hydrolyse des protéines, la papaïne peut être appliquée dans divers domaines. Dans la pêche marine Et les poissons de faible valeur en représentent une proportion importante. Si elle n’est pas utilisée correctement, cela entraînerait des déchets considérables. Nous pouvons utiliser la papaïne pour produire des protéines hydrolysées concentrées, qui sont supérieures à la viande de poisson entier ou aux concentrés de protéines de poisson, présentant une bonne solubilité dans l’eau, une faible teneur en matières grasses, une faible teneur en cendres et une teneur élevée en protéines. La papaïne peut également être utilisée pour prévenir le brunissement des aliments et récupérer la viande résiduelle des os d’animaux pendant l’abattage [21].

3.2 comme amélioration de la qualité de la bière

Principalement utilisé pour améliorer la qualité de la bière. La papaïne peut hydrolyser des protéines dans la bière, partiellement hydrolyser certains complexes formés, produire plus de peptides ou d’acides aminés, assurer la clarté élevée de la bière pendant la congélation, et améliorer le goût de la bière tout en optimisant la composition et le rapport des peptides originaux et des acides aminés, améliorant efficacement la qualité de la bière. Selon des rapports, l’ajout de papaïne à une concentration de 0,08 mg/100 mL à la bière pendant le stockage sous congélation donne le meilleur effet de clarification, augmentant la teneur en acides aminés libres, réduisant la turbidité de 68,75 %, et augmentant les acides aminés libres tels que la thréonine, la valine et l’arginine a augmenté de 8,2 fois, 0,2 fois et 1,1 fois, respectivement [22].

3.3 comme adoucissant pour biscuits

L’utilisation depapain in cookies and pastries can break down thiols, reduce dough gluten strength, improve cookie crumb structure, enhance crumb texture, and reduce defect rates while increasing yield; additionally, it can reduce the use of fats and sugars. It is suitable for the production of high-, medium-, and low-grade cookies, pastries, and bread with various flavors [23].

3.4 utilisé dans la production d’assaisonnement

Brasserie &#La levure est un sous-produit de l’industrie de la bière. Grâce à l’action de la papaïne, l’extrait de levure aromatique avec une saveur riche est extrait, qui peut être assaisonné pour produire la sauce d’assaisonnement de levure. Cela sert d’excellent assaisonnement, améliorant la valeur et l’utilisation de la brasserie ' S levure.

3.5 utilisé dans l’industrie des produits de santé nutritionnels

La papaïne est principalement utilisée dansSuppléments de santéPar deux voies: l’une est en tant qu’aide digestive, formulée en comprimés entérinés pour l’administration orale pour soulager les troubles digestifs; L’autre consiste à décomposer des sources végétales et animales contenant des protéines spéciales en divers suppléments nutritionnels. Fang Fuyong et al. [24] ont utilisé de la papaine pour hydrolyser la chair de palourde Bafei, et les résultats ont montré que l’hydrolysat contenait une teneur élevée en acides aminés libres, environ 923,0 mg/100 ml (tryptophan non inclus), les acides aminés essentiels représentant 33,0 %. La viande de palourde Bafei, après avoir été hydrolysée avec une protéase composite et formulée de façon appropriée, peut être utilisée pour produire un liquide oral riche en nutriments, aromatique de fruits de mer, avec certains avantages pour la santé.

3.6 Application dans la Production d’aliments pour animaux familiers

Traiter les aliments pour animaux de compagnie avec de la papaïne peut réduire sa viscosité, améliorer la texture, et améliorer la saveur. De plus, la papaïne a des propriétés anthelmintiques, et le jus de papaye peut être utilisé pour expulser les nématodes des intestins des mammifères hôtes.

En outre, la papaïne peut être appliquée dans les industries chimiques et pharmaceutiques. Par exemple, l’ajout de papaïne à des détergents comme la poudre à lessive peut rapidement éliminer les taches de sang et de sueur sur les vêtements. En outre, la papaïne peut favoriser l’extraction efficace des composants de la médecine traditionnelle chinoise, aider à l’identification des groupes sanguins Rh, et être utilisée pour le traitement auxiliaire des tumeurs.

4 perspectives

Actuellement, la papaïne est largement utilisée dans l’industrie alimentaire, comme dans la production de viande, de bière et d’assaisonnements. Avec l’amélioration du niveau de vie en Chine, les gens sont de plus en plus préoccupés par la sécurité alimentaire et la nutrition. La papaïne peut être utilisée pour produire des aliments sains et nutritifs, tels que des liquides oraux bénéfiques pour la santé, qui ont une perspective de marché prometteuse.

En outre, pour répondre à la demande croissante de papaïne dans diverses industries, en particulier dans les secteurs alimentaire et pharmaceutique, la recherche de méthodes pour séparer et purifier la papaïne à faible coût et à haute pureté est très importante. Par conséquent, la réalisation d’études approfondies sur la technologie d’extraction et de purification de séparation de la papaïne pour obtenir de la papaïne de haute qualité a une valeur pratique importante.

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