亚热带农业研究  2015, Vol. 11 Issue (4): 246-253   PDF    
DOI: 10.13321/j.cnki.subtrop.agric.res.2015.04.011
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张惠婷, 程文健, 赵卉双, 钟机, 陈丽娇
ZHANG Hui-ting, CHENG Wen-jian, ZHAO Hui-shuang, ZHONG Ji, CHEN Li-jiao
碱性蛋白酶酶解缢蛏制备多肽工艺
Optimal conditions of peptides extraction from Sinonovacula constricta by alkaline protease
亚热带农业研究, 2015, 11(04): 271-276
JOURNAL OF AERONAUTICAL MATERIALS, 2015, 11(04): 271-276.
DOI: 10.13321/j.cnki.subtrop.agric.res.2015.04.011

文章历史

收稿日期: 2015-09-16
碱性蛋白酶酶解缢蛏制备多肽工艺
张惠婷, 程文健, 赵卉双, 钟机, 陈丽娇    
福建农林大学食品科学学院, 福建 福州 350002
摘要: 采用碱性蛋白酶酶解缢蛏,以多肽含量为指标,在酶解pH值、料液比、温度、酶添加量、时间的单因素试验基础上,通过正交试验优化缢蛏蛋白酶解工艺。结果表明,利用碱性蛋白酶对蛋白质进行水解,多肽含量高。碱性蛋白酶酶解缢蛏制备多肽最优工艺参数为:pH值9.5、酶添加量1.5%、料液比为1:3.0、温度45 ℃、时间2.5 h,在此最优工艺参数条件下每克鲜缢蛏可提取多肽(81.3±0.4) mg。
关键词: 缢蛏    碱性蛋白酶    多肽    正交试验    
Optimal conditions of peptides extraction from Sinonovacula constricta by alkaline protease
ZHANG Hui-ting, CHENG Wen-jian, ZHAO Hui-shuang, ZHONG Ji, CHEN Li-jiao    
College of Food Science, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China
Abstract: This study aims at optimizing the hydrolyzation conditions of peptides extraction from Sinonovacula constricta by alkaline protease. The technological parameters such as enzymolysis pH value, the solid-liquid ratio,the hydrolysis temperature, the dosage of alkaline protease and the hydrolysis time were subjected to the single factor tests. The orthogonal experiment was conducted. The yield of peptides was investigated to evaluate the effect of enzyme hydrolysis. The results showed that hydrolyzation of protein by alkaline protease increased the yield of polypeptide. The optimal hydrolytic conditions were as follows: pH was 9.5, the dosage of alkaline protease was 1.5%, the solid-liquid ratio was 1:3.0, the hydrolysis temperature was 45 ℃ and the hydrolysis time was 2.5 hours. Under the optimal conditions of this processing, the yield of peptides was (81.3+0.4) mg·g-1.
Key words: Sinonovacula constricta    alkaline protease    polypeptide    orthogonal experiment    

缢蛏是软体动物门竹蛏科水产动物[1]。在我国沿海地区,尤其在气候比较温暖的福建、浙江和广东等地缢蛏产量较高[2]。缢蛏富含蛋白质以及钙、磷、铁、碘等矿物质,热量、脂肪含量较低[3],是一种食用价值极高的高蛋白低脂肪水产动物。蛋白质是人体内不可缺少的重要营养物质[4]。但蛋白质相对分子质量较大且结构复杂,不易被人体消化吸收[5]。因此,如何提高蛋白质的消化利用率,成为当前研究热点。将蛋白质水解成小分子的生物活性多肽,是提高蛋白质消化利用率的有效方法之一,且已有研究表明,二肽以上的多肽能被人体完整吸收[6]

生物活性多肽是指具有特定氨基酸序列的生物活性物质[7],不但能提供生长发育所需的营养物质,还具有免疫调节、抗高血压、抗病毒、抗细菌等多种生理活性[8]。生物活性多肽的制备方法以酶解法应用最广泛[9]。由于酶水解具有较高的选择性[10],且受pH、料液比、酶解温度、酶添加量、酶解时间等因素的影响,因此,利用酶解法制备多肽时,酶的选择及酶解条件的控制尤为重要。碱性蛋白酶是来源于枯草杆菌的一种内切酶,能水解含谷氨酸(Glu)、亮氨酸(Leu)、甲硫氨酸(Met)、酪氨酸(Tyr)、赖氨酸(Lys)、色氨酸(Trp)的肽键[11],水解位点较多。利用碱性蛋白酶对蛋白质进行水解,生物活性肽得率高。因此,本研究采用碱性蛋白酶对缢蛏进行水解,并在单因素试验基础上采用正交试验优化酶解工艺,为酶解法制备缢蛏多肽提供依据。

1 材料与方法 1.1 原料与设备 1.1.1 原料

缢蛏购于福州市永辉超市;碱性蛋白酶购于北京索莱宝科技有限公司,酶活性为203 000 U·g-1;Gly-Gly-Tyr-Arg四肽标准品购于Sigma公司。

1.1.2 设备

BS 224S型电子分析天平[赛多利斯科学仪器(北京)有限公司];T6新世纪紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司);TGL-16C型台式离心机(上海安亭科学仪器厂);PB-10型pH计[赛多利斯科学仪器(北京)有限公司]。

1.2 试验方法 1.2.1 酶解流程

缢蛏绞碎酶解灭酶粗提液离心取上清液测定多肽含量。

1.2.2 主要成分的测定

(1)水分:采用直接干燥法[12];(2)蛋白质:采用凯氏定氮法[13]。(3)粗脂肪:采用索氏提取法[14]

1.2.3 多肽含量的测定

凡具有2个直接连接的肽键都有双缩脲反应[15]。因此,参照文献[16, 17]多肽含量的测定方法,获得四肽标准品的质量浓度[X/(mg·mL-1)]与其光密度(Y)之间的回归方程为:Y=0.144 3X+0.001 7,R2=0.999 8,X∈(0,1)

称取10 g缢蛏,在特定酶解工艺参数下水解后,90 ℃水浴中灭酶10 min,冷却后将水解产物在8 000 r·min-1离心15 min,取上清液A。量取上清液A以及等体积三氯乙酸水溶液(0.1 g·mL-1),混匀、静置10 min后,4 000 r·min-1离心15 min,取上清液B。将上清液B与双缩脲试剂按3∶2的体积比加入试管中反应10 min后,2 000 r·min-1离心10 min,取上清液测定D540 nm,再根据所得的标准四肽回归方程,计算上清液B中多肽含量。

式中,M为缢蛏多肽含量/(mg·g-1);“2”表示相同体积的上清液A与10%三氯乙酸混合后反应体系体积扩大的倍数;C为上清液B多肽含量/(mg·mL-1);V为上清液A的总体积/mL;m为缢蛏质量/g。

1.2.4 试验方案

(1)单因素试验:准确称取10 g缢蛏,酶解,固定其他因素,分别考察pH值(8.0、9.0、10.0、11.0、12.0)、料液比(1∶1.0、1∶2.0、1∶3.0、1∶4.0、1∶5.0、1∶6.0)、温度(30、40、50、60、70 ℃)、酶添加量(1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%、6.0%)和酶解时间(1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 h)对缢蛏多肽含量的影响。按1.2.3 方法测定缢蛏多肽含量,每组重复3次,取平均值。

(2)正交试验:采用L25(56)正交试验设计优化碱性蛋白酶的酶解工艺。试验因素及水平见表 1

表 1 碱性蛋白酶正交试验因素及水平 Table 1 Factors and levels of the orthogonal experiment for alkaline protease
水平因素
pH值酶添加量/%料液比温度/℃时间/h
18.01.01∶2.0301.0
28.51.51∶2.5351.5
39.02.01∶3.0402.0
49.52.51∶3.5452.5
510.03.01∶4.0503.0
2 结果与分析 2.1 缢蛏主要成分分析

测定表明,缢蛏水分含量为80.74%、蛋白质含量为15.51%、粗脂肪含量为2.35%,其余成分含量仅占1.40%。由此可见,除水分外鲜缢蛏中蛋白质含量最高,适合作为制备生物多肽的原料。

2.2 pH值对碱性蛋白酶酶解效果的影响

图 1可知,反应液pH值在8.0-11.0之间时,多肽含量呈缓慢的先上升后下降趋势,当pH值为9.0时,达到最高水平;当pH值>11.0时,可能由于反应液碱性过高导致碱性蛋白酶活性降低,多肽含量也开始明显下降。因此,采用碱性蛋白酶酶解缢蛏的较佳 pH值为9.0左右。

图 1 pH值对碱性蛋白酶酶解效果的影响 Fig.1 Effects of hydrolytic pH on the yield of peptides
2.3 料液比对碱性蛋白酶酶解效果的影响

图 2可知,料液比在1∶1.0至1∶2.0之间时,由于反应体系中溶液少,碱性蛋白酶扩散速度较慢,导致酶与底物接触的机会也较少,多肽含量上升趋势缓慢。而当料液比在1∶2.0至1∶3.0之间时,多肽含量上升趋势较快,料液比为1∶3.0时达到最高水平。之后可能由于反应体系中溶液增多,降低了底物与酶分子结合的机会,多肽含量开始下降。综合来看,料液比选取1∶3.0左右为宜。

图 2 料液比对碱性蛋白酶酶解效果的影响 Fig.2 Effects of hydrolytic solid-liquid ratio on the yield of peptides
2.4 酶解温度对碱性蛋白酶酶解效果的影响

图 3可知,酶解温度在30-50 ℃之间时,碱性蛋白酶酶解效果较稳定。当温度达到40 ℃时,多肽含量最高。当温度>50 ℃时,温度过高导致部分碱性蛋白酶失活,且使绝大部分缢蛏蛋白发生变性,导致多肽含量急剧下降。因此,酶解温度选择40 ℃左右较佳。

图 3 酶解温度对碱性蛋白酶酶解效果的影响 Fig.3 Effects of hydrolytic temperature on the yield of peptides
2.5 酶添加量对碱性蛋白酶酶解效果的影响

图 4可知,当酶添加量在1.0%-2.0%之间时,多肽含量呈上升趋势。而当酶添加量在2.0%-3.0%之间时,由于反应体系中酶量相对较充足,除将缢蛏蛋白进行水解外,还将酶解过程中产生的大分子多肽水解成小分子肽或氨基酸,降低多肽含量。当酶添加量>3.0%时,由于反应体系中缢蛏蛋白已经较完全水解,且水解液中的肽段切点已不适合碱性蛋白酶,多肽含量无明显变化。因此,酶添加量应控制在2.0%左右。

图 4 酶添加量对碱性蛋白酶酶解效果的影响 Fig.4 Effects of hydrolytic enzyme added on the yield of peptides
2.6 酶解时间对碱性蛋白酶酶解效果的影响

图 5可知,在酶解前期,多肽含量随酶解时间延长呈上升趋势,在2.0 h时,多肽含量最高,达到78.5 mg·g-1。而>2.0 h时,由于水解液中有限数量的碱性蛋白酶除将缢蛏蛋白进行水解外,还将水解过程中产生的大分子多肽水解成更小分子的肽或氨基酸,从而降低了多肽含量。因此,酶解时间控制在2.0 h效果较佳。

图 5 酶解时间对碱性蛋白酶酶解效果的影响 Fig.5 Effects of hydrolytic time on the yield of peptides
2.7 正交试验设计优化结果

正交试验优化酶解工艺结果见表 2。对表 2中极差R值进行比较可知,5个因素对多肽含量影响程度依次为:酶添加量>料液比>时间>温度>pH值。由表 2K值可知,最优水平为:pH=9.5、酶添加量1.5%、料液比1∶3.0、温度45 ℃、时间2.5 h。

表 2 碱性蛋白酶正交试验结果 Table 2 Results of orthogonal experiment in alkaline protease
试验号pH值酶添加量/%料液比温度/℃时间/h空列w多肽
mg·g-1
11(8.0)1(1.0)1(1∶2.0)1(30)1(1.0)160.5±0.7
212(1.5)2(1∶2.5)2(35)2(1.5)274.7±0.5
313(2.0)3(1∶3.0)3(40)3(2.0)377.8±0.6
414(2.5)4(1∶3.5)4(45)4(2.5)479.2±0.4
515(3.0)5(1∶4.0)5(50)5(3.0)565.3±0.4
62(8.5)1234570.0±0.4
722345180.6±0.4
823451272.0±0.5
924512371.2±0.4
1025123467.7±0.5
113(9.0)1352467.0±0.6
1232413575.6±0.4
1333524179.0±0.5
1434135271.5±0.5
1535241367.1±0.4
164(9.5)1425372.7±0.6
1742531478.2±0.3
1843142575.0±0.5
1944253176.4±0.4
2045314273.0±0.4
215(10.0)1543270.5±0.5
2252154371.0±0.5
2353215475.8±0.5
2454321573.4±0.3
2555432164.6±0.4
K1357.5340.7345.7356.1351.2361.1
K2361.5380.1364.0367.5352.5361.7
K3360.2379.6371.8362.1368.0359.8
K4375.3371.7364.1372.4372.2367.9
K5355.3337.7364.2351.7365.9359.3
k171.568.169.171.270.272.2
k272.376.072.873.570.572.3
k372.075.974.472.473.672.0
k475.174.372.874.574.473.6
k571.167.572.870.373.271.9
R4.08.55.24.14.21.7

应用DPS数据处理系统进行方差分析,结果见表 3。由表 3可知,5个因素对多肽含量影响顺序为:酶添加量>料液比>时间>温度>pH值,与极差分析结果相一致。酶添加量F值极显著,说明碱性蛋白酶酶添加量在1.0%-3.0%之间,对多肽含量有极显著影响,这与图 4变化趋势相一致;料液比、时间F值显著,说明在碱性蛋白酶酶解工艺中料液比、酶解时间对多肽含量有显著影响,这与图 2图 5变化趋势相符;pH值、温度F值不显著,说明pH值、温度对多肽含量影响都不显著。根据表 2表 3的结果,选择pH值为9.5、酶添加量1.5%、料液比1∶3.0、温度45 ℃、时间2.5 h为最佳组合。

表 3 碱性蛋白酶正交试验方差分析 1) Table 3 Variance analysis of orthogonal experiment for alkaline protease
1)F0.05(4,4)=6.39,F0.01(4,4)=15.98;*、**分别表示差异达显著、极显著水平。
变异来源平方和自由度均方F显著性
pH值49.102 4412.275 65.132 8
酶添加量355.126 4488.781 637.122 3**
料液比74.994 4418.748 67.839 4*
温度55.862 4413.965 65.839 4
时间72.426 4418.106 67.570 9*
空列9.566 442.391 6
误差9.566 442.391 6
总和617.078 4

将正交试验所得最优组合进行3次验证试验,结果显示最优组合下多肽含量达(81.3±0.4) mg·g-1,表明碱性蛋白酶酶解工艺参数优化成功。

3 结论

利用碱性蛋白酶酶解缢蛏蛋白,在单因素试验基础上,采用正交试验优化缢蛏多肽的制备工艺条件,以期得到缢蛏多肽制备的最适酶解环境。结果表明最适条件为:pH值9.5、酶添加量1.5%、料液比1∶3.0、酶解温度45 ℃、酶解时间2.5 h,在此工艺条件下每克鲜缢蛏可提取多肽(81.3±0.4) mg。

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