陳昌琳,李 誠(chéng),付 剛,張殊瑩,黃山珊,肖 嵐
(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,四川雅安625014)
酶解法制備豬肩胛骨降血壓肽
陳昌琳,李 誠(chéng)*,付 剛,張殊瑩,黃山珊,肖 嵐
(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,四川雅安625014)
以豬肩胛骨為原料,用蛋白酶將其水解用以制備降血壓肽。以酶解液的血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(ACE)抑制率為主要指標(biāo),篩選出風(fēng)味蛋白酶為最適的蛋白酶進(jìn)行酶解優(yōu)化實(shí)驗(yàn)??疾烀附鈺r(shí)間、酶解溫度、pH、酶底比、底物濃度5個(gè)因素對(duì)酶解液的水解度和ACE抑制率的影響,并在此基礎(chǔ)上通過響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn),確定最佳酶解條件為:酶底比6900U/g、酶解溫度53℃、酶解時(shí)間4.5h,此條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)制備出ACE抑制率為65.31%的豬肩胛骨降血壓肽,ACE抑制率理論值為66.93%。
豬肩胛骨,酶解,降血壓肽,響應(yīng)面法
我國(guó)是畜禽骨資源大國(guó),但由于技術(shù)水平的限制,畜禽骨的利用還處于落后的階段,存在被大量浪費(fèi)或僅被加工成附加值低的產(chǎn)品問題。因此,運(yùn)用酶解回收利用骨蛋白極具研究?jī)r(jià)值[1]。目前已有利用骨蛋白制備呈味肽及功能性肽的報(bào)道[2]。
高血壓是一種常見的慢性心血管疾病,常伴有器官及結(jié)構(gòu)的不良變化;易引起冠狀動(dòng)脈心臟病、外周動(dòng)脈疾病和中風(fēng)并且能夠引發(fā)各種并發(fā)癥。因此,高血壓具有一定的危險(xiǎn)性。降血壓藥物是通過抑制血管緊張素轉(zhuǎn)化酶的活性,而減少有升血壓作用的血管緊張素轉(zhuǎn)化酶II的生成,同時(shí)降低對(duì)有降血壓作用的緩激肽被破壞而起到降血壓作用,如卡托普利、依那普利都是ACE抑制劑。然而,這些合成藥物具有不利的副作用,如咳嗽、味覺障礙、頭暈、頭痛、皮疹、血管神經(jīng)性水腫等[3-4]。而食源性的降血壓肽具有專一、持久、安全性高、降血壓效果溫和且對(duì)正常血壓無影響、無副作用的特點(diǎn)[5],因而成為研究熱點(diǎn)。目前,已經(jīng)有研究者利用牛骨、鴨骨、羊骨、豬骨、雞骨等畜禽骨為原料制備了降血壓肽[6-10],還有研究者以乳酸菌發(fā)酵豬骨骼肌制備了降血壓肽[11]。其中陳碩[12]、李娜等[13]的研究證明以豬股骨頭膠原蛋白為原料制備的降血壓肽在原發(fā)性高血壓大鼠體內(nèi)具有降血壓作用。而利用豬肩胛骨制備降血壓肽的研究還未見報(bào)道。豬肩胛骨的利用率更低、來源更廣泛、價(jià)格更低廉,且附著肉少,前處理更容易,是制備降血壓肽的理想原料。
本實(shí)驗(yàn)直接采用骨粉為酶解底物,避免了復(fù)雜的提取膠原蛋白的過程。通過比較6種酶對(duì)酶解液ACE抑制率及水解度的影響,篩選出最適蛋白酶,再通過單因素和響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化出制備豬肩胛骨降血壓肽的最佳酶解條件,為豬肩胛骨降血壓肽的理論研究和進(jìn)一步的產(chǎn)品開發(fā)提供理論依據(jù)。
1.1 材料與儀器
新鮮豬肩胛骨 購(gòu)自雅安農(nóng)貿(mào)市場(chǎng),剔凈非骨骼成分,清洗,高壓蒸煮4h,烘干,粉碎制成骨粉,制得的骨粉蛋白含量為19.96%,冷藏備用;酸性蛋白酶(酶活力為32.69U/mg)、中性蛋白酶(酶活力為34.00U/mg)、堿性蛋白酶(酶活力為114.17U/mg)、胃蛋白酶(酶活力為3050.25U/g)、胰蛋白酶(酶活力為262.13U/mg)、風(fēng)味蛋白酶(酶活力為23.43U/mg) 上海Kayon公司;血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(ACE)、馬尿酰組氨酰亮氨酸(Hip-His-Leu,HHL) Sigma公司;其他化學(xué)試劑 為國(guó)產(chǎn)分析純。
酸度計(jì) 方舟科技;UV-3200紫外分光光度計(jì)MAPADA 冷凍干燥機(jī)、高速冷凍離心機(jī)、移液槍Thermo;QT-2漩渦混合器 上海琪特分析儀器有限公司;超純水裝置 優(yōu)普公司。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1 豬肩胛骨蛋白的酶解工藝 稱取一定量的豬肩胛骨粉,按一定比例加入蒸餾水,混勻,調(diào)pH后加入一定量的酶,在指定溫度下酶解指定時(shí)間。酶解完成后,沸水浴滅酶10m in,4℃10000r/m in離心10m in,得到上清液,測(cè)定其ACE抑制率及水解度。
1.2.2 蛋白酶的篩選 以酸性蛋白酶、中性蛋白酶、堿性蛋白酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶為篩選對(duì)象,選擇底物濃度為5%、酶底比6000U/g,酶解溫度和pH在最適條件(見表1)下進(jìn)行酶解反應(yīng),酶解5h后,測(cè)定上清液水解度及ACE抑制率,篩選出水解度及ACE抑制率最高的酶。
表1 各種蛋白酶酶解條件Table 1 Kinds of proteases enzyme conditions
1.2.3 豬肩胛骨降血壓肽制備工藝優(yōu)化單因素實(shí)驗(yàn)
將自制豬肩胛骨粉樣品按照比例1%、2%、3%、4%、5%、6%加入一定量蒸餾水,分別在酶底比1000、3000、5000、7000、9000、11000U/g,酶解溫度為50、55、60、65、70、75℃,pH 5.5、6、6.5、7、7.5,酶解時(shí)間1、2、3、4、5、6h的不同條件下進(jìn)行酶解,以ACE抑制率為主要指標(biāo),篩選出最適的條件。
1.2.4 豬肩胛骨酶解制備降血壓肽的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn) 在酶解單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,以酶底比、酶解溫度、酶解時(shí)間為影響因素,以ACE抑制率作為指標(biāo),進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn),采用Box-Behnken進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果分析,得出制備降血壓肽的最佳工藝條件。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見表2。
表2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 2 Factors and levels of RSM experiment
1.2.5 ACE抑制率的測(cè)定 在Cushman等[14]所用的方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。方法如下:將酶解液稀釋5倍,將ACE酶配制成0.1U/m L溶液,將HHL溶解在0.1mol/L、pH8.3的硼酸緩沖液(含有0.3mol/L NaCl)中配制成5mmol/L的HHL溶液,在10m L試管中加入100μL 5.0mmol/L的HHL溶液和20μL樣品液,混勻后于37℃水浴中保溫5m in后,加入20μL的ACE酶液?jiǎn)?dòng)反應(yīng),混勻后于37℃水浴中保溫60min,從水浴鍋中取出,加入150μL 1mol/L的HCl終止反應(yīng),再加入1.2m L冷凍后的乙酸乙酯,強(qiáng)烈振蕩混勻后,靜置5m in,然后以4000r/m in離心20m in,用移液管吸取1.0m L的乙酸乙酯層(上層),在110℃烘箱中經(jīng)1h烘干,最后加入4m L的蒸餾水充分溶解后于228nm處檢測(cè)吸光值。平行對(duì)照管除在反應(yīng)前先加入150μL 1mol/L的HCl以終止反應(yīng)外,其余成分、操作步驟同反應(yīng)管。
ACE抑制率(%)=(Ab-Aa)/(Ab-Ac)×100
式中,Aa是樣a的吸光度,樣a加入了樣品液,與ACE、HHL共同反應(yīng)的測(cè)定值;Ab是樣b的吸光度,樣b為反應(yīng)中未加入樣品液,反應(yīng)結(jié)束后添加樣品液以維持整個(gè)反應(yīng)體系平衡,是ACE與HHL完全反應(yīng)的參照的測(cè)定值;Ac是樣c的吸光度,樣c在反應(yīng)前先使ACE失活,再加入樣品液,是ACE與HHL反應(yīng)的空白對(duì)照的測(cè)定值。
1.2.6 蛋白含量測(cè)定 考馬斯亮藍(lán)法[15]。
1.2.7 游離氨態(tài)氮含量的測(cè)定 采用中性甲醛滴定法[16]。分別吸取待測(cè)水解液10m L于250m L燒杯中,加蒸餾水60m L,用磁力攪拌器邊攪邊滴加0.05mol/L NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液至pH為8.20,立即加入甲醛10m L,再用磁力攪拌器邊攪邊滴加0.05mol/L NaOH至pH為9.20,記錄加入甲醛后消耗NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積(m L)。重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次,同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。計(jì)算公式如下:
1.2.8 水解度的測(cè)定 計(jì)算公式如下:
式中,N2為酶解后游離氨基氮含量;N1為酶解前游離氨基氮含量;N0為總氮含量[17]。
2.1 酶篩選實(shí)驗(yàn)
不同蛋白酶酶解液的水解度和ACE抑制率結(jié)果見圖1。
由圖1可見,堿性蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶的酶解液ACE抑制率最高,分別為62.95%和63.42%,但是風(fēng)味蛋白酶酶解液的水解度為17.50%,較堿性蛋白酶酶解液水解度9.61%高。這可能是因?yàn)轱L(fēng)味酶是外肽酶和內(nèi)切酶的混合真菌源性酶,可以快速水解產(chǎn)生分子量較小的肽,堿性蛋白酶是特異性內(nèi)切酶,水解速率較風(fēng)味酶慢,可產(chǎn)生分子量中等的肽[18]。因此選用風(fēng)味蛋白酶作為酶解條件優(yōu)化的酶制劑。
2.2 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果
2.2.1 酶解溫度對(duì)酶解液的水解度及ACE抑制率的影響 在酶底比3000U/g,底物濃度3%,酶解pH6.5的條件下酶解5h,考察酶解溫度對(duì)酶解液水解度及ACE抑制率的影響。結(jié)果如圖2所示,溫度從50℃開始上升,在55℃時(shí),水解度和ACE抑制率均有最高值,水解度最大值是16.17%,ACE抑制率最大值為60.14%。隨著溫度的升高,水解度和ACE抑制率均減小,說明溫度對(duì)水解度及ACE抑制率影響較大。
圖1 不同蛋白酶對(duì)水解物的水解度及ACE抑制率的影響Fig.1 The effectof different protease on degree of hydrolysis and ACE inhibitory rate
圖2 酶解溫度對(duì)水解度及ACE抑制率的影響Fig.2 The effectof temperature on degree of hydrolysis and ACE inhibitory rate
2.2.2 酶解pH對(duì)酶解液的水解度及ACE抑制率的影響 在酶底比3000U/g,底物濃度3%,酶解溫度55℃的條件下酶解5h,考察酶解pH對(duì)酶解液水解度及ACE抑制率的影響。如圖3所示,pH由5.5變化到7.5,酶解液水解度變化不大,基本維持在11%左右,說明風(fēng)味蛋白酶最適pH范圍較廣,且pH對(duì)水解物水解度影響較小。ACE抑制率隨酶解液pH改變變化也不大,在酶解pH為7時(shí),ACE抑制率有最大值55.02%。綜合考慮,酶解pH為7時(shí)的酶解效果最好。
圖3 酶解pH對(duì)水解度及ACE抑制率的影響Fig.3 The effectof pH on degree of hydrolysis and ACE inhibitory rate
2.2.3 酶解時(shí)間對(duì)酶解液的水解度及ACE抑制率的影響 在酶底比3000U/g,底物濃度3%,pH 6.5,酶解溫度55℃的條件下酶解,考察酶解時(shí)間對(duì)酶解液水解度及ACE抑制率的影響。如圖4所示,酶解液水解度隨水解時(shí)間加長(zhǎng)逐步緩慢上升,說明酶解時(shí)間對(duì)水解度影響較小。ACE抑制率在4h時(shí)達(dá)到最高值50.70%,之后時(shí)間再增加,ACE抑制率下降。
圖4 酶解時(shí)間對(duì)水解度及ACE抑制率的影響Fig.4 The effectof time on degree of hydrolysis and ACE inhibitory rate
2.2.4 酶底比對(duì)酶解液的水解度及ACE抑制率的影響 底物濃度3%,酶解pH6.5,酶解溫度55℃的條件下酶解5h,考察酶底比對(duì)酶解液水解度及ACE抑制率的影響。如圖5所示,酶解液水解度隨酶底比的增加一直呈上升趨勢(shì),并逐漸趨于平緩。ACE抑制率在酶底比為5000U/g時(shí)達(dá)到最高值55.00%,之后再增加酶底比,ACE抑制率下降。
圖5 酶底比對(duì)水解度及ACE抑制率的影響Fig.5 The effectof enzyme/substrate ratio on degree of hydrolysis and ACE inhibitory rate
2.2.5 底物濃度對(duì)酶解液的水解度及ACE抑制率的影響 在酶底比3000U/g,酶解溫度55℃,酶解pH 6.5的條件下酶解5h,考察底物濃度對(duì)酶解液水解度及ACE抑制率的影響。如圖6所示,酶解液水解度隨酶底比的增加呈上升趨勢(shì),在3%以后上升較緩。ACE抑制率在底物濃度5%時(shí)達(dá)到最高值57.20%,底物濃度再上升,ACE抑制率下降。綜合考慮,選取底物濃度為5%。
圖6 底物濃度對(duì)水解度及ACE抑制率的影響Fig.6 The effectof substrate concentration on degree of hydrolysis and ACE inhibitory rate
從以上分析結(jié)果可以看出,當(dāng)酶解液的ACE抑制率最大時(shí),水解度并沒有達(dá)到最大值,而隨著水解度的加大,ACE抑制率反而下降,二者不呈線性關(guān)系,這與王茵等[19]研究結(jié)果一致。這可能是由于水解度提高時(shí),將具有ACE抑制活性的肽進(jìn)一步水解,導(dǎo)致活性降低[20]。因此本實(shí)驗(yàn)在進(jìn)行酶解制備降血壓肽工藝條件優(yōu)化時(shí),選用ACE抑制率為主要指標(biāo)。
2.3 響應(yīng)面法優(yōu)化豬肩胛骨降血壓肽制備工藝
2.3.1 模型建立與方差分析 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,采用三因素三水平對(duì)酶解液的ACE抑制率進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn),結(jié)果見表3。
由表4可知,在該模型中,A、C、AC、B2、C2對(duì)ACE抑制率影響顯著,即酶底比、水解時(shí)間、酶底比與水解時(shí)間的交互作用對(duì)水解度的ACE抑制率有顯著影響,且影響順序?yàn)椋篈>C>B,即:酶底比>酶解時(shí)間>酶解溫度;失擬項(xiàng)不顯著,并且該模型的R2=0.9654,R2Adj=0.9030,說明該回歸方程對(duì)實(shí)際情況擬合較好,使用該回歸方程代替真實(shí)的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行分析是可行的。
對(duì)表中數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合之后,得到ACE抑制率對(duì)酶底比、水解時(shí)間、水解溫度的二次多項(xiàng)回歸方程為:Y=63.54+3.25A-0.27B+1.11C-0.20AB+2.00AC-0.89BC-0.9A2-2.11B2-2.24C2。
表3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及分析結(jié)果Table 3 Experimental design and results forresponse surface analysis
由方程預(yù)測(cè)得到最佳水解度條件是酶底比6900U/g,水解溫度53.4℃,水解時(shí)間4.71h,此時(shí)ACE抑制率為66.93%。為方便驗(yàn)證,將參數(shù)修正為pH7.0,底物濃度5%,酶解溫度53℃,酶解時(shí)間4.5h,酶底比6900U/g,此條件下制備出豬肩胛骨降血壓肽的ACE抑制率為65.31%,接近于理論值。
通過ACE抑制率模型的二元多次回歸方程所作的響應(yīng)面曲面圖見圖7,是酶底比與水解時(shí)間(AC)交互作用對(duì)水解物ACE抑制率的影響。響應(yīng)曲面坡度較大,說明響應(yīng)值對(duì)于處理?xiàng)l件較敏感,與表4結(jié)果一致。
3.1 對(duì)比酸性蛋白酶、中性蛋白酶、堿性蛋白酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶對(duì)酶解液ACE抑制率及水解度的影響,確定風(fēng)味蛋白酶為最適酶。
表4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析表Table 4 Analysis of varlance for the fitted regressionmodel
圖7 酶底比與水解時(shí)間交互影響水解物ACE抑制率的響應(yīng)曲面圖Flg.7 Response surface showing the effects of hydrolysis time and enzyme/substrate ratio on ACE inhibitory rate
3.2 通過單因素實(shí)驗(yàn)考察了酶解pH、酶解溫度、酶解時(shí)間、底物濃度、酶底比這5個(gè)因素對(duì)酶解液水解度和ACE抑制率的影響,并通過Box-Behnken模型響應(yīng)面法優(yōu)化豬肩胛骨降血壓肽制備工藝,得到制備降血壓肽最佳酶解條件為pH 7.0、底物濃度5%、酶解溫度53℃、酶解時(shí)間4.5h、酶底比6900U/g,此時(shí)ACE抑制率為65.31%。與理論值接近。
我國(guó)畜禽資源豐富,浪費(fèi)嚴(yán)重,豬肩胛骨的利用率更是極低,本實(shí)驗(yàn)確定的豬肩胛骨ACE抑制肽制備工藝可以為豬骨的綜合利用提供一定的參考數(shù)據(jù)。本實(shí)驗(yàn)將豬肩胛骨酶解后,只是ACE抑制活性進(jìn)行主要研究,而酶解液中的其他活性肽有待進(jìn)一步研究。酶解得到的ACE抑制肽還有待利用其他的分離純化技術(shù)對(duì)高活性的豬肩胛骨ACE抑制肽進(jìn)行進(jìn)一步分離。
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Preparation of antihypertensive peptides from pig scapula protein by enzyme method
CHEN Chang-lin,LICheng*,F(xiàn)U Gang,ZHANG Shu-ying,HUANG Shan-shan,XIAO Lan
(College of Food,Sichuan Agriculture University,Ya’an 625014,China)
Pig scapula p rotein was hyd rolyzed w ith p rotease to p repare antihypertensive pep tides.The sing lefac tor method was used to analyze the effect of the kind of enzyme,time,substrate concentration,enzyme/ substrate ratio,hyd rolysis pH and temperature on deg ree of hyd rolysis and Angiotensin-converting enzyme(ACE)inhibitory activity of pig scapula p rotein hyd rolysate.Operating parameters such as temperature,hyd rolysis time and enzyme/substrate ratio were op tim ized using response surface analysis based on ACE inhibitory rate.The op timal hyd rolysis cond itions of pig scapula pep tide were enzyme/substrate ratio of 6900U/g,hyd rolysis temperature of 53℃,hyd rolysis time of 4.5h.The theoretical value of ACE inhibitory ac tivity was 66.93%,which was c lose to the actual value of 65.31%.
p ig scapula;enzyme;antihypertensive pep tides;response surface
TS209
A
1002-0306(2014)18-0211-05
10.13386/j.issn1002-0306.2014.18.037
2013-12-19 *通訊聯(lián)系人
陳昌琳(1989-),女,在讀碩士研究生,研究方向:功能性食品。