脫酰胺對(duì)葵花籽蛋白酶解肽的鈣結(jié)合量及體外消化性的影響

袁興宇 馮文君 包小蘭

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，呼和浩特 010018)

脫酰胺對(duì)葵花籽蛋白酶解肽的鈣結(jié)合量及體外消化性的影響

袁興宇 馮文君 包小蘭

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，呼和浩特 010018)

通過(guò)谷氨酰胺酶對(duì)葵花籽蛋白酶解肽進(jìn)行脫酰胺，得到脫酰胺的葵花籽蛋白酶解肽，以此為試樣，研究脫酰胺對(duì)葵花籽蛋白酶解肽的鈣結(jié)合能力的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，脫酰胺的葵花籽蛋白酶解肽的鈣結(jié)合量由72.97 mg/g顯著增加到98.20 mg/g，說(shuō)明脫酰胺可以顯著提高葵花籽蛋白酶解肽的鈣結(jié)合量；通過(guò)傅立葉紅外光譜對(duì)脫酰胺前后葵花籽蛋白酶解肽的鈣結(jié)合位點(diǎn)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)葵花籽蛋白酶解肽與鈣結(jié)合后，氨基的特征吸收峰均發(fā)生移動(dòng)，N-H的伸縮振動(dòng)帶由3 323 cm-1移動(dòng)至3 340 cm-1，酰胺Ⅱ帶由1 160 cm-1移動(dòng)至1 656 cm-1，酰胺Ⅲ帶由1 241 cm-1移動(dòng)至1 246 cm-1，同時(shí)脫酰胺使其酰胺Ⅰ帶由1 660 cm-1移動(dòng)至1 656 cm-1，說(shuō)明葵花籽蛋白酶解物肽鏈上的氨基及羧基是鈣的主要結(jié)合位點(diǎn)，且脫酰胺后C=O伸縮振動(dòng)引起的酰胺Ⅰ帶進(jìn)一步向低頻移動(dòng)，表明脫酰胺后羧基上的氧原子與鈣的配位作用得到增強(qiáng)，促進(jìn)了葵花籽蛋白酶解肽鈣結(jié)合量的提高；另一方面研究還發(fā)現(xiàn)體外消化后脫酰胺的葵花籽蛋白酶解肽鈣復(fù)合物的鈣結(jié)合量能保持86%以上，與未脫酰胺的花籽肽鈣復(fù)合物相比消化后的鈣結(jié)合量提高24%以上。表明脫酰胺能夠顯著提高葵花籽蛋白酶解肽鈣復(fù)合物的消化穩(wěn)定性，即提高葵花籽蛋白酶解肽的鈣結(jié)合穩(wěn)定性。

葵花籽蛋白酶解肽 鈣結(jié)合能力 脫酰胺 消化穩(wěn)定性

前期研究發(fā)現(xiàn)，葵花籽蛋白酶解肽肽鏈上的羧基及氨基與鈣離子結(jié)合形成水溶性復(fù)合物[1]，如何進(jìn)一步提高葵花籽蛋白酶解肽的鈣結(jié)合量及其穩(wěn)定性對(duì)其促進(jìn)人體鈣吸收的研究具有重要意義。有研究表明，通過(guò)谷氨酰胺酶對(duì)大豆蛋白酶解肽進(jìn)行脫酰胺處理，可以顯著提高大豆蛋白酶解肽的鈣結(jié)合量及鈣結(jié)合穩(wěn)定性，提高其對(duì)胃蛋白酶及胰蛋白酶的消化的抑制能力[2]。葵花籽蛋白酶解肽與大豆酶解肽均是重要的植物性蛋白來(lái)源的多肽，谷氨酰胺酶是否也會(huì)對(duì)葵花籽蛋白酶解肽的鈣結(jié)合能力及消化穩(wěn)定性產(chǎn)生影響還尚不清楚。

本研究探討了脫酰胺對(duì)葵花籽蛋白酶解肽鈣結(jié)合量及結(jié)合穩(wěn)定性的影響，以期為進(jìn)一步探究葵花籽蛋白酶解肽對(duì)促進(jìn)人體鈣吸收作用提供參考。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

葵花籽分離蛋白:自制；Protease M(51.5 AU/g,粉體)、谷氨酰胺酶:日本天野酶制劑株式會(huì)社；氫氧化鈉、鹽酸、無(wú)水氯化鈣、醋酸、醋酸鈉、磷酸氫二鈉等:國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

AL204電子天平：梅特勒-托利多儀器有限公司；HJ-6電熱恒溫水浴鍋：金壇市城西春蘭儀器廠；PB-10酸度計(jì)：賽多利斯科學(xué)儀器北京有限公司；MS-H280-PRO恒溫加熱磁力攪拌器：大龍興創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；SC-3612低速離心機(jī)：安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司；LGJ-25C冷凍干燥機(jī)：北京四環(huán)科技有限公司；BCD-223MTX新飛冰箱：河南新飛電器有限公司；HJ-1磁力攪拌器：金壇市榮華儀器制造公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 葵花籽蛋白酶解肽的制備

稱(chēng)取1g葵花籽分離蛋白于燒杯中，加入50 mL蒸餾水，用1 mol/L HCl調(diào)節(jié)pH至3，放入50 ℃恒溫水浴鍋中加入0.01 g protease M。酶解溫度保持50 ℃，酶解時(shí)間60 min。酶解后90 ℃水浴滅酶10 min。冷卻至室溫，3 000 r/min離心20 min后取上清液，用1 mol/L NaoH調(diào)節(jié)pH至7.4后冷凍干燥備用。

1.3.2 水解度的測(cè)定[3]

將水解液定容至50mL，吸取20 mL樣品2份，分別置于燒杯中，加水50 mL，用0.05 mol/L NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至pH 8.2。加入10 mL中性甲醛溶液，混勻，再用0.05 mol/L NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至pH 9.2，記錄消耗NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，同時(shí)做空白對(duì)照試驗(yàn)[3]。水解度測(cè)定結(jié)果計(jì)算公式：

式中：V1為空白試劑加入甲醛后滴定消耗的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積/mL；V2為測(cè)定樣品加入甲醛后消耗的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積/mL；c為氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度/mol/L；V3為水解液總體積/mL；V4為滴定用水解液的體積/mL；

1.3.3 葵花籽蛋白酶解肽的脫酰胺的方法

將葵花籽蛋白酶解肽配置成2 %溶液，在pH 7.0、溫度為50 ℃的條件下添加谷氨酰胺酶(E/S=1/50)進(jìn)行酶解，在反應(yīng)時(shí)間為0、1、2、3、4h時(shí)分別取樣，真空冷凍干燥備用[4-5]。

1.3.4 葵花籽蛋白酶解肽脫酰胺率的測(cè)定方法[6]

稱(chēng)取樣品0.05 g于螺口培養(yǎng)管中，加入5 mL、3 mol/L鹽酸，放入110 ℃烘箱中，3 h后取出。然后取康威氏皿，在中央內(nèi)室加入2 %硼酸3 mL和指示劑1滴，在外室一側(cè)加入處理好的樣品2 mL，另一側(cè)加飽和K2CO3溶液3 mL，將康威氏皿放入30 ℃恒溫箱中，36 h后取出。最后用0.01 mol/L HCL滴定內(nèi)室吸收液，以藍(lán)紫色為終點(diǎn)。脫酰胺率的計(jì)算公式如下：

脫酰胺率=

1.3.5 脫酰胺葵花籽蛋白酶解肽鈣復(fù)合物的制備及鈣結(jié)合量的測(cè)定

稱(chēng)取脫酰胺后的葵花籽蛋白酶解肽溶解于蒸餾水中，在37 ℃水浴中放置10 min，使其充分溶解。然后加入0.06 mol/L的CaCl2溶液，反應(yīng)30 min后，離心(4 500 r/min，20 min)去除沉淀。取上清液加入到透析袋(MWCO：500 u，10 cm×31 mm)中，將透析袋用專(zhuān)用夾夾緊，轉(zhuǎn)移到裝有蒸餾水的燒杯中，在冰箱內(nèi)(4 ℃)用磁力攪拌器進(jìn)行透析，以除去酶解物中沒(méi)有結(jié)合的游離鈣。透析過(guò)程中每4 h更換一次透析液，持續(xù)透析48 h，取部分樣品冷凍干燥，即為葵花籽蛋白酶解肽鈣復(fù)合物。其余樣品移到25 mL容量瓶中，透析袋用蒸餾水沖洗3次，定容到30 mL，采用原子吸收光譜法測(cè)定透析液中鈣的含量。

1.3.6 傅里葉變換紅外光譜分析[7]

稱(chēng)取微量?jī)龈煞蹣悠贩庞诮饎偸捌?，壓平后用Nic-Plan 紅外顯微鏡(美國(guó)Nicolet公司)在Magna-IR 750傅里葉變換紅外光譜儀檢測(cè)，掃描64次，分辨率為4 cm-1。

1.3.7 脫酰胺葵花籽蛋白酶解肽的肽鈣復(fù)合物的消化試驗(yàn)

胃蛋白酶消化試驗(yàn)：將脫酰胺的葵花籽蛋白酶解肽肽鈣復(fù)合物配制成0.5%(m/V)的溶液，用1 mol/L的HCl將溶液的pH調(diào)到2.0，加入1%(E/S)的胃蛋白酶在37 ℃條件下進(jìn)行消化，消化到120 min時(shí)分別取出樣品，在沸水中加熱5 min滅酶，轉(zhuǎn)移至透析袋(MWCO：500 u)中，然后透析。透析48 h，分別收集透析液，測(cè)定其鈣含量。

胰蛋白酶消化試驗(yàn)：將上述經(jīng)胃蛋白酶消化后的析液樣品溶液用1 mol/L的NaOH將溶液的pH調(diào)到7.4，加入1%(E/S)胰蛋白酶在37 ℃條件下繼續(xù)消化，消化到240 min取出樣品，80 ℃加熱15min滅酶，將樣品轉(zhuǎn)移至透析袋(MWCO：500 u)中透析48 h，分別收集透析液，測(cè)定其鈣含量。

1.3.8 統(tǒng)計(jì)與分析

每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次，對(duì)脫酰胺葵花籽蛋白酶解肽的鈣結(jié)合能力、脫酰胺率及消化后脫酰胺蛋白酶解肽的鈣結(jié)合能力的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用SPSS19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，差異顯著性水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1脫酰胺對(duì)葵花籽蛋白酶解肽的鈣結(jié)合量的影響

前期研究發(fā)現(xiàn)酶解60 min水解度為10.2 %的葵花籽蛋白酶解肽的鈣結(jié)合量為72.97 mg/g，其鈣結(jié)合量顯著高于酶解30、90、120、150 min的酶解產(chǎn)物的鈣結(jié)合量，因此選取酶解時(shí)間為60 min的產(chǎn)物進(jìn)行進(jìn)一步研究。以葵花籽分離蛋白為原料，采用蛋白酶protease M將其酶解60 min獲得葵花籽蛋白酶解產(chǎn)物，進(jìn)一步采用谷氨酰胺酶對(duì)其進(jìn)行脫酰胺處理，在1、2、3、4 h分別取樣，獲得脫酰胺的葵花籽蛋白酶解產(chǎn)物，測(cè)定其脫酰胺率及鈣結(jié)合量，結(jié)果如表1所示。

表1 葵花籽蛋白酶解肽的脫酰胺率及鈣結(jié)合量

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，葵花籽蛋白酶解肽的鈣結(jié)合能力隨著脫酰胺時(shí)間及脫酰胺率的增加得到了顯著的提高，在脫酰胺時(shí)間為180 min、脫酰胺率為20.42%時(shí)其鈣結(jié)合量達(dá)到97.37 mg/g。繼續(xù)延長(zhǎng)脫酰胺時(shí)間，葵花籽蛋白酶解肽的脫酰胺率及鈣結(jié)合量無(wú)顯著變化(P<0.05)。說(shuō)明脫酰胺可以提高葵花籽蛋白酶解肽的鈣結(jié)合量。脫酰胺反應(yīng)是一種肽分子修飾及改性的重要手段，通過(guò)谷氨酰胺酶將蛋白質(zhì)或肽側(cè)鏈上的酰胺基團(tuán)脫去轉(zhuǎn)變?yōu)轸然姆磻?yīng)[8]，能增加金屬離子與肽的結(jié)合位點(diǎn)[9]。前期研究發(fā)現(xiàn)，大豆肽與鈣的結(jié)合位點(diǎn)主要是其肽鏈上天冬酰胺及谷氨酰胺上的羧基，經(jīng)過(guò)脫酰胺處理后可提高大豆肽的鈣結(jié)合量[10]，大豆肽脫酰胺后鈣結(jié)合量增加的主要原因是通過(guò)脫酰胺反應(yīng)使肽鏈上的羧基更多暴露出來(lái)，從而增加了鈣的結(jié)合位點(diǎn)。本試驗(yàn)采用谷氨酰胺酶對(duì)葵花籽蛋白酶解肽進(jìn)行脫酰胺，也提高了葵花籽蛋白酶肽的鈣結(jié)合能力，說(shuō)明脫酰胺可以提高大豆肽、葵花籽肽等植物蛋白來(lái)源多肽的鈣結(jié)合量。

由先前試驗(yàn)可知，脫酰胺可以顯著提高葵花籽蛋白酶解肽的鈣結(jié)合能力，但葵花籽蛋白酶解肽與鈣的具體結(jié)合位點(diǎn)及脫酰胺對(duì)其產(chǎn)生的影響依然尚未明確。肽鏈上不同基團(tuán)由于分子伸縮振動(dòng)、變形振動(dòng)在紅外光譜中會(huì)形成特征吸收峰，可以反映有機(jī)配體與金屬離子螯合的結(jié)合信息[11]。通過(guò)傅里葉變換光譜紅外對(duì)脫酰胺的葵花籽蛋白酶解肽進(jìn)行分析，明確其結(jié)合機(jī)制。結(jié)果如表2、圖1所示。

表2 脫酰胺后葵花籽蛋白酶解肽及其肽鈣復(fù)合物的中紅外光譜

注：酶解物字母含義與圖1一致。

注：A表示未加鈣的葵花籽蛋白酶解物；B表示加鈣反應(yīng)的葵花籽蛋白酶解物；C表示加鈣反應(yīng)的脫酰胺率為15.18%葵花籽蛋白酶解肽;D表示加鈣反應(yīng)的脫酰胺率21.17%的葵花籽蛋白酶解肽。圖1 葵花籽蛋白酶解肽及其肽鈣復(fù)合物的中紅外光譜

2.2脫酰胺對(duì)葵花籽蛋白酶解肽鈣復(fù)合物消化穩(wěn)定性的影響

研究食物源蛋白質(zhì)派生出來(lái)的肽的生理活性，需要證明食物蛋白質(zhì)在消化道中是否被消化道中的蛋白酶消化，形成游離狀態(tài)的小分子肽[12]，如果是消化道中的蛋白酶以外的蛋白酶酶解得到的肽及還需要明確對(duì)消化道中的蛋白酶的耐受性[13]，研究發(fā)現(xiàn)肽鈣復(fù)合物通過(guò)消化系統(tǒng)在小腸中直接被小腸刷狀緣細(xì)胞吸收到細(xì)胞或血液中，提高鈣在機(jī)體內(nèi)的生物利用率[14]，因此研究肽鈣復(fù)合物對(duì)胃蛋白酶及胰蛋白酶的消化穩(wěn)定性具有重要的意義。本次主要研究脫酰胺對(duì)葵花籽蛋白酶解肽鈣復(fù)合物消化穩(wěn)定性及其鈣結(jié)合量的影響。蛋白質(zhì)在胃里消化是胃蛋白的最佳pH為1～2，在十二指腸消化時(shí)里胰蛋白酶的最佳pH為7～8。食物在胃里半排空的時(shí)間是0.5～3 h，在十二指腸、空腸的駐留時(shí)間是2～2.7 h[15]，因此，為了更好的模擬體內(nèi)消化道環(huán)境，采用體外胃蛋白酶和胰蛋白酶水解模式來(lái)模擬消化道環(huán)境[16]，確定消化時(shí)間為胃蛋白酶消化2 h，胰蛋白酶消化2 h[17]，對(duì)脫酰胺化的可溶性葵花籽蛋白酶解肽鈣復(fù)合物作消化處理，測(cè)定處理前后的鈣結(jié)合量，結(jié)果如表3、表4所示。

表3 胃蛋白酶、胰蛋白酶消化不同時(shí)間的葵花籽蛋白酶解肽鈣復(fù)合物的鈣結(jié)合量

表4 胃蛋白酶、胰蛋白酶消化不同時(shí)間的脫酰胺葵花籽蛋白酶解肽鈣復(fù)合物的鈣結(jié)合量

從表3、表4中可以看出，經(jīng)胃蛋白酶及胰蛋白酶消化后，脫酰胺的葵花籽蛋白酶解肽鈣復(fù)合物的鈣結(jié)合量能保持86 %以上，與未脫酰胺的葵花籽蛋白酶解肽鈣復(fù)合物相比消化后的鈣結(jié)合量提高了24%，且顯著高于未脫酰胺的葵花籽蛋白酶解肽鈣復(fù)合物的鈣結(jié)合量的保持率(P<0.05)。前期研究發(fā)現(xiàn)，鈣離子易與氨基酸羧基配位，與氮配位原子作用較弱，谷氨酰胺和天冬酰胺同時(shí)含氧、氮配位原子[18]，脫酰胺后肽鏈上的氮配位原子減少而含氧配位原子增加，使肽鏈上的羧基與鈣的結(jié)合位點(diǎn)增加，鈣結(jié)合能力更強(qiáng)，從而提高其消化穩(wěn)定性。結(jié)果表明脫酰胺能夠提高葵花籽蛋白酶解肽鈣復(fù)合物的抵抗胃蛋白酶及胰蛋白酶消化的能力；脫酰胺可以提高葵花籽蛋白酶解肽的鈣結(jié)合穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

3.1 葵花籽蛋白酶解肽的鈣結(jié)合能力隨著脫酰胺時(shí)間及脫酰胺率的增加得到了顯著的提高，表明脫酰胺可以提高葵花籽蛋白酶解肽的鈣結(jié)合量。通過(guò)傅立葉紅外光譜對(duì)葵花籽蛋白酶解肽的鈣結(jié)合位點(diǎn)進(jìn)行分析，表明葵花籽蛋白酶解物肽鏈上的氨基及羧基是鈣的主要結(jié)合位點(diǎn)，且脫酰胺后C=O伸縮振動(dòng)引起的酰胺Ⅰ帶進(jìn)一步向低頻移動(dòng)，表明脫酰胺后羧基上的氧原子與鈣的配位作用得到增強(qiáng)，促進(jìn)了葵花籽蛋白酶解肽鈣結(jié)合量的提高。

3.2 通過(guò)胃蛋白酶及胰蛋白酶消化試驗(yàn)，表明脫酰胺可以提高葵花籽肽鈣復(fù)合物對(duì)胃蛋白酶和胰蛋白酶消化的抑制作用，即提高了葵花籽蛋白酶解肽的鈣結(jié)合穩(wěn)定性。

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Effect of Deamidation of Sunflower Seed Protein Peptide on Amount of Calcium andinvitroDigestibility

Yuan Xingyu Feng Wenjun Bao Xiaolan

(College of Food Science and Technology, Inner Mongolia Agricultural University, Huhehaote 010018)

Sunflower seed protein peptide of deamidation, which is prepared by deamidation of sunflower seed protein peptide using glutaminase, was the objects of research on effect of deamidation of sunflower seed protein peptide on Amount of Calcium. The results showed that the amount of calcium of deamidation of sunflower seed protein peptide increased from 72.97 mg/g to 98.20 mg/g significantly. The deamidation of the sunflower tryptic peptide samples was analyzed by Fourier infrared spectrum. Amino characteristic absorption peaks were moved. The N—H stretching vibration band were moved from 332 3 cm-1to 334 0 cm-1.The amide Ⅱ band were moved from 116 0 cm-1to 165 6 cm-1.The amide III band were moved from 124 1 cm-1to 124 6 cm-1.The deamidation cause the amide I band were moved from 166 0 cm-1to 165 6 cm-1. The results showed that the Amino and carboxyl groups on the peptide chain of Sunflower seed protein peptide were mainly calcium binding sites. The C=O stretching vibration caused by the amide I band further to the low frequency shift after deamidation. It showed that the coordination of oxygen atoms and calcium in the carboxyl group was enhanced, which promoted the increase of the calcium binding capacity of the sunflower seed protein. On the other hands, the study also found that deamidation of sunflower seed protein peptide calcium complexes had high maintain ability to calcium binding amount more than 86% which was increased more than 24% obviously compared with sunflower seed protein peptide calcium complexes. The results showed that the digestion stability of sunflower seed peptide calcium complex substance was enhanced by deamidation and the calcium binding stability of sunflower seed peptide was increased.

sunflower seed protein peptide, amount of calcium, glutaminase, digestion stability

TS201.2

A

1003-0174(2017)10-0073-05

國(guó)家自然科學(xué)基金地區(qū)科學(xué)基金(31460404)

2016-08-30

袁興宇，男，1992年出生，碩士，糧食油脂及植物蛋白工程

包小蘭，女，1969年出生，副教授，植物蛋白加工利用