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复合酶法水解鱿鱼蛋白及水解产物的研究

No.9.2008收稿日期:2007-12-26*通讯作者

基金项目:宁波市科技攻关项目(2006C100048)。

作者简介:靳挺(1972—),男,安徽人,副教授,博士,研究方向为功能食品、发酵工程、生物活性物质分离等。

Researchonsquidproteinhydrolyzedbycompoundproteasesand

hydrolysate

JINTing1,GAOYi-yong3,WUYu-xue1,WUTian-xing1,2*

(1.CollegeofBiochemicalEngineering,NingboInstituteofTechnology,ZhejiangUniversity,Ningbo315100;2.DepartmentofChemistry,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027;

3.ZhejiangEconomic&TradePolytechnic,Hangzhou310018)

Abstract:Squidproteinwashydrolyzedbycompoundproteases(AlcalaseandFlavourzyme)andhydrolysate

wasalsostudied.TheoptimumhydrolysisconditionsofAlcalasewereobtainedbyorthogonalexperimentdesign.TheeffectoffactorsonthedegreeofhydrolysissuchasantisepticsandFlavourzymewereinvestigated.ThemolecularweightandaminoacidcompositionofhydrolysatewasdeterminedbySephadexG-75size-exclusionchromatographyandautomaticaminoacidanalyzer,respectively.TheresultsshowthatnisinhasnonegativeeffectsonthedegreeofhydrolysisandFlavourzymecanincreasethedegreeofhydrolysis,effectively.Thedegreeofhydrolysisisupto20.11%underoptimumconditions.Theaveragemolecularweightofhydrolysateis1180u,whichindicatesthathydrolysatecomprises9.2aminoacids,averagely.Thecontentofessentialaminoacidsandpalatabletasteaminoacids(suchasaspartateandglutamicacid)is38.4%and26.3%ofthetotalaminoacids,respectively.

Keywords:compoundproteases;squid;protein;hydrolysate

复合酶法水解鱿鱼蛋白及

水解产物的研究

挺1,高一勇3,武玉学1,吴天星1,2*

(1.浙江大学宁波理工学院生物与化学工程分院,宁波315100;

2.浙江大学化学系,杭州310027;3.浙江经贸职业技术学院,杭州310018)

摘要:采用复合酶(Alcalase碱性内切蛋白酶和Flavourzyme风味蛋白酶)水解鱿鱼蛋白,并对水解产物进行了研究。利用正交试验设计,对Alcalase的水解条件进行了优化;考察了防腐剂、Flavourzyme对水解度的影响;利用SephadexG-75凝胶过滤层析,测定了水解产物的相对分子质量,并分析了氨基酸组成。结果表明,Nisin对水解度没有不利影响,Flavourzyme能有效提高鱿鱼蛋白的水解度,在优化的水解条件下,鱿鱼蛋白水解度达20.11%,水解产物的平均分子量为1180u,约由9.2个氨基酸残基组成。水解产物中必需氨基酸含量占氨基酸总量的38.4%,天冬氨酸和谷氨酸等鲜味氨基酸占氨基酸总量的26.3%。

关键词:复合酶;鱿鱼;蛋白质;水解产物中图分类号:TS201.2

文献标志码:A

文章编号:1005-9989(2008)09-0079-04

79

No.9.2008

鱿鱼也称中国枪乌贼,属软体动物门头足纲,广泛分布于太平洋、大西洋等海区。鱿鱼的营养价值丰富,富含人体必需的多种氨基酸,且必需氨基酸的组成接近全价蛋白,并含有牛磺酸、磷脂等营养物质。鱿鱼是我国主要的远洋渔业捕捞品种,产量不断扩大,年产量已达20多万t[1]。近年来,随着海洋渔业资源发生变化,海洋捕捞的小鱿鱼及其他低值鱼的产量呈上升趋势;由于技术上的落后,低值鱼主要用来生产鱼粉等经济价值较低的产品,甚至作为废弃物直接丢弃,导致资源浪费并污染环境。因此,如何解决小鱿鱼及其他低值鱼的深加工问题,成为研究的热点[2-3]。

研究表明,采用酶水解鱼蛋白质,制备含有生物活性肽和氨基酸的水解液,是实现低值鱼增值加工的有效途径[4-7]。使用的蛋白酶主要有:碱性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、风味蛋白酶及胃蛋白酶等[8]。复合酶法是采用两种以上的蛋白酶共同水解蛋白质,能够实现蛋白质的深度水解,从而得到分子量较小的生物活性肽和氨基酸。生物活性肽易于被人体吸收利用,且具有抗氧化、抗肿瘤、提高机体免疫力、降血压等生理功能[9]。本文将对Alcalase碱性内切蛋白酶和Flavourzyme风味蛋白酶共同水解鱿鱼蛋白进行较详细的研究,得出优化的水解工艺条件,并对水解产物的氨基酸组成和相对分子质量进行研究。

1材料与方法1.1

材料

鱿鱼:储存于-18℃冰柜中,使用前解冻,自来

水清洗;Alcalase碱性内切蛋白酶:活力2.4AU/g,诺维信公司;

Flavourzyme风味蛋白酶:活力500

LAPU/g,诺维信公司;乳酸链球菌素(Nisin):浙江银象生物工程有限公司;

SephadexG-75凝胶:

AmershamBiosciences公司;其余试剂均为分析纯。1.2

仪器设备

DELTA320pH计:梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;Kjeltec2300自动凯氏定氮仪:丹麦FOSS公司;AminosysA200自动氨基酸分析仪:德国安米诺西斯公司;ALPHA2-4LD冷冻干燥机:德国

Christ公司;TGL-20M台式高速冷冻离心机:长沙湘仪离心机仪器有限公司;DS-1高速组织捣碎机:上海精密仪器仪表有限公司;HH-S型水浴锅、85-2型恒温磁力搅拌器:巩义市英峪予华仪器厂;DHL-A恒流泵、HD-3紫外检测仪、HD-A电脑采集器:上海沪西分析仪器厂。

1.3实验方法

1.3.1

鱿鱼蛋白水解工艺

鱿鱼经切块、称质量后,

按1∶3的比例加入去离子水,高速组织捣碎机匀浆,加入0.2%的Alcalase,置于55℃的水浴锅中,并调节pH至7.0,混合搅拌均匀水解10h,然后加入

2.0%的Flavourzyme风味蛋白酶水解3h,水解结束后,将水解液加热至95℃,灭酶15min,过滤,所得滤液为水解产物。

1.3.2防腐剂对水解度(DH)的影响在鱿鱼蛋白匀浆

液中,分别加入Nisin0.02%、NaCl4%、NaCl8%,并设空白对照;加入0.2%的Alcalase,置于55℃的水浴锅中,pH7.0,测定蛋白的水解度,评价不同的防腐剂对水解度的影响。

1.3.3Alcalase水解条件正交试验针对水解过程中

加酶量、水解时间、温度、pH等因素对水解度的影响,选定这4个因素,进行正交试验L9(34),因素和水平见表1。

1.3.4Flavourzyme风味蛋白酶对水解度(DH)的影响

在Alcalase水解条件正交试验的基础上,考察添加Flavourzyme风味蛋白酶对水解度的影响。加入2.0%Flavourzyme水解1、2、3、4h,测定水解度。

1.4分析方法1.4.1

水解度

蛋白质的水解度被定义为,水解断裂

的肽键数占样品蛋白质中的总肽键数的百分数。

蛋白质水解度DH(%)=上清液中的α-氨基氮含量/样品中总氮含量×100。

α-氨基氮的测定采用甲醛滴定法[10],总氮含量的测定采用凯氏定氮法[11]。

1.4.2水解产物相对分子质量的测定在内径1cm,

柱高70cm的层析柱中,装入SephadexG-75凝胶,用pH6.98、1/15

mol/L的磷酸盐缓冲液

(Na2HPO4-KH2PO4)平衡,流速为0.5mL/min,将酶解液经4000r/min离心10min,取上清液;上样后,用上述磷酸盐缓冲液洗脱,用自动分步收集器收集,3mL/管,记录280nm处的洗脱曲线,收集洗脱峰样品。采用标准曲线法测定水解产物的相对分子质量。4种标准蛋白为:牛血清白蛋白(Mw=

67000u),凝乳蛋白酶原A(Mw=25000u),溶菌酶(Mw=14400u),VB12(Mw=1355u)。1.4.3

水解产物氨基酸组成分析

按GB/T18246-

2000和GB/T15399-1994方法,在氨基酸自动分析

仪上进行。

水平

因素

pHA水解时间/hB温度/℃C加酶量/%D

17.511550.328.013600.53

8.5

15

65

0.8

表1

Alcalase水解条件因素水平表

80

No.9.20082结果与讨论

2.1

防腐剂对水解度的影响

不同防腐剂对水解度的影响结果如图1所示。从图1可看出,与空白对照相比,添加0.02%Nisin可以稍微提高水解度;而添加4%、8%的NaCl能明显降低水解度,且NaCl浓度越高,水解度越低。蛋

白质在酶解过程中逐步被分解为肽和氨基酸,为微生物的生长繁殖提供了良好的条件。微生物利用肽和氨基酸的过程中,会产生三甲胺和其他具有恶臭味的物质,严重影响了水解液的风味,尤其在水解时间超过24h时,这种情况更为严重[12]

。NaCl是常用

的防腐剂之一,但它对Alcalase具有抑制作用,且随浓度的增加,抑制作用增强。Nisin是一种天然、安全的抗菌肽,由34个氨基酸残基组成,能有效抑制引起食品腐败的革兰阳性菌的生长,并对水解度没有不利影响。

2.2Alcalase水解条件正交试验结果

按照表1设计的正交试验,考察了不同水解条件下的水解度,结果如表2所示。得出的优选试验方案为pH8.0、水解时间15h、温度55℃、加酶量

0.5%,各因素对水解度影响作用大小为水解时间>pH>加酶量>温度。Alcalase由地衣芽孢杆菌生产,它的主要有效成分是枯草杆菌蛋白酶A,是一种内切蛋白酶,能够水解丝氨酸形成的肽键。Alcalase水解时间对水解度的影响作用最为显著,随着水解时间的延长,水解度逐渐增大。温度对酶的活性具有重要影响,当温度升高时,反应速率随着温度的升高而加快,但超过最适温度后,酶开始变性,酶活力逐渐降低。Alcalase的热稳定性好,在55℃下仍能保持较高的催化活力。pH是影响酶活力的另一重要因素;

Alcalase属碱性内切蛋白酶,在pH8.0的弱碱性条件下能发挥最大的催化活力。在优化条件下进行水解试验,鱿鱼蛋白水解度达18.81%。

2.3Flavourzyme风味蛋白酶对水解度(DH)的影响

Alcalase水解鱿鱼蛋白15h后,加入

Flavourzyme风味蛋白酶继续水解,水解度的变化曲线如图2所示。从图2可看出,添加Flavourzyme风味蛋白酶能显著提高蛋白水解度;水解3h后,水解度达20.11%,此后水解度增加不大。Flavourzyme是由米曲霉菌种经发酵而制得,它包含有内切蛋白酶和外切肽酶两种活性,能从多肽链内部和末端水解肽键,生成低分子小肽和游离L-型氨基酸,提高鱿鱼蛋白的水解度[13]。Flavourzyme还能脱除鱿鱼水解产物-蛋白水解液的苦味,增进和改善水解液的风味;这一点对于鱿鱼蛋白水解产物应用于食品工业尤为重要。

2.4鱿鱼蛋白水解产物相对分子质量的测定先用4种标准蛋白进行层析试验,得到标准曲

线:lgM=5.91693-0.02092t(R=-0.9699)

式中:M为相对分子质量;

t为洗脱时间,min。

Alcalase和Flavourzyme水解得到的产物,经SephadexG-75凝胶过滤层析,结果示于图3。从图3可看出,层析曲线中只有一个洗脱峰存在,说明水解产物的分子量比较相近。水解产物的出峰时间

图1防腐剂对水解度的影响

水解度/%

12111098765

时间/h

10

1520

25

30

Nisin(0.02%)空白

NaCl

(4%)NaCl

(8%)表2

正交试验结果试验号

因素

DH/%ABCD1111115.932122216.073133317.634212315.985223115.576231218.817313215.388321315.849332115.66

k1

16.5415.7616.8615.72k216.7915.8315.9016.75k315.6317.3716.1916.48R

1.16

1.61

0.96

1.03

图2Flavourzyme风味蛋白酶对水解度的影响

时间/h

水解度/%

20.420.019.619.218.8

01234

81

No.9.2008

氨基酸

总氨基酸/(mg/mL)

游离氨基酸/(mg/mL)

Asp3.900.15Thr1.800.19Ser1.540.17Glu5.480.36Gly1.750.088Ala2.160.21Val1.650.20Ile1.880.19Leu3.000.34Tyr1.090.12Phe1.470.16His1.070.072Lys2.970.29Arg2.650.24Pro1.620.071Cys0.750.047Met

0.94

0.12

表3

水解产物的氨基酸组成

为136min,根据标准曲线,平均分子量为1180u,即水解产物约由9.2个氨基酸残基组成。在Alcalase和Flavourzyme共同作用下,实现了鱿鱼蛋白的深度水解,得到了低分子的小肽和游离氨基酸。

2.5鱿鱼蛋白水解产物氨基酸组成分析

将经SephadexG-75凝胶过滤层析收集的洗脱峰

样品,进行氨基酸组成分析,色氨酸未检测,结果如表3所示。天冬氨酸和谷氨酸是主要的呈鲜味氨基酸,它们的含量占游离氨基酸总量的16.9%,其中谷氨酸在游离氨基酸中含量最高,为0.36mg/

mL;天冬氨酸和谷氨酸占总氨基酸的含量更是高达26.3%;这赋予了鱿鱼蛋白水解液良好的鲜味,是生产海鲜调味品的重要基料。亮氨酸在游离氨基酸中的含量为11.3%,而在总氨基酸中的含量为8.4%。

L-亮氨酸呈苦味,但是短肽链中亮氨酸残基数越多苦味越重,由亮氨酸组成的二肽、三肽和四肽的苦味分别是亮氨酸苦味的8、15倍和30倍

[14]

Flavourzyme风味蛋白酶含有亮氨酸肽酶[15],能从肽链的末端切除亮氨酸,从而达到脱苦的目的。水解产物中含有苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯

丙氨酸、赖氨酸、蛋氨酸等人体必需氨基酸,必需氨基酸含量占氨基酸总量的38.4%;在必需氨基酸中,亮氨酸的含量最高为3.0mg/mL。

3结论

本文采用复合酶(Alcalase碱性内切蛋白酶和

Flavourzyme风味蛋白酶)水解鱿鱼蛋白,并对水解产物进行了详细研究。结果表明,添加Nisin对水解度没有不利影响;在优化的水解条件下:pH8.0、温度55℃、0.5%Alcalase水解15h,再加入2.0%

Flavourzyme水解3h,鱿鱼蛋白水解度达20.11%。水解产物的平均分子量为1180u,约由9.2个氨基酸残基组成。水解产物中必需氨基酸含量占氨基酸总量的38.4%,天冬氨酸和谷氨酸等鲜味氨基酸占氨基酸总量的26.3%。在复合酶(Alcalase和

Flavourzyme)的作用下,实现了鱿鱼蛋白的深度水解,得到了含低分子的小肽和游离氨基酸的水解产物,有望作为生产蛋白质强化剂、海鲜调味品等功能食品的原料。

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图3水解产物凝胶过滤层析图

0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0

0.30.20.10.0

时间/h

82

No.9.2008Chemists,1990:1094

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巴菲蛤浓缩液酸水解产物与还原糖的

美拉德反应成分分析

郝晓敏,陈济铭,谷长生,宋文东*

(广东海洋大学应用化学系,湛江524088)

摘要:以巴菲蛤浓缩液为原料,用稀盐酸为溶剂回流得水解产物。其水解产物分别与葡萄糖、蔗糖进行美拉德反应得棕色产物,两种棕色产物有较浓的香味,对其醚溶性成分采用GC-MS分析,总共鉴定出13种物质,其中水解产物与葡萄糖反应的有8种,与蔗糖反应的有5种,4-羰基正戊酸是其中的主要产物。

关键词:巴菲蛤浓缩液;美拉德反应;气相色谱-质谱中图分类号:TS201.2

文献标志码:B

文章编号:1005-9989(2008)09-0083-03

Maillardreactioncompositionanalysisofthereducingsugarand

acidhydrolysateofpaphiaundulatajuiceconcentrate

HAOXiao-min,CHENJi-ming,GUChang-sheng,SONGWen-dong*

(DepartmentofAppliedChemistry,GuangdongUniversityofOcean,Zhanjiang524088)

Abstract:Maillardreactioncompositionfromthereducingsugarandhydrolysateofpaphiaundulatajuiceconcentratewerereactivitybyrefluxextractionindilutehydrochloricacid,brownandobviousperfumewithproduct.SomeMaillardreactionconstituentsofthereducingsugarandhydrolysateofpaphiaundulatajuiceconcentrateweredeterminedbyGC-MS.Thirteencompoundswereidentifiedinall,includingeightorganiccompoundfromreactionofthegrapesugarandhydrolysateofpaphiaundulatajuiceconcentrate,fiveorganiccompoundfromreactionofthecanesugarandhydrolysateofpaphiaundulatajuiceconcentrate.PrimaryproductofMaillardreactioncompositionis4-oxopentanoicacid.Keywords:paphiaundulatajuiceconcentrate;Maillardreaction;GC-MS

美拉德反应是氨基化合物与还原糖之间发生的复杂反应,是食品香味产生的主要来源之一。法国化学家梅德拉(LCMailla)曾发现甘氨酸与葡萄糖的混

合物加热时,形成褐色变化反应的类黑精。以后人们发现这类反应不仅影响其颜色,而且对香味也有重要作用。所以将此反应称为美拉德反应(Maillard

收稿日期:2007-12-09*通讯作者

基金项目:广东省教育厅重点项目(0609084);广东海洋大学校选课题(0612178、0612179)。作者简介:郝晓敏(1967—),讲师,主要从事天然产物制药及保健食品的研究工作。

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