閉秋華，宮 霞，白文娟，陳文碩，李全陽，*

(1.廣西大學輕工與食品工程學院，廣西南寧 530004;2.上海商學院旅游與食品學院，上海 200235)

酶解水牛奶酪蛋白制備抗氧化活性肽工藝的研究

閉秋華1，宮 霞2，白文娟1，陳文碩1，李全陽1，*

(1.廣西大學輕工與食品工程學院，廣西南寧 530004;2.上海商學院旅游與食品學院，上海 200235)

以水解度、還原能力和DPPH自由基清除率為檢測指標，比較篩選堿性蛋白酶、中性蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶和胃蛋白酶水解水牛奶酪蛋白制備抗氧化活性肽，篩選出中性蛋白酶是最適用酶。應(yīng)用單因素和響應(yīng)面法對酶解工藝進行優(yōu)化。結(jié)果表明:中性蛋白酶酶解酪蛋白的最佳工藝參數(shù):pH為6.9，溫度為46℃，酶與底物濃度比為4.6%，酶解時間4.0h，此時10mg/mL酶解物的還原能力為0.457。實測結(jié)果與預測值符合性良好。

水牛奶，酪蛋白酶解物，抗氧化活性肽，響應(yīng)面優(yōu)化法

目前，各種功能性的生物活性多肽受到了研究者的的青睞。這些功能性多肽主要包括抗氧化肽、阿片活性肽、免疫調(diào)節(jié)肽、抑制肽、抗菌肽、抗凝血肽、酪蛋白糖肽等［1］。其中，乳源性生物活性肽的研究最為深入，已經(jīng)從乳蛋白中發(fā)現(xiàn)了幾十種具有重要生理功能的生物活性肽。酪蛋白約占牛奶中蛋白的80%，酪蛋白源的生物活性肽的生理功能越來越引起人們的重視，它們具有刺激腸道受體激素和酶分泌，發(fā)揮調(diào)節(jié)機體免疫和胃腸道功能、降血壓、抗血栓、抗病毒等生理作用［2］。其中，抗氧化活性肽是研究最多的功能性活性肽之一［3］。研究發(fā)現(xiàn)荷斯坦牛奶酪蛋白及其酶解物具有抗氧化活性，如Laakso等［4］研究發(fā)現(xiàn)牛乳酪蛋白具有抑制脂肪氧合酶催化脂肪過氧化作用;Rival等［5］發(fā)現(xiàn)酪蛋白和酪蛋白的水解物具有抑制脂肪氧合酶的特性，且β－CN(β－酪蛋白)的胰蛋白酶水解物具有很強地抑制脂肪氧合酶的特性;Diaz和Decker［6］利用胰蛋白酶水解酪蛋白得到了酪蛋白f169～176片段具有抑制亞油酸氧化的作用。但是，目前對于水牛奶中酪蛋白各種生物活性肽的研究還沒有相關(guān)報告。因此，本研究以水牛奶為原料，通過分離得到酪蛋白，酶法制備抗氧化活性肽，并對其工藝進行篩選和參數(shù)優(yōu)化，為水牛奶酪蛋白制備抗氧化活性多肽的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、胃蛋白酶 Am resco公司;中性蛋白酶、堿性蛋白酶 Solarbio公司;新鮮水牛奶，二苯代苦味?；杂苫?DPPH)，其他試劑均為分析純。

PB－10型酸度計 Sartorius公司;722S型可見分光光度計 上海精密科學儀器有限公司;JRA－2型數(shù)顯磁力攪拌水浴鍋 江蘇省金壇市科杰儀器廠;LG10－2.4A型離心機 北京醫(yī)用離心機廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 水牛奶中酪蛋白的分離［7］采用離心法對新鮮水牛乳進行脫脂，離心后去掉上層脂肪。取脫脂新鮮牛奶置于燒杯中，預熱后加入醋酸溶液，調(diào)pH至其等電點附近使酪蛋白沉淀充分。過濾后去除乳清，真空干燥后保存待用。

表2 不同蛋白酶酶解酪蛋白的水解度、DPPH自由基清除率、還原能力測定結(jié)果Table 2 Results of degree of hydrolysis，DPPH radical－scavenging capacity and reducing power of five enzymes hydrolysis

1.2.2 水牛奶酪蛋白抗氧化肽的制備［8］酪蛋白酶解物的制備:水牛奶酪蛋白7.5g，溶于150m L蒸餾水，90℃處理5min;冷卻，調(diào)節(jié)pH至所用酶的最適值。置于恒溫磁力攪拌水浴鍋上，水浴調(diào)節(jié)到酶的最適作用溫度，然后加入蛋白酶啟動水解反應(yīng)。在反應(yīng)過程中以1.0mo1/L的NaOH維持pH恒定，水解至預定時間后，酶解物調(diào) pH7.0。水解結(jié)束后，100℃滅酶10m in，以8000 r/min離心10m in，取上清液進行測定。

1.2.3 水牛奶酪蛋白酶解工藝的研究

1.2.3.1 酶篩選實驗 本實驗選用胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、堿性蛋白酶和中性蛋白酶，分別在各種酶的最適pH和溫度下，以相同的酶與底物比(E∶S)對酪蛋白進行酶解反應(yīng)，以酶解物的DPPH自由基清除率、還原能力、水解度作為指標，篩選合適的蛋白酶。

1.2.3.2 單因素實驗 以水解度、還原力和DPPH自由基清除率為考察指標，考察pH(6.0、6.5、7.0、7.5、8.0)、溫度(35、40、45、50、55℃)、時間(1、2、3、4、5h)以及E∶S(1.0、2.0、3.0、4.0、5.0%)對酶解效果的影響。每個處理做3個重復。

1.2.3.3 酶解工藝優(yōu)化 根據(jù)Box－Benhnken的中心組合實驗設(shè)計原理，在單因素實驗的基礎(chǔ)上，選取以pH(A)、溫度(B)、E∶S(C)對酪蛋白酶解物的還原能力影響顯著的3個因素，采用三因素三水平的響應(yīng)面分析方法，用Design－Expert 7.0來對實驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析。

表1 響應(yīng)面分析因素與水平表Table 1 Factors and levels of response surface analysis

1.2.4 水解度的測定［9］pH－stat法。酪蛋白的水解度(DH)根據(jù)消耗的NaOH的量表示，按下式進行計算:

式中:htot:單位質(zhì)量蛋白質(zhì)中肽鍵的總量(mmoL－1);V:水解過程中所消耗的堿量(m L);Nb:堿液的濃度(mol·L－1);Mp:酶解物中蛋白質(zhì)的質(zhì)量(g);α:α－氨基的平均解離度。

1.2.5 酶解后產(chǎn)物抗氧化活性的測定

1.2.5.1 酶解后產(chǎn)物還原能力測定［10］將樣品按一定濃度溶于蒸餾水中，取1m L樣品溶液，然后加入2.5m L，0.2mol/L PBS(磷酸鹽緩沖溶液，pH6.6)和2.5m L 1%的鐵氰化鉀溶液于試管中混勻?；旌衔镌?0℃水浴中反應(yīng)20m in，迅速冷卻并加入2.5m L 10%的三氯乙酸，混勻后以3000r/min離心10m in。取2.5m L上清液加入0.5m L 0.1%的三氯化鐵溶液混勻，再加2.5m L蒸餾水搖勻，以蒸餾水調(diào)零，在700nm處測定吸光度。吸光度值越高，說明樣品的還原能力越強。

1.2.5.2 酶解后產(chǎn)物清除 DPPH自由基活性的測定［11］配制濃度為2×10－4mol·L－1DPPH無水乙醇溶液，避光保存。取2m L樣品與2m L DPPH無水乙醇溶液混合，并劇烈振蕩，在室溫下避光反應(yīng)30min，然后在517nm處測定其吸光度值A(chǔ)i。空白組以等體積無水乙醇溶液替代DPPH溶液，對照組以等體積蒸餾水替代樣品溶液。DPPH自由基清除率用下式計算:

式中:A0－對照組吸光度值;Ai－樣品組吸光度值;Aj－空白組吸光度值。

2 結(jié)果與討論

2.1 酶篩選實驗結(jié)果

本實驗選用胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、堿性蛋白酶和中性蛋白酶五種蛋白酶分別對水牛奶酪蛋白進行水解。利用SPSS17.0對實驗結(jié)果進行分析，重復三次測定，結(jié)果見表2。

從表2可以看出，五種酪蛋白酶解物中，堿性蛋白酶的水解度最大，中性蛋白酶次之，但兩者之間不存在顯著性差異，而中性蛋白酶酶解物還原能力和DPPH自由基清除率顯著高于其他的四種蛋白酶，說明其酶解物的抗氧化活性最高。因此本實驗選用中性蛋白酶對水牛奶酪蛋白進行酶解制備抗氧化活性多肽。

2.2 單因素實驗結(jié)果

2.2.1 pH對水牛奶酪蛋白酶解制備抗氧化肽的影響 pH對中性蛋白酶水解水牛奶酪蛋白影響結(jié)果見圖1。

從圖1可以看出中性蛋白酶隨著pH的增加，水解度也迅速增加，當pH為7.0時，水解度、還原力和DPPH自由基清除率都達到最大值，分別為23.62%、0.401、39.34%，隨著pH的繼續(xù)增加，水解度、還原力和DPPH自由基清除率逐漸下降。因此，反應(yīng)pH為 7.0為中性蛋白酶反應(yīng)的最適pH。

2.2.2 溫度對水牛奶酪蛋白酶解制備抗氧化肽的影響 溫度對中性蛋白酶水解水牛奶酪蛋白影響結(jié)果見圖2。

圖1 pH對樣品的水解度、DPPH自由基清除率和還原能力的影響Fig.1 Effect of pH on degree of hydrolysis，DPPH radical－scavenging capacity and reducing power of hydrolysis

圖2 溫度對樣品的水解度、DPPH自由基清除率和還原能力的影響Fig.2 Effect of temperature on degree of hydrolysis，DPPH radical－scavenging capacity and reducing power of hydrolysis

從圖2可以看出，隨著溫度的增加，水解度、還原能力和DPPH自由基清除率隨之增大，溫度達到45℃時，水解度、酶解物的還原能力和DPPH自由基清除率最大值，分別為23.90%、0.410、45.90%。隨著溫度的逐漸增加，它們反而逐漸降低。因此，當溫度為45℃時，反應(yīng)具有最大的水解度，且其酶解物具有最高還原能力和DPPH自由基清除率，選擇45℃作為中性蛋白酶的最適反應(yīng)溫度。

2.2.3 時間對水牛奶酪蛋白酶解制備抗氧化肽的影響 時間對中性蛋白酶水解水牛奶酪蛋白影響結(jié)果見圖3所示。

從圖3可以看出，中性蛋白酶酶解時間在4h內(nèi)，水解度隨著酶解時間的增加而增加，在4h時水解度達到最大值并且基本保持不變。當酶解時間達到4h時，酶解物的還原能力和DPPH自由基清除率達到最大值，分別為0.410和45.90%。因此，當作用時間為4h時，反應(yīng)具有最大的水解度，并且其酶解物具有最好的還原能力和DPPH自由基清除率，選擇4h作為中性蛋白酶的最適反應(yīng)時間。

2.2.4 E∶S濃度比對水牛奶酪蛋白酶解制備抗氧化肽的影響 酶濃度對中性蛋白酶水解水牛奶酪蛋白影響結(jié)果見圖4。

圖3 酶解時間對樣品的水解度、DPPH自由基清除率和還原能力的影響Fig.3 Effect of the hydrolysis time on degree of hydrolysis，DPPH radical－scavenging capacity and reducing power of hydrolysis

圖4 酶與底物濃度比對樣品的水解度、DPPH自由基清除率和還原能力的影響Fig.4 Effect of E∶S ratio on degree of hydrolysis，DPPH radical－scavenging capacity and reducing power of hydrolysis

從圖4可以看出，中性蛋白酶的E∶S濃度增加，水解度不斷的增加，當E∶S濃度比為4%、5%時酪蛋白的水解度達到最大值。這說明在底物濃度不變的情況下，增加酶用量可以提高酶與底物的結(jié)合效率。當E∶S濃度比為4%時酶解物的還原能力和DPPH自由基清除率最大，但隨著E∶S的繼續(xù)增加，還原能力和DPPH自由基清除率減小。因此選擇E∶S濃度比為4%。

2.3 水牛奶酪蛋白酶解工藝的優(yōu)化

2.3.1 Box－Behnken設(shè)計方案及響應(yīng)值 根據(jù)單因素分析所得結(jié)果，按照Box－Behnken設(shè)計方案對酶解工藝進行優(yōu)化。前期的研究結(jié)果表明，水解度、還原能力、DPPH自由基清除率之間存在線性關(guān)系。所以，選擇還原能力作為響應(yīng)面指標的響應(yīng)值，固定反應(yīng)時間為4h，對酶解反應(yīng)的pH、溫度、E∶S進行三因素三水平響應(yīng)面實驗，具體設(shè)計及實驗結(jié)果見表3。

2.3.2 多元二次響應(yīng)面回歸模型分析 采用Design－Expert 7.0軟件對表3實驗結(jié)果進行二次回歸響應(yīng)面分析，建立多元二次響應(yīng)面回歸模型，結(jié)果見表4。

由Box－Behnken實驗擬合出的回歸方程為:Y= 0.42+0.027A+0.027B+0.055C－4.500E+003AB－0.024AC－0.025BC－0.024A2－0.032B2－0.033C2。

從表4可以看出，回歸方程的模型p值是極顯著的(p＜0.0010)，且模型的擬合度(R2=0.9801)較高，說明預測值與真實值之間具有較高的相關(guān)性。從表4中回歸模型的決定系數(shù) A(pH)、B(溫度)、 C(E∶S)、BC(溫度與E∶S的交互作用)，AC(pH與E∶S的交互作用)，它們的Prob＞F值分別為0.0029、0.0027、0.0001、0.0168、0.0181，對酶解物的還原能力影響顯著，說明該模型的擬合度良好。影響酪蛋白酶解物還原能力的各因素按影響大小排序依次為C(E∶S)＞B(溫度)＞A(pH)，三個因素的影響均達到極著顯著水平。

表4 二次響應(yīng)面回歸模型方差分析Table 4 Analysis of variance for the fitted regression model

表3 Box－Behnken設(shè)計方案響應(yīng)值結(jié)果Table 3 Experimental design and results for response surface analysis

從響應(yīng)曲面圖可以直觀地看出各參數(shù)之間的相互作用和最大響應(yīng)值，它是回歸方程的圖形描述，三因素對還原能力的交互作用見圖5～圖7。從圖5中可知在E∶S一定時，隨著pH和溫度的增加，水牛奶酪蛋白酶解物的還原能力先增加后逐漸減少。由此可見適當?shù)脑黾觩H和溫度可以提高酶解物的抗氧化活性。從圖6中可知，隨著E∶S的增加，酶解物的還原能力先快速增加后緩慢降低，而隨著pH的增大，酶解物還原能力先增大后減小。從圖7中可知，隨著E∶S的增加酶解物的還原能力先升高而后趨于平緩，而隨著溫度的升高酶解物的還原能力先增大后減小，從圖中還可以直觀看出，E∶S和溫度的交互作用在圖形中反映出適宜的條件使酶解物的還原能力達到最大值，過高或過低都會使酶解物還原能力降低。從響應(yīng)面分析圖可以看出，BC(溫度與E∶S)，AC(pH與E∶S)的交互作用顯著，而AB(pH與溫度)交互作用不顯著，表現(xiàn)為圖6、圖7的曲線較陡。

圖5 pH和溫度的交互作用響應(yīng)曲面圖Fig.5 Response surface plot for the pairwise of pH and temperature

圖6 pH和E∶S交互作用響應(yīng)曲面圖Fig.6 Response surface plot for the pairwise effect of pH and E∶S

根據(jù)Design－Expert7.0軟件分析得到還原能力最強時的最佳工藝為在 pH為6.90，反應(yīng)溫度為46.44℃，E∶S為4.54%的工藝條件下，酪蛋白酶解物還原能力最大值的預測值為0.445。為了檢驗響應(yīng)面分析法的可靠性，將優(yōu)化后的酶解工藝參數(shù)適當修正后進行水解驗證實驗。將酪蛋白酶解工藝的最佳條件修正為pH為6.90，溫度為46℃，酶與底物濃度比為4.6%，并以此條件做三次平行實驗，驗證實驗有效性。實際測得的酪蛋白酶解物的還原能力為0.457±0.017，與理論預測值0.445相差不大。因此，采用RSA法優(yōu)化得到的酶解工藝條件準確可靠，具有實用價值。

圖7 溫度與E∶S交互作用響應(yīng)曲面圖Fig.7 Response surface plot for the pairwise effect of temperature and E∶S

Liu［12］、Suetsuna［13］和吳丹［14］等分別利用胰蛋白酶、胃蛋白酶和木瓜蛋白酶對荷斯坦牛奶中酪蛋白進行酶解制備抗氧化活性肽，研究結(jié)果表明這些小分子肽都具有較強的抗氧化活性。本實驗首次利用水牛奶作為原料分離得到水牛奶酪蛋白，然后選用五種蛋白酶對得到的酪蛋白進行酶解制備抗氧化活性肽。實驗結(jié)果表明通過不同的蛋白酶酶解水牛奶酪蛋白得到的多肽都具有抗氧化活性，但是抗氧化活性的強弱是不同的。從酶的篩選實驗結(jié)果得出中性蛋白酶是制備水牛奶酪蛋白抗氧化活性肽最適合蛋白酶，其酶解物具有最強的抗氧化活性，這與前人研究結(jié)果不同。根據(jù)研究表明［15］，水牛酪蛋白αs1、β和κ均沒有多態(tài)性，這一點與普通牛不同，就κ酪蛋白氨基酸組成而言，N－乙?；肴樘前泛屯僖核岬谋壤趦蓚€物種中也存在差異，前者在水牛和普通牛中分別為每摩爾蛋白0～4.3和0～6.7mol，后者在水牛和普通牛中為每摩爾蛋白5.5～8.5和3.5～4.3mol，或許是這兩種蛋白存在差異導致了酶解物也有所差異;另一個可能原因是本研究使用的蛋白酶來源于solarbio廠家，而 Suetsuna［13］等研究采用的是 Merck廠家，二者之間的酶解特性可能存在一定的差異。具體情況尚需進一步地研究。

3 結(jié)論

利用蛋白含量豐富水牛奶作為原料，通過等電點沉淀法分離得到酪蛋白，利用酶解方法制備抗氧化活性多肽。發(fā)現(xiàn)選用來源于動植物的五種蛋白酶對水牛奶酪蛋白進行酶解，五種蛋白酶酶解物均具有抗氧化活性，其中，中性蛋白酶酶解水牛奶酪蛋白得到的酶解物的抗氧化活性明顯高于其他蛋白酶酶解物。通過單因素和響應(yīng)面分析結(jié)果獲得中性蛋白酶酶解水牛奶酪蛋白制備抗氧化活性多肽酶解的最佳工藝參數(shù)為:pH為6.90，溫度為46℃，酶與底物濃度比為4.6%，酶解時間4h，此時10mg/m L酶解物的還原能力為0.457。

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Study on preparation of antioxidant peptides derived from buffalo casein by enzyme hydrolysis technology

BIQiu－h(huán)ua1，GONG Xia2，BAIWen－juan1，CHENWen－shuo1，LIQuan－yang1，*
(1.College of Light Industry and Food Engineering，Guangxi University，Nanning 530004，China; 2.Department of Tourism and Food Science，Shanghai Business School，Shanghai200235，China)

Alcalase，neutrase，papain，trypsin and pepsinto hyd rolyze buffalo m ilk casein were com pared to p repare antioxidant pep tide on the basis of hyd rolysis degree，DPPH rad ical－scavenging capacity and reducing power as detec tion ind icators，and the neutrase was selected to be the most suitab le one.The technology for p reparing p rotein hyd rolysates from casein was op tim ized w ith one－fac tor－at－at－a－tim e experiments and response surface methodology(RSM).The op tim um technological parameter for p reparing antioxidant pep tide w ith neutrase was obtained as:pH 6.9 at46℃，enzyme/substrate ratio 4.6%and the hyd rolysis time 4.0h，and the reducing ab ility of 10mg/m L hyd rolysates was 0.457.The experimental resultwas good ag reementw ith the p redicted value.

buffalo m ilk;casein hyd rolysates;antioxidant pep tide;response surface methodology

TS252.1

B

1002－0306(2012)12－0309－05

2011－09－27 *通訊聯(lián)系人

閉秋華(1983－)，女，碩士研究生，研究方向:乳制品科學與技術(shù)。

廣西科學研究與技術(shù)開發(fā)計劃項目(桂科攻11107005－1D);國家自然科學基金資助項目(1071576);上海市教育委員會科研創(chuàng)新項目(09YZ470)。