華 鑫，孫樂常,2，萬楚君，唐 逸，翁 凌,2，劉光明,2，曹敏杰,2,*

（1.集美大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，福建 廈門 361021；2.水產(chǎn)品深加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，福建 廈門 361021）

刺參（Stichopus japonicus）屬棘皮動(dòng)物門（Echinodermata）、海參綱（Holothuroidea），是我國最重要的養(yǎng)殖品種。刺參不僅含有各種人體所需的氨基酸、維生素、必需脂肪酸還含有三萜苷[1]、腦苷脂[2]、多糖[3]和皂苷[4]等多種生物活性物質(zhì)。體壁作為刺參的主要食用部位，主要是由膠原纖維、蛋白聚糖和其他成分組成[5]。干燥刺參體壁中蛋白質(zhì)含量高達(dá)90%[6]，是典型的高蛋白、低脂肪、低膽固醇的優(yōu)質(zhì)食品。

另一方面，由高血壓所引起的心血管疾病發(fā)病率在我國仍居高不下，高血壓患者常伴有以下并發(fā)癥：腦出血、冠心病、腦梗塞等[7]。研究發(fā)現(xiàn)，血管緊張素轉(zhuǎn)化酶（angiotensin I-converting enzyme，ACE）是調(diào)節(jié)血壓的關(guān)鍵性蛋白酶。ACE是一種含鋅離子的二羧肽酶，可以將不具有活性的血管緊張素I轉(zhuǎn)化為強(qiáng)力血管收縮劑——血管緊張素II，同時(shí)鈍化舒緩激肽，從而使血壓升高[8]。一些通過化學(xué)合成法制備的降壓類藥物，如卡托普利、依那普利和賴諾普利，雖然具有良好的降壓功效，但同時(shí)會(huì)產(chǎn)生發(fā)熱、皮疹、咳嗽等藥物副作用[9]。因此，近年來人們將研究目標(biāo)轉(zhuǎn)向更加安全的食源性ACE抑制肽。迄今為止，國內(nèi)外已有很多文獻(xiàn)報(bào)道了利用水產(chǎn)動(dòng)物蛋白制備ACE抑制肽。Lassoued等[10]利用堿性蛋白酶對(duì)棘背鰩魚魚皮明膠進(jìn)行酶解，制備了高活性ACE抑制肽；Wu Qiang等[11]從鮑魚性腺酶解產(chǎn)物中純化得到1 個(gè)可抑制ACE活性的三肽；Balti等[12]從墨魚肌肉蛋白酶解產(chǎn)物中，分離得到了9 種新型ACE抑制肽。這些利用水產(chǎn)動(dòng)物蛋白制備的小肽有望開發(fā)成為具有降血壓功效的功能性食品。

刺參肽是指以新鮮的刺參為原料，經(jīng)過蛋白酶酶解，分離得到的具有一定功能特性的生物活性物質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，刺參蛋白肽具有良好的抗氧化活性[13]，能夠明顯升高大鼠血清高密度脂蛋白含量并降低血清甘油三酯的水平[14]，可以降低運(yùn)動(dòng)后小鼠的血尿素氮含量，提高其肝糖原含量，且抗疲勞功效隨灌胃量的提高而增強(qiáng)[15]。除此之外，它還具有抗腫瘤[16]、促進(jìn)生殖細(xì)胞形成[17]等生物活性。本研究利用復(fù)合蛋白酶對(duì)刺參體壁進(jìn)行酶解，并結(jié)合膜超濾技術(shù)對(duì)酶解產(chǎn)物進(jìn)行分離，以期獲得高活性、低分子質(zhì)量ACE抑制肽，旨在為刺參的深加工提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮活刺參購自廈門高崎水產(chǎn)市場(chǎng)，去除內(nèi)臟洗凈備用。

堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶、中性蛋白酶、復(fù)合蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶 丹麥Novozymes公司；卡托普利、Hip-His-Leu（HHL）、豬胰蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶美國Sigma公司；豬ACE、豬胃蛋白酶由本實(shí)驗(yàn)室制備；其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

PT-2100組織搗碎機(jī) 瑞士Kinematica公司；pH計(jì)德國Sartorius公司；恒溫水浴鍋 德國Memmert公司；Lambda 35紫外分光光度計(jì) 美國Perkin Elmer公司；膜超濾裝置 美國Millipore公司；FD-1D-50真空冷凍干燥機(jī) 北京博醫(yī)康科技公司；BP-98AL動(dòng)物無創(chuàng)血壓測(cè)試系統(tǒng) 日本Softron公司。

1.3 方法

1.3.1 刺參ACE抑制肽的制備

1.3.1.1 蛋白酶的篩選

以新鮮刺參體壁作為酶解原料，分別用復(fù)合蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶和木瓜蛋白酶對(duì)原料進(jìn)行酶解。固定酶解條件為料液比1∶8（g/mL）、加酶量1.0%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、酶解時(shí)間5 h，在各酶的最適溫度和pH值下進(jìn)行（表1）。酶解結(jié)束后于95 ℃加熱10 min終止反應(yīng)，將酶解液進(jìn)行離心（10 000×g，10 min），測(cè)定上清液的ACE抑制活性，篩選出酶解效果最佳的蛋白酶。

表1 5 種蛋白酶降解刺參的酶解條件Table 1 Hydrolysis conditions for sea cucumber by five proteinases

1.3.1.2 復(fù)合蛋白酶酶解條件的優(yōu)化

選用復(fù)合蛋白酶作為刺參體壁水解蛋白酶，利用單因素試驗(yàn)優(yōu)化最佳酶解條件。1）料液比的影響：在加酶量1.0%、pH 6.5、酶解5 h條件下，考察料液比（1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10（g/mL））對(duì)刺參體壁酶解產(chǎn)物ACE抑制率的影響。2）加酶量的影響：在料液比1∶6（g/mL）、pH 6.5、酶解5 h條件下，考察復(fù)合蛋白酶添加量（0.1%、0.3%、0.5%、0.8%、1.0%、2.0%）對(duì)刺參體壁酶解產(chǎn)物ACE抑制率的影響。3）pH值的影響：在料液比1∶6（g/mL）、加酶量0.8%、酶解時(shí)間5 h條件下，考察反應(yīng)pH值（6.0、6.5、7.0、8.0）對(duì)刺參體壁酶解產(chǎn)物ACE抑制率的影響。4）酶解時(shí)間的影響：在料液比1∶6（g/mL）、加酶量0.8%、pH 7.0條件下，考察酶解時(shí)間（0、2、4、6、8、10 h）對(duì)刺參體壁酶解產(chǎn)物ACE抑制率的影響。

1.3.2 ACE抑制率的測(cè)定

ACE抑制率的測(cè)定參照邱娟等[18]的方法并稍作修改，方法簡述如下：取濃度6.5 mmol/L的HHL溶液（含0.3 mol/L NaCl的硼酸鹽緩沖液，pH 8.3）50 μL與20 μL樣品混勻，37 ℃孵育5 min后加入20 μL ACE，37 ℃反應(yīng)1 h后加入50 μL 1 mol/L HCl溶液終止反應(yīng)。然后加入600 μL乙酸乙酯振蕩萃取，1 000×g離心5 min后吸取200 μL酯層，晾干后獲得萃取物，加入600 μL蒸餾水充分溶解該萃取物，在228 nm波長處測(cè)定其吸光度。對(duì)照組中樣品用硼酸鹽緩沖液代替，空白組則預(yù)先加入HCl終止反應(yīng)。ACE抑制率計(jì)算如下所示：

式中：A樣為樣品組吸光度；A樣空為樣品空白組吸光度；A對(duì)為對(duì)照組吸光度；A對(duì)空為對(duì)照空白組吸光度。

IC50為樣品的ACE抑制率達(dá)到50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的蛋白質(zhì)量濃度，其測(cè)定方法為：稱取一定質(zhì)量樣品配制成不同質(zhì)量濃度溶液，以樣品質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，對(duì)ACE的抑制率為縱坐標(biāo)繪制曲線，根據(jù)曲線計(jì)算IC50。

1.3.3 ACE抑制肽的分離及活性分析

刺參體壁酶解產(chǎn)物中多糖的去除，參照Forghani等[19]的方法并稍作修改，酶解液離心取上清液，然后向其中加入體積分?jǐn)?shù)60%乙醇溶液，于4 ℃靜置24 h，離心（10 000×g，15 min），收集上清液，置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除酶解液中的乙醇。選取截留分子質(zhì)量為3 kDa的超濾膜對(duì)樣品進(jìn)行超濾，得到不同分子質(zhì)量范圍的刺參肽（大于3 kDa和不大于3 kDa）。收集超濾外液（不大于3 kDa）用于性質(zhì)分析。

1.3.4 刺參ACE抑制肽的穩(wěn)定性分析

1.3.4.1 熱穩(wěn)定性

將樣品溶液分別在60、70、80、90、100 ℃水浴中孵育2 h，冷卻至室溫后測(cè)定樣品的ACE抑制活性。

1.3.4.2 pH值穩(wěn)定性

將樣品溶液的pH值分別調(diào)至2.0、4.0、6.0、8.0和10.0，37 ℃孵育2 h，待到達(dá)反應(yīng)時(shí)間后，調(diào)節(jié)溶液pH值至中性測(cè)定其ACE抑制活性。

1.3.4.3 消化穩(wěn)定性

模擬胃腸液消化實(shí)驗(yàn)參照Liang Qiufang等[20]方法，略作修改。取5 mL樣品溶液調(diào)節(jié)其pH值至2.0，加入0.5%胃蛋白酶，37 ℃反應(yīng)60 min，待到達(dá)反應(yīng)時(shí)間后，立即用0.1 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液pH值至7.5，隨后加入0.5%胰蛋白酶和0.5%胰凝乳蛋白酶，37 ℃反應(yīng)90 min，反應(yīng)結(jié)束后于95 ℃水浴中放置10 min使酶失活，即得該樣品的胃腸液消化產(chǎn)物。

1.3.5 抑制動(dòng)力學(xué)分析

抑制動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)參照Barbana等[21]報(bào)道的方法，并稍作修改。將ACE與不同質(zhì)量濃度（0、0.5、1.0、1.5、3.0 mg/mL）的刺參肽孵育，在不同HHL底物濃度下（0.5、1.0、2.5、6.5 mmol/L），測(cè)定ACE抑制活性，利用Lineweaver-Burk雙倒數(shù)作圖法對(duì)刺參ACE抑制肽的抑制模式進(jìn)行研究。

1.3.6 刺參ACE抑制肽的體內(nèi)降血壓活性分析

選用北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司提供的9～11 周、尾部收縮壓超過180 mm Hg的雄性自發(fā)性高血壓大鼠（spontaneously hypertensive rat，SHR）。飼養(yǎng)于24 ℃恒溫12 h光照-12 h黑暗的房間，食物與水自由采食，適應(yīng)性飼養(yǎng)1 周。SHR隨機(jī)分為4 組，每組4 只，以卡托普利作為陽性對(duì)照（10 mg/kg），刺參ACE抑制肽（小于3 kDa）通過口服灌胃的方式進(jìn)行給藥，灌胃量為100 mg/kg和300 mg/kg，陰性對(duì)照組灌胃同等劑量生理鹽水。按照上述劑量一次性給藥，測(cè)定大鼠給藥后0、2、4、6、12、24 h的收縮壓，每只大鼠血壓值為測(cè)定4 次的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 蛋白酶的篩選

圖1 5 種蛋白酶酶解刺參體壁蛋白的Tricine-SDS-PAGEFig. 1 Tricine-SDS-PAGE analysis of hydrolysates produced with five proteinases

圖2 不同蛋白酶酶解產(chǎn)物的ACE抑制率Fig. 2 ACE inhibitory activity of hydrolysates produced with different proteinases

以刺參體壁作為酶解原料，分別用復(fù)合蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶和木瓜蛋白酶對(duì)原料進(jìn)行酶解，以N-三（羥甲基）甲基甘氨酸十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（Tricine sodium dodecyl sulphate-polyacrylamide gel electrophoresis，Tricine SDSPAGE）分析及酶解產(chǎn)物ACE抑制活性為考察指標(biāo)，篩選出最佳蛋白酶。小分子肽段更容易被機(jī)體消化吸收[12]。堿性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶雖然對(duì)刺參體壁具有一定的酶解效果，但酶解產(chǎn)物中仍存在較多大分子質(zhì)量的蛋白，而風(fēng)味蛋白酶和復(fù)合蛋白酶酶解產(chǎn)物的泳道下方未發(fā)現(xiàn)明顯的電泳條帶（圖1）。說明風(fēng)味蛋白酶和復(fù)合蛋白酶可以將刺參體壁降解成分子質(zhì)量更小的多肽，其中，復(fù)合蛋白酶酶解產(chǎn)物具有較高的ACE抑制活性，抑制率為76.2%（圖2）。因此，選用復(fù)合蛋白酶進(jìn)行后續(xù)的酶解實(shí)驗(yàn)。

2.2 復(fù)合蛋白酶單因素試驗(yàn)結(jié)果

圖3 各因素對(duì)酶解產(chǎn)物ACE抑制活性的影響Fig. 3 Effects of various factors on the ACE inhibitory activity of enzymatic hydrolysates

選用復(fù)合蛋白酶對(duì)刺參體壁進(jìn)行定向酶解，以ACE抑制率為考察指標(biāo)，對(duì)其制備工藝參數(shù)進(jìn)行單因素優(yōu)化，探究料液比、加酶量、反應(yīng)pH值和酶解時(shí)間對(duì)刺參體壁酶解產(chǎn)物ACE抑制率的影響。由圖3a可知，隨著溶劑用量的增加，酶解產(chǎn)物ACE抑制率逐漸增大，當(dāng)料液比為1∶6時(shí)酶解液活性最高，故選擇料液比為1∶6。隨著加酶量的增大，酶解液ACE抑制率呈現(xiàn)先升高后逐漸平緩的趨勢(shì)（圖3b），當(dāng)加酶量為0.8%時(shí)，酶解產(chǎn)物ACE抑制率為74.7%，繼續(xù)增大加酶量，酶解產(chǎn)物對(duì)ACE抑制活性沒有明顯增加，因此選擇0.8%作為最適加酶量。同時(shí)，綜合考慮ACE抑制活性和生產(chǎn)成本，最佳酶解時(shí)間6 h（圖3c），pH 7.0（圖3d）。

2.3 ACE抑制肽的分離及活性分析

圖4 刺參ACE抑制肽活性分析Fig. 4 ACE inhibitory activity of sea cucumber-derived peptides

為了排除多糖對(duì)ACE的影響，以60%乙醇溶液對(duì)酶解液進(jìn)行沉淀，以去除刺參體壁中的多糖。酶解液醇沉后經(jīng)離心，取上清液進(jìn)行3 kDa膜超濾，比較膜內(nèi)外組分的ACE抑制活性。同時(shí)，對(duì)刺參ACE抑制肽的活性IC50進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如圖4所示。當(dāng)ACE抑制肽質(zhì)量濃度為0～1.5 mg/mL時(shí)，ACE抑制活性持續(xù)上升，抑制率接近60%。當(dāng)質(zhì)量濃度大于1.5 mg/mL時(shí)，隨著ACE抑制肽質(zhì)量濃度的增加，ACE抑制率仍有上升，但增加幅度逐漸趨于平緩。經(jīng)計(jì)算，刺參ACE抑制肽的IC50為1.3 mg/mL。張艷萍等[22]利用貽貝為原料降解獲得的酶解產(chǎn)物ACE抑制活性IC50為34.6 mg/mL；Bernardini等[23]制備的牛胸肉酶解產(chǎn)物在蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度為1.48 mg/mL時(shí)ACE抑制率為40.6%；周麗杰等[24]采用酶解法和Plastein反應(yīng)修飾法獲得牡蠣ACE抑制肽，在酶解液蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度5 mg/mL時(shí)ACE抑制率為63.30%。以上結(jié)果表明，以刺參體壁為原料制備的ACE抑制肽具有較好的活性。此外，經(jīng)3 kDa膜超濾，超濾外液具有較高的ACE抑制活性，IC50為0.8 mg/mL，而分子質(zhì)量大于3 kDa組分IC50為3.2 mg/mL，說明分子質(zhì)量較小的肽類其ACE抑制活性更高。

2.4 刺參ACE抑制肽的穩(wěn)定性分析

圖5 溫度（a）、pH值（b）對(duì)刺參ACE抑制肽活性的影響Fig. 5 Effects of temperature and pH value on the activity of ACE inhibitory peptides

開發(fā)ACE抑制肽時(shí)，除需具有較高的ACE抑制活性外，還要在生產(chǎn)、貯藏及體內(nèi)消化吸收過程中具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，因此對(duì)刺參體壁ACE抑制肽的熱穩(wěn)定性、pH值穩(wěn)定性及消化穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。

刺參多肽具有較好的熱穩(wěn)定性（圖5a），其ACE抑制活性不隨溫度的升高而發(fā)生降低；從圖5b可以看出，刺參多肽同樣具有較強(qiáng)的pH值穩(wěn)定性，經(jīng)酸堿處理并沒有對(duì)其抑制活性產(chǎn)生明顯影響，這與已報(bào)道的墨魚ACE抑制肽的熱穩(wěn)定性、pH值穩(wěn)定性[12]基本一致。由于小分子肽段在高溫、酸性和堿性條件下不易發(fā)生肽鏈的斷裂[25]，復(fù)合蛋白酶可以將刺參體壁降解成小分子多肽，因此在高溫、酸性和堿性條件下刺參ACE抑制肽仍具有較強(qiáng)的ACE抑制活性。

表2 胃腸道蛋白酶消化對(duì)刺參ACE抑制肽活性的影響Table 2 Effects of gastrointestinal enzymatic digestion on the activity of ACE inhibitory peptides

從表2可以看出，刺參ACE抑制肽經(jīng)胃腸液蛋白酶消化后，其活性未降低。這可能是由于：1）刺參ACE抑制肽具有較強(qiáng)的抵抗胃腸道蛋白酶消化的能力；2）胃腸道蛋白酶將刺參ACE抑制肽降解成了分子質(zhì)量更小的刺參肽，而這些多肽同樣具有ACE抑制活性。該現(xiàn)象在油菜籽ACE抑制肽的體外消化實(shí)驗(yàn)中也被發(fā)現(xiàn)[26]。

2.5 抑制動(dòng)力學(xué)分析

利用Lineweaver-Burk雙倒數(shù)作圖法對(duì)刺參ACE抑制肽的抑制模式進(jìn)行研究。從圖6可以看出，當(dāng)刺參ACE抑制肽的質(zhì)量濃度分別為0、0.5、1.0、1.5、3.0 mg/mL時(shí)，它們的Lineweaver-Burk雙倒數(shù)曲線相交于X軸，隨著刺參ACE抑制肽質(zhì)量濃度的增加，Km未發(fā)生明顯變化，而最大速率Vmax逐漸降低，說明刺參ACE抑制肽能結(jié)合在ACE的非活性部位，且不影響底物與ACE催化區(qū)域的結(jié)合，并通過與酶-底物形成的三元復(fù)合物抑制其進(jìn)行進(jìn)一步分解而實(shí)現(xiàn)對(duì)ACE的抑制，屬于非競爭性抑制類型。這與報(bào)道的酵母ACE抑制肽[27]和扁豆蛋白ACE抑制肽[21]具有相同的抑制模式。

圖6 刺參ACE抑制肽對(duì)ACE抑制的動(dòng)力學(xué)分析Fig. 6 Kinetic study of the inhibitory activity of sea cucumber-derived peptides against ACE

2.6 刺參ACE抑制肽對(duì)SHR血壓的影響

圖7 口服刺參ACE抑制肽對(duì)SHR收縮壓的影響Fig. 7 Changes in SBP of SHR after oral administration of sea cucumber-derived peptides

動(dòng)物收縮壓是指動(dòng)物心室收縮時(shí)血管內(nèi)壁的壓力（亦稱高壓），是高血壓動(dòng)物實(shí)驗(yàn)常用的測(cè)定指標(biāo)[28-29]。本研究中，以SHR為對(duì)象，一次性灌胃刺參ACE抑制肽，并在給藥后0、2、4、6、12、24 h測(cè)定大鼠尾動(dòng)脈收縮壓，結(jié)果如圖7所示。灌胃前SHR的平均血壓為（189±0.83）mm Hg，灌胃后24 h內(nèi)對(duì)照組大鼠血壓無顯著變化。刺參ACE抑制肽實(shí)驗(yàn)組SHR在灌胃后，血壓均有所降低，且降幅隨著灌胃量的增加而增大。其中100 mg/kg實(shí)驗(yàn)組的大鼠血壓降幅不明顯，而300 mg/kg實(shí)驗(yàn)組對(duì)SHR表現(xiàn)出良好的降壓效果，灌胃后2 h，SHR的血壓顯著降低，在給藥后4 h 收縮壓降幅達(dá)到最高，為26 mm Hg，盡管與陽性對(duì)照卡托普利（10 mg/kg）的35 mm Hg存在一定的差距，但刺參肽是食源性ACE抑制肽，具有降壓效果溫和、安全性高、無藥物副作用等優(yōu)點(diǎn)。給藥4 h后刺參ACE抑制肽實(shí)驗(yàn)組及卡托普利組大鼠血壓逐漸回升，24 h后各組大鼠血壓與空白組無顯著差異（P＜0.05）。Gao Mingrong等[29]從星蟲中純化得到一種ACE抑制肽，以5 mg/kg劑量一次性灌胃SHR，發(fā)現(xiàn)SHR在灌胃后2 h出現(xiàn)明顯的收縮壓下降，且能在4 h內(nèi)持續(xù)保持較低水平。相比之下，本研究所用的是酶解多肽組分，在得率上遠(yuǎn)高于純化肽，具有更好的應(yīng)用前景。實(shí)驗(yàn)期間，SHR未出現(xiàn)咳嗽、過敏等不良反應(yīng)。前期研究中以刺參性腺為原料分離了ACE抑制肽NAPHMR，其IC50為（260.22±3.71）μmol/L[30]?？梢?，刺參是制備ACE抑制肽的良好原料。

3 結(jié) 論

利用復(fù)合蛋白酶對(duì)刺參體壁進(jìn)行酶解，通過單因素法優(yōu)化獲得酶解的最佳工藝參數(shù)為：料液比1∶6（g/mL）、加酶量0.8%、酶解時(shí)間6 h、pH 7.0。酶解產(chǎn)物經(jīng)膜超濾，分子質(zhì)量小于3 kDa的組分具有較高ACE抑制活性，IC50為0.8 mg/mL，對(duì)ACE表現(xiàn)為非競爭性抑制。此外，刺參ACE抑制肽不僅具有較好的熱穩(wěn)定性和pH值穩(wěn)定性，同時(shí)具有較強(qiáng)的抵抗胃腸道蛋白酶消化的能力?？诜虆CE抑制肽能夠顯著性降低SHR血壓，說明其在機(jī)體內(nèi)具有良好的降壓功效，具有潛在的開發(fā)價(jià)值和應(yīng)用前景。

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