碱性蛋白酶水解林蛙卵粕蛋白的工艺条件优化

2012-07-28 06:42赵先花
化学与生物工程 2012年10期
关键词:林蛙底物反应时间

高 冷,杨 爽,赵先花

(长春工业大学化学与生命科学学院,吉林 长春130012)

东北林蛙(Ranachensinensis)亦称蛤士蟆,广泛分布于我国东北地区,是集药、食、补于一体的珍贵经济蛙种。雌性林蛙的输卵管即蛤蟆油已载入《中国药典》,具有补肾益精、养阴润肺等功效[1]。蛤蟆油分离后的残渣中含有大量的林蛙卵,林蛙卵中蛋白含量较为丰富,含有人体营养所需的8种必需氨基酸,且富含微量元素,是一种优质的天然保健品原料[1,2],可以通过水解制备混合氨基酸,但目前开发利用甚少,往往都被废弃掉,造成了极大浪费。

传统的氨基酸生产方法有酸法和碱法,其中酸法虽然可使林蛙卵粕蛋白水解充分,但会导致色氨酸全部破坏;而碱法能够引起消旋作用,从而降低氨基酸的营养价值[3];酶水解反应条件温和,对氨基酸破坏小,是水解林蛙卵粕蛋白最有前途的方法。碱性蛋白酶是一类适宜在碱性条件下水解蛋白质肽键的酶类[4]。作者选用碱性蛋白酶对CO2超临界萃取蛤蟆油后的林蛙卵粕进行水解,并优化了水解工艺条件,拟为林蛙卵的开发利用提供参考。

1 实验

1.1 材料、试剂与仪器

林蛙卵粕,吉林吉云鹿业发展有限公司;碱性蛋白酶,北京奥博星生物技术有限责任公司;其它试剂均为分析纯。

DK-S26型电热恒温水浴锅,上海精宏实验设备有限公司;SH2601型精密酸度计,上海大普仪器有限公司;电子万用炉,天津泰斯特仪器有限公司;GL-21LM型离心机,星科科学仪器有限公司;90-2型恒温磁力搅拌器,上海亚荣生化仪器厂;电子天平,梅特勒-托利多仪器设备有限公司。

1.2 方法

1.2.1 酶水解流程

按4%(质量浓度,下同)称取经CO2超临界萃取蛤蟆油后的林蛙卵粕加入到蒸馏水中→调节pH值→加入2000 U·g-1的碱性蛋白酶→60 ℃恒温水浴水解120 min(保持pH值不变)→90 ℃水浴加热10 min→冷却至室温,调pH值至中性→离心(7000 r·min-1,10 min)→测定上清液水解度。

1.2.2 单因素实验

固定其它工艺条件,分别改变反应温度(30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃)、酶加量(1000 U·g-1、1500 U·g-1、2000 U·g-1、2500 U·g-1、3000 U·g-1)、底物浓度(3%、4%、5%、6%、7%)、反应时间(30 min、60 min、120 min、180 min、240 min),考察其对蛋白水解度的影响。

1.2.3 正交实验

在单因素实验的基础上,选取反应温度、酶加量、底物浓度、反应时间为考察因素,以蛋白水解度为考核指标,进行L9(43)正交实验确定最佳水解条件。

1.3 分析与检测[5]

采用微量凯氏定氮法并参照GB 5009.5-85测定蛋白质(总氮)含量;采用甲醛滴定法测定氨基态氮含量。依下式计算蛋白水解度(DH):

2 结果与讨论

2.1 单因素实验结果与分析

2.1.1 反应温度对水解度的影响(图1)

图1 反应温度对水解度的影响

由图1可知,随着反应温度的上升,水解度逐渐升高;当反应温度达到60 ℃时,水解度达到最高;当反应温度高于60 ℃后,酶逐渐变性失活,导致水解度降低。

2.1.2 酶加量对水解度的影响(图2)

图2 酶加量对水解度的影响

由图2可知,随着酶加量的增加,水解度逐渐升高;当酶加量达到2000 U·g-1后,水解度升幅趋缓。

2.1.3 底物浓度对水解度的影响(图3)

图3 底物浓度对水解度的影响

由图3可知,底物浓度在3%~4%之间时,酶与底物结合几率较低,反应速度慢,导致水解度较低;当底物浓度为4%时,水解度达到最高;底物浓度在4%~7%之间时,底物与酶分子之间接触的机会减少,影响反应速度,也使得水解度降低。

2.1.4 反应时间对水解度的影响(图4)

图4 反应时间对水解度的影响

由图4可知,反应前60 min内,水解度迅速升高;反应120 min后,水解度升幅趋缓。

2.2 正交实验结果与分析(表1)

表1 正交实验结果与分析

由表1可知,各因素对蛋白水解度的影响大小依次为A>C>D>B,即反应温度的影响最大,底物浓度次之,而后是反应时间,酶加量的影响最小;最佳水解条件为A3B2C1D2,即反应温度为60 ℃、酶加量为2000 U·g-1、底物浓度为4%、反应时间为120 min,在此条件下进行3次验证实验,水解度分别为10.19%、10.16%、10.19%,平均为10.18%。

3 结论

以碱性蛋白酶水解林蛙卵粕蛋白制备混合氨基酸,通过单因素实验和正交实验确定最佳水解条件为:反应温度60 ℃、酶加量2000 U·g-1、底物浓度4%、反应时间120 min,此时蛋白水解度为10.18%。

参考文献:

[1] 王秋雨,金莉莉,娄虹,等.蛤士蟆油和青蛙油主要营养成分的测定[J].特产研究,2003,25(4):37-40.

[2] 王宇,尚德静,冯伯森.中国林蛙蛙卵营养成分分析[J].辽宁师范大学学报(自然科学版),2004,27(4):471-473.

[3] 王镜岩,朱圣庚,徐长法,等.生物化学[M].北京:高等教育出版社,2002:123-154.

[4] Rose A H.Economic Microbiology[M].London:Academic Press,1980:51-72.

[5] 李建杰,荣瑞芬.碱性蛋白酶对核桃蛋白水解条件的优化研究[J].中国食品学报,2011,11(2):129-135.

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