水解拟黑多刺蚂蚁粉的研究

李元祥，贺晓光

（宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021）

蚂蚁是传统的补肾强壮药，更是健康长寿的瑰宝，营养价值成分在百万动物中名列前茅，已成为目前世界上最有开发价值的食品和药品之一。食用蚂蚁被当今社会称为一座供给人类营养的“微型动物高级营养宝库”和“天然药物加工总厂”，是人类健康的益友。其中拟黑多刺蚁是优良的蚂蚁品种，是经中华人民共和国卫生部批准的唯一有药、食两用价值的蚂蚁。含42%～69%的优质蛋白质和27种游离氨基酸，尤其是人体必需的8种氨基酸它都含有，还含有多种维生素和20多种矿物质、纤维素及蚂蚁的化合物[1]。

对蚂蚁的科学研究一直为世界各国所重视。美国、德国对多种蚂蚁进行大量分析研究，证明蚂蚁含有特殊的醛类化合物，以柠檬醛（C10H16O，又称草体蚁醛）含量最多，约占90%，能调节人体免疫功能。蚂蚁体壳中含有壳聚糖（Chitin，别名甲壳素或几丁质），广泛用于生物医学及制药方面，对多种细菌有较好的抑制作用，特别适用于水果的防腐保鲜。还有高能的含磷化合物三磷酸腺苷（ATP），多种酶和辅酶[2]。澳大利亚麦克利大学的贝蒂教授经过多种研究后宣称，蚂蚁之所以很少染病，是因为蚂蚁所分泌的蜡状物质中含有的抗菌素可以有效地控制蚁群中的传染病。她的试验研究还证实，上述抗菌素也有助于人体抵抗多种致病微生物，在对抗真菌感染和金黄色葡萄球菌方面作用明显。

我国对于蚂蚁的基础性实验研究虽起步较晚，但近几十年来，由于有关科研单位和相关院校的重视，已取得了突破性进展。科学家对蚂蚁的深入实验研究证明：蚂蚁制剂对于虚损性疾病、风湿性关节炎、痛风等病症都有显著疗效[3]。中医学还认为，肾精虚弱是人体衰老的重要原因，蚂蚁的突出作用是补肾壮阳[4]。同时蚂蚁能够增加免疫细胞内DNA、RNA的合成，使免疫细胞增多，是理想的抗衰剂[5]。最令人瞩目的是，蚂蚁对细胞免疫呈现独特的双向免疫调节作用，可使低下的免疫功能提高，亢进的免疫功能得到调整，达到人体自稳的平衡状态，因而对人类强身健体有水到渠成之功。

虽然蚂蚁的功效如此显著，但是了解蚂蚁的人还在少数，蚂蚁市场还处在新兴和发展的阶段。蚂蚁的营养价值和药用价值不断地被科学家们深入研究。如今蚂蚁的各种食品、保健品及药用品正在不断地被人们开发利用。随着人们生活水平的提高，广大消费者对蚂蚁产品的需求量也越来越大。可以预见，蚂蚁产业前景广阔。

1 材料、设备及方法

1.1 材料与主要试剂

拟黑多刺蚂蚁粉：广西南宁康凯生物开发有限公司；木瓜蛋白酶（13.3 mkat/g）：广西南宁悦丰天然生物工程有限公司；纤维素酶（3 mkat/g）：宁夏和氏璧生物技术有限公司。

1.2 设备与主要仪器

电热恒温水浴锅（HHS－2S）：杭州蓝天仪器有限公司；离心沉淀机（L－800）：上海隆拓仪器设备有限公司；电子分析天平（FA1604S）：广州广一科学仪器有限公司；精密酸度计（PHS－2C）：上海江仪仪器有限公司；凯氏定氮仪（KDN－04A）：上海洪纪仪器设备有限公司。

1.3 方法[6-8]

1.3.1 蚂蚁蛋白粉的制作工艺流程

拟黑多刺蚂蚁粉→取样调浆→酶法水解→离心分离（去渣）→取上清液→干燥→产品→称重（计算可溶性固形物的得率）→测定可溶性固形物的蛋白质含量（凯氏定氮法）

1.3.2 测定可溶性固形物的蛋白质含量

本实验采用凯氏定氮法测定可溶性固形物的蛋白质含量。

2 研究与讨论

2.1 酶法水解蚂蚁蛋白粉的单因素试验

2.1.1 水解温度（T）的影响

图1表示水解温度对可溶性固形物得率的影响。

由图1可知，温度由30℃升至50℃，可溶性固形物的得率增加，但当温度进一步升高，增加不明显，并随温度升高有下降的趋势。这是因为适当加热，使蛋白质结构疏松，暴露出更多的酶作用位点，同时酶活性也达到最佳状态；温度继续升高，使酶活性下降甚至失活所致。

2.1.2 水解时间（t）的影响

图2表示水解时间对可溶性固形物得率的影响。

图2 时间-可溶性固形物的得率曲线Fig.2 The curve of time-yield of soluble solids

由图2可知，水解时间的延长有利于可溶性固形物得率的提高；水解7 h后，可溶性固形物的得率增加趋于平缓。这是因为随着水解时间的延长，底物渐少，加之酶自身逐步衰弱所致。

2.1.3 水解pH的影响

图3表示水解pH对可溶性固形物得率的影响。

图3 pH-可溶性固形物的得率曲线Fig.3 The curve of pH-yield of soluble solids

由图3可知，pH由4升到7，可溶性固形物的得率增加，但当pH继续升高，可溶性固形物的得率反而呈下降趋势。这可能是由于随着pH升高，酶活性也逐渐趋向最佳状态；pH继续升高，使酶活性下降甚至失活所致。

2.1.4 底物浓度（%）的影响

图4表示底物浓度对可溶性固形物得率的影响。

图4 底物浓度-可溶性固形物的得率曲线Fig.4 The curve of substrate concentration-yield of soluble solids

由图4可知，当底物浓度为7%时可溶性固形物的得率最高，底物浓度进一步增加，可溶性固形物的得率却有下降的趋势。其原因可能是底物浓度增大后，原料不能充分浸润，影响了酶对蛋白的作用。

2.1.5 木瓜蛋白酶用量（mkat/g）的影响

图5表示木瓜蛋白酶用量对可溶性固形物得率的影响。

图5 木瓜蛋白酶的用量-可溶性固形物的得率曲线Fig.5 The curve of papain dosage-yield of soluble solids

由图5可知，随着木瓜蛋白酶用量的增加，可溶性固形物的得率也逐渐上升，但当木瓜蛋白酶用量超过0.1000 mkat/g时，增加不明显；考虑到生产成本，固选用木瓜蛋白酶用量为0.1000 mkat/g左右。

2.1.6 纤维素酶用量（mkat/g）的影响

图6表示纤维素酶用量对可溶性固形物得率的影响。

图6 纤维酶用量-可溶性固形物的得率曲线Fig.6 The curve of cellulose enzyme dosage-yield of soluble solids

由图6可知，随着纤维素酶用量的增加，可溶性固形物的得率也呈上升趋势，但不如木瓜蛋白酶用量的影响大。这是因为蚂蚁粉中纤维素的含量远小于蛋白质的含量所致。

2.2 正交试验确定最佳水解条件

2.2.1 正交试验表

根据影响因子的单因素分析，确定L18（37）型正交表的6个因素（温度、时间、pH、木瓜蛋白酶用量、纤维素酶用量以及底物浓度）的3个水平。分析因素水平表见表1，正交试验设计与分析结果见表2。

表1 正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels of the experiment used in the orthogonal design

2.2.2 结果分析

极差大小可反应各因素对指标影响程度，根据表2极差分析，可排列出试验因素主次顺序如下：C（温度）＞A（pH）＞B（时间）＞D（木瓜蛋白酶用量）＞E（纤维素酶用量）＞F（底物浓度），即温度对可溶性固形物的得率影响最大，其次为pH、时间、木瓜蛋白酶用量、纤维素酶用量，底物浓度对可溶性固形物的得率的影响最小。

本试验中，试验指标是可溶性固形物的得率，指标越大越好，所以应挑选每个因素的K1、K2、K3（或k1、k2、k3）中最大值对应的那个水平，由于：

A 因素列：K2>K3>K1；B 因素列：K2>K3>K1；C 因素列：K2>K1>K3；D 因素列：K3>K2>K1；E 因素列：K3>K1>K2；F 因素列：K2>K3>K1。

所以最优方案为A2B2C2D3E3F2，即用0.1000mkat/g的木瓜蛋白酶和0.0375 mkat/g的纤维素酶在pH7，温度50℃，底物浓度7%的条件下，水解7 h，测得此条件下可溶性固形物的得率为46.5%，可溶性固形物中蛋白质含量达65.87%。

表2 正交试验方案及试验分析结果[9-10]Table 2 The orthogonal experiment scheme and the analysis of test results

3 结论

拟黑多刺蚁是优良的蚂蚁品种，含42%～69%的优质蛋白质和27种游离氨基酸尤其是人体必需的八种氨基酸它都含有，多种维生素和20多种矿物质和纤维素及蚂蚁的化合物，是经中华人民共和国卫生部批准的唯一有药、食两用价值的蚂蚁。采用酶解法对其进行水解制成营养丰富、更利于吸收的蚂蚁制品，可以广泛引用于临床、保健食品等方面。

通过正交试验确定了拟黑多刺蚂蚁粉酶解的最佳条件为：用0.1000mkat/g的木瓜蛋白酶和0.0375mkat/g的纤维素酶在pH7，温度50℃，底物浓度7%的条件下，水解7 h，测得此条件下可溶性固形物的得率为46.5%，可溶性固形物中蛋白质含量达65.87%。

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