基础研究 食品研究与并发 Food Research And Develooment 2011年6月 第32卷第6期 i7==- 蛋白酶对反胶束体系前萃率规律影响的研究 时冬梅,陈复生’。刘海远。武秋颖 (河南工业大学粮油食品学院,河南郑州450052) 摘要:主要研究利用4种蛋白酶在SDS/异辛烷/正辛醇反胶束体系萃取大豆蛋白的同时,对其酶解,考查酶加入量、 缓冲溶液pH、Wo、萃取温度、萃取时间,乙醇浓度等六因素对蛋白前萃率的影响规律,确定碱性蛋白酶萃取蛋白的最 佳工艺条件是:wo值、缓冲溶液的pH、萃取时间、乙醇浓度、酶加入量、萃取温度,分别为16.1、7.5、30 min、0.4%、5%、 45℃。为今后研究蛋白质分子空间结构和分子量大小与反胶柬“水池”微观结构相互关系的规律奠定基础。 关键词:反胶束;前萃;表面活性剂;蛋白酶 The Effect of Proteases in Reverse Micelles on the Forward Extraction of Soybean Protein SHI Dong—mei,CHEN Fu-sheng*,LIU Hai-yuan,WU Qiu-ying (Henan University of Technology,Zhengzhou 450052,Henan,China) Abstract:The paper mainly studied enzymatic hydrolysis of soybean protein by four kind of protease in reverse mieellar system of SDS/Iso-octane/Octanol,and meanwhile extracting soy protein by the reverse micellar system. The influence law of forward extraction ratio of soybcan protein by the addition amount of enzyme,buffer pH,W(), extraction temperature,extraction time and ethanol concentration was researched,the optimum conditions of alkaline protease extracted pro ̄ins was determined:Wo,buffer solution pH,extraction time,ethanol concentration enzyme dosage,temperature:16.1,7.5,30 rain,0.4%,5%,45℃,respectively.So as to lay a  ̄undation for study the law of relationship between molecular space structure and size of protein and microstructure of reverse micellar’water pool’. Key words:reverse micelles;forward extractio;surfactant;protease 反胶束是指表面活性剂在超过临界胶柬浓度时 溶于有机溶剂,在少量水的存在下,形成的纳米尺度 聚集体[1】。反胶束中称为“水池”的亲水内核具有增溶 蛋白质、酶的能力,反胶束内部环境与生物细胞内环 境极为相似,因而大多数酶在反胶束溶液中能保持原 白酶的KC1水溶液代替KC1水溶液,使反胶束体系在 萃取蛋白质的同时,并将其酶解,来研究不同类型蛋 白酶对蛋白前萃率的影响规律,并采用超声波辅助反 胶束萃取的方法,确定最佳工艺条件。 1材料与方法 有的活性和稳定性,有时甚至出现“超活性”,使得酶在 反胶束中的活力较在水溶液中大得多,充分利用反胶 1.1材料与设备 低温脱脂豆粕:安阳漫天雪食品制造有限公司; 束溶液的这一特点,以反胶束萃取大豆蛋白并同时进 行酶法改性,可以在很大程度上简化酶改性的工艺过 程。本文采用在配置反胶束溶液时,分别用4种类型蛋 基金项目:国家自然基金项目(20976037);国家教育部科学技术重 点资助项目(205094);河南省杰出人才创新基金项目(05210 005000) 十二烷基磺酸钠(SDS)Biotech Grade:AMRESCO进口 分装,上海生工生物工程有限公司;Alcalase碱性蛋白 酶、风味蛋白酶、复合蛋白酶、中性蛋白酶:诺维信公 司;低分子量标准蛋白:中国科学院上海生化研究所; 异辛烷、正辛醇、甲醇、卡尔费休试剂、氯化钾、硫酸、硫 酸钾、乙醇、硫酸铜、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾等均为 分析纯;所用水去离子水。 THZ一82B型气浴恒温振荡器:江苏省金坛市医 作者简介:时冬梅(1983一),女(汉),研究生,研究方向:食品资源开发 与利用。 通信作者:陈复生(1963一),男,教授,博士生导师,博士,研究方向:食 品资源开发与利用。 疗仪器厂;GL一20L高速冷冻离心机:上海安亭科学 8 时冬梅,等:蛋白酶对反胶束体系前萃率规律影响的研究 基础研究 仪器有限公司;ZSD一2J型智能自动水分滴定仪:上海 安亭电子仪器厂;pH211-C型pH计:意大利HANNA 公司;移液:Eppendof公司;BS210S型电子天平: Sartorius.German;UV一1901型紫外分光光度计:北京 普析通用仪器有限责任公司。 1.2方法 12.1 蛋白质标准曲线制作 以牛血清蛋白为标准,紫外分光光度计测定不同 浓度标准蛋白液在280 nm处吸光值,以蛋白质浓度为 横坐标,对应吸光值为纵坐标,绘制标准曲线。 1.2.2反胶束溶液的配制 按一定浓度(0.06 g/mL~0.12 g/mL)配制反胶束溶 液:称取SDS,置于100 mL的锥形瓶中,同时加人有机 溶剂异辛烷/正辛醇(体积比为4:1)和适量KC1的 KH2P0厂Na HPO 缓冲溶液,超声波(210 W)振荡至 SDS完全溶解,溶液透明则为反胶束,反之则不是。 1.23反胶束溶液中含水量w。的测定 卡尔费休法翻。 ” 一 反胶束溶液增溶水分 摩签 反胶束溶液中表面活性剂的摩尔数 式中: 。表示在反胶束溶液中增溶水和表面活性 剂的摩尔比率。 1.2.4蛋白质前萃率的计算 取按实验要求配制的反胶束溶液置于锥型瓶中, 加入一定量大豆粉(精确到0.000 1 g),超声一定的时 间,然后以约5 000 r/arin的转速进行离心分离10 min。 笮取体系分为2层 E层为萃人蛋白质的反胶束层,下 层为残渣,除去残渣,所得清液以所得上清液用 UV一1901型紫外分光光度计测定蛋白质的浓度(以萃 取前的反胶束溶液作为空白样)。可测定不同条件下 的蛋门质前萃率I2]。蛋白前萃率按如下公计算: 蛋白质前萃率/S=厘 磊譬 x 100%(2) 2结果与讨论 2.1原料主要成分分析 原料主要成分分析如表1所示。 表1原料主要成分及质量分数 Table 1 The main components of raw materials and quality scores % 2.2蛋白质定量分析标准曲线 蛋白质定量分析标准曲线如图1所示。 O・5 0.4 O.3 O・l 0 0 0.5 1.0 蛋白质浓度/(,n ̄mL) 图1蛋白质定量分析标准曲线 Fig.1 The standard curve of quantiattive analysis of protein 2_3 。对加酶萃取蛋白前萃率的影响规律研究 。对加酶萃取蛋白前萃率的影响规律如图2 所示。 +不加酶 一中性蛋白酶 一风味蛋白酶一复合蛋白酶 谆 料 犍 0 图2 W0对蛋白前萃率的影响 Fig.2 Effect of W on protein forward extraction 如图2所示, 。由5到13,含4种蛋白酶的反胶 束体系对蛋白的前萃率有2%一25%的提高, 。在16 时,含4种蛋白酶的反胶束体系对蛋白的前萃效果最好, 其中碱性蛋白酶对蛋白的前萃率达到91%;但 。大于 16后含4种酶的反胶束体系对蛋白的前萃率开始下降。 主要原因是 增大,电解质溶液浓度增加,单位表面活 性剂所占的界面面积降低,从而界面刚性增加,蛋白质渗 透l生降低,导致相互吸引的作用力降低,界面曲率增加, 同时导致水排斥出去。由于表面活性剂具有疏水基团,便 可使表面滑I生剂盐析至有机相中,减少了反胶束的聚集 数,从而降低了蛋白质的萃取率。 由图2可以看出,蛋白酶对蛋白萃取率量的变 化,表明蛋白酶对蛋白起酶解作用;同时并非 。越大 越有利于萃取,一种酶只有在适宜的 。值下,才具有 较高的活性。依据扩散模型,可以认为反胶束微粒间 的传送,即扩散速度是限速步骤。 。的大小影响反胶 束的大小和稳定性,从而对扩散速度产生影响,进而影 响蛋白前萃率p】。试验表明, 。选择在l3 16之间较为 基础研究 时冬梅,等:蛋白酶对反胶束体系前萃率规律影响的研究 合适。 2.4缓冲溶液pH对加酶萃取蛋白前萃率的影响规律 研究 缓冲溶液pH对加酶萃取蛋白前萃率的影响规律 如图3所示。 一不加酶 一中性蛋白酶 一风味蛋白酶 复合蛋白酶 pH 图3 pH对蛋白前萃率的影响 Fig.3 Effect of pH on protein forward extraction 复合蛋白酶、风味蛋白酶在pH5.5~8.5之间对蛋 白的前萃率影响比较小,pH5.5和pH8.5时,加酶的蛋 白前萃率与不加酶的蛋白前萃率几乎一样;碱性蛋白 酶在pH7.5时对提高蛋白前萃率的效果最明显,提高 了20%。中性蛋白酶在pH 6.5左右,对蛋白的前萃率 也有l0%左右的提高,另外2种蛋白酶对提高蛋白前 萃率也有一定的效果,但提高的幅度不大,在1%~3% 之间。看来酶只有在有限的pH范围内保持较高的活 性;主要由于酶分子活性部位可解离基团的解离状态, 随溶液pH的变化而改变,影响到酶的活性以及酶与 底物的亲和力。 由此可见,加入碱性蛋白酶和中性蛋白酶对提高 蛋白前萃率是比较有效的。试验结果表明:对碱性蛋 白酶来说,缓冲溶液的pH取7.5为宜,中性蛋白酶缓 冲溶液的pH取6.5为宜,不加酶的反胶束体系缓冲溶 液的pH取7.0为宜删。 2.5萃取时间对加酶萃取蛋白前萃率的影响规律研究 萃取时间对加酶萃取蛋白前萃率的影响规律如 图4所示。 随着时间的增加,加4种酶萃取后,蛋白前萃率 都有所增加。其中以诺维信的碱性蛋白酶和中性蛋白 酶对蛋白前萃取率影响最为明显,萃取率提高20%, 可以认为,随着萃取时间的增加,蛋白萃取率增加的原 因是水解度的增大使得大豆蛋白分子体积减小,从而 更易于加溶至反胶束的“水池”中;当到达40 min后, 随着时间的增加,蛋白前萃率开始下降,这是因为超声 时间较短时,超声的空化作用和热效应增加底物分子 i9=:I 一不加酶 一中性蛋白酶 糌 料 j盂 时间/min 图4萃取时间对蛋白前萃取率的影响 Fig.4 Effect of time on protein forward extraction 和酶分子的能量,加大酶、底物的结合速率和产物的释 放速率,促进了酶解过程的进行。但是随着超声时间 的延长,酶的活性中心被底物分子饱和,部分和酶结合 但尚未酶解的底物分子在超声的空化扰动作用下有 可能重新离开酶的活性中心,而且此过程中还伴随着 酶的失活和底物分子构象的变化,因此超声对酶解的 时间不宜过长阎。 试验说明:反胶束萃取全脂豆粉时,达到最佳萃 取的时间较短,萃取时间为40 min。另外,反胶束萃取 100目全脂豆粉蛋白所需时间与常规方法相比阎,时间 短,原因是在反胶束溶液中,样品与提取液易混匀,这 与表面活性剂的亲水性、疏水性及有机溶剂的亲油性 有关。本试验对反胶束体系的萃取时间选30 arin。 2.6乙醇浓度对蛋白前萃率的影响规律研究 乙醇浓度对加酶萃取蛋白前萃率的影响规律如 图5所示。 +不加酶 一中性蛋白酶 一风味蛋白酶 复合蛋白酶 95 90 .1;l卜85 糌 怔8O 75 70 U.3 U.4 U.5 U.6 U.7 乙醇浓度/% 图5乙醇浓度对蛋白前萃率的影响 Fig.5 Effect of ethnol concentration on protein forward extraction 乙醇浓度在0 0.5%,加酶反胶束体系萃取蛋白 的前萃率逐渐增加,其浓度高于0.5%时,蛋白前萃率 急速下降。说明加入少量的乙醇,并不改变相行为,有 利于蛋白的增溶。有相似相溶理论可知,当加入适量 -:=2D 时冬梅,等:蛋白酶对反胶束体系前萃率规律影响的研究 基础研究 短碳链醇时,表面活性剂与醇形成混合膜,改膜具有更 高的柔性,也就是说,醇的存在使混合膜液化,因而易 于弯曲,蛋白质易渗漏到水池中,从而促进增溶16]。乙 醇的加入在一定的界限内,将会有利于蛋白的增溶。 反之,添加过多的乙醇,减少了SDS反胶束体系内分 子之间的作用力,即与水相作用增强,与油相相互作用 减少,破坏了SDS反胶束体系,出现分相现象,增溶量 随着醇浓度增加而减小 I。故本试验过程中加入乙醇 的量可选取0.4%~0.5%。 2.7酶加入量对蛋白前萃率的影响规律研究 酶加人量对蛋白前萃率的影响规律如图6所示。 _._风味蛋白酶斗中性蛋白酶 95 90 繁85 80 75 70 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 酶加入量/% 图6酶加入鼍对蛋白前萃率的影响 Fig.6 Effect of Addition of protein enzymes on protein forward extraction 加入4种蛋白酶后,蛋白前萃率较不加酶时有所 提高。酶加入量为4%时,蛋白前萃率有较明显的提 高,特别是碱性蛋白酶对蛋白的前萃率达到92%,较 不加酶时提高18%。说明在SDS反胶束体系中,可以 保持酶的活性。碱性蛋白酶是一种内切酶,催化部位 为丝氨酸,它能水解蛋白质分子肽链生成多肽或氨基 酸,具有较强的分解蛋白质的能力。蛋白酶将大豆蛋 白酶解之后,使其分子大小相对反胶束微粒显得更小, 易于溶解于反胶束形成的“水池”中,从而提高了蛋白 前萃率。综合考虑,本试验认为酶加入量选取3%~5% 较为合适 。 2.8萃取温度对蛋白前萃率的影响规律研究 萃取温度对加酶萃取蛋白前萃率的影响规律如 图7所示。 萃取温度在25 一45℃时,4种蛋白酶对蛋白前 萃率逐渐升高;在50℃,4种蛋白酶对蛋白的萃取率 开始有所下降。可能是温度过高,将会引起加酶反胶 束体系的不稳定,不利于蛋白质的增溶。总的来看,萃 取温度在35 c(=~45℃时,蛋白萃取率较高,加酶反胶 束体系也较稳定。一般情况下,温度升高,分子热运动 十不加酶 _*_中性蛋白酶 +风味蛋白酶 +复合蛋白酶 堡 斛 j盂 图7萃取温度对蛋白前军率的影响 Fig.7 Effect of temperature on protein forward extraction 的增加,促使萃取过程中传质速率上升,萃取速率加 快,反之萃取速率下降;但另一方面,由于萃取过程使 用超声,萃取时蒸汽压随温度的升高而上升,这将导致 空化强度或空化效应下降,从而不利于提取过程的强 化㈣。故当温度超过某一限度后,萃取率反而下降。同 时,温度变化对于蛋白质生物活性的影响,一般在较低 的温度萃取时有利于保持蛋白质的生物活性,高温会 使蛋白质的生物活性丧失【l1】。萃取过程的最适温度为 40℃~45℃ 3结论 1)分析试验结果可知:加入4种蛋白酶后,蛋白 前萃率较不加酶时均有所提高。按萃取率提高的大小 来看:碱性蛋白酶>中性蛋白酶>复合蛋白酶>风味 蛋白酶。表明蛋白酶在反胶束体系中发挥了酶解作用。 同时也表明蛋白质分子空间结构和分子量大小与反 胶束“水池”微观结构之间可能存在着相互关系。 2)由试验研究结果得到:加入碱性蛋白酶对蛋白 前萃率的影响最大,加酶比不加酶前后,蛋白前萃率提 高15%左右。因此确定碱性蛋白酶萃取蛋白的最佳工 艺条件是: 。值、缓冲溶液的pH、萃取时间、乙醇浓 度、酶加入量、萃取温度、分别为16.1、7.5、30min、0.4%、 5%、45℃。 3)加酶量、缓冲溶液pH、 。、萃取温度、乙醇浓 度、萃取时间等因素对加酶萃取蛋白前萃率都有显著 影响。同时加入蛋白酶同时,利用超声波辅助反胶束 萃取蛋白与以往的反胶束萃取蛋白的方法相比,蛋白 的萃取率也有较明显的提高。 参考文献: [1】翁亚军,周小华.反胶柬技术在生物工程中的研究进展【J1.化学工 业与工程,2004,21(4):272—275 食品研究与并发 基础研究 2011年6月 Food Research And Deveiopmenl 第32卷第6期 21 环境因素和添加物对紫苏花青素稳定性的影响 张志军,张鑫,李会珍,乔绍俊,刘西亮,刘培培 (中北大学化工与环境学院生命科学系,山西太原030051) 摘要:采用酸化乙醇法提取紫苏花青素并测定多种环境因素和添加物对其稳定性的影响。结果表明,酸,lg(pH=3~ 4)、避光、低温条件有利于紫苏花青素溶液稳定保存。氧化剂(H20 )对紫苏花青素稳定性的破坏作用随H20 浓度升 高而增加。还原剂Vc、蔗糖和NaC1溶液浓度分别为3%,15%和7%时,对保持紫苏花青素溶液稳定性效果最好;Fe 和Cu 离子对紫苏花青素降解作用较大,而A1 、M 和zn2t对紫苏花青素降解具有一定的保护作用。 关键词:紫苏;花青素;稳定性;环境因素;添加物 Effect of Environmental Factors and Some Additives Oil the Stability of Perilla Anthocyanidin ZHANG Zhi-jun,ZHANG Xin,LI Hui-zhen,QIAO Shao-jHn,LIU Xi-liang,LIU Pei—pei (Department of Life science,College of Chemical&Environmental Engineering,North University of China,Taiyuan 03005 1,Shanxi,China) Abstract:In this study,effect of some environmental factors and some additives on the stability of Perilla anthoeyanidin was determined,which was extracted by the method of acidiifed ethano1.The results showed that the environmental factors,such as pH=3-4,dark and lower temperature were helpful for the stable storage of Perilla anthoeyanidin.The destructive effects of oxidant(H2O2)to the stability of Perilla anthocyanins were enhanced with the increasing of H2O2 concentrations.The optimum solution concentrations of Vc,sugar and salt for the storage of Perilla anthocyanidin were 3%,1 5%and 7%,respectively.The solution of AP+,Zn ,Mg were was beneficial to the stability improving of Perilla anthocyanins but further degradation were prevented by the addition of Fe and Cu . Key words:Perilla;anthocyanidin;stability;environmental factors;additives 基金项目:山西省回国留学人员科研项I ̄t(2009065);山西省高校科技开发研究项 ̄(2007131) 作者简介:张志军(1973一),男(汉),副教授,硕士生导师,博士,研究方向:生物分离工程。 ●● ●●●●◆●r◆◆●I;◆◆ 【2】黄伟坤.食品检验与分析[M】.北京:中国轻工业出版社,1989:10— [8]S K Mehta,Khushwinder Kaur,Bhawna,K K Bhasin.Effect on the 12 water pool prope ̄ies of reverse micelles by addition of glycols『J]. 【3l陈复生,姚永志,磨礼现,等利用反胶束萃取大豆蛋白同时酶水 Colloids and Surfaces A:Physicochemieal and Engineering Aspects, 解的研究【J】.中国粮油学报,2006,21(1):68—70 2009,339(1/3):217-223 [4】ZHAO Xi-hong,Li YM,He XW,et a1.Study of the factors'affecting 【9]姜崇斌,陈复生,刘慧,等.碱性蛋白酶在SDS反胶束体系中的应 the extraction of soybean protein by reverse micelles[J].Mol Biol Rep 用fJ1_食品工业科技,2008(5):80—83 2010.37:669—675 [10]程小丽,陈复生,李里特,等.超声波技术在AOT反胶束萃取中的 t51丁青芝,马海乐,骆琳,等.超声处理对菜籽蛋白酶解效果的影响 应用研究IJ1.食品科技,2009,34(1 0):95-98 [J].农业工程学报,2009,25(1):294-299 【11]YuY C,ChuY,ji JY.Study ofthefactors affectingtheforward and 【6]赵晓燕.反胶束萃取大豆蛋白质结构与特性研究【D].北京:中国 back extraction of yeast—lipase and its activity by reverse micelles 农业大学,2007:48—50 J Colloid Interf Sci,2003,267:60-64 【7】崔正刚殷福珊微乳化技术及应用【M】.北京:中国轻工业出版社, l999:l】9-22l 收稿日期:2010—10-1l