超滤分离纯化麦胚蛋白酶解物的研究
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维普资讯 http://www.cqvip.com 第22卷第2期 湖南科技大学学报(自然科学版) 2007年 6月 Journal of Hunan University of Science&Technology(Natural Science Edition) Vol_22 No.2 Jun. 2007 超滤分离纯化麦胚蛋白酶解物的研究 程云辉 ,文新华z,王璋 (1.长沙理工大学生物与食品工程学院。湖南长沙410076;2.湖南商学院。湖南长沙410205;3.江南大学食品学院,江苏无锡214o36) 摘要:采用超滤法从麦胚蛋白酶解物中初步分离纯化抗氧化活性肽,考察了操作压力、操作温度及料液浓度等工艺参数对 超滤过程中膜通量的影响,并对超滤前后麦胚蛋白酶解物的相对分子质量分布、氨基酸组成及抗氧化活性进行了比较.结果表明: 采用截留相对分子质量3 ooo的聚砜膜对麦胚蛋白酶解物进行超滤分离的最适工艺条件为操作压力0.30 MPa、操作温度20℃、麦 胚蛋白酶解物浓度35 g/L;超滤有效地除去了料液中相对分子质量较大的组分,麦胚蛋白酶解物中相对分子质量1 000~500及 500~130的组分分别为23.81%、48.63%,其抗氧化活性得到提高,清除02-・的Ic 由超滤前的1.64 mg・mL 降至超滤后的1.29 mg-mL~.图5,表3,参13. 关键词:麦胚蛋白酶解物;超滤;分离;纯化;抗氧化活性 中图分类号:TS201.2 文献标识码:A 文章编号:1672—9102(2007)02—0102—04 蛋白质分子大小、组成及结构等方面的多样性、复 杂性不可避免地导致了蛋白质酶解液的成分复杂多 样,因此,选择经济合理的方法分离纯化蛋白酶解液就 成为水解肽得以广泛应用的关键.通常生物活性肽的分 子量都较小,一些学者利用超滤对蛋白酶解物中的活 进行了比较. 1 材料与方法 1.1 材料 性肽进行分离,发现超滤滤过液部分比截留液部分具 麦胚蛋白酶解物WGPHs:按文献[5刷备; 鲁米诺(Lumino1):Fluka公司; 超滤膜:截留分子量3 000 Da,上海亚东核级树脂 有限公司; 1_2主要仪器 有更高的生物活性【 .超滤技术在蛋白质及生物活性物 质的浓缩与分离方面具有重要意义,适应于大分子物 质(蛋白质、多糖、胶体等)与小分子组分及溶剂的分离 翻,不仅具有分离过程短、不发生相变及成本低等优点, 且易于实现工业化大生产l4】. 目前报道的生物活性肽主要是小分子肽,相对分 子质量大多在3 000以下,本试验拟采用截留相对分子 质量3 000的聚砜膜对麦胚蛋白酶解物(wheat germ protein Hydrolysates,WGPHs)进行初步分离纯化.采用 超滤技术分离纯化蛋白酶解液的关键问题是膜污染引 起的膜通量下降,因此本研究考察了操作压力、操作温 超滤装置:上海亚东核级树脂有限公司; 旋转蒸发仪:上海亚荣生化仪器厂; LGJ一1O冷冻干燥机:北京四环科学仪器厂; 氨基酸自动分析仪:美捷伦l100; SHG—C型生物化学发光仪:上海检测技术所检测 仪器厂; Waters 600高效液相色谱:美国Waters公司. 度及料液浓度等工艺参数对超滤过程中膜通量的影 响,以确定最适的超滤工艺参数;并对超滤前后 WGPHs的相对分子质量分布、氨基酸组成及生物活性 坚銎是皙 ;基金项目:“十一五”国家高技术研究发展计划( 画 高技术研究发展计划( 计划) 计划)((项目编号 A项目编号 A 19Z3 ;;长沙理工大学基金项目(长沙理工大学基金项目(博士起动基金)博士起动基金) 863 2006AAIOZ327)'0作者简介:程云辉( 一),女,湖南望城人.博士,副教授,主要从事食品生物技木.?1964 .的研究. 1O2 维普资讯 http://www.cqvip.com 1.3试验方法 1.3.1膜通量的测定 超滤系统运行稳定后,控制压力、料液流速、温度 等操作参数,取样,记录一定时间内的透过液,重复3 次求平均值,按下式计算膜通量[41. %)= ×100. 式中, 为膜通量,l_lm .h; 为取样体积,L; 为取样时 间,h;A为有效膜面积. 1.3.2超滤工艺参数对膜通量的影响 改变操作压力及温度、料液浓度等工艺参数,考 察上述工艺参数对膜通量的影响. 1.3.3超滤分离纯化WGPHs 在一定的操作压力、操作温度、料液浓度下,选用 截留相对分子质量为3 000的聚砜膜(Ps膜)进行超 滤,收集滤过液,经真空浓缩、冷冻干燥得超滤预分离 的WGPHs. 1.3.4蛋白质或多肽含量的测定 固体样品采用凯氏定氮法,参照GB5497-85;液 体样品采用福林酚法嘲. 1.3.5氨基酸组成的测定 WGPHs在1l0oC、6 mol/LHCI中水解18 h,然后在美 捷伦1 100型氨基酸自动分析仪E进行氨基酸测定. 1.3.6 WGPHs体外抗氧化活性测定 超氧阴离子自由基(05-・)清除能力的测定 : 用微量1 mmol/L盐酸将邻苯三酚溶解;再用0.1 mmol/LEDTA配成1 mmol/L水溶液;鲁米诺用微量0.1 mol/L碳酸钠溶液溶解后配成1 mmol/L水溶液,测试 前用新配制的0.05 mmol/L、pill0.2并含O.1 mmol/LEDTA的碳酸盐缓冲液稀释成0.1 mmol/L. 测定方法参考文献【】】并略作改进:向测量管中加入 100 L待测WGPHs样品,加入邻苯三酚溶液100 L,再加800 L pH10.2鲁米诺碳酸缓冲液混合液(反 应总体积为1 mL),放人反应池中,启动发光,立即用-R 程序连续测定6/s的发光积分强度,以第6个6 s的发光 积分强度CP自为标准进行计算,并以同浓度的还原型谷 胱甘肽溶液做对照,所有测定值均为3次平均值. 生物化学发光仪测定条件:高压3:55,甄别电压: 0.2V,温度25 c【=. 抑制率(%)=(空白c 一样品c )/ 空白CP&X 100. 采用Excel的多项式回归得到样品浓度与抑制率 的回归方程,根据回归方程求IC∞(50%抑制浓度). 2结果与讨论 2.1 操作压力对膜通量的影响 超滤是以压力为驱动的膜分离过程,压力差是分 离性能的重要参数.本试验在操作温度25 c【=、料液浓 度5%的条件下考察了滤膜两侧压力差A P对膜通量 J影响.从图1可知,随着滤膜两侧压力差A P的增 大,初期膜通量迅速提高,J与AP成直线关系,而后 膜通量不再随△P线性递增,而是缓慢增加,表现为 膜通量对压差增加的敏感性降低,形成曲线段,当AP 超过0.30 MPa时,膜通量趋于稳定,不再随操作压力 的增大而提高,在图中表现为曲线最终近乎水平线. 这是因为操作压力的增大导致浓差极化加剧及膜表 面蛋白质吸附层被进一步压密,当压力达到某一临界 值时,膜面凝胶层逐渐形成并增厚,膜通量不再增大. 文献[8]也有相似的研究结论.因此,本研究选择0.3O MPa作为超滤分离WGPHs的最适操作压力. 一3 2.5 2 1.5 1 器0—50 压力差/MPa 图1操作压力对膜通量的影gvfr25℃,料液浓度5 Fig.1 Relationship between pressure and lfux 2.2操作温度对膜通量的影响 通常膜通量会随着温度的升高而增大.这是因为 料液黏度下降,料液中各种分子的活化能提高,扩散 系数和传质系数增大,由膜界面向液相主体的反向扩 散通量增加,浓差极化减弱所致[41.操作温度的选择受 制于膜的耐受温度和料液稳定性两因素.虽然本试验 采用的聚砜膜能耐受0 100 oC的温度,但是较高的 温度可能会影响WGPHs的生物活性,因此本试验在 操作压力0.30 MPa、料液浓度5%的条件下考察了4 种不同操作温度时膜通量的变化,不同操作温度对膜 通量的影响见图2.从图2可知,操作温度越高,膜通 量越大.从尽可能保持蛋白酶解物的生物活性、防止 微生物生长所致的膜污染及节省能源来考虑,选择 20℃作为操作温度比较合适. 2.3料液浓度对膜通量的影响 料液浓度也是影响超滤速度的一个重要因素,本 试验在操作压力0.30 MPa、操作温度20℃的条件下 103 维普资讯 http://www.cqvip.com 考察了6种不同料液浓度对膜通量的影响,从图3可 的比例及疏水性Q值见表2及表3,从表2可知,超滤 后WGPHs中除Pro含量明显降低外,其它疏水性氨 基酸Tyr、Val、Phe、lie及Leu的含量都略有提高,从表 3可知,超滤后WGPHs中疏水性氨基酸的摩尔百分比 知,随着料液浓度的升高,开始阶段膜通量下降较快, 随后膜通量的下降就趋于缓慢,超滤过程中,料液浓 度升高导致膜通量减少的原因之一是蛋白质浓度的 增加导致料液粘度的显著增加,蛋白质分子在溶液中 的扩散系数随之减小,浓差极化现象加重 ;同时料液 从31.64%提高至32.64%,疏水性Q值也略有增大, WGPHs的小分子组分中含有较高比例的Tyr、Val、 Phe、lie及Leu,这些疏水性氨基酸可能与WGPHs的 某些生物活性有相关性. 浓度升高加强了蛋白质分子之间的相互作用,削弱了 蛋白质分子与膜之间的相互作用力【砌,因而透过阻力 增加,膜通量下降,因此,本研究认为WGPHs浓度为 35 g/L时可以获得较好的分离效果. 4 {s 2 。 Minutes 暇 0 1O 2O 3O 4O 5O 图5超滤后WGPHs的相对分子质量分布 Fig.5 The molecular weight distribution ofWGPHs after ultrafiltration 温度,℃ 表1 超滤前后WGPHs相对分子质量分布的比较 Tab.1 Effect ofultrafiltradon On the molecular weight distfibudon ofWGPHs 图2操作温度对膜通量的影g- ̄(AP 0.30 MPa,料液浓度5 Fig.2 Relationship between temperature and lux f料液浓度 g・L- ) 表2超滤前后WGPHs氨基酸组成的比较(g・100 g 蛋白质) Tab.2 Effect ofultrafiltration on amino acids composition ofWGPHs 图3料液浓度对膜通量的影响(△P 0.30MPa,T20℃) Fig.3 Relationship between concentration ofsample and flux 氨基酸名称超滤前组成超滤后组成 氨基酸名称超滤前组成超滤后组成 Asp GIu 7.94 15.54 8.70 14.68 Cys—s Val 0-29 6-3O 0-25 6.94 2.4超滤对WGPHs相对分子质量分布的影响 超滤前后WGPHs相对分子质量分布见图4、图5 Set His Gly TIlr Arg Ala Tvr 4.63 2.94 6.39 3.86 9.72 5.92 3.13 4.72 3.O8 5.32 4.21 8.70 6.59 3.62 Met Phe Ih Leu Lys Pro Trp 2.15 4.58 4.15 7.47 7.32 5.95 1.70 2.29 5.36 及表1,从表1可知,超滤前后WGPHs中相对分子质 量大于3 000的组分由16.70%减少至1.35%,超滤后 的WGPHs中相对分子质量1 000~500的组分含量为 4.49 8.49 6.81 4.03 1.72 23.8 1%,500 130的组分高达48.63%,说明超滤非常 有效地除去了料液中相对分子质量较大的组分. O.2O O.15 0.10 表3超滤前后WGPHs的疏水性及生物活性的比较 Tab.3 Effect ofultrafiltration on the hydrophobicity and bioactivity ofWGPHs 6 暮 注:字母不同表示差异显著,P<0.05 5.o0 lO.o0 l5.o0 2O.o0 25.o0 3O.o0 Minutes O.o5 O.o0 2.6超滤对WGPHs生物活性的影响 图4超滤前WGPHs的相对分子质量分布 Fig.4 The molecular weight distribution ofWGPHs before ultrafiltration Jangt1]和Anne[:l等通过超滤富积水解物中的ACE 抑制肽研究结果说明超滤可以有效地对蛋白酶解物 进行分离纯化,本研究对超滤前后WGPHs的体外抗 氧化活性进行了研究,结果见表3,从表3可知,超滤 2.5超滤对WGPHs氨基酸组成的影响 超滤前后WGPHs的氨基酸组成、疏水性氨基酸 104 维普资讯 http://www.cqvip.com 后WGPHs的体外抗氧化活性皆有显著提高,其清除 超氧阴离子自由基(O 一・)的Ic卯由1.640 mg・mL--降 Converting E ̄yme Inhibitory P ̄fide from Beef Hydrolysates【J】.Meat Scieace,2005,69:653—661. 【2】 ANNE P L,K0SKINEN P。PIILOLA K,et .Angiotensin l Converting Enzyme Inhibitory Properies tf oWhey Proitein Digists Concen—Trtiaon 至1.290 mg・mL-。,超滤后体外抗氧化活性提高的原因 之一可能是WGPHs的小分子组分含有较高比例的 Tyr、Val、Phe、Ile、Leu等疏水性氨基酸,而这些疏水性 氨基酸可能与小分子肽的抗氧化性有关,Hua—Ming and Characterization of Active Peptides【J】.Journal of Dairy Science, 2o()0.67:53—64. [3】LEWIS M J.Ultrafiltraiion in Separation Processes in Food and Biotechnology Industries:Prmd#嚣and Application【M】. Grandison A S ed.Cambridge:Woedhead Pub Lid。1996. Chen c“等选用来自芽孢杆菌的蛋白酶水解大豆B一球 [4 刘茉娥.4】膜分离技术【M】.北京:化学工业出版社,1998. UU Mo—e.Membrane Separation Technology[M].Beijing:Chemical Industry Press,1998. 蛋白,分离出6个由5一l6个氨基酸残基组成的抗氧 化肽,它们的N一。末端皆为疏水性氨基酸Val或Leu; 原因之二可能归因于超滤后抗氧化活性肽在WGPHs 中的浓度相对提高. 【5】程云辉,王璋,许时婴.酶解麦胚蛋白制备抗氧化肽的研究Ⅲ.食 品科学,2006,27(6):147—151. CHENG Yun—hui,WANG Zhang,XU Shi-ying.Preparation of Antioxidant Peptide from Wheat Germ Protein by Enzymatic Hydrolysis 叨.FoodScience。2006,27(6):147—15l 3结论 1.通过考察工艺参数对超滤过程中膜通量的影 响,确定采用截留相对分子质量为3 000的聚砜膜对 WGPHs进行超滤分离的最适工艺条件是:操作压力 0.30 MPa,操作温度2O℃,WGPHs浓度35 g/L; 2.超滤有效地除去了料液中相对分子质量较大的 组分,WGPHs中相对分子质量1 000—500及500 【6】Lowry0H,Ro ̄ebroul N J,FarrA,et a1.ProteinMesaurementwith the Foiln Phenol Reagent[J].J Biol Chem,1951。193:265—275. 【7】Yu W,Zhao Y,Xue Z,Jin H,Wang D.The Antioxidant Properties of Lycopene Concentrate Extracted fom Tomrato Paste[J】.Journal of the American Oil Chemists Society,200l,78(7):697—701. 【8】张佳程。王海燕,楮庆环.发酵乳中ACE抑制剂的超滤分离【J】_中国 乳品工业,2004,32(1):32—34. ZHANG Jia-cheng,WANG Hal—yan,CHU Qing-huan.Separation of ACE Inhibitors by UF from Fermented MilkⅢ.China Dally Industry, 2004。32(1):32~34. f91 RA0 A,SHALLO H E,ERICSON A P,et a1.Characterization ofSoy 130的组分分别为23.81%、48.63%,wGPHs清除超氧 阴离子自由基(O2-・)的IC50由超滤前的1.4 6mg・mL-- Protein Concentrate Produced by Membrane Ultra—rrlt=tion[].Journal JofFoodScience。2002,67(4):l 4l2一l 4l8. fl 01 SHALL0 H E,RA0 A,ERICS0N A P.Preparation of Soy Protein Concentrate by Uhrafihratin a.Journal ofFood Science,2001,66 降至超滤后的1.29 mg・mL一, 参考文献 【1】 JANG A,LEE M.Puriifcation and Identiifcation of AngioteLasin (2):242—246. [11】CHEN Hua-ming,MURAMOTO K,YAMAUCHI F,et .Structural Analysis of Antioxidative Peptides from Soybean B-eonglycin叨. Journal of Agriculture and Food hemiCstry,1995,43:574—578. Separation and Purifcation of Wheat Germ Protein Hydrolysates by Ultrafiltration CHENG Yun—hui1,WEN Xin—hua2,WANG Zhang3 (1.College ofBiology and Food Engineering,Changsha University ofScience nda Technology,Changsha,410076,China;2.The Promotion center ofBrand Stragegy,Hunan Business College,Changsha,410205,China;3.School ofFood Science nd Teachnology,Southern Yangtze University, Wuxi,214036,China) Abstract:The method for preliminary separation and puriicatifon of the antioxidant activity peptide from wheat germ protein hydrolysates was illuminated by uhrafiltration,the effects of ultra_filtration on the molecular weight distibution,r amino acids composition and the antioxidant activity of wheat germ protein hydrolysates were investigated,The results show hat the optimum condittions of ultra_filtration are concentrations of wheat germ protein hydrolysates 35g/L,pressure of 0.30MPa,temperature of 2O℃,wheat germ protein hydrolysates after ulrtafilrtation are primarily composed of 4 ractfions: 1 8.49%in the moleculr weiaght rnge overa 1000。23.8 1%in the moleculr weiaght range of 1000-5O0,48.63%in the 500-130 and 1 1.07%under 1 30,respectively.and the scavenging activity of wheat germ protein hydrolysates against superoxide radical was enhanced after ulrtafilrattion.with IC50from 1.4 6mg’mL—to 1.29 mg’mL一.5figs.,3tabs.,1 1refs. Key words:wheat germ protein hydrolysates;uhrafihration;separation;puriifcation;antioxidant activity Biography:Cheng Yun—hui,female,born in 1 964,doctor,associate professor,food biotechnology. 105