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黄精多糖酶法脱蛋白的工艺研究



全 文 :西北林学院学报 2016,31(1):238~242
Journal of Northwest Forestry University
  doi:10.3969/j.issn.1001-7461.2016.01.41
黄精多糖酶法脱蛋白的工艺研究
 收稿日期:2015-04-27 修回日期:2015-10-12
 基金项目:湖南省科技计划项目(2013NK4107)。
 作者简介:刘小攀,男,在读硕士,研究方向:林产化学加工工程。E-mail:lxp1990221@163.com
*通信作者:田启建,男,研究员,研究方向:中药材GAP及活性成分等。E-mail:tianqijian68@163.com
刘小攀1,田启建2*,田春莲1
(1.吉首大学 林产化工工程湖南省重点实验室,湖南 张家界427000;
2.吉首大学 植物资源保护与利用湖南省高校重点实验室,湖南 吉首416000)
摘 要:以黄精多糖为原料,研究酶解温度、酶解时间、酶解pH、酶用量对蛋白质脱除率和多糖损
失率的影响。通过正交试验分析得到酶法脱除黄精多糖中蛋白质的最优工艺,并与Sevage法相比
较。结果表明,酶法是最佳的脱蛋白方法,其脱蛋白最佳工艺为:木瓜蛋白酶添加量2.5%,温度
60℃,时间2.5h,pH为6.5,蛋白质脱除率为71.23%,多糖损失率13.7%。
关键词:黄精;多糖;酶法;脱蛋白
中图分类号:S567.239   文献标志码:A   文章编号:1001-7461(2016)01-0238-05
Deproteinization of PolygonatumPolysaccharide
LIU Xiao-pan1,TIAN Qi-jian2*,TIAN Chun-lian1
(1.Key Laboratory of Forest Products and Chemical Industry Engineering on Hunan Province,Jishou University,
Zhangjiajie,Hunan427000,China;2.Key Laboratory of Plant Resources Conservation and Utilization of Hunan Province,
Jishou University,Jishou,Hunan416000,China)
Abstract:Enzymic hydrolysis was adopted to remove the proteins contained in the polysaccharides extracted
from the rhizomes of Polygonatum sibiricum.Conditions of the hydrolysis were optimized by orthogonal
experiment,and the results were compared with Sevage method.The results suggested that enzymic meth-
od was better than Sevage method.The optimal conditions in enzymic method were papain dosage 2.5%,
temperature 60℃,time of hydrolysis 2.5h,pH 6.5,under which the removal rate of deprotein was
71.23%,polysaccharide loss rate was 13.7%.
Key words:Polygonatum;polysaccharide;enzymatic hydrolysis;deproteinization
  黄精是百合科(Liliaceae)黄精属(Polygona-
tum)多年生草本植物的总称,我国有30多种[1]。其
中黄精(P.sibiricum)、多花黄精 (P.cyrtonema)及
滇黄精 (P.kingianum)为原生药来源,属于药食同
源性中草药[2]。黄精含有丰富的皂甙[3-4]和多糖等
有效成分,其中黄精多糖除具有降脂和抗实验性动
脉粥样硬化形成、提高机体免疫能力、抑制和杀灭肿
瘤细胞生长[5-7]外,还有明显的抗菌消炎和延缓衰老
作用[8-9]。所以它在新药研制和保健品开发领域具
有广阔的发展前景。目前黄精多糖提取主要有浸提
法、微波辅助提取、闪式提取等方法[10-12],分离纯化
主要运用乙醇醇沉、大孔树脂吸附、Sevage法及
TCA法脱蛋白等[13-15],酶法由于专属性强,普遍认
为是较好的脱蛋白方法,酶法脱除黄精蛋白研究未
涉及。因此,本试验以蛋白质脱除率和多糖损失率
为指标,探讨黄精多糖的酶法脱蛋白工艺,并与传统
的Sevage法脱多糖蛋白相比较,旨在得到一种黄精
多糖脱蛋白效率高且多糖损失小的方法,对黄精多
糖产业化和黄精资源的深度开发具有重要意义。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 植物材料 2014年7月采自湖南湘西州永
顺县小溪乡少车村,经吉首大学资环学院刘世彪教
授鉴定为药用植物黄精(P.sibiricum)的根状茎。
将样品洗净后于45℃烘干、粉碎,备用。
1.1.2 试剂 木瓜蛋白酶(≥60万 U·g-1)购自
北京索莱宝生物科技有限公司,牛血清蛋白(BSA)、
考马斯亮蓝G-250、蒽酮、乙醇、浓硫酸、氯仿、正丁
醇、葡萄糖、碳酸氢钠、氢氧化钠、氯化钠等为AR。
1.1.3 仪器 UV-3900型紫外可见分光光度计
(日本日立公司);RE-5205旋转蒸发器(上海亚荣生
化仪器厂);HM-35V酸度计(日本东亚电波公司);
LD5-2A离心机(北京医用离心机厂);AEL-40SM
十万分之一分析天平(日本岛津公司);数显恒温水
浴箱(金坛市富华仪器有限公司)。
1.2 方法
1.2.1 黄精粗多糖的提取[16] 称取黄精根状茎粉
末400g,以1∶15的料液比于90℃恒温提取4h,
离心,过滤,滤渣再加水提取1次,过滤,合并滤液,
减压浓缩至原液的1/5,加无水乙醇至含醇量达到
80%,4℃下沉淀24h,离心,沉淀加水溶解,冷冻干
燥,备用。
1.2.2 黄精多糖含量的测定
1.2.2.1 标准曲线的制备 准确称取在105℃干
燥到恒重的50mg葡萄糖对照品,用双蒸馏水溶
解,定容至100mL,得到浓度为0.5mg·mL-1的
标准品溶液。吸取对照品溶液1.0、2.0、4.0、5.0、
6.0、8.0、10.0mL用蒸馏水定容至50mL,分别加
入0.2%的蒽酮-硫酸试剂(80%的浓硫酸)8mL,
沸水浴10min,迅速冷却至室温,在625nm测定吸
光度。以葡萄糖浓度C(mg·mL-1)为横坐标,吸
光度A为纵坐标,得回归方程A=9.18C+0.013,
相关系数0.999 5。
1.2.2.2 多糖含量的测定 黄精多糖含量测定采
用蒽酮 - 硫酸法[17]准确量取样液 2.0 mL,按
1.2.2.1显色方法操作,测定吸光度,然后计算样品
多糖含量与多糖损失率。
多糖含量=C×V×DW
式中:C为供试液中多糖浓度(mg·mL-1),V 为供
试液的体积(mL),D 为供试液的稀释因子,W 为样
品质量(mg)。
多糖损失率=
  
(脱蛋白前的多糖含量-脱蛋白后的多糖含量)
脱蛋白前的多糖含量 ×100%
1.2.3 蛋白质含量测定 
1.2.3.1 制备标准曲线 首先称取牛血清蛋白
(BSA)0.1g溶解后定容到100mL,得到1mg·
mL-1的标准蛋白质储备液,然后分别配成0.005、
0.01、0.02、0.04、0.06、0.08mg·mL-1溶液。蛋
白质含量检测采用考马斯亮蓝法[18]。横坐标为蛋
白质浓度(mg·mL-1),纵坐标为吸光值(λ=595
nm)绘制标准曲线,回归方程为y=6.324x+
0.008 9,r=0.999 3,吸光度与蛋白质浓度线性关
系良好(图1)。
图1 蛋白质的标准曲线
Fig.1 Protein standard curve
1.2.3.2 样品蛋白质含量检测 首先吸取浓度为
1mg·mL-1的多糖溶液1mL于试管中,然后加入
考马斯亮蓝G-250溶液5.0mL,摇匀,3次平行;空
白管以蒸馏水代替多糖溶液,测吸光度,计算样品蛋
白质含量及蛋白质脱除率。
蛋白质含量=C×V×DW
式中:C表示供试液蛋白质浓度(mg·mL-1),V 为
供试液的体积(mL),D 为供试液的稀释因子,W 为
样品质量(mg)。
蛋白脱除率=
  
脱蛋白前蛋白质含量-脱蛋白后蛋白质含量
脱蛋白前蛋白质含量 ×100%
1.3 黄精多糖脱蛋白工艺
1.3.1 sevage法脱蛋白 取黄精粗多糖溶液(5
mg·mL-1)20mL,加1/5sevage(氯仿∶正丁醇=
4∶1)试剂,剧烈震荡20min,离心弃去中间变性蛋
白和下层溶剂,重复多次,采用1.2.2.2和1.2.3.2
中方法检测多糖和蛋白质含量,然后计算多糖损失
率和蛋白除去率。
1.3.3 酶法脱蛋白工艺的研究
1.3.3.1 单因素试验 取黄精粗多糖溶液,加入木
瓜蛋白酶,调至酶反应的适宜pH,在一定温度下水
浴一定时间,然后煮沸灭酶10min,使酶失活沉淀,
酶解液4 000r·min-1离心10min,取上清液加入
无水乙醇4℃放置过夜,离心,将多糖沉淀烘干,复
溶,最后测蛋白质含量。单因素考察条件分别为酶
解温度30、40、50、60、70 ℃(木瓜蛋白酶添加量
2%、pH为6.5,时间2h),酶解时间0.5、1.5、2.5、
932第1期 刘小攀 等:黄精多糖酶法脱蛋白的工艺研究
3.5、4.5h(木瓜蛋白酶添加量2%,pH 为6.5,温
度为50℃),酶解pH 3.5、4.5、5.5、6.5、7.5(木瓜
蛋白酶添加量2%,时间2.5h,温度为50℃),酶用量
1%、1.5%、2%、2.5%、3%(时间2.5h,pH为5.5,温
度为50℃),这些因素对蛋白质脱除率的影响。
1.3.3.2 正交试验 在上述单因素试验基础上采
用酶解温度、酶解时间、酶解pH及酶用量4因素正
交试验(表1),优选黄精多糖中蛋白质酶法脱除的
最佳工艺参数。
表1 因素水平
Table 1 Factors and levels
水平
酶解温度
(A)/℃
酶解时间
(B)/h
pH值
(C)
酶用量
(D)/%
1  40  2  4.5  2
2  50  2.5  5.5  2.5
3  60  3  6.5  3
2 结果与分析
2.1 酶法脱蛋白工艺条件的优化
2.1.1 单因素试验结果
2.1.1.1 酶解温度 从图2(a)可以看出,酶解温
度30~50℃时,由于酶活力随温度上升而增加,从
而对蛋白脱除率提高。温度达50℃,蛋白脱除率达
最大值。在酶解温度作用范围内,最适温度酶作用
最强,低温抑制酶活性,而较高的温度可促进酶作
用,使蛋白质脱除率显著增加。在此之后,再继续增
加温度,蛋白脱除率反而下降,可能是由于温度过高
导致酶失活及多糖分解。故酶解温度以50℃为宜。
2.1.1.2 酶解时间 由图2(b)得到,在一定范围
内,蛋白质去除效果随着酶解时间的增大而呈上升
趋势,当酶解时间达到2.5h时,蛋白脱除率达最高
为64.73%,再增加酶解时间,蛋白脱除率基本趋于
平稳。主要因为随着反应时间的增加,使酶与蛋白
充分作用,但当酶反应达到饱和时,蛋白的脱除效果
受反应时间延长影响不大。因此,考虑到蛋白除杂
效率,酶解时间确定为2.5h。
2.1.1.3 pH 酶液pH对蛋白脱除率影响见图2
(c)。当酶液pH 5.5时,蛋白脱除率达最高。酶液
pH>5.5或<5.5,都减弱蛋白的脱除,可能是过高
或过低的pH能导致木瓜蛋白酶结构的变化,从而
降低酶活性。所以酶解pH确定为5.5。
2.1.1.4 酶用量 由图2(d)看出,木瓜蛋白酶的
用量有一定影响。木瓜蛋白酶的用量较低时黄精多
糖中的蛋白质含量随酶用量的增加而减少,但当酶
用量为2.5%时,蛋白脱除率最高达到62.19%,然
后随酶用量的增加蛋白质脱除效果基本趋于平稳。
说明木瓜蛋白酶能降解多糖中的蛋白质,从而达到
脱除效果,从考虑酶成本和避免酶蛋白过多而进入
酶解液,木瓜蛋白酶用量以2.5%为好。
图2 酶解温度、酶解时间、pH、酶用量对蛋白脱除率的影响
Fig.2 Effect of reaction temperature(a),reaction time(b),pH (c),enzyme to substrate ratio(d)on protein removal rate
2.1.2 酶法脱蛋白正交试验结果与分析 以蛋白
质脱除率为指标,通过正交试验考察酶解温度(A)、
酶解时间(B)、酶解pH(C)和酶用量(D)4因素,研
究黄精粗多糖中蛋白质的酶法脱除最佳工艺。正交
042 西北林学院学报 31卷 
试验结果见表2和表3。由表2直观分析可知,各
因素对蛋白质脱除率影响顺序为 酶解温度A>酶
解pH值C>酶解时间B>酶用量D,以温度对多
糖中蛋白质脱除影响最关键。酶法脱除黄精粗多糖
蛋白质的最优工艺参数为A3B2C3D3,即酶解温度
60℃,pH为6.5,作用时间2.5h,酶用量为3%。因
酶用量对试验结果影响不显著,酶用量在3%和2.
5%时变化很小,因此选择A3B2C3D2 进行验证性试
验,在此条件下,蛋白质脱除率为71.23%,多糖损
失率13.7%。经方差分析(表3),可看出酶解温度
和pH值达显著水平(p<0.05),而酶解时间及酶用
量对蛋白质脱除率影响不明显。
表2 正交试验结果与分析
Table 2 Results and analysis of orthogonal test
试验号 A  B  C  D
蛋白质
脱除率/%
1  1  1  1  1  61.37
2  1  2  2  2  63.03
3  1  3  3  3  66.21
4  2  1  2  3  64.51
5  2  2  3  1  69.02
6  2  3  1  2  66.57
7  3  1  3  2  70.29
8  3  2  1  3  69.40
9  3  3  2  1  67.43
k1  63.537  65.390  65.780  65.940
k2  66.700  67.150  64.990  66.630
k3  69.040  66.737  68.507  66.707
R  5.503  1.760  3.517  0.767
表3 方差分析
Table 3 Analysis of variance
因素
偏差
平方和
自由度 F比 F
临界值
显著性
A  45.769  2  42.775  p<0.05
B  5.082  2  4.750
C 20.426  2  19.090  19.000  p<0.05
D  1.070  2  1.000
误差 1.07  2
2.2 Sevage法脱蛋白
由图3得出,Sevage法脱黄精粗多糖中蛋白质
进行了10次,随脱蛋白次数的增加蛋白质含量减
少,但减少幅度不大,尤其是第8~第10次脱蛋白
之间蛋白质脱除率变化更小,可认为达到终点。蛋
白质脱除率为61.32%,多糖损失率为25.81%。可
见,Sevage法脱蛋白次数需要较多,消耗有机溶剂
量大,同时由于有机溶剂的多次处理,导致少量多糖
物质夹带于所形成的凝胶状物质中,特别是随形成
糖复合物的多糖一同沉淀,造成多糖损失率增大。
图3 Sevage法脱蛋白
Fig.3 Sevage method to remove protein
3 结论与讨论
采用正交试验设计,以蛋白脱除率为指标,优选
了木瓜蛋白酶去除黄精多糖蛋白质工艺。正交试验
结果表明,酶解温度和pH 值对蛋白质脱除率影响
达显著水平(p<0.05),时间和酶用量对蛋白质脱
除率效果影响不显著。最佳工艺条件为:酶解温度
60℃,pH6.5,作用时间2.5h,酶用量为2.5%。验
证试验表明,蛋白脱除率为71.23%,多糖损失率
13.7%。
酶法和Sevage法除蛋白方法一定程度上都能
将黄精多糖中的蛋白质脱除。蛋白质脱除主要是为
了分离纯化黄精粗多糖,进而研究黄精多糖的理化
性质,为黄精多糖的药理活性研究和深度开发提供
试验依据,故除去多糖蛋白质的同时尽量减少多糖
损失。图3中,利用Sevage法脱蛋白的蛋白质脱除
率较酶法低且脱除过程非常复杂,多糖损失率也高。
运用木瓜蛋白酶来酶解蛋白,使其成为相对分子质
量较小多肽或者更为彻底的氨基酸,然后醇沉,绝大
多数大分子多糖将沉淀,而分子质量相对较小的多
肽和氨基酸则大部分保留于溶液中,因此,酶法是黄
精多糖脱蛋白较好的方法。
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242 西北林学院学报 31卷