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龙须菜抗氧化肽的制备及其体外抗氧化活性



全 文 :第33卷第2期
2015年4月
泉州师范学院学报
Journal of Quanzhou Normal University
Vol.33No.2
Apr.2015
龙须菜抗氧化肽的制备及其体外抗氧化活性
陈洪彬1,2,鄂昱瑾1,温美钦1,董乐1,2,江裕富1,吴丽霞1
(1.泉州师范学院 化学与生命科学学院,福建 泉州 362000;
2.近海资源生物技术福建省高校重点实验室,福建 泉州 362000)
摘 要:为优化碱性蛋白酶酶解龙须菜蛋白制备抗氧化肽的工艺条件,以二苯基苦基苯肼(DPPH)自由
基的清除率为指标,单因素试验考察了酶解温度、酶解时间、酶底比([E]/[S])和pH值对制备抗氧化肽工
艺的影响,并在此基础上应用正交实验进行优化.结果表明,碱性蛋白酶酶解龙须菜蛋白制备抗氧化肽的最
佳工艺条件为:酶解温度65℃、酶解时间150min、[E]/[S]9 000U/g、pH 8.0,在此条件下制备的龙须菜
抗氧化肽对DPPH自由基的清除率为77.44%±0.12%.体外抗氧化活性研究表明,抗氧化肽具有一定清除
DPPH自由基、羟自由基、超氧自由基的能力,也有一定的还原力,但均弱于同浓度下的抗坏血酸.
关键词:龙须菜蛋白;酶解;碱性蛋白酶;抗氧化肽
收稿日期:2015-01-21
作者简介:陈洪彬(1989-),男,福建安溪人,助教,硕士,从事食品加工及贮藏研究.
基金项目:福建省海洋经济发展专项(2015N0014);泉州师范学院大学生创新创业训练计划项目(201410399079)
中图分类号:O175.26    文献标识码:A   文章编号:1009-8224(2015)02-0043-05
龙须菜(Gracilaria lemaneiformis)又名江蓠、海发菜等,属红藻门江蓠属,是一种重要的大型经
济海藻,广泛分布或养殖于中国福建、广东、山东等沿海地区.其中,福建省约10万吨,占全国50%左
右[1].龙须菜营养价值丰富,除多糖和粗纤维外,其蛋白质含量约占藻体19%,仅次于紫菜[2-3].长期以
来,龙须菜主要用作琼胶、琼脂糖的提取和鲍鱼养殖的饲料,开发利用单一,综合利用率不高.目前,有
关龙须菜活性物质的研究主要集中在藻胆蛋白、多糖,对于其他如多酚、多肽等的研究甚少[4-5].抗氧化
肽(Antioxidative Peptides)是一类具有抑制、延缓脂质氧化,减少生物体内因氧化损伤而引起的细胞
结构和功能改变的生物活性肽.食源性蛋白质通过水解得到的抗氧化肽具有高安全性、高活性和易被
机体吸收等特点,在食品、化妆品、保健品等具有巨大的潜在利用价值[6].学者采用酶法从大豆[7]、玉
米[8]、鸡蛋[9]等蛋白中制备了抗氧化肽,而酶解制备龙须菜蛋白中抗氧化肽未见相关报道.本文以福建
莆田沿海所产龙须菜为原料,采用碱性蛋白酶酶解龙须菜蛋白制备龙须菜抗氧化肽,并对其进行体外
抗氧化活性研究,为龙须菜抗氧化肽的开发和利用提供理论支持和科学依据.
1 材料与方法
1.1 主要材料与仪器
龙须菜:国家海洋局第三海洋研究所提供,采自莆田沿海(湄洲湾海域),将龙须菜洗净,除去杂
质,自然晾干后于60℃下烘干,粉碎机粉碎并过80目筛,得龙须菜粉末,置于阴凉干燥处,备用;碱性
蛋白酶:诺维信公司提供(含水率为5.2%,酶活性14万 U/g);1,1-二苯基苦基苯肼(DPPH)、抗坏血
酸、牛血清蛋白、氢氧化钠、盐酸、乙醇、EDTA-2Na、三氯乙酸、三氯化铁、铁氰化钾、硫酸铜、硫酸钾、硼
酸、田氏指示剂、NaH2PO4·2H2O、Na2HPO4·12H2O等均为分析纯.
DGG-9246A电热恒温鼓风干燥箱(上海齐欣科学仪器有限公司);高速万能粉碎机(天津市泰斯
特仪器有限公司);FA2104电子天平(上海舜宇恒平科学仪器有限公司);UB-7酸度计(丹佛仪器(北
京)有限公司);TDL-5000B离心机(飞鸽牌);HH-4数据恒温水浴锅(国华电器有限公司);DK-80三
孔电热恒温水槽(上海齐欣科学仪器有限公司);JY92-II超声波细胞粉碎机(宁波新艺超声设备有限公
DOI:10.16125/j.cnki.1009-8224.2015.02.009
司);TU-1950紫外-可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司).
1.2 方法
1.2.1 龙须菜蛋白制备 称取一定量的龙须菜粉末,加入适量的蒸馏水(液料v∶m=30∶1),搅拌
均匀,调pH至13,650W下超声辅助提取30min,提取液于4 000r/min下离心20min,取其上清液,
调节pH为4.5,静置30min,再于4 000r/min离心15min,沉淀即为龙须菜蛋白,将沉淀取出置于4
℃保存备用.
1.2.2 龙须菜蛋白酶解单因素试验 取龙须菜蛋白1.00g,加入一定质量的碱性蛋白酶,加水
5.0mL,调节pH到指定值,在一定温度下酶解,100℃灭酶10min,4 000r/min离心,取上清液测定
DPPH自由基的清除率.以酶解上清液DPPH自由基的清除率为指标,分别考察酶解温度(50,55,60,
65,70℃)、酶解时间(60,90,120,150,180min)、酶底比([E]/[S])(4 000,6 000,8 000,10 000,12 000
U/g)和pH值(7,8,9,10,11)对制备抗氧化肽工艺的影响.
表1 正交实验因素水平表
Tab.1 Factors and levels of orthogonal experiment
水平
因素
酶解温度
A/℃
酶解时间
B/min
酶底比
C/(U·g-1)
1  55  90  7 000
2  60  120  8 000
3  65  150  9 000
1.2.3 酶解工艺条件优化 在单因素试验的基
础上,采用 L9(34)正交试验设计,选取酶解温
度、酶解时间、酶底比3个因素,分析其对DPPH
自由基清除效果的影响,并优化龙须菜抗氧化肽
酶解制备工艺.试验因素与水平设计见表1.
1.2.4 抗氧化肽的体外抗氧化活性 在最优的
酶解条件下制备一定量的龙须菜抗氧化肽溶液,
将其浓缩,测定多肽含量,4℃保存备用.取一定
质量的抗氧化肽浓缩液,稀释至相应倍数,测定该稀释液的DPPH自由基清除率、羟自由基清除率、超
氧自由基清除率和还原力等体外抗氧化活性评价指标.
1.2.5 测定项目与方法 (1)多肽含量测定:参考鲁伟等[10]的方法,略有修改.
(2)DPPH自由基清除率[11]:取2.0mL样品液,加入0.2mmol/L DPPH乙醇溶液2.0mL,室温
放置30min,以70%乙醇调零,测定517nm处吸光值(A样品);测定样品溶液2.0mL与70%乙醇2.0
mL混合液在517nm处的吸光度(A对照);测定2.0mL DPPH与2.0mL 70%乙醇混合液在517nm
处的吸光值(A空白).DPPH清除率={1-(A样品-A对照)/A空白}×100%.
(3)羟自由基清除率:采用邻二氮菲法[11].取0.005mol/L邻二氮菲溶液0.6mL,加0.4mL pH
7.4的磷酸盐,0.01mol/L硫酸亚铁溶液0.3mL,0.02mol/L EDTA溶液0.3mL,蒸馏水0.6mL,样
品液1.0mL,体积分数为0.1%双氧水0.8mL,37℃下保温1h,测定536nm处的吸光值(A样品);以
1.0mL 70%乙醇和0.8mL蒸馏水替代提取液和双氧水测定空白吸光值(A空白);以1.0mL体积分数
为70%乙醇溶液替代样品测定损伤吸光值(A损伤).羟自由基清除率=(A样品-A损伤)/(A空白-A损伤)×
100%.
(4)超氧阴离子清除率:采用核黄素-氮蓝四唑光照法[11].取1.5mL pH 7.8缓冲液,加入0.3mL
130mmol/L甲硫氨酸和0.3mL 750μmol/L氮蓝四唑 ,再加入0.3mL 20μmol/L核黄素,0.6mL
蒸馏水,1.0mL样品溶液,40W日光灯照射10min,测定560nm处的吸光值(A样品);以1.0mL样品
溶剂代替样品液为空白(A空白).超氧阴离子清除率=(A空白-A样品)/A空白×100%.
(5)还原力:采用铁氰化钾法[11].取1.0mL样品液,加pH 6.6的磷酸缓冲液2.5mL和质量分数
为1%铁氰化钾溶液2.5mL,混合后在50℃放置20min,加入质量分数为10%三氯乙酸溶液2.5mL
(若有沉淀,则在4 000r/min下离心10min),取上清液2.5mL,加入2.5mL蒸馏水和质量分数为0.
1%氯化铁2.5mL,混匀,静置10min,测定700nm处的吸光值.
(6)IC50:IC50指DPPH自由基清除率、羟自由基清除率和超氧阴离子清除率为50%或还原力的吸
光值为0.5时所需抗氧化肽溶液的浓度.以抗氧化肽溶液浓度(mg/mL)为自变量,抗氧化活性指标
(%)为因变量进行一次或二次曲线拟合,根据拟合方程计算IC50.
1.3 统计分析
采用SPSS 18数据分析软件进行统计分析,用Ducan多重比较法进行差异显著性检验.
44   泉州师范学院学报 2015年4月 
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果与分析
2.1.1 酶解温度对产物DPPH自由基清除率的影响 由图1(A)可知,在酶解时间120min、酶底比
5 000U/g、pH 8的条件下,龙须菜蛋白酶解产物的DPPH自由基清除率随着酶解温度的升高而逐渐
增加;在酶解温度为60℃时,产物的DPPH自由基清除率达到最大;酶解温度超过60℃之后,产物的
DPPH自由基清除率逐渐下降,这可能是由于酶解温度过高使得碱性蛋白酶活性下降引起的.故确定
60℃为后续龙须菜蛋白的最适酶解温度.
2.1.2 酶解时间对产物DPPH自由基清除率的影响 由图1(B)可知,在酶解温度为55℃、酶底比
5 000U/g、pH 8的条件下,龙须菜蛋白酶解产物的DPPH自由基清除率随着酶解时间的延长而逐渐
增加;在酶解时间为120min时,产物的DPPH自由基清除率达到最大;酶解时间超过120min后,产
物的DPPH自由基清除率缓慢下降,这可能是由于碱性蛋白酶将龙须菜蛋白进一步水解成单个氨基
酸造成的.故确定120min为后续龙须菜蛋白的最适酶解时间.
2.1.3 酶底比对产物DPPH自由基清除率的影响 由图1(C)可知,在酶解温度55℃、酶解时间120
min、pH 8的条件下,龙须菜蛋白酶解产物的DPPH自由基清除率随着酶底比([E]/[S])的增加而逐
渐升高;在酶底比为8 000U/g时,产物的DPPH自由基清除率达到最大,酶底比超过8 000U/g后,
产物的DPPH自由基清除率基本保持不变.在底物浓度一定时,酶浓度提高后,蛋白水解效率提高,但
超过一定比例后,底物浓度和酶浓度已经达到相对平衡,再提高酶浓度已经无法再使酶解效率提高.
故确定[E]/[S]=8 000U/g为后续龙须菜蛋白的最适酶底比.
2.1.4 pH值对产物DPPH自由基清除率的影响 由图1(D)可知,在酶解温度55℃、酶解时间120
min、酶底比5 000U/g的条件下,龙须菜蛋白酶解产物的DPPH自由基清除率在pH值为8时最高,
随着pH值升高,产物的DPPH自由基清除率快速下降.这是由于pH值升高使碱性蛋白酶变性,活性
下降而引起的.故确定pH=8为后续龙须菜蛋白的最适pH.
图1 酶解温度(A)、酶解时间(B)、酶底比(C)和pH值(D)对产物DPPH自由基清除率的影响
Fig.1 Effects of enzymolysis temperature(A),enzymolysis time(B),enzyme-substrate ratio(C)and pH value
o  n the scavenging rate of DPPH free radical from enzymatic hydrolysate preparing by Gracilaria lemaneiformis
2.2 正交实验结果与分析
在上述单因素试验的基础上,设计碱性蛋白酶酶解龙须菜蛋白制备抗氧化肽的L9(34)正交实验,
D为空列,试验结果及方差分析见表2、表3.
由正交试验方差分析可知,在α=0.05水平上,A(酶解温度)、B(酶解时间)和C(酶底比)3个因素
的不同处理水平对产物DPPH自由基清除率的影响显著.确定各因素的主次关系为B> C> A> D,
与极差分析结果一致.因此,确定最优组合为A3B3C3D2,即:酶解温度65℃、酶解时间150min、酶底
比9 000U/g.经验证试验(n=3),得到龙须菜蛋白酶解的最佳工艺条件为:酶解温度65℃、酶解时间
150min、酶底比9 000U/g和pH 8,该条件下的酶解产物的DPPH自由基清除率为77.44%±0.12%.
54 第2期 陈洪彬,等:龙须菜抗氧化肽的制备及其体外抗氧化活性  
表2 正交试验结果与分析
Tab.2 Results and analysis of the orthogonal experiment
试验号 1  2  3  4  5  6  7  8  9  K1 K2 K3 R
A  1  1  1  2  2  2  3  3  3  75.04 74.96 75.76 0.80
B  1  2  3  1  2  3  1  2  3  74.37 75.35 76.05 1.68
C  1  2  3  2  3  1  3  1  2  74.66 75.36 75.74 1.08
D  1  2  3  3  1  2  2  3  1  75.30 75.32 75.14 0.18
实验
结果
73.6  75.31 76.21 74.07 75.59 75.23 75.43 75.15 76.70
表3 方差分析
Tab.3 ANOVA of the orthogonal experiment
方差来源 离差平方和 自由度 F值 P值
A  1.16  2  20.47  0.047*
B  4.27  2  75.49  0.013*
C  1.81  2  31.98  0.030*
D  0.06  2  1.00  0.500
误差 0.06  2
注:F0.05(2,2)=19.00,F0.01(2,2)=99.00,*表示
差异显著,P<0.05.
2.3 龙须菜抗氧化肽的体外活性评价
在最优的酶解条件下制备一定量的龙须菜
抗氧化肽,浓度为5.00±0.08mg/mL(n=3).
由图2可知,用碱性蛋白酶水解龙须菜蛋白所制
备的抗氧化肽具有一定的抗氧化活性.随着抗氧
化肽浓度的增加,其DPPH自由基清除率、羟自
由基清除率、超氧自由基清除率和还原力均增
大,且呈现明显的剂量效应关系.对其效应关系
进行二次曲线拟合,根据拟合方程计算IC50值,
结果见表4.由表4可知,该抗氧化肽DPPH 自
由基清除率、羟自由基清除率、超氧自由基清除率和还原力的IC50值分别为0.718 6,1.192,0.356 6,
0.653 2mg/mL,分别相当于71 010,0.536 4,0.181 3,15 895mg/mL的抗坏血酸溶液.
图2 抗氧化肽浓度对DPPH自由基(A)、羟自由基(B)、超氧自由基清除率(C)和还原力(D)的影响
Fig.2 Effects of scavenging DPPH free radical(A),hydroxy free radical(B),superoxide free radical(C)
and reducing power(D)on the concentration of antioxidant peptides preparing by Gracilaria lemaneiformis
表4 抗氧化肽对DPPH自由基、羟自由基、超氧自由基清除和还原力的IC50值
Tab.4 IC50values of antioxidant peptides for DPPH free radical,hydroxy free radical,superoxide free radical and reducing power
回归方程 R2  IC50/(mg獉mL-1)
DPPH自由基 y=-5.053 6x2+57.429x+11.346  0.999 1  0.718 6
羟自由基 y=-4.08x2+42.279x+5.403 3  0.997 8  1.192
超氧自由基 y=-152.38x2+188.72x+2.084 6  0.997 6  0.356 6
还原力 y=-0.051 1x2+0.651 3x+0.096 4  0.999 7  0.653 2
64   泉州师范学院学报 2015年4月 
3 结论
本研究通过单因素和正交优化设计试验,对碱性蛋白酶制备龙须菜抗氧肽的工艺进行优化、验
证,得到制备龙须菜抗氧化肽的最佳酶解条件为:酶解温度65℃、酶解时间150min、酶底比9 000U/
g、pH值8.0,在此条件下制备的龙须菜抗氧化肽对DPPH自由基的清除率为77.44%±0.12%.体外
抗氧化活性研究表明,抗氧化肽具有一定清除DPPH自由基、羟自由基、超氧自由基的能力,也有一定
的还原力,但均弱于同浓度下的抗坏血酸.因此,采用该碱性蛋白酶制备龙须菜抗氧化肽是可行的,为
进一步综合开发和利用龙须菜提供了新途径.龙须菜抗氧化肽的酶法制备工艺可能与酶的种类、粗蛋
白的制备等有关,对龙须菜蛋白酶解液中抗氧化肽的组成还需进一步分离、纯化和鉴定,对其构效关
系还有待深入研究.
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(责任编辑 杨珠)
Preparation and Antioxidant Activity in Vitro
of Antioxidative Peptides fromGracilaria lemaneiformis
CHEN Hong-bin1,2,E Yu-jin1,WEN Mei-qin1,DONG Le1,2,JIANG Yu-fu1,WU Li-xia1
(1.Colege of Chemistry and Life Sciences,Quanzhou Normal University,Fujian 362000,China;
2.Key Laboratory of Offshore Resources and Biological Technology,Fujian Province University,Fujian 362000,China)
Abstract:In order to optimize enzymolysis technology for preparation of antioxidant peptides from
Gracilaria lemaneiformis protein,effects of enzymolysis temperature,enzymolysis time,enzyme sub-
strate ratio([E]/[S])and pH value on the technology in which DPPH free radical scavenging rate
were taken as indexes was analyzed with orthogonal.The results showed that the best optimum enzy-
molysis conditions of antioxidant peptides from Gracilaria lemaneiformis protein were determined
as:enzymolysis temperature 65℃,enzymolysis time 150min,[E]/[S]9 000U/g and pH value 8.
Under such condition,the DPPH free radical scavenging rate of antioxidant peptides is 77.44%±
0.12%.Research of its antioxidative activity in vitro showed that the antioxidant peptides had antiox-
idant activities,such as scavenging rates of DPPH free radical,hydroxyl free radical,superoxide free
radical and reducing power.But the antioxidant activities were less than ascorbic acid with same con-
centration.
Key words:Gracilaria lemaneiformis protein;enzymolysis;alkaline protease;antioxidant peptides
74 第2期 陈洪彬,等:龙须菜抗氧化肽的制备及其体外抗氧化活性