全 文 ：Science and Technology of Food Industry 研究与探讨
2016年第04期
水解度对螺旋藻肽乳化性、起泡性
及抗氧化性的影响
马艳芳1，李玉洋1，刘金龙1，郑明刚2，孙中涛1，*
（1.山东农业大学生命科学学院，山东泰安 271018；
2.国家海洋局海洋生物活性物质与现代分析技术重点实验室，山东青岛 266000）
摘 要：研究了水解度对螺旋藻肽乳化性、起泡性以及抗氧化能力的影响。结果表明，随着水解时间的延长，螺旋藻肽
的水解度逐渐增大。水解过程中，螺旋藻肽的起泡性、DPPH自由基清除能力以及还原力均随着水解度的增加先增大
后减小，羟基自由基清除能力随着水解的进行先减小后增大，达到最大后再减小。而泡沫稳定性、乳化性、乳化稳定性
则随着水解度的增大逐渐减小。这说明，在螺旋藻肽的生产过程中，并不是水解度越大越好，而应根据对产品物化性
质与抗氧化能力的要求，确认最佳水解度。
关键词：螺旋藻肽，水解度，乳化性，起泡性，抗氧化性
Effect of degree of hydrolysis on emulsification，foaming capacity
and antioxidant activity of Spirulina peptides
MA Yan-fang1，LI Yu-yang1，LIU Jin-long1，ZHENG Ming-gang2，SUN Zhong-tao1，*
（1.College of Life Science，Shandong Agricultural University，Taian 271018，China；
2.Key Lab of Marine Bioactive Substance and Modern Analytical Technique，Qingdao 266000，China）
Abstract：The effect of the degree of hydrolysis（DH） on the emulsification，foaming capacity and antioxidant
activity of Spirulina peptides was investigated. The DH of the hydrolysate increased during the process of
hydrolysis. In the process of hydrolysis，the foaming activity，DPPH radical scavenging ability，and reducing
power of Spirulina peptides first increased then decreased with the increase of the DH，the hydroxyl radical
scavenging ability first decreased then increased，when reached maximum then decreased，however the
foaming stability，the emulsification，emulsifying stability decreased with the increase of the DH. This showed
that the DH was not the higher the better in the production of Spirulina peptides，and the best DH must be
determined according to the need of the products to get a better physicochemical properties and antioxidant
abilities.
Key words：Spirulina peptide；degree of hydrolysis；emulsifying activity；foaming activity；antioxidant activity
中图分类号：TS201.1 文献标识码：A 文 章 编 号：1002-0306（2016）04-0196-05
doi：10.13386/j.issn1002-0306.2016.04.031
收稿日期：2015－08－03
作者简介：马艳芳（1989-），女，硕士研究生，研究方向：发酵工程与酶工程，E-mail：ffang0625@126.com。
* 通讯作者：孙中涛（1973-），男，博士，副教授，研究方向：发酵工程与酶工程，E-mail：zhtsun@sdau.edu.cn。
基金项目：国家海洋局海洋生物活性物质与现代分析技术重点实验室开放基金资助（MBSMAT-2014-05）。
螺旋藻（Spirulina platensis Geitl）是一类由单细
胞或多细胞组成的丝状低等原核生物。螺旋藻富含
藻胆蛋白，其含量可达细胞干重的10%~24.8%[1]。藻
胆蛋白是一类存在于某些藻类藻胆体中的色素复合
蛋白，其氨基酸组成比例非常理想，其中8种必需氨
基酸的含量接近或者超过FAO推荐的标准[2]。螺旋藻
是一种应用广泛的功能性食品原料，具有减轻癌症
放疗、化疗的毒副反应，提高免疫功能，降低血脂等
多种功效[3-4]。目前，螺旋藻多以干粉的形式直接应用
于食品行业，但是由于其溶解性差、腥味浓重的缺
点，使其应用受到一定的限制。
采用蛋白酶对藻胆蛋白进行水解，可以改善其
物化特性，扩大应用范围。与藻胆蛋白相比，其水解
产物螺旋藻肽不仅具有较低的分子量和良好的物化
特性，更容易被人体消化吸收，而且还具有提高人体
免疫功能，消除并防止机体受到自由基破坏，全面调
节人体代谢机能等生理作用，其中以其抗氧化能力
最受关注[5]。
螺旋藻肽的物化特性和抗氧化能力与水解度有
关，目前对螺旋藻多肽生产工艺的优化也多以提高
196
研究与探讨
2016年第04期
Vol . 37 , No . 04 , 2016
水解度为目标。但水解度与螺旋藻肽的起泡性、乳化
性、抗氧化能力之间并不是单纯的线性关系，螺旋藻
肽生产过程中单纯追求高水解度并不科学，而应控
制一个合适的水解度，使产品具有更高抗氧化能力
与更好的物化特性。
本文以螺旋藻干粉为原料制备不同水解度的螺
旋藻肽，并对其起泡性、乳化性与抗氧化能力进行测
定，以探明水解度对起泡性、乳化性与抗氧化能力的
影响，为螺旋藻肽生产中最佳水解度的控制提供理
论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
螺旋藻粉（100 g） 山东省滨州天健生物科技
有限公司，蛋白质质量分数为59.875%；碱性蛋白酶
（2×105 U/mL） 南宁东恒华道生物科教有限责任公
司；1，1-二苯基-2-苦肼基自由基（DPPH） Sigma公
司；其他试剂 均为国产分析纯。
JA1003电子天平 上海恒平科技仪器有限公
司；pHS-3C型数字酸度计 上海雷磁仪器厂；79-1
磁力搅拌器 国华电器有限公司；THZ-C恒温振荡
器 太仓市实验设备厂；TGL-16B小型台式离心机
上海安亭科学仪器厂；UV2800型紫外可见分光光度
计 上海精密科学仪器有限公司；HH-4数显恒温水
浴锅 国华电器有限公司；QL-901振荡器 海门市
其林贝尔仪器制造有限公司；电子调温万用电炉 龙
口市电炉制造厂；SHZ-D（III）循环水式真空泵 巩
义市予华仪器有限责任公司；R-501旋转蒸发器 上
海一科仪器有限公司；JT-8000Y喷雾干燥机 常州
博锐特干燥设备有限公司。
1.2 样品制备
参考刘士伟等[6]的方法并稍有改动：采用纯净水
将螺旋藻粉配制成10%的悬浮液，调pH8.0，加入碱
性蛋白酶，加酶量4300 U/g螺旋藻，于55 ℃水解
240 min，每40 min取样一次并测定水解度。水解完成
后，加热至85 ℃保温20 min进行灭酶，然后5000 r/min
离心15 min，收集上清液，采用真空旋转蒸发器浓缩
后，再于进口温度200 ℃、出口温度70 ℃的条件下进
行喷雾干燥获得螺旋藻肽干粉。
1.3 水解度的测定
水解度（degree of hydrolysis，DH）可用水解后生
成的ɑ-氨基氮的量占总含氮量的百分比表示[7]。如
下式：
水解度（%）=水解后生成的α-氨基态氮的量/样
品的总含氮量×100
水解后生成α-氨基态氮的量可用茚三酮法测
定，样品总含氮量用凯氏定氮法（参照国标GB/T 23530-
2009）进行测定。
1.4 乳化性的测定
参考Klompong[8]的测定方法，并稍有改动，配制
1%的上述螺旋藻肽干粉溶液，用移液管取30 mL与
10 mL植物油混匀，并调节pH分别为3、5、6、7、9，然
后乳化1 min，制成乳化液，分别在0 min和10 min时
用微量移液器吸取底部的乳状液100 μL，加入10 mL
0.1%的SDS溶液并混匀，以0.1%的SDS作空白对照，
测定其在500 nm处的吸光度A0和A10。A0即为乳化性
（EA），乳化稳定性（ES）用下式计算：
ES（%）= A0
A10
×100
1.5 起泡性及其稳定性的测定
参考刘红梅等[9]的方法，准确称取经喷雾干燥得
到的螺旋藻肽干粉0.1 g，溶解于2 mL去离子水中，用
玻璃棒搅拌均匀，静置10 min后，倒入10 mL量筒中，
用力上下振荡1 min，快速记录此时泡沫体积并记为
H0，静置10 min后，记录下此时泡沫体积H1。H0用来评
价样品的起泡能力，H1/H0来表示样品泡沫体积的稳
定性。
1.6 抗氧化能力的测定
1.6.1 DPPH自由基清除能力 采用Yama[10]的方法
并稍有改动：取2 mL一定浓度（0.5~2.5 mg/mL）的螺
旋藻肽溶液添加至2 mL 0.2 mmol/L的DPPH的95%乙
醇溶液中，混合振荡后，在室温下放置30 min，于517 nm
处测定吸光值。清除DPPH自由基的能力为SA。
DPPH自由基清除率（%）= 1- A1-A2A3
! ×100
式中，空白对照—95%乙醇+蒸馏水；A1—DPPH
溶液+螺旋藻肽溶液测得的吸光值；A2—95%乙醇+
螺旋藻肽溶液测得的吸光值；A3—DPPH溶液+蒸馏
水测得的吸光值。
1.6.2 羟基自由基清除能力 参考吴琼英 [11]的方
法：取一定浓度的样品2 mL（0.5~2.0 mg/mL），依次加
入2 mL硫酸亚铁（6 mmol/L），2 mL H2O2（6 mmol/L），
混合静置10 min，再加入2 mL水杨酸（6 mmol/L）混
匀，静置30 min后，在510 nm处测吸光值为Ai，当用双
蒸水代替水杨酸时测得的吸光值为Aj，空白对照组
以双蒸水代替样品测得的吸光值为A0，则酶解物对
羟基自由基的清除率（%）表示为：
羟基自由基清除率（%）= 1- Ai-AjA0
! ×100
1.6.3 还原力 采用Osawa[12]的方法：取一定浓度的
样品1 mL（0.5~2.5 mg/mL），加入0.1 mol/L的磷酸缓
冲液2.5 mL和1%的铁氰化钾溶液2.5 mL，充分混合
以后，在50 ℃下保温20 min，随后加入10%的三氯乙
酸2.5 mL，经充分混合后，以3000 r/min离心10 min，
取上清液2.5 mL，加入蒸馏水2.5 mL以及0.1% FeCl3
2.5 mL，然后在700 nm波长处进行比色，吸光度越大
说明还原力越强，空白对照以蒸馏水代替离心后的
上清液。
1.7 数据处理
所有数据采用WPS Office 2015、Origin 75软件
分析。
2 结果与分析
2.1 酶解时间对水解度的影响
螺旋藻蛋白酶解过程中水解度随时间的变化规
律如图1所示。由图1可知随着水解时间的延长，螺旋
藻肽的水解度逐渐增大，这与李雪等 [13]用碱性蛋白
酶水解草鱼鱼肉蛋白得到的规律相似。其主要原因
197
Science and Technology of Food Industry 研究与探讨
2016年第04期
图4 水解度对螺旋藻肽DPPH自由基清除能力的影响
Fig.4 Effect of DH on DPPH radical scavenging ability of
Spirulina protein hydrolysates
水解度（%）
6 8 10 12 14 16 18
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35D
PP
H
自
由
基
清
除
能
力
（
%）
2.5 mg/mL
2.0 mg/mL
1.5 mg/mL
1.0 mg/mL
0.5 mg/mL
是酶解初期酶与底物接触的机会大，反应速率快；随
着时间的延长，底物浓度降低，酶活力也有一定的损
失，导致水解反应速率降低。不同水解度的酶解产物
可以通过控制酶解时间来获得，所制备的酶解时间
分别40、80、160、240 min的螺旋藻肽样品，其水解度
分别为6.80%、9.47%、12.57%、16.40%。
2.2 水解度对螺旋藻肽乳化性的影响
水解度对螺旋藻肽乳化性（EA）和乳化稳定性
（ES）的影响如图2所示。在pH3~9范围内，螺旋藻肽
在低水解度时具有较好的乳化性和乳化稳定性，但
随着螺旋藻粉水解度的增大，螺旋藻肽的乳化性与
乳化稳定性均显著降低，这种规律同时存在于鲑鱼
肌肉蛋白酶解物中[14]。其主要原因是蛋白质酶解为
小分子肽后，溶液黏度与表面张力降低，不利于乳化
性及乳化稳定性。此外，由图2还可以看出，在pH7，一
定水解度时，螺旋藻肽的乳化性最小，乳化稳定性最
强，这与螺旋藻肽的等电点在pH7附近有关，这种现
象也见于燕麦胶酶解物[15]。
2.3 水解度对螺旋藻肽起泡性及泡沫稳定性的影响
水解度对螺旋藻肽起泡性（FC）及泡沫稳定性
（FS）的影响如图3所示。提高螺旋藻的水解度，螺旋
藻肽起泡性增大，并在水解度为12.57%时达到最大
值，此后，再提高水解度，螺旋藻肽的起泡性反而降
低；由图2可以发现泡沫稳定性随着螺旋藻水解度的
提高一直在降低。这与大豆肽溶液的起泡性与泡沫
稳定性随水解度变化的规律类似[16]。其原因是随着
水解度的提高，螺旋藻肽的分子量降低，溶液的黏度
与表面张力发生变化，从而影响其起泡性与泡沫稳
定性。
2.4 抗氧化能力的测定
2.4.1 水解度对螺旋藻肽DPPH自由基清除能力的
图2 水解度对螺旋藻肽乳化性及乳化稳定性的影响
Fig.2 Effect of DH on emulsifying activity and emulsifying
stability of Spirulina protein hydrolysates
注：a：乳化性，b：乳化稳定性。
水解度（%）
6 8 10 12 14 16 18
7
6
5
4
3
2
1
0
乳
化
性
（
EA
，%
）
a
pH3
pH5
pH6
pH7
pH9
水解度（%）
6 8 10 12 14 16 18
36
32
28
24
20
16
12
8
4
0
乳
化
稳
定
性
（
ES
，%
）
b
pH3
pH5
pH6
pH7
pH9
图1 DH随时间的变化
Fig.1 Effect of hydrolysis time on DH
时间（min）
0 50 100 150 200 250
18
16
14
12
10
8
6
4
2
水
解
度
（
%）
图3 水解度对螺旋藻肽起泡性及泡沫稳定性的影响
Fig.3 Effect of DH on foaming activity and foaming stability of
Spirulina protein hydrolysates
注：a：起泡性，b：泡沫稳定性。
水解度（%）
6 8 10 12 14 16 18
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
起
泡
性
（
FC
，m
L）
a
水解度（%）
6 8 10 12 14 16 18
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
泡
沫
稳
定
性
（
FS
）
b
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研究与探讨
2016年第04期
Vol . 37 , No . 04 , 2016
图6 水解度对螺旋藻肽还原力的影响
Fig.6 Effect of DH on reducing power of
Spirulina protein hydrolysates
水解度（%）
6 8 10 12 14 16 18
44
40
36
32
28
24
20
16
12
8
还
原
力
（
%）
2.5 mg/mL
2.0 mg/mL
1.5 mg/mL
1.0 mg/mL
0.5 mg/mL
影响 DPPH自由基清除能力是表征天然抗氧化剂
体外抗氧化活性的重要指标，在517 nm处有最大吸
光度，其颜色变化及在517 nm的吸光度与抗氧化剂
的自由基清除能力存在线性关系。水解度对螺旋藻
肽DPPH自由基清除能力的影响如图4所示，增大螺
旋藻粉的水解度，可以提高螺旋藻肽的DPPH自由基
清除能力，并在水解度为12.57%时达到最大；但水解
度过高时，DPPH自由基清除能力反而下降。这与付
中民等报道的蜂王浆蛋白酶解物对DPPH自由基清
除能力的规律类似，但蜂王浆蛋白酶解物的DPPH自
由基清除能力在水解度为4.18%时最大[17]。
2.4.2 水解度对螺旋藻肽羟基自由基清除能力的影
响 羟基自由基是目前已知的活性最强的活性氧自
由基，可与DNA、蛋白质等生物分子发生反应，造成
细胞损伤。水解度对螺旋藻肽羟基自由基清除能力
的影响如图5所示，螺旋藻肽的羟基自由基清除能力
随水解度的增大先减小、后增大，并在水解度为
12.57%时达到最大，此后，再增大水解度，其羟基自
由基的清除能力反而明显下降。这与You等报道的泥
鳅蛋白水解物的羟基自由基清除能力随水解度的变
化规律是一致的，但泥鳅蛋白水解物的羟基自由基
清除能力在水解度为23%时最大[18]。
2.4.3 水解度对螺旋藻肽还原力的影响 还原力是
指抗氧化剂提供电子的能力，是评价抗氧化剂体外
抗氧化能力的一个重要指标。水解度对螺旋藻肽还
原力的影响如图6所示，当螺旋藻粉的水解度较低
时，螺旋藻肽的还原力随着水解度的增大可显著提
高，并在水解度为12.57%时达到最大，此后，再提高
水解度，还原力反而下降。这与Rossawan等报道的鲣
鱼鱼籽酶解物的还原力与水解度的关系具有相同的
规律，即还原力先随着水解度的增大而增大，达到最
大值后，再提高水解度，还原力反而降低，但鲣鱼鱼
籽酶解物的还原力是在水解度为5%时最大[19]，这说
明生产抗氧化性肽时，应根据蛋白质原料的种类，控
制不同的水解度，以获得最大还原力。
3 结论
水解度对螺旋藻肽的乳化性、起泡性以及抗氧
化能力有重要影响。水解度较小时，螺旋藻肽具有较
强的乳化性与乳化稳定性，但随着水解度的增大，其
乳化性和乳化稳定性均逐渐降低。增大水解度可以
改善螺旋藻肽的起泡性，水解度为12.57%时起泡性
最大，水解度过高，起泡性反而降低，但泡沫稳定性
与起泡性的变化规律不同，它随着水解度的增大逐
渐减小。增大水解度可提高螺旋藻肽的抗氧化能力，
水解度为12.57%时，其DPPH自由基清除能力、羟基
自由基清除能力与还原力最大，水解度过高时，抗氧
化能力反而下降。目前，国内外对螺旋藻粉酶解工艺
的研究多以提高水解度为目标，但是并未充分考虑
水解度对螺旋藻肽物化性质与抗氧化能力等生理活
性的影响，这样是不科学的。因此在水解过程中，应
根据生产目的控制一个最佳水解度，并不是水解度
越高越好。本研究初步研究了水解度对螺旋藻肽物
化性质及抗氧化能力的影响，但是并没有对如何根
据产品要求准确控制水解度进行研究，后续实验可
以对此进行进一步的研究。
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图5 水解度对螺旋藻肽羟基自由基清除能力的影响
Fig.5 Effect of DH on hydroxyl radical scavenging ability of
Spirulina protein hydrolysates
水解度（%）
6 8 10 12 14 16 18
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0羟
基
自
由
基
清
除
能
力
（
%）
2.0 mg/mL
1.5 mg/mL
1.0 mg/mL
0.5 mg/mL
（下转第222页）
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（上接第199页）
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
量的增大，低聚木糖含量逐渐升高后缓慢降低。结果
表明，酶添加量与酶解时间之间的交互影响显著。
如图11所示，当酶解时间和酶解温度处于较低
水平时，随着酶解时间和酶解温度的升高，低聚木糖
含量逐渐升高；当酶解时间和酶解温度处于较高水
平时，对低聚木糖含量的影响不大。结果表明，酶解
时间和酶解温度的交互性影响极显著。
Box-Behnken模型响应面优化结果为：料液比
1 ∶21.46，加酶量4.2%，酶解时间3.56 h，酶解温度
63.98 ℃，此时低聚木糖含量为3.75 mg/mL。各因素对
低聚木糖含量的影响大小依次为：酶解时间、酶解温
度、料液比、加酶量。考虑实际操作条件，调整为料
液比1∶20，加酶量4%，酶解时间3.5 h，酶解温度64
℃。采用修正后的条件参数，进行3次平行验证实验，
结果测得低聚木糖含量为3.35 mg/mL，与预测值3.75
mg/mL相比的RSD为0.3%，两者较接近。
3 结论
超声预处理的最佳条件为：超声温度60 ℃，超声
时间30 min，料液比1∶15，NaOH浓度8%。在此条件下
预处理得到的棉籽壳中木聚糖得率为33.66%。利用
Design-Expert 8.06统计软件，选用Box-Behnken模型
对酶解实验条件进行优化，结合实际情况得到最优酶
解工艺条件为料液比1∶20，加酶量4%，酶解时间3.5 h，
酶解温度64 ℃，此时低聚木糖含量为3.35 mg/mL，与
理论预测值3.75 mg/mL接近，说明模型可靠性较高，
能很好的预测实验结果。
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图11 酶解温度和酶解时间的交互作用的响应面
Fig.11 Response surface of effects of zymolytic temperature
and time
Y：
木
聚
糖
得
率
（
%）
50.28D′：酶解温度（℃） C′：酶解时间（h）5.03
3.8
3.6
3.4
3.2
3.0
6.03
7.03
8.03
9.03
52.28
58.28
54.28
56.28
60.28
222