酶解工艺对海带酶解液抑制血管紧张素转化酶活性的影响

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  摘 要:为明确海带对血管紧张素转化酶活性的抑制作用,通过单因素试验和响应面优化试验,探讨不同纤维素酶添加量和酶解时间对海带浆抑制血管紧张素转化酶活性的影响。结果表明:采用纤维素酶对海带浆进行酶解,建立了海带酶解液血管紧张素转化酶(ACE)活性抑制率Y与纤维素酶添加量X1、酶解时间X2的数学模型:Y=-114.27304+0.00572X1+1.49199X2-3.33333×10-7X1X2-2.55200×10-7X12-0.00447X22,得到优化酶解条件为:海带经切分匀浆后,在pH 6.0、添加纤维素酶11060 U·g-1、在室温条件下酶解169 min,所得酶解液对ACE活性的抑制率可达到41.43%左右。试验可知海带酶解液对血管紧张素转化酶(ACE)活性具有较高的抑制作用。
  关键词:酶解工艺;血管;紧张素转化酶;海带;纤维素酶
  Abstract: In order to clarify the inhibiting effect of kelp on the activity of angiotensin converting enzyme, the effects of different additive amount of cellulase and enzymolysis time on the inhibition of angiotensin converting enzyme activity by kelp pulp were investigated by the single factor experiment and response surface optimization test. The results showed that the enzymatic hydrolysis of kelp pulp with cellulase was carried out, and the mathematical model of the inhibition rate Y of ACE activity in kelp enzymatic hydrolysate, the enzyme additive amount X1 and the enzymolysis time X2 was established: Y=-114.27304+0.00572X1+1.49199X2-3.33333×10-7X1X2-2.55200×10-7X12-0.00447X22. The optimal enzymolysis condition was obtained as follows: after the kelp was cut and homogenized, 11060 U·g-1 cellulase was added at pH 6.0 and the enzymatic hydrolysis was performed at room temperature for 169 min. The inhibition rate of the obtained enzymatic hydrolysate on ACE activity was about 41.43%. The results showed that the enzyme hydrolysate of kelp had a high inhibitory effect on the activity of angiotensin converting enzyme.
  Key words: Enzymolysis technology; Blood vessel; Angiotensin converting enzyme; Kelp; Cellulase
  海帶具有较高的营养价值和保健功效,是一种不可多得的药食同源食品[1-2]。当前,福建省海带以干制粗加工产品为主,加工产品单一[3]。随着人们生活水平的提高,人们对食品多样化和功能化需求日益增加,具有一定保健功能的食品消费需求会逐渐加大。
  海带中含有丰富的营养成分,包括碘和钾等微量元素、多糖、蛋白质、氨基酸等,同时具有调节血脂、降血压、降血糖、抗凝血及抗肿瘤等活性作用,非常适合开发深加工食品。已有研究对自发性高血压大鼠喂饲海带后血压变化进行试验观察,结果表明海带能有效降低大鼠动脉收缩压,温和有效地降低高血压鼠的收缩压和舒张压,提示海带可作为降血压辅助药物[4]。日本人通过食用海带浸泡液以达到降血压的目的[5]。本研究通过分析纤维素酶添加量和酶解时间对海带浆抑制血管紧张素转化酶(ACE)活性的影响,旨在开发提高海带产品附加值,为海带深加工提供参考依据。
  1 材料与方法
  1.1 试验材料
  干海带,市售;100 mmol·L-1、pH 8.3、含0.3 mmol·L-1 NaCl硼酸硼酸钠缓冲液,自配;纤维素酶,购自国药集团化学试剂有限公司;血管紧张素转换酶(ACE)、马尿酰组氨酰亮氨酸(HHL),购自SigmaAldrich;马尿酸标准品(Hippuric acid),购自霍尼韦尔Fluka中国。
  1.2 主要仪器
  LC20A型高效液相色谱仪(日本岛津公司);DAD20A型二极管阵列检测器(日本岛津公司);DKS24型电热恒温水浴锅(上海精宏实验设备有限公司);TGL-16C型离心机(上海安亭科学仪器厂)等。
  1.3 试验方法
  1.3.1 海带酶解液样品前处理 干海带充分复水后切成1 cm2左右的海带片,加入10%的水,采用胶体磨进行破碎均质,通过调节胶体磨的间隙得到均匀的海带浆。加入5‰柠檬酸调节pH至6.0,加入定量纤维素酶,于25℃环境中,对海带浆在不同酶解时间下进行酶解,得到酶解液样品置于5℃冰箱备用。   1.3.2 纤维素酶添加量对海带酶解液抑制ACE活性的影响 分别在样品液内添加0、5000、10000、15000 u·g-1纤维素酶,在25℃环境温度下酶解120 min,测定ACE活性抑制率。
  1.3.3 纤维素酶酶解时间对海带酶解液抑制ACE活性的影响 以纤维素酶5000 u·g-1为添加量,在温度25℃环境下分别对样液进行120、150、180、210 min的酶解,测定ACE活性抑制率。
  1.3.4 ACE活性抑制率测定 (1)色谱条件。色谱柱:symmetry C18 5 μm,4.6×150 mm。柱温:25℃。检测波长:228 nm。流速:0.5 mL·min-1。流动相:0.05%三氟乙酸TFA加0.05%三乙胺水溶液(pH 2.75~2.80)/乙腈=85∶15(v/v)。(2)操作方法。参考Cushman和Cheung等[6-8]的方法测定血管紧张素转换酶(ACE)抑制活性。ACE 10 μL和样品40 μL置于旋涡振荡器中处理2 min,37℃保温5 min,加入50 μL HHL混匀后,在37℃下反应0.5 h,加入200 μL,1.0 mmol·L-1 HCl终止反应,10000 r·min-1离心分离5 min,采用HPLC法在228 nm处测定反应生成马尿酸(HA, Hippuric acid)的吸收值。
  ACE抑制活性根据以下公式计算:
  抑制率(I%)=A-BB×100%
  A:未添加抑制剂马尿酸的峰面积在标准曲线上对应的浓度,单位mmol·L-1;
  B:已添加抑制剂马尿酸的峰面积在标准曲线上对应的浓度,单位mmol·L-1;
  1.3.5 纤维素酶酶解条件的响应面优化分析 以酶添加量和酶解时间为因子,ACE活性抑制率为因变量设计响应面分析试验,通过试验设计及Design Expert软件分析,选取ACE活性抑制率最高的海带酶解条件。依据Central Composite Design原理,试验设计因素水平见表1。
  2 结果与分析
  2.1 纤维素酶添加量对海带酶解液抑制ACE活性的影响
  固定酶解时间为120 min,测定不同纤维素酶添加量条件下测定经过研磨的海带浆样液对ACE活性抑制率的变化情况(图1)。
  由图1可知,海带酶解液对ACE活性抑制率随着纤维素酶添加量的增大而提高,当纤维素酶添加量小于5000 U·g-1时,酶解液对ACE活性的抑制能力变化明显,抑制率从未添加纤维素酶空白组的2.7%提升至26.7%。此时纤维素酶破坏海带细胞壁,将海带细胞内的活性成分释放出来,表现出ACE活性抑制能力的提高[9];当纤维素酶的添加量达到一定浓度时,海带细胞壁被完全酶解,细胞内ACE酶活性抵制成分释放达到动态平衡,当酶添加量超过10000 U·g-1时,酶解液添加量对ACE活性的抑制能力提高不明显。
  2.2 纤维素酶酶解时间对海带酶解液抑制ACE活性的影响
  固定酶添加量5000 U·g-1,在不同纤维素酶酶解时间下测定经过研磨的海带浆样液对ACE活性抑制率的变化情况(图2)。
  由图2可知,海带酶解液对ACE活性抑制率随着酶解时间的增加而逐渐增强。由于酶解时间的增加,海带细胞壁的酶解率逐渐提高,海带细胞内ACE活性抑制成分释放率也逐渐增大,因此海带酶解液对ACE活性的抑制能力逐渐增强。当酶解时间超过180 min后,细胞壁基本酶解完全,抑制率变化不明显。对比图1和图2可知,适宜的纤维素酶添加量对海带酶解液抑制ACE活性的能力影响更大,纤维素酶添加量的变化对ACE活性抑制率的影响相较于酶解时间更加明显。
  2.3 酶解条件对ACE活性抑制率影响的响应面分析
  响应面法试验结果及方差分析见表2、3。
  由表3中可知,模型拟合度较高(P<0.05),因此该模型可较好的模拟酶解条件对海带酶解液抑制ACE活性的影响规律。自变量一次项A、B和二次项A2、B2的P值均<0.01,表明它们对试验结果均有极显著的影响。失拟项P值为0.0861>0.05,表明该模型失拟因素不显著,各因素值和响应面之间的关系可用此模型函数化,可较好地预测试验结果。
  由方差分析结果得到二次响应面回归模型:
  纤维素酶添加量和酶解时间对ACE活性抑制率交互作用的等高线和三维响应面见图3。
  利用Design Expert軟件的Numerical Optimization功能,预测ACE活性抑制率最高时的条件为:纤维素酶添加量11060 U·g-1、酶解时间169 min;在此优化条件下海带酶解液对ACE活性的抑制率最高,为41.43%。
  选取上述优化条件进行海带酶解液对ACE活性抑制率验证试验,酶解工艺参数为:纤维素酶添加量11060 U·g-1、酶解时间169 min,做3次平行试验进行验证,验证结果表明在此酶解工艺条件下海带酶解液对ACE活性的抑制率平均值为41.38%,该结果与理论预测值(41.43%)相差较小。表明响应面法所得酶解条件对海带浆酶解液ACE活性抑制率的方程模型具有较强的适用性、所得到的优化条件准确可靠。
  3 结论与讨论
  采用纤维素酶对海带浆进行酶解,建立了海带浆酶解液对ACE活性抑制率Y与酶添加量X1、酶解时间X2的数学模型:Y=-114.27304+0.00572X1+1.49199X2-3.33333×10-7X1X2-2.55200×10-7X12-0.00447X22。得到优化酶解条件为:海带经切分匀浆后,在pH 6.0,纤维素酶添加11060 U·g-1,在室温条件下酶解169 min,所得酶解液对ACE酶活性的抑制率可达到41.43%。由试验数据及验证试验可知海带酶解液对血管紧张素转化酶(ACE)活性抑制率较高。   纤维素酶的作用机理为:水解开始首先由内切葡聚糖酶作用于微纤维的非结晶区,由纤维二糖水解酶将不溶性纤维素水解生成可溶性的纤维糊精和部分纤维二糖,然后内切葡聚糖酶再作用于部分降解的纤维素,水解成纤维二糖等低聚糖,最后由P葡萄糖昔酶将纤维二糖分解成葡萄糖[10]。食品加工中利用纤维素酶的特性,在许多产品的深加工过程中都有广泛的应用,如改善果蔬的可消化性、提高酿酒和酱油在加工过程中发酵的效率、作为速溶茶加工过程中的提取劑等。
  已有研究表明[11],降血压肽具有抑制ACE活性的效果。由于海带本身偏酸性,海带在浸提过程中形成的水溶液呈弱酸性,使得海带中蛋白能在酸性条件下进行水解,形成氨基酸和肽类[12]。因此,海带酶解液对ACE活性的抑制作用可能与形成的降血压肽有关。
  本研究期望利用纤维素酶作用与海带的植物细胞壁,将海带中的降血压肽等活性成分释放出来,从而提升海带中活性成分的溶出率。试验证明该方法具有一定的可行性。同时通过磨浆和酶解的方法,在保留了海带营养活性成分的前提下改变了其物理形态,可作为海带深加工的基础,进一步研发具有食疗价值的海带加工品,提升海带自身的附加值,丰富海带加工品的形态,扩大海带产品的市场覆盖率,对促进海带及相关海产品加工市场具有积极的作用。
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  (责任编辑:柯文辉)
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