水解擬黑多刺螞蟻粉的研究

李元祥，賀曉光

（寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

螞蟻是傳統(tǒng)的補(bǔ)腎強(qiáng)壯藥，更是健康長(zhǎng)壽的瑰寶，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值成分在百萬(wàn)動(dòng)物中名列前茅，已成為目前世界上最有開(kāi)發(fā)價(jià)值的食品和藥品之一。食用螞蟻被當(dāng)今社會(huì)稱為一座供給人類營(yíng)養(yǎng)的“微型動(dòng)物高級(jí)營(yíng)養(yǎng)寶庫(kù)”和“天然藥物加工總廠”，是人類健康的益友。其中擬黑多刺蟻是優(yōu)良的螞蟻品種，是經(jīng)中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部批準(zhǔn)的唯一有藥、食兩用價(jià)值的螞蟻。含42%～69%的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)和27種游離氨基酸，尤其是人體必需的8種氨基酸它都含有，還含有多種維生素和20多種礦物質(zhì)、纖維素及螞蟻的化合物[1]。

對(duì)螞蟻的科學(xué)研究一直為世界各國(guó)所重視。美國(guó)、德國(guó)對(duì)多種螞蟻進(jìn)行大量分析研究，證明螞蟻含有特殊的醛類化合物，以檸檬醛（C10H16O，又稱草體蟻醛）含量最多，約占90%，能調(diào)節(jié)人體免疫功能。螞蟻體殼中含有殼聚糖（Chitin，別名甲殼素或幾丁質(zhì)），廣泛用于生物醫(yī)學(xué)及制藥方面，對(duì)多種細(xì)菌有較好的抑制作用，特別適用于水果的防腐保鮮。還有高能的含磷化合物三磷酸腺苷（ATP），多種酶和輔酶[2]。澳大利亞麥克利大學(xué)的貝蒂教授經(jīng)過(guò)多種研究后宣稱，螞蟻之所以很少染病，是因?yàn)槲浵佀置诘南灎钗镔|(zhì)中含有的抗菌素可以有效地控制蟻群中的傳染病。她的試驗(yàn)研究還證實(shí)，上述抗菌素也有助于人體抵抗多種致病微生物，在對(duì)抗真菌感染和金黃色葡萄球菌方面作用明顯。

我國(guó)對(duì)于螞蟻的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)研究雖起步較晚，但近幾十年來(lái)，由于有關(guān)科研單位和相關(guān)院校的重視，已取得了突破性進(jìn)展?？茖W(xué)家對(duì)螞蟻的深入實(shí)驗(yàn)研究證明：螞蟻制劑對(duì)于虛損性疾病、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、痛風(fēng)等病癥都有顯著療效[3]。中醫(yī)學(xué)還認(rèn)為，腎精虛弱是人體衰老的重要原因，螞蟻的突出作用是補(bǔ)腎壯陽(yáng)[4]。同時(shí)螞蟻能夠增加免疫細(xì)胞內(nèi)DNA、RNA的合成，使免疫細(xì)胞增多，是理想的抗衰劑[5]。最令人矚目的是，螞蟻對(duì)細(xì)胞免疫呈現(xiàn)獨(dú)特的雙向免疫調(diào)節(jié)作用，可使低下的免疫功能提高，亢進(jìn)的免疫功能得到調(diào)整，達(dá)到人體自穩(wěn)的平衡狀態(tài)，因而對(duì)人類強(qiáng)身健體有水到渠成之功。

雖然螞蟻的功效如此顯著，但是了解螞蟻的人還在少數(shù)，螞蟻市場(chǎng)還處在新興和發(fā)展的階段。螞蟻的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值不斷地被科學(xué)家們深入研究。如今螞蟻的各種食品、保健品及藥用品正在不斷地被人們開(kāi)發(fā)利用。隨著人們生活水平的提高，廣大消費(fèi)者對(duì)螞蟻產(chǎn)品的需求量也越來(lái)越大?？梢灶A(yù)見(jiàn)，螞蟻產(chǎn)業(yè)前景廣闊。

1 材料、設(shè)備及方法

1.1 材料與主要試劑

擬黑多刺螞蟻粉：廣西南寧康凱生物開(kāi)發(fā)有限公司；木瓜蛋白酶（13.3 mkat/g）：廣西南寧悅豐天然生物工程有限公司；纖維素酶（3 mkat/g）：寧夏和氏璧生物技術(shù)有限公司。

1.2 設(shè)備與主要儀器

電熱恒溫水浴鍋（HHS－2S）：杭州藍(lán)天儀器有限公司；離心沉淀機(jī)（L－800）：上海隆拓儀器設(shè)備有限公司；電子分析天平（FA1604S）：廣州廣一科學(xué)儀器有限公司；精密酸度計(jì)（PHS－2C）：上海江儀儀器有限公司；凱氏定氮儀（KDN－04A）：上海洪紀(jì)儀器設(shè)備有限公司。

1.3 方法[6-8]

1.3.1 螞蟻蛋白粉的制作工藝流程

擬黑多刺螞蟻粉→取樣調(diào)漿→酶法水解→離心分離（去渣）→取上清液→干燥→產(chǎn)品→稱重（計(jì)算可溶性固形物的得率）→測(cè)定可溶性固形物的蛋白質(zhì)含量（凱氏定氮法）

1.3.2 測(cè)定可溶性固形物的蛋白質(zhì)含量

本實(shí)驗(yàn)采用凱氏定氮法測(cè)定可溶性固形物的蛋白質(zhì)含量。

2 研究與討論

2.1 酶法水解螞蟻蛋白粉的單因素試驗(yàn)

2.1.1 水解溫度（T）的影響

圖1表示水解溫度對(duì)可溶性固形物得率的影響。

由圖1可知，溫度由30℃升至50℃，可溶性固形物的得率增加，但當(dāng)溫度進(jìn)一步升高，增加不明顯，并隨溫度升高有下降的趨勢(shì)。這是因?yàn)檫m當(dāng)加熱，使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)疏松，暴露出更多的酶作用位點(diǎn)，同時(shí)酶活性也達(dá)到最佳狀態(tài)；溫度繼續(xù)升高，使酶活性下降甚至失活所致。

2.1.2 水解時(shí)間（t）的影響

圖2表示水解時(shí)間對(duì)可溶性固形物得率的影響。

圖2 時(shí)間-可溶性固形物的得率曲線Fig.2 The curve of time-yield of soluble solids

由圖2可知，水解時(shí)間的延長(zhǎng)有利于可溶性固形物得率的提高；水解7 h后，可溶性固形物的得率增加趨于平緩。這是因?yàn)殡S著水解時(shí)間的延長(zhǎng)，底物漸少，加之酶自身逐步衰弱所致。

2.1.3 水解pH的影響

圖3表示水解pH對(duì)可溶性固形物得率的影響。

圖3 pH-可溶性固形物的得率曲線Fig.3 The curve of pH-yield of soluble solids

由圖3可知，pH由4升到7，可溶性固形物的得率增加，但當(dāng)pH繼續(xù)升高，可溶性固形物的得率反而呈下降趨勢(shì)。這可能是由于隨著pH升高，酶活性也逐漸趨向最佳狀態(tài)；pH繼續(xù)升高，使酶活性下降甚至失活所致。

2.1.4 底物濃度（%）的影響

圖4表示底物濃度對(duì)可溶性固形物得率的影響。

圖4 底物濃度-可溶性固形物的得率曲線Fig.4 The curve of substrate concentration-yield of soluble solids

由圖4可知，當(dāng)?shù)孜餄舛葹?%時(shí)可溶性固形物的得率最高，底物濃度進(jìn)一步增加，可溶性固形物的得率卻有下降的趨勢(shì)。其原因可能是底物濃度增大后，原料不能充分浸潤(rùn)，影響了酶對(duì)蛋白的作用。

2.1.5 木瓜蛋白酶用量（mkat/g）的影響

圖5表示木瓜蛋白酶用量對(duì)可溶性固形物得率的影響。

圖5 木瓜蛋白酶的用量-可溶性固形物的得率曲線Fig.5 The curve of papain dosage-yield of soluble solids

由圖5可知，隨著木瓜蛋白酶用量的增加，可溶性固形物的得率也逐漸上升，但當(dāng)木瓜蛋白酶用量超過(guò)0.1000 mkat/g時(shí)，增加不明顯；考慮到生產(chǎn)成本，固選用木瓜蛋白酶用量為0.1000 mkat/g左右。

2.1.6 纖維素酶用量（mkat/g）的影響

圖6表示纖維素酶用量對(duì)可溶性固形物得率的影響。

圖6 纖維酶用量-可溶性固形物的得率曲線Fig.6 The curve of cellulose enzyme dosage-yield of soluble solids

由圖6可知，隨著纖維素酶用量的增加，可溶性固形物的得率也呈上升趨勢(shì)，但不如木瓜蛋白酶用量的影響大。這是因?yàn)槲浵伔壑欣w維素的含量遠(yuǎn)小于蛋白質(zhì)的含量所致。

2.2 正交試驗(yàn)確定最佳水解條件

2.2.1 正交試驗(yàn)表

根據(jù)影響因子的單因素分析，確定L18（37）型正交表的6個(gè)因素（溫度、時(shí)間、pH、木瓜蛋白酶用量、纖維素酶用量以及底物濃度）的3個(gè)水平。分析因素水平表見(jiàn)表1，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of the experiment used in the orthogonal design

2.2.2 結(jié)果分析

極差大小可反應(yīng)各因素對(duì)指標(biāo)影響程度，根據(jù)表2極差分析，可排列出試驗(yàn)因素主次順序如下：C（溫度）＞A（pH）＞B（時(shí)間）＞D（木瓜蛋白酶用量）＞E（纖維素酶用量）＞F（底物濃度），即溫度對(duì)可溶性固形物的得率影響最大，其次為pH、時(shí)間、木瓜蛋白酶用量、纖維素酶用量，底物濃度對(duì)可溶性固形物的得率的影響最小。

本試驗(yàn)中，試驗(yàn)指標(biāo)是可溶性固形物的得率，指標(biāo)越大越好，所以應(yīng)挑選每個(gè)因素的K1、K2、K3（或k1、k2、k3）中最大值對(duì)應(yīng)的那個(gè)水平，由于：

A 因素列：K2>K3>K1；B 因素列：K2>K3>K1；C 因素列：K2>K1>K3；D 因素列：K3>K2>K1；E 因素列：K3>K1>K2；F 因素列：K2>K3>K1。

所以最優(yōu)方案為A2B2C2D3E3F2，即用0.1000mkat/g的木瓜蛋白酶和0.0375 mkat/g的纖維素酶在pH7，溫度50℃，底物濃度7%的條件下，水解7 h，測(cè)得此條件下可溶性固形物的得率為46.5%，可溶性固形物中蛋白質(zhì)含量達(dá)65.87%。

表2 正交試驗(yàn)方案及試驗(yàn)分析結(jié)果[9-10]Table 2 The orthogonal experiment scheme and the analysis of test results

3 結(jié)論

擬黑多刺蟻是優(yōu)良的螞蟻品種，含42%～69%的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)和27種游離氨基酸尤其是人體必需的八種氨基酸它都含有，多種維生素和20多種礦物質(zhì)和纖維素及螞蟻的化合物，是經(jīng)中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部批準(zhǔn)的唯一有藥、食兩用價(jià)值的螞蟻。采用酶解法對(duì)其進(jìn)行水解制成營(yíng)養(yǎng)豐富、更利于吸收的螞蟻制品，可以廣泛引用于臨床、保健食品等方面。

通過(guò)正交試驗(yàn)確定了擬黑多刺螞蟻粉酶解的最佳條件為：用0.1000mkat/g的木瓜蛋白酶和0.0375mkat/g的纖維素酶在pH7，溫度50℃，底物濃度7%的條件下，水解7 h，測(cè)得此條件下可溶性固形物的得率為46.5%，可溶性固形物中蛋白質(zhì)含量達(dá)65.87%。

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