大孔樹脂吸附分離米糠中ACE 抑制肽工藝

張焱，翟愛(ài)華

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，大慶 163319）

高血壓發(fā)病率在發(fā)達(dá)國(guó)家達(dá)到20%以上，我國(guó)高血壓患者已超過(guò)1.2 億人。在高血壓人群中有占95%以上的患者是原發(fā)性高血壓，通過(guò)抑制ACE 活性可有效地降低原發(fā)性高血壓。隨著蛋白質(zhì)工程和酶工程技術(shù)的迅速發(fā)展以及對(duì)ACE 抑制肽作用機(jī)制、生理效果及制備方法研究的深入，食物蛋白源ACE 抑制肽在開發(fā)具有降血壓功能食品中具有廣闊的應(yīng)用前景。米糠作為精米加工的主要副產(chǎn)物，占稻谷質(zhì)量的5%～7%，富含近百種營(yíng)養(yǎng)成分和數(shù)十種功能性生物活性因子，具有非常高的保健開發(fā)價(jià)值，市場(chǎng)前景廣闊。米糠約含粗蛋白13%，米糠蛋白因其均衡的氨基酸組成、疏水性氨基酸和芳香族氨基酸的比例高、生物利用高和抗?fàn)I養(yǎng)因子低是獲得生物活性肽的很好資源。

國(guó)內(nèi)外都在對(duì)分離方法進(jìn)行研究。從國(guó)內(nèi)外報(bào)道中看到肽類的分離純化方法主要有大孔吸附樹脂[1-4]、凝膠過(guò)濾色譜[5-6]、離子交換色譜[7-8]、高效液相色譜[9-11]、疏水相互作用色譜[12-14]、親和色譜及薄層層析[15]等，凝膠過(guò)濾色譜、高效液相色譜和親和色譜等分離手段雖然精確，但是它們價(jià)格相對(duì)較高，并不利于工業(yè)化生產(chǎn)。目前，對(duì)于肽類的工業(yè)化分離多采用具有分子篩功能的膜分離系統(tǒng)，因?yàn)榉蛛x膜抗污染能力差，膜通量衰減嚴(yán)重，分離過(guò)程中對(duì)操作參數(shù)的控制隨意性太大。大孔吸附樹脂作為一種人工合成的多聚物吸附劑，而且吸附樹脂比其他天然吸附劑具有很多的優(yōu)點(diǎn)：孔徑大小任意選擇、比表面積任意選擇和極性可以任意選擇，并且具有吸附快、解吸率高、吸附量大、再生簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因此這種方法應(yīng)用于食品中，其前景廣闊。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

米糠蛋白，北大荒希杰食品科技公司。

HY -209，HPD -400，XAD -7HP，XAD761，D -152，007×1 等6 種樹脂均購(gòu)于天津南開大學(xué)化工廠。730 型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)，惠普上海光學(xué)儀器有限公司；DELTA320 型酸度計(jì)，梅特勒-托利多儀器有限公司；HZQ-QX 全溫振蕩器，哈爾濱東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司；AR2140 電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；HD-9707 電腦紫外檢測(cè)儀，上海精科實(shí)業(yè)有限公司；DBS-100 電腦全自動(dòng)部分收集器，上海滬西分析儀器廠；HL-2D 定時(shí)數(shù)顯橫流泵，上海精科實(shí)業(yè)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 米糠蛋白肽粗提液

將米糠蛋白粉（含蛋白65%），加入一定量的水混合，調(diào)制成底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.6%的米糠蛋白溶液，加入1 mol·mL-1NaOH 溶液調(diào)節(jié)到溶液pH8.5，加入活性濃度2 000 IU·L-1的堿性蛋白酶，進(jìn)行水浴（62.0 ℃）振蕩水解反應(yīng)，水解反應(yīng)過(guò)程中持續(xù)加入1 mol·L-1NaOH 溶液，保證反應(yīng)過(guò)程中pH 值恒定，記錄使用NaOH 體積（mL），消耗的堿量便于水解度的計(jì)算（degree ofhydrolysis，DH）。等到水解反應(yīng)停止調(diào)節(jié)溶液的pH 為7.0，并且迅速提升到95 ℃（在不斷攪拌條件下），此過(guò)程持續(xù)10 min 對(duì)酶進(jìn)行滅活[13]。將水解液凍干后備用。

1.2.2 蛋白質(zhì)含量的測(cè)定方法

選用12 只試管，在每只試管中加入0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL 的酪蛋白標(biāo)準(zhǔn)溶液（10 mg·mL-1），加水補(bǔ)充使溶液達(dá)到1.0 mL，接下來(lái)在每只試管中加入雙縮脲試劑4.0 mL，充分搖勻，室溫（20～25 ℃）放置0.5 h，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（540 nm）比色測(cè)定。選用測(cè)定結(jié)果的平均值，橫坐標(biāo)是酪蛋白的含量，縱坐標(biāo)以光吸收值，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，作為計(jì)算蛋白質(zhì)量的依據(jù)。使用相同的方法測(cè)定其他樣品蛋白質(zhì)含量，樣品的濃度低于10 mg·mL-1，如果高于10 mg·mL-1要進(jìn)行稀釋。

1.2.3 選用大孔吸附樹脂進(jìn)行預(yù)處理

將新購(gòu)大孔樹脂用95%乙醇浸泡24 h，充分溶脹后用95%的乙醇清洗，至洗出液加等量的蒸餾水無(wú)白色渾濁為止，再用蒸餾水洗至蒸餾水澄清且沒(méi)有乙醇味；浸泡過(guò)的樹脂先用2～3 倍體積的5%的稀鹽酸浸泡3～5 h，再用蒸餾水洗脫至pH 值為中性；最后用2～3 倍體積的5%的氫氧化鈉溶液浸泡3～5 h，用蒸餾水洗脫至pH 值為中性，備用[16]。

1.2.4 大孔樹脂的篩選

（1）吸附量的測(cè)定

選用6 種大孔樹脂對(duì)吸附率進(jìn)行測(cè)定。用分析天平稱取預(yù)處理后樹脂10 g，進(jìn)行抽濾到樹脂不滴水停止，把樹脂加入100 mL 磨口三角瓶?jī)?nèi)，用移液槍加入濃度為0.5 mg·mL-1米糠蛋白溶液50 mL，在室溫25 ℃不變條件下，放在搖床中以120 r·min-1振蕩24 h，進(jìn)行過(guò)濾，測(cè)定過(guò)濾溶液中總肽的含量，計(jì)算吸附量的公式如下。

吸附量（mg·g-1）=（C-C0）×（V/m）

注：C0為總肽初始質(zhì)量濃度（mg·mL-1）；Cr 為平衡時(shí)總肽質(zhì)量濃度（mg·mL-1）；V 為溶液體積（mL）；m 為樹脂質(zhì)量（g）。

注：原液蛋白濃度的單位為mg·mL-1；吸附液蛋白濃度單位為mg·mL-1。

（2）解吸率測(cè)定

將在上一個(gè)步驟中吸附飽和的大孔樹脂加蒸餾水洗到洗脫液無(wú)色，使用濾紙吸干大孔樹脂表面殘留的溶液，用量筒稱量體積分?jǐn)?shù)95%乙醇50 mL 加入三角瓶中，接下來(lái)浸泡24 h，過(guò)濾，測(cè)定浸泡后溶液中總肽的含量，計(jì)算解吸率。

1.2.5 樹脂的靜態(tài)吸附與解吸實(shí)驗(yàn)

將樹脂用適量尤水乙醇浸泡24 h，傾倒掉上層乙醇，濕法裝柱，繼續(xù)用無(wú)水乙醇以適當(dāng)流速通過(guò)樹脂柱，至流出液加水（1∶5）不呈渾濁，再用水以同樣流速洗至無(wú)醇味。

稱取10 mL 濕樹脂于具塞磨口三角瓶，加入50 mL 濃度為1 mg·mL-1左右的米糠蛋白水解液，25 ℃振蕩4 h（振蕩頻率200 次·min-1）。過(guò)濾、保留濾液，用蒸餾水洗滌樹脂，再將樹脂浸泡在50 mL 40%的乙醇中，25 ℃振蕩吸24 h，測(cè)定濾液即吸附上清液和解吸液中蛋白質(zhì)的濃度。

綜合吸附和解吸試驗(yàn)的各組數(shù)據(jù)，篩選出效果最好的大孔樹脂。接下來(lái)選用篩選出的效果最好的樹脂，進(jìn)行樹脂靜態(tài)吸附和解吸因素分析試驗(yàn)，目的為了使所選樹脂的技術(shù)參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化。

1.2.5.1 樹脂靜態(tài)吸附分析試驗(yàn)

（1）不同溫度下的樹脂靜態(tài)吸附試驗(yàn)

準(zhǔn)確量取10 mL 濕樹脂置與7 組250 mL 三角瓶中，向各組三角瓶?jī)?nèi)加入濃度為1 mg·mL-1米糠蛋白水解液（pH=8）50 mL，分別于25、30、35、40、45、50、55 ℃條件下?lián)u床振蕩4 h，每組試驗(yàn)做三個(gè)平行樣（n=3），測(cè)定吸光度，計(jì)算吸附率。

（2）不同pH 下樹脂靜態(tài)吸附試驗(yàn)

準(zhǔn)確量取10 mL 濕樹脂置5 組于250 mL 三角瓶中，向各組三角瓶?jī)?nèi)加入pH 分別為2、3、4、5、6、7、8 的濃度為1 mg·mL-1的米糠蛋白水解液50 mL，每組在45 ℃條件下恒溫振蕩2 h，每組試驗(yàn)做三個(gè)平行樣（n=3），測(cè)定吸光度，計(jì)算吸附率。

1.2.5.2 樹脂解吸分析試驗(yàn)

（1）洗脫液濃度的選擇

準(zhǔn)確取吸附肽飽和狀態(tài)的大孔樹脂10 mL，置于5 組250 mL 三角瓶中（n=3）先加入去離子水100 mL振蕩10 min，洗去樹脂表面的殘留液；再向5 組中分別加入濃度為10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%的乙醇溶液（pH 8.0）50 mL，使用水浴鍋振蕩洗脫4 h，測(cè)定洗脫液吸光值，根據(jù)公式分別計(jì)算不同洗脫液洗脫下溶液的吸附率。

（2）洗脫液pH 的選擇

設(shè)洗脫液濃度為60%乙醇溶液，分別調(diào)節(jié)洗脫液pH 為3、4、5、6、7、8、9，進(jìn)行振蕩洗脫4 h。收集洗脫液，測(cè)定吸光度，計(jì)算樹脂在洗脫液不同pH 下的解吸率。

（3）洗脫時(shí)間的選擇

設(shè)洗脫液濃度為60%乙醇溶液，分別調(diào)節(jié)洗脫液時(shí)間為10、20、30、40、50、60 min。收集洗脫液，測(cè)定吸光度，計(jì)算樹脂在洗脫液不同pH 下的解吸率。

1.3 動(dòng)態(tài)吸附分析實(shí)驗(yàn)

選用規(guī)格1.0 cm×100 cm 的層析柱，裝入HPD-400 樹脂。在溫度25 ℃下加玉米糠溶液進(jìn)行上柱，選用體積分?jǐn)?shù)70%的乙醇溶液為洗脫劑，用電腦紫外檢測(cè)器于215 nm 波長(zhǎng)處檢測(cè)流出液的吸光度，選用自動(dòng)檢測(cè)器對(duì)于洗脫峰處的溶液進(jìn)行收集，然后冷凍干燥。

1.4 ACE 抑制活性的測(cè)定

試驗(yàn)選用黎觀紅建立的體外測(cè)定方法[9]并進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整來(lái)測(cè)定ACE 抑制活性，此方法簡(jiǎn)便、靈敏、準(zhǔn)確、重復(fù)性較好。方法如下：將ACE 底物HHL溶于0.1 mol·L-1的含0.3 mol·L-1NaCl 的硼酸鹽緩沖液中（pH8.3）。精確量取5 mol·L-1HHL 溶液50 μL，并且與20 μL ACE 抑制劑進(jìn)行混合，保持37 ℃溫度不變，置于水浴鍋中5 min。之后用移液槍加入10 μL 0.1 U·mL-1ACE 溶液，37 ℃反應(yīng)30 min。反應(yīng)過(guò)程終止前加入100 μL 1 mol·L-1HCl 溶液，之后加入蒸餾水到0.5 mL 為止。在避光條件下加入0.6 mL喹啉，旋渦器上混合10 s 后加入0.2 mL 苯磺酰氯（BSC），立即蓋緊離心管管塞在旋渦混合器上混合20 s，反應(yīng)液在30 ℃恒溫水浴鍋中避光放置30 min。隨后向管中加入3.7 mL 無(wú)水乙醇，混勻，繼續(xù)避光放置30 min 。用紫外分光光度計(jì)測(cè)定波長(zhǎng)492 nm 的吸光值，計(jì)算ACE 抑制程度。計(jì)算公式如下[17]：

式中：Aa：ACE 及ACE 抑制劑都存在的條件下的吸光度；

Ab：ACE 抑制劑不參與反應(yīng)的條件下測(cè)得的吸

光度；

Ac：ACE 不參與反應(yīng)的條件下的吸光度。

1.5 蛋白質(zhì)的檢測(cè)

酪蛋白的吸光度值與標(biāo)準(zhǔn)液濃度的曲線的回歸方程式：Y=0.494 2 X+0.000 8，相關(guān)系數(shù)R2=0.996 8，可見(jiàn)相關(guān)性良好。選用同種方法，在一樣的條件下，測(cè)定每個(gè)樣品的吸光度，根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線，查出對(duì)應(yīng)的濃度值，可以計(jì)算出每個(gè)樣品的蛋白質(zhì)含量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

2.1 樹脂的篩選結(jié)果

2.1.1 比較和研究6 種大孔樹脂的吸附量及解吸率

圖1 酪蛋白標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 The standard curve of casein

根據(jù)文獻(xiàn)資料，選取HY-209、HPD-400、XAD-7HP、XAD761、D-152、007×1 等6 種強(qiáng)堿性陰離子樹脂，對(duì)它們進(jìn)行篩選。通過(guò)比較它們對(duì)水解肽的吸附及解吸性能，得到吸附分離水解肽的性能較強(qiáng)的樹脂。篩選樹脂的試驗(yàn)主要分為兩個(gè)步驟：第一，篩選吸附能力較強(qiáng)的樹脂而進(jìn)行的吸附試驗(yàn)；第二，為篩選在相同洗脫劑的情況下解吸效果較好的樹脂所要進(jìn)行解吸試驗(yàn)。

（1）樹脂的篩選結(jié)果

圖2 6 種樹脂吸附率與解吸率的比較Fig.2 Comparison of adsorption rate and desorption rate of 6 resins

（2）樹脂的靜態(tài)吸附曲線

圖3 HPD-400 樹脂靜態(tài)吸附曲線Fig.3 Static adsorption curve of HPD-400 resin

由圖3 可以看出，HPD-400 樹脂在3 h 中吸附米糠多肽的速度較快，在3 h 過(guò)后吸附量跟著時(shí)間的持續(xù)相對(duì)變化不明顯，樹脂吸附接近飽和狀態(tài)，HPD-400 樹脂對(duì)米糠多肽的吸附在4 h 左右到達(dá)平衡狀態(tài)。

圖4 HPD-400 樹脂靜態(tài)解吸曲線Fig.4 Static desorption curve of HPD-400 resin

（3）樹脂的靜態(tài)解吸曲線比較樹脂的吸附和解吸兩種試驗(yàn)的各組數(shù)據(jù)，從而篩選得出效果最好的樹脂是HPD-400。用單因素多水平的試驗(yàn)方法，通過(guò)樹脂靜態(tài)吸附肽的因素分析試驗(yàn)以及解吸因素分析試驗(yàn)，對(duì)HPD-400 的技術(shù)參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化。

2.1.2 溫度影響HPD-400 樹脂靜態(tài)吸附結(jié)果

圖5 溫度影響HPD-400 樹脂吸附結(jié)果圖Fig.5 Effect of temperature on HPD-400 resin adsorption

從圖5 中觀察到，溫度對(duì)離子交換樹脂的吸附性能影響相對(duì)較大。溫度在25～45 ℃區(qū)間內(nèi)吸附率逐漸增大，等到45 ℃后吸附率下降顯而易見(jiàn)。分析結(jié)果表明，溫度升高利于分子的擴(kuò)散速度加快，有利于ACE 抑制肽的吸附，在高溫條件下，樹脂受到嚴(yán)重影響，所以選擇45 ℃，為最佳吸附溫度。

2.1.3 pH 影響HPD-400 樹脂靜態(tài)吸附結(jié)果圖

從圖6 中看出，在不同pH 的條件下，米糠蛋白肽提取液影響吸附效果。隨著pH 的增加，吸附率隨之增長(zhǎng)，達(dá)到最高點(diǎn)后緩慢下降。在pH 等于4.0 的時(shí)侯，吸附效果相對(duì)其他pH 較好，吸附率達(dá)85.4%。所以選擇pH 4.0 為最佳。

圖6 pH 影響HPD-400 樹脂吸附結(jié)果圖Fig.6 Effects of pH on HPD-400 resin adsorption

2.1.4 離子交換樹脂解吸條件試驗(yàn)

（1）洗脫液濃度的確定

圖7 不同解吸劑對(duì)HPD-400 樹脂解吸性能的比較Fig.7 Comparison of desorption performance of various strippant on HPD-400 resin

由圖7 觀察到，當(dāng)乙醇的體積分?jǐn)?shù)低于70%時(shí)，隨著乙醇濃度的提高，洗脫效果急劇增加；當(dāng)乙醇的體積分?jǐn)?shù)大于70%時(shí)，洗脫效果基本不變，當(dāng)體積分?jǐn)?shù)95%乙醇的洗脫效果有輕度的降低。在進(jìn)行樹脂吸附的動(dòng)態(tài)洗脫時(shí)，只要洗脫后溶液中的乙醇體積分?jǐn)?shù)能達(dá)到70%，洗脫效果較佳。

（2）洗脫液pH 的確定

圖8 不同解吸pH 對(duì)HPD-400 樹脂解吸性能的比較Fig.8 Comparison of desorption performance of different pH on HPD-400 resin

由圖8 觀察到，pH 在6.0 到8.0 之間解吸率不斷上升，當(dāng)pH 超過(guò)8.0 增加趨勢(shì)緩慢，并且當(dāng)pH 增加，米糠蛋白肽的ACE 抑制活性降低，所以，解吸溶液pH 等于8.0 時(shí)為最佳。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定解吸液為pH 8.0，體積分?jǐn)?shù)為70%乙醇溶液。

（3）洗脫液時(shí)間的確定

圖9 不同解吸時(shí)間對(duì)HPD-400 樹脂解吸性能的比較效果圖Fig.9 Comparison of desorption performance of different desorption time on HPD-400 resin

由圖觀察到，時(shí)間在10 min 到30 min 之間解吸率不斷上升，當(dāng)30 min 之后解吸率變化趨勢(shì)平衡，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定解吸時(shí)間為30 min。

2.2 動(dòng)態(tài)吸附分離純化條件的確定

2.2.1 米糠蛋白水解液的動(dòng)態(tài)吸附與解吸試驗(yàn)

將30 mL 5%的米糠蛋白水解液通過(guò)內(nèi)徑為1.0 cm×100 cm 的不銹鋼色譜柱，裝柱的XAD-7HP樹脂為100 g 用2 倍于柱體積的70%乙醇溶液進(jìn)行解吸，控制流速為4 mL·min-1，分別以2 min·管-1收集流出液（反復(fù)幾次收集），用紫外檢測(cè)器檢測(cè)其出峰時(shí)間，得到米糠蛋白水解液的解吸曲線，并將收集液冷凍干燥并進(jìn)行活性測(cè)定。

圖10 動(dòng)態(tài)吸附與解吸試驗(yàn)曲線圖Fig.10 Curve graph of dynamic adsorption and desorption tests

由圖10 可知，15 min 左右米糠肽就可以被洗脫下來(lái)，36 min 左右被吸附的米糠肽基本解吸干凈；而且在15 min 左右時(shí)，米糠肽在此洗脫流速下解吸曲線上升較快，而在17 min 后，解吸曲線下降緩慢，洗脫速率減慢，這主要是因?yàn)橄鄬?duì)分子質(zhì)量較大的組分在70%乙醇溶液中溶解度較低而不容易被解吸下來(lái)。

2.2.2 HPD-400 樹脂處理后對(duì)ACE 抑制肽活性的影響

圖11 HPD-400 樹脂處理對(duì)ACE 抑制率的影響Fig.11 Effect of HPD-400 resin treatment on ACE inhibition rate

收集米糠ACE 抑制肽解吸過(guò)程中的溶液，把連續(xù)5 管合為一管，接下來(lái)冷凍干燥，將混合后的溶液配制為1%的濃度，對(duì)其進(jìn)行活性測(cè)定。根據(jù)圖可得到，1 號(hào)樣品與其他樣品相比ACE 抑制活性低很多，與圖9 相結(jié)合觀察到，在開始的5 min 內(nèi)并沒(méi)有米糠肽被洗脫下來(lái)，在第2 號(hào)樣品溶液進(jìn)行收集，測(cè)定有ACE 抑制活性，在2、3、4 號(hào)的樣品溶液ACE 抑制活性較高。第5、6、7 測(cè)定結(jié)果表明ACE 抑制活性相對(duì)較低。8 號(hào)樣品相對(duì)其他樣品差異較顯著。通過(guò)圖11觀察到，2 號(hào)樣品與1 號(hào)樣品測(cè)定ACE 抑制活性結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，2 號(hào)高于1 號(hào)。3、4 號(hào)樣品測(cè)定ACE 抑制活性低于2 號(hào)樣品的活性。分析結(jié)果，選用HPD-400 樹脂具有吸附效果好，解吸相對(duì)其他樹脂容易。

3 結(jié)論

3.1 HPD-400 樹脂，對(duì)米糠蛋白肽吸附量更大，解吸更容易，是一種理想的米糠蛋白肽吸附劑，適宜于對(duì)米糠蛋白肽的分離純化。

3.2 用體積分?jǐn)?shù)70%乙醇溶液洗脫HPD-400 樹脂吸附的米糠蛋白肽，且洗脫峰單一，對(duì)稱性好，無(wú)明顯拖尾現(xiàn)象。

3.3 實(shí)驗(yàn)中動(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)，結(jié)果表明型號(hào)為HPD-400-7HP 樹脂吸附能力效果最佳，這種樹脂可對(duì)米糠ACE 抑制肽進(jìn)行分離純化，并且此種樹脂解吸相對(duì)其他樹脂比較容易。通過(guò)考察樹脂對(duì)米糠ACE 抑制肽活性影響，收集高活性時(shí)間段的米糠ACE 抑制肽，想對(duì)于原液ACE 抑制活性，活性提高一倍左右。

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