金槍魚(yú)骨抗氧化酶解物的工藝優(yōu)化

胡靜，段振華，2，*，羅偉，萬(wàn)斌

（1.海南大學(xué)食品學(xué)院，海南?？?70228；2.海南大學(xué)熱帶生物資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南?？?70228）

金槍魚(yú)骨抗氧化酶解物的工藝優(yōu)化

胡靜1，段振華1，2，*，羅偉1，萬(wàn)斌1

（1.海南大學(xué)食品學(xué)院，海南?？?70228；2.海南大學(xué)熱帶生物資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南?？?70228）

為獲得高抗氧化活性的金槍魚(yú)骨粉酶解液。用中性蛋白酶、堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶、胃蛋白酶4種蛋白酶對(duì)魚(yú)骨粉進(jìn)行酶解，以酶解液的DPPH自由基清除活性為主要指標(biāo)，水解度為輔助指標(biāo)進(jìn)行分析，篩選出試驗(yàn)最適水解酶為中性蛋白酶。采用響應(yīng)面設(shè)計(jì)方法對(duì)魚(yú)骨粉酶解工藝進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，骨粉最佳酶解工藝參數(shù)為：酶解溫度56.22℃，酶解時(shí)間1.88 h，pH 6.15，液料比20.19∶1（mL∶g）。該條件下的魚(yú)骨粉酶解液蛋白質(zhì)濃度為9.30 mg/mL，水解度為12.34%，DPPH清除率為94.97%，羥基（·OH）自由基清除率為97.89%。骨粉酶解液顯示出較強(qiáng)的抗氧化活性，且優(yōu)于同濃度條件下的VC液抗氧化活性。

金槍魚(yú)骨；抗氧化活性；自由基；酶解

近二十年來(lái)，我國(guó)金槍魚(yú)產(chǎn)業(yè)逐步發(fā)展壯大，已成為遠(yuǎn)洋漁業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可或缺的部分［1］。金槍魚(yú)主要被用于罐頭加工。在加工過(guò)程中，產(chǎn)生大量下腳料，其中，金槍魚(yú)的骨骼（魚(yú)頭、魚(yú)排）大約占魚(yú)體總重量的40%［2］，目前國(guó)內(nèi)水產(chǎn)品綜合利用水平較低，有的企業(yè)將其加工成低值飼料魚(yú)粉和肥料，還有一些企業(yè)將其作為廢物處理。這直接影響了金槍魚(yú)的加工利用率。而魚(yú)骨中含有多種生物活性物質(zhì)，而且是安全的膠原蛋白來(lái)源，能預(yù)防人體疾病，有抗菌、抗氧化（即清除人體自由基）作用［3］。自由基是外源化學(xué)物質(zhì)被人體攝入后通過(guò)代謝在機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，當(dāng)自由基產(chǎn)生過(guò)多或清除過(guò)慢，都易導(dǎo)致機(jī)體氧化損傷，甚至引發(fā)一些疾病，如糖尿病、癌癥等，因此如何清除人體內(nèi)的自由基成為醫(yī)學(xué)界和營(yíng)養(yǎng)學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)。而通過(guò)酶解方式可將魚(yú)骨活性物質(zhì)分離出來(lái)，從而提高金槍魚(yú)加工的附加值，節(jié)約寶貴的蛋白資源［4］，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

本試驗(yàn)主要探討金槍魚(yú)骨粉酶解工藝參數(shù)，以金槍魚(yú)骨粉為原材料，用4種蛋白酶（中性蛋白酶、堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶、胃蛋白酶）對(duì)金槍魚(yú)骨粉進(jìn)行酶解，以DPPH自由基清除活性為主要指標(biāo)，以水解度為輔助指標(biāo)，篩選出試驗(yàn)最適蛋白酶；并以DPPH清除率為響應(yīng)值，采用RSM法對(duì)最適蛋白酶的酶解工藝進(jìn)行優(yōu)化，制備了具有抗氧化活性的魚(yú)骨粉酶解液。本文旨在為使用金槍魚(yú)骨制備抗氧化物質(zhì)的工藝提供參考。

1材料與方法

1.1材料與試劑

金槍魚(yú)罐頭加工的廢棄?mèng)~骨，粘連的魚(yú)肉刮擦除去，儲(chǔ)藏-20℃冰箱中備用。

胃蛋白酶（食品級(jí)酶活力2.0×105U/g）：河南百盛化工產(chǎn)品有限公司；木瓜蛋白酶（食品級(jí)酶活力1.8× 106U/g）：河南豫中生物科技有限公司；中性蛋白酶（食品級(jí)酶活力2.5×105U/g）、堿性蛋白酶（食品級(jí)酶活力2.0×105U/g）：江蘇銳陽(yáng)生物科技有限公司；DPPH（生化試劑純度＞96%）：上海源葉生物科技有限公司；抗壞血酸（分析純純度＞99.7%）：天津市永大化學(xué)試劑有限公司；95%乙醇、硫酸亞鐵、水楊酸、H2O2等均為分析純。

1.2儀器與設(shè)備

T6新世紀(jì)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；SPN3001F型電子臺(tái)秤：梅特勒—托利多稱(chēng)重設(shè)備系統(tǒng)有限公司；TGL-16M高速冷凍離心機(jī)：上海盧湘儀有限責(zé)任公司；德國(guó)IKA A11 basic分析研磨機(jī)：德國(guó)儀科公司；標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩：浙江上虞市華豐金儀器有限公司；SYQ-DSX-280B型手提式不銹鋼壓力蒸汽滅菌機(jī)：上海申安醫(yī)療器械廠制造；HHS265s電熱恒溫水浴鍋：金壇市大地自動(dòng)化儀器廠。

1.3方法

1.3.1金槍魚(yú)骨預(yù)處理

參照李嬌嬌［5］等人的研究進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)，略有改動(dòng)，確定了魚(yú)骨粉制備試驗(yàn)流程：金槍魚(yú)骨→解凍→剔除非骨骼成分→熱水預(yù)煮1 h（去除殘?jiān)?、部分脂肪）?.1 MPa、121℃蒸煮30 min→50℃烘干→粉碎→過(guò)80目篩得魚(yú)骨粉備用

1.3.2金槍魚(yú)骨粉酶解工藝

魚(yú)骨粉→加乙醚靜置10 min（去除油脂）→倒除乙醚→按液料比加水→調(diào)pH→加酶→保溫酶解→100℃滅酶10 min→5 000 r/min離心10 min→上清液為魚(yú)骨酶解液

1.3.3酶種類(lèi)的選擇

分別選取中性蛋白酶、堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶、胃蛋白酶4種蛋白酶進(jìn)行試驗(yàn)。取1魚(yú)骨粉，加10 mL乙醚放置10 min，再去除乙醚，按30∶1（mL∶g）液料比混合蒸餾水、骨粉，在各蛋白酶最適作用條件下進(jìn)行水解（見(jiàn)表1），根據(jù)酶解液DPPH自由基清除率及水解度大小，篩選出最適用酶。

表1　各種酶的作用條件Table 1Hydrolysis conditions of four kinds of proteases

1.3.4影響魚(yú)骨粉酶解液DPPH清除率值的單因素試驗(yàn)

參考酶的選擇試驗(yàn)結(jié)果，選擇中性蛋白酶繼續(xù)試驗(yàn)，以酶解液DPPH清除率及水解度為指標(biāo)，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)為：酶解溫度（45、50、55、60、65℃）、酶解時(shí)間（1、2、3、4、5 h）、pH（5.0、6.0、7.0、8.0、9.0）、液料比［10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1（mL∶g）］。

1.3.5響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken中心設(shè)計(jì)原理，以DPPH清除率為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)4因素3水平的響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn)，進(jìn)一步優(yōu)化酶解工藝參數(shù)。

1.3.6魚(yú)骨粉酶解液DPPH清除率的測(cè)定

參照江敏［6］的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.7魚(yú)骨粉酶解液羥基自由基清除率的測(cè)定

參照王章存［7］的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.8水解度的測(cè)定［8］

1.3.8.1甘氨酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

稱(chēng)量茚三酮0.5 g、果糖0.3 g、Na2HPO4·5H2O 10 g、KH2PO46 g，溶解后定容至100 mL，配制成茚三酮顯色劑。取9支具塞試管，分別加入不同濃度甘氨酸標(biāo)準(zhǔn)液2 mL：0、4、8、12、16、20、24、28、40 μg/mL，然后分別加入1 mL茚三酮顯色劑，混勻后沸水浴15 min，流動(dòng)水迅速冷卻，再加入5 mL 40%乙醇溶液，混勻后放置15 min，以空白調(diào)零于570 nm處測(cè)定吸光值。

1.3.8.2茚三酮法

取魚(yú)骨酶解液1 mL定容至100 mL，取0.4 mL稀釋液于試管中并加入1.6 mL蒸餾水、1 mL顯色劑，同時(shí)做空白試驗(yàn)，后續(xù)操作同標(biāo)準(zhǔn)曲線，利用標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算被裂解的肽鍵濃度。

式中：h為每克蛋白質(zhì)裂解的肽鍵濃度；htot為每克原料蛋白質(zhì)的肽鍵濃度。

圖1　甘氨酸標(biāo)準(zhǔn)液Fig.1Standard curve of glycine

2結(jié)果與分析

2.1酶種類(lèi)對(duì)魚(yú)骨酶解液DPPH清除率值的影響

酶種類(lèi)對(duì)魚(yú)骨酶解液DPPH清除率值的影響見(jiàn)圖2。

圖2　酶種類(lèi)對(duì)魚(yú)骨粉酶解液DPPH自由基清除活性、水解度的影響Fig.2Effect of the enzymatic hydrolysates obtained by different proteases on DPPH radical scavenging rate and hydrolysis degree

如圖2可知，不同蛋白酶水解所得的酶解液對(duì)DPPH自由基均有一定的清除能力，但因蛋白酶種類(lèi)的差異而有不同的效果。這可能與不同蛋白酶的作用位點(diǎn)及魚(yú)骨粉酶解液里氨基酸序列有關(guān)。由于蛋白酶的特異性，其作用的肽鍵位點(diǎn)不同，得到的多肽種類(lèi)也不相同，因此不同的蛋白酶酶解產(chǎn)物抗氧化性不同。其中中性蛋白酶的水解效果最好，DPPH自由基清除率及水解度都最高，分別為88.74%、19.23%。因此，選擇中性蛋白酶為試驗(yàn)用酶，進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.2酶解溫度對(duì)魚(yú)骨酶解液DPPH清除率值的影響

酶解溫度對(duì)魚(yú)骨酶解液DPPH清除率值的影響見(jiàn)圖3。

在液料比30∶1（mL∶g），pH 7.0，加酶量2%，酶解時(shí)間3 h的條件下，分別選擇45、50、55、60、65℃的酶解溫度進(jìn)行酶解試驗(yàn)，結(jié)果如圖3所示。

圖3　溫度對(duì)魚(yú)骨粉酶解液DPPH自由基清除活性、水解度的影響Fig.3Effect of the hydrolysis temperature on DPPH radical scavenging rate and hydrolysis degree

如圖3所示，隨著溫度的升高，魚(yú)骨粉酶解液DPPH清除率及水解度的大小都呈先升高后降低的趨勢(shì)，分別在55℃條件下達(dá)到最大值。這可能是因?yàn)樵诘蜏貤l件下，酶活較低，反應(yīng)不活躍；隨著溫度的升高，分子運(yùn)動(dòng)加快，酶促反應(yīng)速率增加，水解程度增加，更多肽鍵斷裂暴露出氨基酸殘基，這為DPPH自由基提供了單電子［9］，因此其清除率及水解度升高；當(dāng)溫度超過(guò)某一臨界點(diǎn)，酶蛋白結(jié)構(gòu)被破壞，酶活降低，影響酶促反應(yīng)進(jìn)行，同時(shí)雜質(zhì)溶出也增多，因此DPPH清除率及水解度較低。故選55℃為最佳酶解溫度。

2.3酶解時(shí)間對(duì)魚(yú)骨酶解液DPPH清除率值的影響

酶解時(shí)間對(duì)魚(yú)骨酶解液DPPH清除率值的影響見(jiàn)圖4。

圖4　時(shí)間對(duì)魚(yú)骨粉酶解液DPPH自由基清除活性、水解度的影響Fig.4Effect of time on DPPH radical scavenging rate and hydrolysis degree

在液料比30∶1（mL∶g），pH 7.0，加酶量2.0%，酶解溫度55℃的條件下，進(jìn)行不同酶解時(shí)間梯度的試驗(yàn)，探討酶解時(shí)間對(duì)DPPH清除率、水解度大小的影響。

如圖4所示，中性蛋白酶制備的酶解液，其水解度隨著酶解時(shí)間的增加而增大，當(dāng)酶解時(shí)間超過(guò)3 h時(shí)，曲線上升變緩。這可能是因?yàn)榉磻?yīng)初始階段，酶切位點(diǎn)多，酶促反應(yīng)較快，而隨著反應(yīng)的進(jìn)行，酶活性位點(diǎn)達(dá)到飽和，水解的速率減緩。但是，酶解液DPPH清除率卻呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，在2 h時(shí)達(dá)到最大值90.76%。這可能是因?yàn)殡S著反應(yīng)的進(jìn)行，抗氧化物質(zhì)溶出增加；反應(yīng)后期，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，水解出的多肽分子結(jié)構(gòu)受到影響，水解過(guò)度，多肽逐漸降解為無(wú)抗氧化作用的氨基酸或者較短的肽，而多肽又為清除自由基的主要成分［10］，因而抗氧化活性也降低。綜合考慮，最適酶解時(shí)間為2 h，這一結(jié)果表明適度酶解，能維護(hù)酶解產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和序列，保證其功能性，有利于提高產(chǎn)物的抗氧化活性。

2.4pH對(duì)魚(yú)骨酶解液DPPH清除率值的影響

pH對(duì)魚(yú)骨酶解液DPPH清除率值的影響見(jiàn)圖5。

圖5　pH對(duì)魚(yú)骨粉酶解液DPPH自由基清除活性、水解度的影響Fig.5Effect of pH value on DPPH radical scavenging rate and hydrolysis degree

在液料比為30∶1（mL∶g），加酶量為2.0%，酶解溫度為55℃，時(shí)間為2 h的條件下，分別將pH調(diào)為5.0、6.0、7.0、8.0、9.0，測(cè)定酶解液DPPH清除率及水解度的變化。

如圖5所示，魚(yú)骨粉酶解液的DPPH自由基清除活性及水解度的大小隨著pH的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)，分別在pH為6.0、7.0時(shí)達(dá)到最大值，其值為89.91%、24.76%。水解液的pH不僅影響酶的空間構(gòu)象，也影響底物的解離狀態(tài)。pH過(guò)高或過(guò)低都會(huì)使酶失活，因此在最適pH條件下酶解，水解效果較好。而中性蛋白酶最適酶解pH為7.0，酶活最高，此時(shí)底物肽鍵更容易被裂解，因此水解度高。酸法提取的多肽，其超螺旋結(jié)構(gòu)保存比較完好且具有一定的生理活性［11］，因此pH為6.0時(shí)，DPPH清除率比較大。綜合考慮，優(yōu)選酶解pH為6.0。

2.5液料比對(duì)魚(yú)骨酶解液DPPH清除率值的影響

液料比對(duì)魚(yú)骨酶解液DPPH清除率值的影響見(jiàn)圖6。

在酶解溫度55℃，加酶量2.0%，pH 6.0，時(shí)間2 h的條件下，觀察不同液料比對(duì)DPPH清除率、水解度影響，結(jié)果如圖6所示。

圖6　液料比對(duì)魚(yú)骨粉酶解液DPPH自由基清除活性、水解度的影響Fig.6Effect of liquid-material ratio on DPPH radical scavenging rate and hydrolysis degree

如圖6所示，隨著液料比的增加，水解度呈先增加后減少的趨勢(shì)，在40∶1（mL∶g）達(dá)到最大值22.65%。這可能是因?yàn)檩^低的液料比，其水解液黏度大，抑制了酶促反應(yīng)各成分的擴(kuò)散及酶的催化反應(yīng)，水解度低；隨著液料比增加，酶和底物充分接觸，酶促反應(yīng)加快，水解度升高，抗氧化物質(zhì)增多；但超過(guò)一定的液料比時(shí)，溶劑相對(duì)增加，酶與底物結(jié)合較慢，水解程度降低。而水解液DPPH自由基清除活性在液料比20∶1（mL∶g）時(shí)達(dá)到最大值90.77%，可能是因?yàn)殡S著液料比的增加，溶劑增加，抗氧化性物質(zhì)濃度相對(duì)減小，且雜質(zhì)溶解增多，抗氧化性物質(zhì)純度降低，因此DPPH清除率降低。綜合考慮，選20∶1（mL∶g）為最佳液料比。

2.6響應(yīng)面優(yōu)化酶解工藝

2.6.1數(shù)學(xué)模型的建立及顯著性檢驗(yàn)

根據(jù)Box-Behnken設(shè)計(jì)原理，進(jìn)行擬合，其因素水平見(jiàn)表2，響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表3。

表2　Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平Table 2Variables and levels of Box-Behnken central composite design

表3　中心組和試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果Table 3Arrangement and results of Box-Behnken design

續(xù)表3中心組和試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果Continue table 3Arrangement and results of Box-Behnken design

以DPPH清除率為響應(yīng)值，建立響應(yīng)面回歸模型，方程如下：（Y=94.06+1.13A-1.27B+1.19C+0.71D－0.14AB+1.34AC+0.5AD+0.25BC+0.98BD-1.26CD-1.96A2-2.61B2-2.64C2-3.87D2。）

表4　回歸統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果Table 4Result of the regression response surface model

由表4可知，本試驗(yàn)所得回歸方程模型達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），且失擬項(xiàng)P為0.233 1＞0.05，不顯著，說(shuō)明此模型擬合程度高，二者差異程度小，因此可用該回歸方程代替試驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析；該模型的校正決定系數(shù)為0.9732，變異系數(shù)為0.51%，表明總變異中僅有2.68%的變異不能由該模型解釋?zhuān)籖2為0.986 6，說(shuō)明超過(guò)95%的置信區(qū)間，酶解液DPPH清除率的變化歸因于4個(gè)獨(dú)立的變量，進(jìn)一步說(shuō)明該模型可信度高。從因素A、B、C、D及交互項(xiàng)對(duì)DPPH清除率的影響來(lái)看，除二次項(xiàng)AB、BC不顯著外，其余因素影響均顯著。通過(guò)比較方程一次項(xiàng)系數(shù)的絕對(duì)值，可以判斷因素影響的主次性，本試驗(yàn)中因素影響的主次順序?yàn)椋簳r(shí)間＞pH＞溫度＞液料比。

2.6.2驗(yàn)證試驗(yàn)

為檢驗(yàn)響應(yīng)面分析方法的可靠性，采用上述優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。3次驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的DPPH清除率平均值為94.97%，與理論提取率94.63%相比，相對(duì)誤差為0.36%，表明此酶解工藝參數(shù)準(zhǔn)確可靠。在該工藝條件下所得的酶解液，其蛋白質(zhì)濃度為9.30 mg/mL，水解度為12.34%。

2.7金槍魚(yú)骨粉酶解液與VC的抗氧化活性比較

金槍魚(yú)骨粉酶解液與VC的抗氧化活性比較見(jiàn)圖7。

圖7　魚(yú)骨粉酶解液與VC抗氧化性比較Fig.7The comparison of antioxidant activity of ascorbic acid and enzymatic hydrolasates of tuna bone at the same concentrations

為考查魚(yú)骨粉最佳酶解條件下的酶解液抗氧化能力，比較了蛋白質(zhì)濃度為9.30 mg/mL的酶解液與相同濃度下VC的抗氧化性，結(jié)果見(jiàn)圖7，可見(jiàn)骨粉酶解液的抗氧化性?xún)?yōu)于VC。

3結(jié)論

1）通過(guò)對(duì)酶解金槍魚(yú)骨工藝的研究發(fā)現(xiàn)，DPPH自由基清除率與水解度之間沒(méi)有顯著的一致性規(guī)律，酶解法制備抗氧化活性肽的關(guān)鍵在于選擇合適的蛋白酶及酶解條件。

2）中性蛋白酶酶解金槍魚(yú)骨所得的酶解液對(duì)DPPH自由基的清除能力優(yōu)于堿性蛋白酶、胃蛋白酶、木瓜蛋白酶酶解所得的酶解液。

3）魚(yú)骨粉最佳酶解工藝參數(shù)為：酶解溫度56.22℃，時(shí)間1.88 h，pH 6.15，液料比20.19∶1（mL∶g）。此工藝條件下所得酶解液蛋白質(zhì)濃度為9.30 mg/mL，水解度為12.34%，DPPH清除率為94.97%，羥基（·OH）自由基清除率為97.89%。

4）與VC的抗氧化性比較，金槍魚(yú)骨酶解液顯示出較強(qiáng)的抗氧化活性，有作為天然抗氧化劑的潛力。

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Optimization of Enzymatic Hydrolysates Technology with Antioxidant Ability of Tuna Bone

HU Jing1，DUAN Zhen-hua1，2，*，LUO Wei1，WAN Bin1
（1.College of Food Science，Hainan University，Haikou 570228，Hainan，China；2.Key Laboratory of Tropical Biological Resources，Ministry of Education，Hainan University，Haikou 570228，Hainan，China）

In order to obtain enzymatic hydrolysates with high antioxidative ability from tuna bone.Taking scavenging activity on DPPH free radicals and the hydroxyl free radicals as evaluating indexex.Antioxidative substances were respectively extracted with Neutrase，Alcalase，Papain and Pepsin，among which Neutrase was showed to be optimal.Single facter and Response surface methodology（RSM）were used to optimize hydrolysis conditions.The test showed that，the optimal hydrolysis conditions were as follows：hydrolysis temperature of 56.22℃，hydrolysis time of 1.88 h，pH of 6.15，liquid-material ratio of 20.19∶1（mL∶g）.Under this condition，the protein concentration of enzymatic hydrolysates，the hydrolysis degree，the scavenging rate on DPPH free radicals and hydroxyl free radicals were be 9.30 mg/mL，12.34%，94.97%，97.89%，respectively.The antioxidative activity of enzymatic hydrolysates was higher than that of ascorbic acid at the same concentration.

tuna bone；antioxidant activity；free radicals；hydrolysis conditions

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.15.016

2014-09-12

海大科研合作項(xiàng)目（HD-KYH-2012071）

胡靜（1990—），女（漢），碩士，研究方向：水產(chǎn)品加工技術(shù)。

段振華（1965—），男，教授，碩導(dǎo)，博士，水產(chǎn)品食品科技。