海參性腺酶解物制備及其體外清除自由基活性測定

吳國宏，熊何健，李 露

海參性腺酶解物制備及其體外清除自由基活性測定

吳國宏1，熊何健1，李 露2

（1. 集美大學食品與生物工程學院，福建 廈門 361021; 2. 勁牌有限公司研究院，湖北 黃石 435100）

【】酶解海參性腺并分析其體外清除自由基活性。采用外源性蛋白酶水解工藝制備海參性腺酶解產(chǎn)物，通過酶解效果比較分析，考察其體外清除DPPH自由基和羥自由基能力。確定木瓜蛋白酶為水解用酶，利用響應面優(yōu)化實驗確定酶解條件為酶解時間14 h、酶添加量3 000 U/g、料液比1∶40；酶解液滅酶后經(jīng)離心、濃縮、干燥后得到粉狀海參性腺酶解物，其主要成分質量分數(shù)分別為蛋白肽48.4%、礦物質16.8%、粗脂肪12.4%、水分9.8%；酶解產(chǎn)物清除DPPH自由基和羥自由基的 IC50值分別為3.39、5.83 mg/mL。海參性腺酶解物具有良好的抗氧化活性。

海參性腺；木瓜蛋白酶；酶解；抗氧化

海參性腺含多種生物活性物質，許多珍貴的性腺色素如海膽紫酮、β胡蘿卜素、蝦青素、角黃素、玉米黃質等[1-2]，以及豐富的精氨酸、皂甙、刺參脂質、釩、硒、鐵、鋅等營養(yǎng)物質[3-4]，是優(yōu)良的保健食品素材。王婷等[5]利用木瓜蛋白酶酶解海參生殖腺得到海參精多糖對人子宮頸癌 Hela 細胞和人肝癌 Hep G2 細胞的體外生長有抑制作用，具有顯著體外抗腫瘤活性。何傳波等[6]通過中性蛋白酶對海參內臟進行水解，得到的酶解產(chǎn)物對小鼠具有一定抗疲勞功效和體抗氧化作用。趙玲等[7]利用3種蛋白酶對海參凍干粉進行酶解，得到酶解多肽對羥自由基、超氧自由基和DPPH自由基均有清除作用，且清除能力均隨樣品質量濃度的升高而增強。目前，福建霞浦海參加工過程中，性腺多被直接廢棄，造成資源浪費，并給當?shù)厮颦h(huán)境造成不良影響。

本研究采用木瓜蛋白酶酶解海參性腺，通過單因素分析和響應面優(yōu)化實驗確定最適酶解條件，并探討酶解產(chǎn)物清除自由基活性，為海參性腺在保健食品、特膳食品領域的開發(fā)應用提供技術基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

海參性腺：新鮮海參性腺采自福建霞浦(含水量為85% ~ 87%)，不分雌雄體，冷凍干燥后備用。測得主要成分質量分數(shù)分別為粗蛋白（38.4±0.5）%，灰分（18.8±0.3）%，粗脂肪（14.0±0.2）%，水分（8.8±0.1） %，多糖（8.4±0.2）%，皂甙（1.1±0.2）%，其它11.6%。

細胞色素Ｃ、胰島素、桿菌肽、氧化型谷胱甘肽、乙氨酸-乙氨酸-乙氨酸、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼、木瓜蛋白酶、福林酚，SIGMA公司；羥自由基試劑盒，南京建成有限公司。

1.2 儀器與設備

FD-1-50真空冷凍干燥機，北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司；Ultimate3000高效液相色譜儀，美國DIONEX公司。

1.3 理化指標測定方法

總灰分含量測定，參照GB 5009.4-2010；水分測定，參照GB 5009.3-2010；粗脂肪測定，參照GB/T 14772-2008；總蛋白氮測定，微量凱氏定氮法，參照GB 5009.5-2010；多糖測定，參照SN/T 4260-2015。

1.4 蛋白酶的篩選

稱取適量海參性腺，按質量1∶50的料液比加入蒸餾水，在50 ℃的恒溫水浴中密封振蕩，在蛋白酶最佳酶解溫度處保溫5 min，用稀NaOH或稀HCl調節(jié)至各蛋白酶最佳工作時的pH值，加當量的蛋白酶，密封振蕩酶解6 h后，將酶解液置于95 ~ 100 ℃加熱15 min鈍化滅酶，4 000 r/min離心15 min，取酶解液上清液部份測定其水解度和清除DPPH自由基能力[8]。

1.5 響應面法實驗因素的選取

以海參性腺蛋白水解度為響應值，選擇影響酶解反應的酶解時間、加酶量和料液比等條件進行單因素實驗，分析各因素對水解度的影響。在上述單因素實驗結果的基礎上，運用Design Expert8.0.6.1軟件進行數(shù)據(jù)擬合與方差分析，從而確定海參性腺的最佳酶解條件[9]。

1.6 蛋白水解度的測定

采用甲醛滴定法[10]，測定樣液中氨基酸態(tài)氮的含量。

蛋白質水解度是指水解液中游離的氨態(tài)氮和總氮的比值，即水解度（DH）的測定公式表示為：DH=/。式中為酶解液氨態(tài)氮質量（mg）；為樣品總氮質量（mg）。

1.7 羥自由基清除活性測定

用1 cm光徑比色皿，在波長為550 nm處，蒸餾水調零，測各樣品管的光密度值。計算公式：

羥自由基清除率 =[i-（j+0）] /i，（1）

公式中，j為無樣品對照管在550 nm下光密度，i為樣品測定管在550 nm下光密度，0為調零組。

1.8 DDPH自由基清除活性測定

參照Shimada等方法，測定酶解液清除DPPH自由基能力[11]。根據(jù)以下公式計算樣品的清除率：

DDPH自由基清除率 = [j-（i-0）] /j，（2）

公式中，j為無樣品對照管在517 nm下光密度，i為樣品測定管在517 nm下光密度，0為樣品溶劑在517 nm下光密度。

1.9 蛋白肽分子質量的測定

參考國標GB22729-2008，采用液相色譜法進行測定，記錄樣品出峰時間，根據(jù)標準曲線求出海參性腺酶解蛋白肽的分子質量分布[12]。

校正曲線所用的標準品：乙氨酸-乙氨酸-乙氨酸（MW 307 u），GSSG（MW 613 u），桿菌肽（MW 1 636.7 u），胰島素（MW 6 512 u），細胞色素C（MW 12 384 u）

2 結果與分析

2.1 水解用酶的選擇

選擇木瓜蛋白酶、堿性蛋白酶、風味蛋白酶、中性蛋白酶和胰蛋白酶在其適宜的酶解條件下對海參性腺進行酶解，料液比1∶50、酶添加量2 500 U/g、酶解6 h，測定參性腺酶解液的水解度及其對DPPH自由基清除率，結果見表1。風味蛋白酶水解能力最強，水解度最高，達到32.01%，但水解物的DPPH清除率只有15.90%。風味蛋白酶是復合蛋白酶，有端肽酶活性[13]，容易水解產(chǎn)生游離氨基酸，不利于獲得小分子的活性肽，因而酶解物清除DPPH活性偏低。木瓜蛋白酶的水解能力僅次于風味蛋白酶，水解度為27%，清除DPPH自由基活性最高，清除率為25.80%，故選用木瓜蛋白酶作為本研究的水解用酶，進行后續(xù)研究。

表 1 不同蛋白酶對海參性腺的酶解效果

2.2 加酶量對水解度的影響

料液比1∶50、pH 7.0、酶解溫度55 ℃、酶解時間9 h條件下，比較加酶量對木瓜蛋白酶水解度的影響（圖1）。從圖1可能看到，隨著加酶量增大水解度呈現(xiàn)上升趨勢，但當加酶量達到2 500 U/g后水解度上升趨勢隨加酶量增加曲線斜率變小，曲線呈現(xiàn)平緩增加，這可能是因為當酶的用量大于其最佳濃度時，水解效果不會明顯提高，反而會引起酶的自溶作用的增強[14]。

圖1 酶添加量對水解度的影響

2.3 液料比對水解度的影響

加酶量2 500U/g、pH 7.0、酶解溫度55℃、酶解時間9 h條件下，比較料液比對木瓜蛋白酶水解度的影響（圖2），當料液比為1∶30到1∶40時，水解度隨著料液比增大而增加；當料液比大于為1∶50時，水解度隨著料液比增大開始下降。這是由于酶解反應必須在水溶液中進行，料液比的增大有利于酶解產(chǎn)物擴散，但底物濃度過低會導致酶解液中氨基酸和多肽濃度降低，由于反應物分散度增大使得酶促反應速率下降，導致水解度降低[15]，并在后續(xù)濃縮、干燥等加工處理中增加了生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)成本。所以，料液比在1∶40 ~ 1∶50附近海參性腺酶解液可達到較高水解度。

圖2 料液比對水解度的影響

2.4 酶解時間對水解度的影響

料液比1∶50、加酶量2 500 U/g、pH 7.0、酶解溫度55 ℃條件下，分析酶解時間對木瓜蛋白酶水解度的影響（圖3）。從圖3中可以看到，海參性腺水解度的增量變化隨著酶解時間增加而增加，但隨著酶解時間增加水解度上升趨勢出現(xiàn)了曲線斜率變小，曲線呈現(xiàn)平緩增加，在酶解12 h內水解度增加量顯著，12 h后水解度的增量變化在變小，水解趨于完成。

圖3 酶解時間對水解度的影響

2.5 酶解條件的響應面優(yōu)化

2.5.1 響應面實驗結果和分析 選擇海參性腺酶解時間、料液比和加酶量為因素，以酶解海參性腺的水解度為響應值，在單因素實驗基礎上，利用響應面設計對木瓜蛋白酶水解條件進行優(yōu)化，實驗設計及結果見表2。利用Design Expert 8.0.6.1軟件對表3的數(shù)據(jù)進行方差分析，結果見表3。

使用Design Expert對表2實驗數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，得到的海參性腺水解度對酶解時間（A）、料液比（B）、加酶量（C）的模型方程為：=-19.44+3.19+1.25+9.16×10-5-0.02+3.33×10-5-4.1×10-5-0.082-0.012+9.3×10-72。二次多項回歸模型方程中各項系數(shù)絕對值大小可以反映各因素對海參性腺酶解度的影響程度，二次項式系數(shù)為負值，所以該模型方程的拋物線開口朝下，表明該模型方程存在最大值并可以優(yōu)化分析。觀察模型方程的一次項系數(shù)可得到影響海參花水解度因素的主次順序為：C>A>B，加酶量的回歸系數(shù)最大，是影響海參性腺酶解率最重要的線性變量，呈極具統(tǒng)計學意義 (< 0.01)，其次是酶解時間具有統(tǒng)計學意義 (< 0.05)，再次是料液比，其影響不具統(tǒng)計學意義[16]。

表2 響應面實驗設計及結果

表3 回歸模型方差分析

對模型進行方差分析，結果見表3，方程中各變量對水解度回歸模型值的影響概率（< 0.05），表明該二次多項回歸模型表現(xiàn)顯著，回歸模型失擬檢驗（> 0.05）不顯著，說明回歸模型穩(wěn)定，并與實際情況擬合較好能夠滿足響應面分析，可以用此模型對實驗進行響應面分析和預測[17]。

2.5.2 響應面分析和條件優(yōu)化 響應面分析是通過Design Expert 8.06 軟件對各因素的交互作用繪制的三維空間曲面圖（圖 4），由圖4可知，當料液比固定時，水解度變化較敏感的，呈先上升后趨于平緩，加酶量上升較水解度時間更加顯著。同時酶解時間與加酶量二因素相關系數(shù)小表示交互作用很小。當加酶量固定時，水解度變化是敏感的，呈先上升后下降趨勢，水解度隨時間表上升較比料液比更加顯著。料液比和時間二因素相關系數(shù)較大表示其交互作用較強。當時間固定時，水解度隨料液比的變化比加酶量的更加顯著，同時料液比與加酶量二因素相關系數(shù)較小表示其對水解度的影響相對較小。

圖4 因素間相互作用的響應面

Design Expert對于實驗的優(yōu)化結果：酶解時間13.9 h，加酶量為3 000 U/g時，料液比為1∶39.25，最大水解度為34.27%。通過驗證性實驗，當酶解時間14 h，料液比為1∶40，加酶量為3 000 U/g時，水解度為34.06%。說明驗證實驗結果與響應面分析所得到結論相一致。

2.6 酶解產(chǎn)物成份分析

海參性腺經(jīng)酶解液經(jīng)過濾、濃縮、冷凍干燥后得海參海參性腺酶解物，基本營養(yǎng)成分如表4所示。酶解物中除蛋白肽外，還保留較高含量的多糖、海參皂苷等活性物質。

表4 海參性腺酶解物營養(yǎng)成分

2.7 海參性腺酶解產(chǎn)物清除羥自由基活性

海參性腺酶解物清除·OH自由基活性如圖5所示。隨濃度升高，羥自由基的清除率增加，在10 mg/mL時清除羥自由基為67%。在2 ~ 10 mg/mL濃度范圍內，海參性腺酶解物清除羥自由基活性與濃度呈線性關系，回歸方程：=3.95+ 26.96，2= 0.994。海參性腺酶解物和GSH清除羥自由基的IC50分別為5.83 mg/mL，10.66 mg/mL。海參性腺酶解物清除·OH自由基活性顯著高于GSH。

圖5 酶解物和GSH對·OH清除效果

2.8 海參性腺酶解產(chǎn)物清除DPPH自由基活性測定

海參性腺酶解物清除DPPH自由基活性如圖6所示。酶解物活性隨濃度增加而增大，在6.0 mg/mL時達到最大，DPPH自由基清除率為77%。在0.25 ~ 6.0 mg/mL濃度范圍內，清除率（）與濃度（）呈線性關系，回歸方程= 12.02+ 9.214，2= 0.985 ，IC50值為3.39 mg/mL。GSH清除DPPH自由基的IC50為0.71 mg/mL。酶解物清除DPPH自由基能力弱于GSH。

圖6 酶解物和 GSH對 DPPH·清除效果

2.9 海參腺性酶解物中蛋白肽分子質量分布

肽標準品的凝膠色譜圖如圖7所示。根據(jù)細胞色素C、胰島素、桿菌肽、GSSG、Gly-Gly-Gly洗脫出峰時間，由log（MW）與（洗脫時間）成線性關系，對應線性關系方程為log（MW）= -0.215 7+ 6.698 1，相關系數(shù)2= 0.960 4。

圖7 標準品凝膠柱（TSKgel G2000SWXL）色譜

酶解物中蛋白肽分子量的分布如圖8所示，由圖可以看出，酶解物中蛋白肽的分子質量主要在500 u以下，達到93%，酶解反應趨于完全?，F(xiàn)有文獻報道[18]，食物中蛋白質經(jīng)過特定酶水解獲得分子質量在2 ku以下的蛋白肽可以直接進入小腸被吸收，從而提高了胃腸對多肽和氨基酸的吸收速率。袁坤山等[19]利用木瓜蛋白酶酶解糙刺參內臟，酶解產(chǎn)物的分子質量在500 u以下的組分所占多肽比例為80.00%，所得糙刺參內臟蛋白酶解物具有較高抗氧化活性，其Vc抗氧化活性當量值為44.95 mg/g。

圖8 海參性腺酶解產(chǎn)物中蛋白肽的分子質量分布

3 結論

本研究利用福建省養(yǎng)殖的海參性腺為原料，以水解度和DPPH 自由基清除率為指標，綜合考慮蛋白質水解程度和酶解物抗氧化活性，確定木瓜蛋白酶為水解用酶。以水解度為指標，通過單因素實驗和響應面設計分析優(yōu)化木瓜蛋白酶酶解海參性腺工藝條件：料液比為1∶40，加酶量3 000 U/g，酶解時間14 h，酶解溫度55 ℃，pH 7.0，此條件下海參性腺最大水解度為34%。在體外抗氧化活性研究中，酶解產(chǎn)物具有較高清除 DPPH 自由基和羥自由基能力，其中清除DPPH自由基和羥自由基的IC50值分別為 3.39、5.83 mg /mL。本方法保留了海參性腺中多重活性成分，提高了養(yǎng)殖海參的利用價值，對福建省海參產(chǎn)業(yè)開發(fā)具有一定參考價值。

[1] 韋豪華, 張紅玲, 李興太. 海參化學成分及生物活性研究進展[J]. 食品安全質量檢測學報, 2017, 8(6): 2054-2061.

[2] 宋玉昆, 徐晟, 楊洋, 等. 海參腸脂質的提取及組成研究[J]. 中國食品學報, 2018,18(2): 148-153.

[3] GRAUSO L, YEGDANEH A, SHARIFI M, et al. Molecular networking-based analysis of cytotoxic saponins from sea cucumberMarine drugs, 2019, 17(2): 86-92.

[4] 鄭燁, 邵麗華. 濟南市售海參、鮑魚中元素含量調查及營養(yǎng)價值評價[J]. 中國城鄉(xiāng)企業(yè)衛(wèi)生, 2018, 33(1): 22-25.

[5] 王婷, 劉京熙, 張健, 等. 海參精多糖提取工藝優(yōu)化及其體外抗腫瘤活性[J]. 食品工業(yè)科技, 2016, 37(17): 68-74.

[6] 何傳波, 魏好程, 熊何健, 等. 海參內臟酶解產(chǎn)物抗氧化和抗疲勞活性[J]. 食品科學, 2017, 38(21): 201-206.

[7] 趙玲, 耿曉曉, 劉淇, 等. 海參水煮液酶解多肽的抗氧化活性[J]. 漁業(yè)科學進展, 2013, 34(5): 69-73.

[8] 楊佳洪, 黃義松, 魏好程, 等. 海參內臟酶解工藝條件的優(yōu)化[J]. 食品工業(yè)科技, 2017, 38(3): 180-185.

[9] 岑萬, 林君如, 鐘佳澤, 等. 響應面法優(yōu)化海參腸酶解工藝的研究[J]. 福建輕紡, 2019 (7): 24-29.

[10] 楊文博, 張英華. 蛋白質水解度的測定方法研究[J]. 中國調味品, 2014, 39(3): 88-90.

[11] 王姣, 魏好程, 何傳波,等.鮑內臟多糖的抗氧化活性[J]. 食品科學, 2017, 38(15): 115-121.

[12] HU F, CI A T, WANG H, et al. Identification and hydrolysis kinetic of a novel antioxidant peptide from pecan meal using Alcalase[J]. Food Chemistry, 2018, 261 (4): 301-310.

[13] YAN M Y, TAO H T, QIN S. Effect of enzyme type on the antioxidant activities and functional properties of enzymatic hydrolysates from sea cucumber () viscera[J]. Journal of Aquatic Food Product Technology, 2016, 25(6): 940-952.

[14] AUWAL S M, ZAREI M, ABDULHAMID A, et al. Optimization of bromelain-aided production of angiotensin I-converting enzyme inhibitory hydrolysates from stone fish using response surface methodology[J]. Marine Drugs, 2017, 15(4): 104.

[15] LI Y N, KONG X, CHEN J W, et al. Characteristics of the copper, zinc superoxide dismutase of a hadal sea cucumber (sp.) from the[J]. Marine Drugs, 2018, 16(5): 169.

[16] BRIONES-LABARCA V, GIOVAGNOLI-VICU?A C, CA?AS-SARAZúA R. Optimization of extraction yield, flavonoids and lycopene from tomato pulp by high hydrostatic pressure-assisted extraction[J]. Food Chemistry, 2019, 278(4): 751-759.

[17] LI Y, LI J, LIN S J, et al. Preparation of antioxidant peptide by microwave- assisted hydrolysis of collagen and its protective effect against H2O2-induced damage of RAW264.7cells[J]. Marine Drugs, 2019, 17(11): 642.

[18] 楊東達, 秦洪, 黃雅燕, 等. 海參內臟酶解制備海參肽工藝[J]. 華僑大學學報(自然科學版), 2017,38(4): 531-536.

[19] 袁坤山, 鄭藝, 于躍芹, 等. 響應面法優(yōu)化糙刺參內臟團制備抗氧化肽的酶解工藝[J]. 食品科技, 2014,39(8): 225-231.

Enzymatic Hydrolysis and Antioxidant Activity of Sea Cucumber Gonad

WU Guo-hong1，XIONG He-jian1，LI Lu2

（1.,,361021,；2.,435100,）

【】Enzymatic hydrolysis of sea cucumber gonads and analysis its free radical scavenging activity in vitro. 【】An exogenous protease hydrolysis process was used to prepare the enzymolysis product. The enzymolysis effect was compared and analyzed, and its ability to scavenge DPPH free radicals and hydroxyl free radicals in vitro was investigated.【】We have dentified papain as an enzyme for hydrolysis. The response surface optimization experiment was used to determine the conditions of enzymolysis: the enzymolysis time was 14 h. The concentration of enzyme used was 3000 U/g, and the material-liquid ratio was 1∶40. The sea cucumber enzymatic hydrolysate obtained is in a powdery form after centrifuge concentration and drying after the enzyme was inactivated. The content of its main components were protein-peptide 48.4%, minerals 16.8%, crude fat 12.4%, moisture 9.8%. The IC50values of the enzymolysis products to scavenge DPPH free radicals and hydroxyl free radicals were 3.39 and 5.83 mg/mL, respectively. 【】The antioxidant activity of the sea cucumber gonad hydrolysate was good.

sea cucumber gonad; protein peptide; protein hydrolysis; antioxidant

TS254.1

A

1673-9159（2020）05-0105-07

10.3969/j.issn.1673-9159.2020.05.013

2020-01-02

福建省中青年教師教育科研項目（JT180287）；廈門市科技計劃項目（3502Z20153014）； 國家海洋局海洋公益性行業(yè)科研專項（201405016）

吳國宏（1977－），男，實驗師，研究方向為食品科學。E-mail：stormwgh@sohu.com

熊何?。?968－），男，研究員，研究方向為食品科學。E-mail：hjxiong@jmu.edu.cn

吳國宏，熊何健，李露. 海參性腺酶解物制備及其體外清除自由基活性測定[J].廣東海洋大學學報，2020，40（5）：105-111.

（責任編輯：劉嶺）