馮曉文,趙曉涵,程青麗,潘驍琪,劉文穎*
(1.中國(guó)食品發(fā)酵工業(yè)研究院有限公司北京市蛋白功能肽技術(shù)研究中心,北京 100015;2.北京城市學(xué)院生物醫(yī)藥學(xué)部,北京 100094)
乳清蛋白是利用現(xiàn)代先進(jìn)工藝從牛奶中分離提取出來(lái)的一類蛋白質(zhì),主要成分為β-乳球蛋白(βlactoglobulin,β-LG)、α-乳白蛋白(α-lactalbumin,α-LA)、免疫球蛋白、血清蛋白、乳鐵蛋白等,其中免疫球蛋白具有抗氧化、提高免疫力的作用[1]。此外,乳清蛋白中還含有豐富的半胱氨酸、蛋氨酸等含硫氨基酸,能很好地維持體內(nèi)谷胱甘肽(glutathione,GSH)的水平,發(fā)揮抗氧化作用[2]。
乳清肽是以乳清蛋白為原料經(jīng)酶解工藝制得,與乳清蛋白相比,具有更好的起泡性、乳化性,且更易被機(jī)體吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和利用[3]。已有研究表明,乳清蛋白經(jīng)消化吸收后,產(chǎn)生的部分蛋白質(zhì)片段和肽類也具有生物活性和功能[2],例如抗氧化活性、調(diào)節(jié)血糖功能及血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(angiotensin converting enzyme,ACE)抑制活性等[1,3-4],而關(guān)于體外模擬消化對(duì)乳清肽結(jié)構(gòu)和抗氧化活性的影響鮮有研究和報(bào)道?;诖耍狙芯恳匀榍咫臑檠芯繉?duì)象,通過(guò)體外模擬胃腸道消化,以分子質(zhì)量分布、紫外全波長(zhǎng)掃描、圓二色光譜(circular dichroism,CD)揭示消化前后乳清肽結(jié)構(gòu)的變化;以DPPH自由基清除能力、ABTS+自由基清除能力、鐵離子還原能力(ferric ion reducing antioxidant power,F(xiàn)RAP)及氧自由基吸收能力(oxygen radical absorbance capacity,ORAC)4個(gè)抗氧化指標(biāo)結(jié)果揭示消化前后乳清肽抗氧化活性的變化。以期為乳清肽在食品方面的多元化開發(fā)提供思路。
乳清粉:北京中食海氏生物技術(shù)有限公司;堿性蛋白酶(20 000 U/g)、中性蛋白酶(200 000 U/g)、胃蛋白酶(3 000 U/g):諾維信生物技術(shù)有限公司;無(wú)水乙醇、氫氧化鈉、濃鹽酸、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉、過(guò)硫酸鉀、醋酸鈉:北京化學(xué)試劑公司;胰蛋白酶(74 000 U/g):南寧龐博生物有限公司;1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1-1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)、2,2-偶氮二(2-甲基丙基咪)二鹽酸鹽[2,2′-azobis(2-methylpropionamidine)dihydrochloride,AAPH]、熒光素鈉、水溶性維生素 E(Trolox):美國(guó) Sigma公司;2,2′-聯(lián)氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸[2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid),ABTS]:南京森貝伽生物科技有限公司;2,4,6-三吡啶基-1,3,5-三嗪 [2,4,6-tris(2-pyridyl)-s-triazine,TPTZ]:酷爾化學(xué)科技(北京)有限公司;三氯化鐵、硫酸亞鐵:西隴化工股份有限公司。以上化學(xué)試劑均為分析純。
YG30型噴霧干燥機(jī):無(wú)錫市陽(yáng)光干燥設(shè)備廠;HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋:普瑞斯機(jī)械有限公司;FE20K型pH計(jì):瑞士梅特勒-托利多公司;KQ-250E超聲波振蕩器:昆山市超聲儀器有限公司;J-810圓二色光譜儀:美國(guó)Jasco公司;Spectra MR多功能酶標(biāo)儀:美國(guó)Dynex公司;SpectraMax i3x多功能酶標(biāo)儀:美國(guó)MD公司;LC-20AD型高效液相色譜儀:日本島津公司;UV-1780紫外可見(jiàn)分光光度計(jì):日本SHIMADZU公司。
1.2.1 乳清肽的制備
乳清肽經(jīng)兩步酶解法制得。精確稱取50 g乳清粉于1 000 mL蒸餾水中,混勻,90℃加熱10 min,降溫至55℃,使用pH計(jì)調(diào)節(jié)溶液的pH值為8.5,然后加入堿性蛋白酶0.40 g,酶解3 h;調(diào)節(jié)溶液的pH值為7,溫度為45℃,加入中性蛋白酶0.45 g,酶解2 h。酶解完畢,高溫滅酶15 min。冷卻至27℃,10 000 r/min離心30 min,棄沉淀。用截留分子質(zhì)量為1 000 Da的超濾膜超濾上清液,得分子質(zhì)量小于1 000 Da的濾過(guò)液,然后在進(jìn)料溫度25℃、進(jìn)料速度14 mL/min、進(jìn)風(fēng)口溫度135℃、進(jìn)風(fēng)壓力20 kPa條件下進(jìn)行噴霧干燥,得到乳清肽干粉[3]。
1.2.2 體外模擬胃腸道消化試驗(yàn)
1.2.2.1 胃蛋白酶消化試驗(yàn)
配制質(zhì)量濃度為50 mg/mL的乳清肽溶液100 mL,取20 mL 1 mol/L的HCl溶液調(diào)節(jié)pH值為2,于37℃水浴鍋中加熱2 min,加入3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))胃蛋白酶(≥250 U/mg),混勻,37℃下邊攪拌邊消化3 h,然后100℃滅酶10 min,待樣品冷卻至27℃后,進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn),此為模擬胃液組。另取消化前樣品作為對(duì)照組[5]。
1.2.2.2 胰蛋白酶消化試驗(yàn)
取1.2.2.1配制的乳清肽溶液20 mL于離心管中,使用pH計(jì)調(diào)節(jié)pH值為6.8,37℃水浴加熱1 min,加入3%胰蛋白酶(≥250 U/mg),混勻。37℃水浴鍋中邊攪拌邊消化3 h,100℃滅酶10 min。冷卻至27℃后,進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn),此為模擬胰液組[5]。
1.2.2.3 先胃蛋白酶消化后胰蛋白酶消化試驗(yàn)
按1.2.2.1步驟進(jìn)行胃蛋白酶消化后,調(diào)節(jié)pH值為6.8,37℃水浴加熱1 min,加入3%胰蛋白酶(≥250 U/mg),混勻,于37℃水浴中邊攪拌邊消化3 h,100℃滅酶10 min。待冷卻至27℃后,進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn),此為先胃后胰組[5]。
1.2.3 分子質(zhì)量分布測(cè)定
分子質(zhì)量分布采用高效凝膠過(guò)濾色譜法測(cè)定。色譜條件為色譜柱:TSKgelG2000SWXL300mm×7.8mm;流動(dòng)相:乙腈∶水∶三氟乙酸=45∶55∶0.1(體積比);流速:0.5 mL/min;進(jìn)樣體積:10 μL;檢測(cè)波長(zhǎng):220 nm;柱溫:30℃;紫外檢測(cè)器檢測(cè)。使用1 mg/mL的樣品溶液進(jìn)行測(cè)定,樣品溶液經(jīng)流動(dòng)相配制,然后經(jīng)孔徑0.2 μm聚四氟乙烯過(guò)濾膜過(guò)濾后,用高效液相色譜儀進(jìn)行凝膠過(guò)濾,數(shù)據(jù)使用GPC軟件處理。以乙氨酸-乙氨酸-乙氨酸(分子質(zhì)量189 Da)、乙氨酸-乙氨酸-酪氨酸-精氨酸(分子質(zhì)量451 Da)、桿菌酶(分子質(zhì)量1 450 Da)、細(xì)胞色素C(分子質(zhì)量12 500 Da)為肽標(biāo)準(zhǔn)品,配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%溶液,過(guò)膜后進(jìn)樣,繪制相對(duì)分子質(zhì)量校正曲線[6]。
1.2.4 紫外全波長(zhǎng)掃描
將所測(cè)溶液的質(zhì)量濃度稀釋為2.0 mg/mL,移取部分于石英比色皿中,利用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)進(jìn)行紫外全波長(zhǎng)掃描,掃描條件為掃描波長(zhǎng)245 nm~325 nm;狹縫寬度1.0 mm;采樣間隔0.5 nm;慢速掃描。
1.2.5 圓二色光譜掃描
配制質(zhì)量濃度1.0 mg/mL的樣品溶液,移取部分于石英比色皿中,使用圓二色光譜儀測(cè)定其二級(jí)結(jié)構(gòu)組成,圓二色光譜條件:光源采用氙燈;氮?dú)廨敵鰤毫?.4MPa;帶寬1.0nm;光譜測(cè)量范圍180 nm~260 nm;步進(jìn)0.5 nm;數(shù)據(jù)點(diǎn)采樣時(shí)間0.25 s。對(duì)蛋白樣品進(jìn)行圓二色光譜采集,每個(gè)樣品采集3次,用CDNN 2.1-Simple Spectra軟件分析樣品圓二色光譜圖,從而得出溶液中二級(jí)結(jié)構(gòu)的組成與含量。
1.2.6 DPPH自由基清除能力測(cè)定
將不同處理組的樣品溶液用超純水分別稀釋為1.0、2.0、5.0、10.0、15.0 mg/mL,向 0.1 mL 的樣品溶液中加入0.1 mL的無(wú)水乙醇溶液,此為空白組;向0.1 mL的樣品溶液中加入0.1 mL的DPPH-無(wú)水乙醇溶液,此為樣品組;向0.1 mL的蒸餾水中加入0.1 mL的DPPH-無(wú)水乙醇溶液,此為對(duì)照組。每組樣品做3組重復(fù),搖床晃動(dòng)96孔板使反應(yīng)體系混勻,25℃避光反應(yīng)30min,然后于517 nm處測(cè)定吸光值,DPPH自由基清除率根據(jù)式(1)進(jìn)行計(jì)算[7-9]。
式中:AX為樣品組吸光值;A0為空白組吸光值;A1為對(duì)照組吸光值。
1.2.7 ABTS+自由基清除能力測(cè)定
參照Rezanejad等[10-11]的方法,并略作修改。將ABTS+自由基儲(chǔ)備液和過(guò)硫酸鉀溶液等體積混合,25℃過(guò)夜便得ABTS工作母液。稀釋ABTS工作母液后得ABTS工作液。向0.2 mL ABTS工作液中加入10 μL不同濃度的Trolox標(biāo)準(zhǔn)溶液,此為標(biāo)準(zhǔn)組;向0.2 mL ABTS工作液中加入10 μL的1 mg/mL樣品溶液,此為樣品組;向0.2 mL ABTS工作液中加入10 μL的0.1 mol/L磷酸鹽緩沖溶液(phosphate buffer solution,PBS),此為空白組。每組試驗(yàn)做3組平行,晃勻反應(yīng)液。25℃避光反應(yīng)5 min,734 nm處測(cè)定OD值。以不同濃度的Trolox標(biāo)準(zhǔn)溶液OD值為縱坐標(biāo),Trolox濃度為橫坐標(biāo)制得標(biāo)準(zhǔn)曲線,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線可得樣品的ABTS+自由基清除能力,單位以mmol Trolox/g表示。
1.2.8 FRAP值測(cè)定
根據(jù)Amjadi等[12-13]的方法測(cè)定樣品的還原能力,并稍作修改。將醋酸鈉緩沖液、TPTZ溶液和FeCl3溶液按一定比例混合得FRAP工作液。37℃條件下,向0.18 mL的FRAP工作液中加入5 μL的PBS,此為空白組;向0.18 mL的FRAP工作液中加入5 μL的不同濃度的FeSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液,此為標(biāo)準(zhǔn)樣品組;向0.18 mL的FRAP工作液中加入5 μL的1 mg/mL的樣品溶液,此為樣品組。每組做3個(gè)平行,晃勻96孔板。37℃下反應(yīng)5 min,于593 nm處測(cè)定各孔OD值,由FeSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液及對(duì)應(yīng)的OD值繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,并計(jì)算樣品的鐵離子還原能力,單位以μmol FeSO4/g表示。
1.2.9 ORAC值測(cè)定
取96孔板,于標(biāo)準(zhǔn)溶液孔中加入25 μL不同濃度梯度的Trolox標(biāo)準(zhǔn)溶液,空白孔和對(duì)照孔中分別加入25 μL 75 mmol/L PBS,樣品孔加入 25 μL 的 1 mg/mL的樣品,每組重復(fù)3次。各孔在避光條件下迅速加入100 μL 0.8 μmol/L的熒光指示劑,混勻,96孔板作遮光處理,37℃反應(yīng)20 min。反應(yīng)完畢,空白孔中加入75 μL的 PBS,其余各孔迅速加入 75 μL 150 mmol/L AAPH溶液。在激發(fā)波長(zhǎng)485 nm和發(fā)射波長(zhǎng)530 nm下測(cè)定各組樣品的吸光值。通過(guò)處理標(biāo)準(zhǔn)品的吸光值得到不同濃度Trolox的動(dòng)態(tài)熒光衰減曲線,然后計(jì)算樣品的ORAC值,結(jié)果表示為μmol Trolox/g[14-15]。
據(jù)知情人回憶,黎永蘭的教學(xué)成績(jī)優(yōu)異,她所帶班級(jí)在廣安名列前茅。2003年,黎永蘭參加了公務(wù)員考試,告別講臺(tái)成為一名公務(wù)員,先后在廣安大有鄉(xiāng)、龍臺(tái)鎮(zhèn)等地?fù)?dān)任了副鄉(xiāng)長(zhǎng)、鎮(zhèn)長(zhǎng)等職務(wù),“工作很有一套”。
每組數(shù)據(jù)平行測(cè)定3次,結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,使用Origin 8.5軟件作圖。
乳清肽經(jīng)體外模擬胃腸道消化后的分子質(zhì)量分布結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 不同處理的乳清肽的分子質(zhì)量分布Table 1 Molecular weight distributions of whey peptides with different treatments
由表1可知,不同處理組中,分子質(zhì)量范圍在150 Da~1000Da的組分所占比例最大,均高于80%。與未消化組相比,先胃蛋白酶后胰蛋白酶消化后3000Da~5 000 Da的組分減少了97.44%,推測(cè)其原因可能是這一范圍的肽鏈含有較多的胃蛋白酶識(shí)別位點(diǎn)。經(jīng)過(guò)胃蛋白酶、胰蛋白酶、先胃蛋白酶后胰蛋白酶消化后,分子質(zhì)量范圍在150 Da~1 000 Da的組分含量均有所增加,重均分子質(zhì)量下降,但下降幅度不超過(guò)16.26%。推測(cè)其原因可能是胰蛋白酶將大分子質(zhì)量的多肽或蛋白質(zhì)水解成分子質(zhì)量較小的短肽及氨基酸。張韋唯[16]同樣通過(guò)體外模擬胃腸液消化處理發(fā)酵菜粕抗氧化肽,其中分子質(zhì)量小于1 000 Da的組分在消化后有所增加,與乳清肽變化規(guī)律一致。Zhang等[17]通過(guò)模擬胃腸液消化得到的大豆蛋白水解物,其小于1 000 Da的組分較消化前相比有所增加,與本試驗(yàn)變化趨勢(shì)一致。
消化前后乳清肽的紫外全波長(zhǎng)掃描結(jié)果見(jiàn)圖1。
圖1 不同處理的乳清肽的紫外全波長(zhǎng)掃描Fig.1 Ultraviolet full wavelength scanning of whey peptides with different treatments
如圖1所示,4組樣品在280 nm附近均有一個(gè)不明顯的吸收峰,且在經(jīng)模擬胃腸液消化處理后,較未消化組相比,模擬胃液組和模擬胰液組乳清肽在280 nm處的吸光值升高。280 nm附近OD值的變化與色氨酸和酪氨酸的芳香雜環(huán)π-π*躍遷相關(guān),消化后乳清肽溶液的紫外吸收峰值升高,則表明乳清肽在消化后,溶液中色氨酸和酪氨酸殘基的芳香雜環(huán)的π-π*躍遷發(fā)生了變化,從而使得紫外吸收峰值發(fā)生了變化[18]。
消化前后乳清肽的圓二色光譜掃描結(jié)果見(jiàn)圖2。
圖2 不同處理的乳清肽的圓二色光譜圖Fig.2 Circular dichroism spectrogram of whey peptides with different treatments
用CDNN 2.1-Simple Spectra軟件對(duì)所得的CD圖進(jìn)行分析,得到相應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)組成,如表2所示。分析表2可得,乳清肽在模擬胃腸液消化處理以后,α-螺旋較未消化組相比有所增加,最大增加比例為15.48%;β-折疊在模擬胃腸液消化處理后較未消化組相比所占比例有所降低,最大降幅為31.88%;β-轉(zhuǎn)角、無(wú)規(guī)則卷曲消化前后變化不明顯。可得,乳清肽的二級(jí)結(jié)構(gòu)組成對(duì)胃蛋白酶和胰蛋白酶消化均有很好的穩(wěn)定性。乳清肽中α-螺旋含量少,而無(wú)規(guī)則卷曲的含量多,則其無(wú)序性較高且結(jié)構(gòu)比較松散[19-20]。
表2 不同處理的乳清肽的二級(jí)結(jié)構(gòu)Table 2 Secondary structures of whey peptides with different treatments
消化前后乳清肽的DPPH自由基清除能力結(jié)果見(jiàn)圖3。
圖3 不同處理的乳清肽的DPPH自由基清除活性Fig.3 DPPH free radical scavenging activities of whey peptides with different treatments
如圖3所示,乳清肽的DPPH自由基清除能力在經(jīng)模擬胃液消化前后未發(fā)生明顯改變,表明乳清肽的DPPH自由基清除能力具有很強(qiáng)的抗胃蛋白酶消化穩(wěn)定性;但是,模擬胰液組及先胃后胰組較未消化組相比,其DPPH自由基清除能力大幅度降低,在濃度10mg/mL時(shí),未消化組DPPH自由基清除率為91%,而先胃后胰組在同濃度下DPPH自由基清除率為33%,原因可能是胰蛋白酶將具有DPPH自由基清除能力的活性肽段水解為更小的肽段或者氨基酸,從而使得消化后DPPH自由基清除能力極大降低。Yang等[9]研究了不同濃度的醬油糟蛋白水解物的DPPH自由基清除能力,結(jié)果表明醬油糟蛋白水解物的DPPH自由基清除率均呈劑量依賴性,與本試驗(yàn)變化規(guī)律一致。李茹等[19]的研究表明新鮮蘿卜苗酶解后DPPH自由基清除率有所降低,與本試驗(yàn)乳清肽經(jīng)模擬胰液消化后的變化相似。
消化前后乳清肽的ABTS+自由基清除能力結(jié)果見(jiàn)圖4。
圖4 不同處理的乳清肽的ABTS+自由基清除能力Fig.4 ABTS+free radical scavenging capacity of whey peptides treated with different treatments
如圖4所示,經(jīng)模擬胃腸液消化以后,乳清肽的ABTS+自由基清除能力都有一定程度的提高(p>0.05)。造成這一現(xiàn)象的可能原因是經(jīng)模擬胃腸液消化以后,乳清肽中部分大分子質(zhì)量肽段被水解為具有ABTS+自由基清除活性的小肽段,增強(qiáng)了乳清肽的ABTS+自由基清除能力。毛小雨[21]研究得到蕓豆蛋白在經(jīng)模擬胃腸消化后其消化產(chǎn)物的ABTS+自由基清除能力較消化前均有所提高,與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致。
消化前后乳清肽的鐵離子還原能力結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 不同處理的乳清肽的FRAP值Table 3 FRAP values of whey peptides treated with different treatments
由表3可知,乳清肽經(jīng)模擬胃腸液消化以后,其FRAP值都得到了不同程度的提升,這與其ABTS+自由基清除能力變化趨勢(shì)一致,結(jié)合分子質(zhì)量分布結(jié)果可知,經(jīng)模擬胃腸液消化以后乳清肽中分子質(zhì)量150 Da~1 000 Da的組分均有所增加。研究表明,與高分子質(zhì)量肽相比,低分子質(zhì)量肽具有更好的還原能力,從而使得消化后乳清肽FRAP值有所增加[22]。張文敏等[23]通過(guò)酶解制備亞麻籽粕的酶解物也有相同的發(fā)現(xiàn),即分子質(zhì)量較低的亞麻籽粕肽具有較高的FRAP值。
消化前后乳清肽的氧自由基吸收能力結(jié)果見(jiàn)圖5。
圖5 不同處理的乳清肽的ORAC值Fig.5 ORAC values of whey peptides treated with different treatments
如圖5所示,與未消化組相比,模擬胃液組的ORAC值顯著提高(p<0.05),模擬胰液組的ORAC值極顯著提高(p<0.01)。CHO[24]研究了米糠蛋白分離物在模擬胃腸消化過(guò)程中抗氧化性能的變化,其中ORAC值在模擬胃腸消化后得到了顯著提高,與本試驗(yàn)乳清肽ORAC值的變化規(guī)律一致。造成這種現(xiàn)象的原因可能是酶解使得具有抗氧化活性的氨基酸或短肽暴露出來(lái),具有抗氧化活性的物質(zhì)有效地阻止了自由基連鎖反應(yīng),從而使得酶解后乳清肽ORAC值極大提高[25]。
本研究以乳清蛋白為原料,在前期酶解工藝的基礎(chǔ)上制備得到了乳清肽。通過(guò)使用高效凝膠過(guò)濾色譜法,測(cè)定經(jīng)模擬胃腸液消化以后乳清肽的分子質(zhì)量分布變化,結(jié)果表明乳清肽在消化后分子質(zhì)量范圍在150 Da~1 000 Da的組分含量均有所增加,重均分子質(zhì)量下降,但下降輻度不超過(guò)16.26%;經(jīng)紫外全波長(zhǎng)掃描后,4組乳清肽溶液中280 nm處均有一個(gè)不明顯的吸收峰,且模擬胃液組和模擬胰液組的乳清肽吸收峰高于未消化組,其可能的原因是乳清肽經(jīng)模擬胃腸液消化以后色氨酸與酪氨酸的芳香雜環(huán)組成發(fā)生了變化;圓二色光譜結(jié)果表明了乳清肽中α-螺旋在經(jīng)模擬胃腸液消化后雖有所增加,但總量較少,而無(wú)規(guī)則卷曲占所有二級(jí)結(jié)構(gòu)總量的約1/3,表征了乳清肽的結(jié)構(gòu)無(wú)序性高且比較松散。ABTS+自由基清除率、FRAP值及ORAC值經(jīng)模擬胃腸液消化以后,均有所升高,ORAC值經(jīng)模擬胃腸液消化以后提高顯著;DPPH自由基清除率經(jīng)模擬胰液消化后有所降低,從40%~80%范圍降到了20%~30%,但仍具備一定的DPPH自由基清除活性。綜上,乳清肽在結(jié)構(gòu)和抗氧化活性方面均具有一定的抗消化穩(wěn)定性,且整體上抗氧化活性在消化后有所增強(qiáng),這為乳清肽在抗氧化食品及相關(guān)食品添加劑的應(yīng)用方面提供了一定的理論基礎(chǔ)。