利用電子舌對富含ACE抑制肽的酪蛋白水解物的脫苦評價

王佳佳，胡志和,*，趙 悅

(1.天津市食品生物技術重點實驗室，天津商業大學生物技術與食品科學學院，天津 300134；2.北京盈盛恒泰科技有限責任公司，北京 100055)

牛乳不僅含有豐富的營養成分，提供人類豐富的必需氨基酸，而且還是生物活性肽的重要來源[1]。自Maruyama等[2]于1982年在酪蛋白水解物分離出具有ACE抑制活性的12肽(CEJ12)，各國科研人員采用不同的方法從酪蛋白中分離提取了更多具有不同降壓效果的ACE抑制肽，它與普通降壓藥物相比具有無毒副作用，且對正常的血壓沒有影響。因此，食源性降血壓肽成為抗高血壓功能食品或藥物研究的重點[3]。酶法水解蛋白質可得到多種具有高ACE抑制活性的降壓肽，但在水解的同時也會相應的有苦味肽的形成，這使得產品無法滿足口感和嗜好的要求從而限制了短肽在食品工業領域的應用[4-5]。在酶解過程中，往往由于條件限制，盡管底物、酶和水解度可以選擇并加以控制降低苦味，但有時也無法滿足脫苦的最低條件，還需要外加措施進行脫苦，其方法主要包括選擇性分離法、掩蓋法、酶法等[6-7]。風味蛋白酶不僅可以通過使風味前體物水解釋放出風味物質來增強和改善食品的風味，還可以通過內切蛋白酶將苦味肽徹底降解為氨基酸。

對苦味的評價長期以來主要采用感官評定法，但其結果不夠客觀，易受環境、評價者情緒、健康狀況等的影響。作為一種能快速檢測味覺品質的新技術，電子舌能夠以類似人的味覺感受方式(人的舌頭)檢測出味覺物質，可以對樣品進行味覺的量化，因而具有重復性、高靈敏性、可靠性等優勢。由于電子舌的這些特點，目前該技術在飲料鑒別與區分、酒類產品(啤酒、清酒、白酒和紅酒)區分與品質檢測、初級農產品識別與分級、在茶葉評審中的鑒別應用、航天醫學檢測、制藥工藝研究、環境監測等中有較多應用[8]。電子舌的興起就是從對食品的鑒別中發展而來的，現在，電子舌在食品感官品質鑒別上的應用研究日益增多。本實驗采用復合風味蛋白酶對富含ACE抑制肽的酪蛋白水解物進行脫苦處理，并采用味覺分析系統(電子舌)，采用多通道型仿生脂質膜傳感器技術對味覺進行量化而得到更加準確的結果。

1 材料與方法

1.1 試劑

酪蛋白(酪蛋白含量≥80%) 天津海河乳業有限公司；胰蛋白酶(10000U/g)、胃蛋白酶(10000U/g) 美國Sigma公司；風味蛋白酶(33000U/g) 丹麥Novo公司。

1.2 儀器與設備

UV-2100紫外-可見分光光度計 日本Unico公司；FA1104N電子天平 上海精密科學儀器有限公司；EMS-8A加熱磁力攪拌器 天津市歐諾儀器儀表有限公司；PB-10普及型pH計 德國Sartorius公司；Scientz-50N冷凍干燥機 寧波新芝生物科技股份有限公司；TS-5000Z型電子舌(味覺分析系統) 日本Insent公司。

1.3 方法

1.3.1 酪蛋白的雙酶水解

參照張艷等[9]確定的胃蛋白酶和胰蛋白酶水解酪蛋白的條件，對酪蛋白進行水解。

1.3.2 風味酶法脫苦的單因素試驗

風味蛋白酶是一種由篩選的未經基因改造的米曲霉菌株經深層發酵生產的蛋白酶/肽酶復合物，含有兩種活力的內切蛋白酶和外切蛋白酶，反應最佳溫度為50℃，最佳pH值范圍5.0～7.0，故從[E]/[S]、pH值和反應時間3個方面進行，固定[E]/[S]為3000U/g、pH6、酶解時間2h，改變其中一個條件，通過感官評分分別考察3個因素對水解液苦味脫除的影響。

表 1 風味酶法脫苦單因素因素水平表Table 1 Hydrolysis parameters and levels for one-factor-at-a-time design

1.3.3 風味酶法脫苦的正交試驗

通過感官評分所確定的單因素試驗結果，確定三因素的取值水平范圍，進行正交試驗確定最佳水解條件組合。

1.3.4 苦味的評價方法

1.3.4.1 感官評定

采用感官評定的方法，將通過風味酶水解的水解液提供給5名品嘗者，將1.3.1節方法得到酪蛋白雙酶水解液為基準液，將其分別稀釋0、1、2、3、4、5、6、7、8倍，其對應的苦味評分分別是0、1、2、3、4、5、6、7、8。根據此評分標準，品嘗復合肽溶液的苦味并與標準比較進行評分，最后取平均值表示苦味程度。

1.3.4.2 電子舌分析

取2.5g經冷凍干燥的風味酶水解過的酪蛋白水解物，加入70mL的蒸餾水使其充分溶解后，倒入電子舌配備的小塑料杯中，每個約35mL作為平行，放入儀器中進行測試。利用苦味和苦味的回味兩種傳感器獲得味覺數據結果，并通過多元回歸分析和主成分分析用圖形化方式表達出結果。

1.3.5 ACE體外檢測及IC50的確定

因為風味蛋白酶對酪蛋白雙酶水解液的水解，可能會使水解液中原本的ACE抑制肽活性降低甚至喪失，所以需要對正交試驗中選取的最好的幾個結果中，挑選出對其活性影響最小的。

1.3.5.1 ACE抑制活性的體外檢測

采用最常用的HHL方法[10-11]體外檢測ACE抑制率。具體方法如表2所示。

表 2 ACE抑制率體外檢測方法 Table 2 Procedure for detection of in vitro ACE inhibitory activity %

根據表2可知，將各試劑加入到5mL離心管中混勻(每管做3組平行)，反應結束后加入1.7mL乙酸乙酯，經15s振蕩、混勻后離心(4000r/min，15min，4℃)，吸取1.0mL乙酸乙酯層于試管中，在120℃的烘箱中烘干30min后，向試管中加入3mL去離子水，檢測在228nm處的吸光度，其計算公式為：

式中：A為反應中ACE抑制劑和ACE同時存在的吸光度；B為反應中不加抑制劑的吸光度，即對照；C為ACE和HHL空白反應的吸光度，即空白。1.3.5.2 半數抑制濃度(IC50)的測定

稱取雙酶水解產物以及通過電子舌評定結果脫苦效果最好的正交試驗試樣3、6、8、9，分別配制成質量濃度為0.1、0.2、0.3、0.6、1.0mg/mL的溶液，測定各溶液的ACE抑制率，并繪制ACE抑制率曲線，計算出IC50值。

2 結果與分析

2.1 風味酶脫苦試驗苦味評分

2.1.1 單因素試驗的苦味評分

表 3 感官評分結果Table 3 Results of one-factor-at-a-time design for sensory evaluation of debittered casein hydrolysate

由表3可以看出，當隨著加酶量的增加苦味評分隨之增加，當[E]/[S]為3000U/g時水解液的苦味基本脫除，再增加加酶量苦味評分增加的不大，且隨著加入量的增加，對水解液的顏色有加深現象，不利于它的進一步應用，故這里選擇加酶量為3000U/g；在水解pH值為6.5和水解時間2.0h時，苦味評分比較好，故選擇水解pH值為6.5，水解時間2.0h，正交試驗在此基礎上確定因素水平范圍。

2.1.2 正交試驗的苦味評分

表 4 感官評價法正交試驗結果Table 4 Orthogonal array design and results for sensory evaluation of debittered casein hydrolysate

由于人的感覺器官在分辨力、敏感度、穩定性等方面的個體差異，以及極易受外界因素的干擾，故將在各條件下的水解液進行冷凍干燥成粉末，進行電子舌的苦味和苦味回味的檢測。

由表4極差分析可知酶解條件對風味酶法脫苦的影響依次為酶底比＞水解時間＞水解pH值，酶底比和水解時間是影響脫苦效果的主要因素，風味酶法脫苦的最佳處理條件為[E]/[S]= 3200U/g、時間1.5h、pH 6.8，在該條件下復合肽的苦味值評分為7.8，苦味基本脫除。

2.2 電子舌對風味酶脫苦的評定

2.2.1 酶用量對脫苦效果的影響

對照組為6天1輪輸精周期，即公雞連用5天輸完3200只母雞，休1天。試驗1組是7天1輪輸精周期，即公雞連用5天，輸完3200只母雞，休2天；實驗2組是8天1輪輸精周期，即公雞連用5天，輸完3200只母雞，休3天。輸兩個周期后，開始收集種蛋、及時入孵、統計受精率，具體輸精方案見表1。

圖 1 加酶量對脫苦的影響Fig.1 Effect of enzyme dosage on debittering

由圖1可以看出，將電子舌的結果用二維坐標圖表示出來，圖中橫坐標為苦味，縱坐標為苦味的回味，數值越大代表苦味和苦味的回味越顯著，這里將加酶量2000U/g作為零點，可以看出隨著加酶量的增加，水解物的苦味和苦味的回味都逐漸降低，在3500U/g時苦味和苦味的回味都最低，故加酶量為3500U/g時最好。

2.2.2 pH值對脫苦效果的影響

圖 2 pH值對脫苦的影響Fig.2 Effect of pH on debittering

由圖2可以看出，電子舌的結果通過二維坐標圖表示出來，圖中橫坐標為苦味，縱坐標為苦味的回味，數值越大代表苦味和苦味的回味越顯著，其中將加酶量2000U/g為零點，其他的與其進行對比，可以看出隨著pH值的增加，水解物的苦味和苦味的回味都逐漸降低，在pH值為7時苦味和苦味的回味都最低，故pH值為7時最好。

2.2.3 水解時間對脫苦效果的影響

由圖3可以看出，隨著水解時間的延長苦味消除的反而不理想，這里0.5h和1.0h無論從苦味還是苦味的回味都很好，故水解時間為0.5h最好。

圖 3 水解時間對脫苦的影響Fig.3 Effect of hydrolysis time on debittering

2.3 電子舌對正交試驗的評定

電子舌法正交試驗結果見表5。

表 5 電子舌法正交試驗結果Table 5 Orthogonal array design and results for electronic tongue measurement of debittered casein hydrolysate

表 6 苦味值正交試驗結果方差分析表Table 6 Analysis of variance for debitterness value

由表6方差分析可以看出，加酶量和pH值對苦味影響都為極顯著，時間對苦味的影響為顯著，其中影響的主次因素為pH值＞加酶量＞水解時間。

表 7 苦味回味值正交試驗結果方差分析表Table 7 Analysis of variance for bitter aftertaste

由表7的方差分析可以看出加酶量、pH值、水解時間對苦味的回味都為極顯著，其中影響的主次因素為pH值＞加酶量＞水解時間。

2.4 風味酶法脫苦對ACE抑制活性的影響

通過測定酪蛋白雙酶水解液及經風味酶法脫苦處理的幾個典型試樣：3、6、8、9號試樣(表4)的ACE抑制率，考察該脫苦工藝對復合肽ACE抑制活性的影響。

2.4.1 酪蛋白雙酶水解產物的IC50值

圖 4 酪蛋白雙酶水解產物質量濃度與ACE抑制活性關系曲線Fig.4 Relationship between casein hydrolysate concentration and ACE inhibitory activity

由圖4可知，隨著樣品質量濃度的增大，其ACE抑制率也在增大，說明ACE抑制率與樣品質量濃度存在質量濃度-效應關系。通過一元二次回歸分析，得到一元二次回歸方程為y =－1.4631x2+ 2.4286x－0.0452(R2=0.991)，計算可得出酪蛋白雙酶水解產物的IC50值為0.27mg/mL。

2.4.2 經風味酶脫苦后4個典型樣的IC50值

圖 5 四個典型樣的IC50值Fig.5 IC50 of four typical samples

由圖5可知，試樣3、6、8、9的IC50值分別是0.31、0.8、0.56mg/mL和0.28mg/mL，與未經脫苦的酪蛋白雙酶水解物的0.27mg/mL相比，試樣9不僅脫苦效果好，而且IC50值也是相對最低的，雖然風味酶法的脫苦仍略帶苦味，但配合加糖等辦法仍具有應用價值。

3 討 論

向含苦味的蛋白質水解液中加入一些能掩蓋蛋白質水解液苦味的物質，也可使苦味減輕，如常用的食品添加劑有機酸、甜味劑等[12]，其酸味、甜味對苦味均有較好的掩蓋作用。微膠囊化包埋掩蓋法是近年來新發展的脫苦方法，它是把分散的固體物質、液滴或氣體完全包封在一層連續薄膜中形成微小包囊的方法，使產品在保留營養的同時保持良好的感官品質常用的是環糊精類。本實驗曾嘗試使用環糊精脫苦如α-環糊精、β-環糊精和羥丙基-環糊精，比較得到β-環糊精的脫苦效果較好，底物質量濃度為1g/100mL的水解物加入質量濃度為2g/100mL的β-環糊精即可脫苦，但隨著底物濃度的增加環糊精的添加量也隨之增加，當環糊精的質量濃度為3g/100mL時，放置一段時間后就會有晶體的析出和一些異味反而給產品帶來不好的口感，故選擇風味酶法脫苦，而風味酶法脫苦與普通物理方法相比，通過改變苦味短肽結構而脫苦，這勢必影響到其功能活性，為此本實驗對經風味酶脫苦后的水解物，進行了體外檢測，挑選出對活性影響最小的水解物應用于食品中。

對蛋白短肽的苦味評價，有感官評價和儀器評價兩種方法。目前感官評定的方法仍然是最為常用、直觀和有效的方法[13]。由于感官評定法依賴經過長期訓練、擁有特殊味覺判別能力的品評專家來判斷，很多時候難以找到適合的人選，此外由于人的感覺器官在分辨力、敏感度、穩定性等方面的個體差異，以及極易受外界因素的干擾[14]，儀器評價方法則避免了感官評價的不足，人類等生物活體的舌頭表面是由具有特定電勢的脂質雙分子層膜構成。這種電勢的變化是由于呈味物質和脂質之間的靜電作用或疏水作用產生的，變化量作為味覺信息被人的大腦所感知，是味覺評價的有效依據。而本實驗所使用的電子舌的味覺傳感器模擬了這種生物活體的味覺感受機制，這種味覺傳感器是由人工質膜(類似人的舌頭)構成，它可以與各種呈味物質之間產生靜電作用或疏水作用，以便于感受“味覺”。

4 結 論

利用風味蛋白酶對富含ACE抑制肽的酪蛋白雙酶水解物進行脫苦處理，單因素結果通過感官評定選出[E]/[S]為3000U/g、水解pH值為6.5，苦味評分比較好，與電子舌評定結果[E]/[S]為3500U/g，水解pH值為7.0脫苦效果比較來說還是比較接近的，但電子舌對時間的評定為0.5h最好與感官結果水解時間2h最好有一定的差異。通過電子舌評價結果選出脫苦效果好的正交試驗3、6、8、9號與未經脫苦的酪蛋白雙酶水解物進行體外檢測比較其IC50值可得到正交試驗中9號試樣的IC50值為0.28mg/mL與未經脫苦的水解物IC50值為0.27mg/mL相比基本接近，故選擇正交試驗9條件進行處理。

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