牦牛乳酪蛋白降血壓肽制備工藝及分離純化研究

宋 禮，孫文靜，紀銀莉，馮 丹，劉 恭，謝小冬

(1.甘肅華羚生物技術研究中心,甘肅蘭州 730000；2.蘭州大學基礎醫學院,甘肅蘭州 730000)

牦牛乳酪蛋白降血壓肽制備工藝及分離純化研究

宋 禮1，孫文靜1，紀銀莉1，馮 丹1，劉 恭1，謝小冬2，*

(1.甘肅華羚生物技術研究中心,甘肅蘭州 730000；2.蘭州大學基礎醫學院,甘肅蘭州 730000)

研究了胰蛋白酶制備降血壓肽的最佳水解條件和分離純化工藝。通過單因素、正交實驗,確定了最佳水解條件胰蛋白酶添加量2.5%,溫度37℃,最適pH8.0,反應時間2.5h,水解產物抑制血管緊張素轉化酶的能力為85.26%；通過液相色譜及質樸檢測,得到降血壓肽的序列片段為HQGLPQEVLNENLLR、AVPYPQR和TKVIPYVR。

降血壓肽,制備,純化

酪蛋白(casein)由動物乳腺上皮細胞合成,是乳蛋白中最主要的蛋白質,約占其蛋白總量的80%。在pH4.6,溫度20℃的條件下,從脫脂乳中沉淀下來的蛋白質就是酪蛋白[1]。牛乳酪蛋白中蘊藏著許多具有生物活性的多肽,這些多肽在母體蛋白質序列內是無活性的,通過水解的方式釋放出來后即可成為活性肽。這些多肽物質具有很多功能特性,如阿片活性、抑制血管緊張素轉化酶(angiotensin-converting enzyme,ACE)活性、免疫調節活性、結合礦物質的活性、抗血栓活性、抑菌活性、降血脂活性等。國內一些學者對酶水解蛋白制備降血壓肽制備工藝報道居多[2-4],對其降血壓功能也有研究[5],但是對水解產物中降血壓肽的分離純化及結構分析報道較少。其目前,降血壓肽的主要制備方法有:酶解法,發酵法和自溶法?；蚬こ碳夹g這一新穎的方法,在藥物生產以及食品原料過程中的應用已越來越多,利用基因工程技術制備降血壓肽目前也有所借鑒和發展。這4種方法中酶法水解具有反應條件溫和、專一性強、副產物少以及易于控制等特點,既不會導致營養成分的損失,也不會產生毒理性問題,已成為研究過程中使用最多的一種方法。常用的酶制劑有堿性蛋白酶[6]、中性蛋白酶[7]、胰蛋白酶[8]、Alcalase[9]等。降血壓肽的分離提取常用的方法包括:超濾[10]、離子交換層析[11]、凝膠過濾層析、高效液相色譜、反向高效液相色譜、薄層色譜毛細管電泳等。本研究通過研究降血壓肽的制備工藝及分離純化方法,為開發高附加值食源性的降血壓肽產品以及進一步研究食源性降血壓肽的氨基酸一級結構及作用機理提供了理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

食品級牦牛乳酪蛋白 購自甘肅華羚酪蛋白股份有限公司；胰蛋白酶 購自北京恒源生物科技有限公司；兔肺丙酮粉 購自sigma；FAPGG 購自上海強耀生物科技有限公司；其他生化試劑 均為國產分析純。

UV2450紫外可見分光光度計 日本SHIMADZU；pH計 梅特勒；高速冷凍離心機 長沙湘儀離心機有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 ACE抑制率測定 ACE酶液:50mg兔肺丙酮粉浸泡于5mL預冷至4℃硼酸緩沖液(pH8.3,100mmol/L)中,4℃保持12h后4℃、20000r/min離心40min,收集上清液并4℃保。

FAPGG底物溶液:將FAPGG溶于100mmol/L的硼酸沖液(含300mmol/L的NaCl,pH8.3),配制成1.6mmol/L溶液。

500μL FAPGG底物溶液與100μL超純水或抑制劑ACE抑制肽或卡托普利)混勻,37℃預熱2min,加入100μL ACE酶液開始反應,30min后立即加入100μL EDTA(100mmol/L)終止反應,加入4000μL超純水稀釋,實驗平行3次。0min樣品的測定,要先加入EDTA再加入ACE酶液,其他相同。于340nm波長處分別測系在0min和30min時的吸光度,計算差值ΔA(ΔA=A0min-A30min)。以單位時間內吸光度的變化表示ACE酶活力,抑制劑對ACE的抑制程度用(2)式計算[12]。

式中:ΔAc為加入超純水時吸光度在30min內的變；ΔAi為加入抑制劑時吸光度在30min內的變化。

半抑制濃度(IC50)定義為抑制50% ACE酶活力時抑制劑濃度。配制不同濃度的ACE抑制劑(nmol/L或mg/mL)上述步驟測定其ACE抑制率,以lg抑制劑的濃度橫坐標,ACE抑制率(%)為縱坐標,進行回歸分析回歸方程,利用回歸方程計算抑制劑的IC50。

1.2.2 酶解工藝優化

1.2.2.1 溫度對水解條件的影響 設置反應溫度30、35、40、45和50℃單因素條件,以酶添加量1%,pH7.0,反應1h,進行水解反應,以ACE酶抑制率為考核指標,研究酶的最佳反應溫度。

1.2.2.2 pH對水解條件的影響 設置pH為6.5、7.0、7.5、8.0和8.5單因素條件,以胰蛋白酶添加量1%,反應溫度40℃,反應1h,進行水解反應,以ACE酶抑制率為考核指標,研究最佳水解pH。

1.2.2.3 酶添加量對水解條件的影響 設置酶添加量1%、1.5%、2%、2.5%和3%單因素條件,以反應溫度40℃,pH8.0,反應1h,進行水解反應,以ACE酶抑制率為考核指標,研究最佳添加量。

1.2.2.4 時間對水解條件的影響 設置反應時間1、1.5、2、2.5和3h單因素條件,以酶添加量2%,反應溫度40℃,pH8.0,進行水解反應,以ACE酶抑制率為考核指標,研究酶的最佳反應時間。

1.2.2.5 正交組合實驗 設計4因素3水平正交實驗,以降血壓活性為衡量指標,研究胰蛋白酶水解酪蛋白制備降血壓肽最佳工藝參數。因素水平表見表1。

表1 水解條件因素水平表Table 1 Factors and levels of hydrolysis conditions

1.2.3 分離純化實驗

1.2.3.1 葡聚糖凝膠分離 采用葡聚糖凝膠柱對離子交換分離產物進行分離。將Sephadex G-15用蒸餾水平衡后裝柱(12mm×450mm),通過超濾膜對水解產物進行初分離,選用分子量在200～2500u的樣液0.1g進行上樣,洗脫液為磷酸緩沖液,流速1d/6s,分管收集,每管1.5mL,收集70管,在280nm處分別測定各峰的活性。

1.2.3.2 色譜檢測 對凝膠分離的抗氧化肽進行色譜純度分析。取葡聚糖凝膠分離的高活性ACE抑制肽進行高效液相色譜檢測。檢測條件:流動相A液為純凈水,B液為無水乙腈+0.1%TFA,280nm C18柱,柱溫28℃,流速為0.5mL/min,進樣體積是20μL,梯度洗脫見表2。

表2 梯度洗脫條件Table 2 Gradient elution conditions

1.2.3.3 質譜檢測 通過MALDI-TOF/TOF質譜儀對降血壓肽進行分子量進行質譜測定,確定水解產物分子量。,該實驗方法及結果有中國科學院上海生命科學研究院蛋白質組學研究分析中心檢測完成。

1.2.3.4 序列測定 用質譜對降血壓肽進行N端氨基酸序列分析,通過CNBI酪蛋白數據進行數據比對,確定降血壓肽肽活性序列。

1.3 數據分析方法

2 結果與分析

2.1 溫度對水解條件的影響

由圖1可以看出,隨著溫度的逐步升高,胰蛋白酶的水解活性增強,水解產物中ACE的活性也逐漸增高。當溫度達到一定程度后,因高溫造成蛋白酶部分失活,水解產物的ACE活性也逐漸降低。當溫度為40℃時,產物有最大的ACE抑制率,抑制率達到65.3%。

2.2 pH對水解條件的影響

胰蛋白酶只有在最佳的pH條件下才能更好的發生酶解反應,由圖2可以看出,胰蛋白酶在pH8.0條件下,水解產物有最大的ACE酶抑制率57.2%。

圖1 溫度對ACE活性的影響Fig.1 Effect of reaction temperature on the degree of hydrolysis

圖2 pH對ACE活性的影響Fig.1 Effect of pH on the degree of hydrolysis

2.3 酶添加量對水解條件的影響

由圖2可以看出,隨著酶的添加量增大,水解產物的水解度逐漸增大,水解產物中肽的生成量逐漸增多,當添加量為底物的2%時,水解產物的ACE酶抑制率基本達到頂峰,ACE酶抑制率為為60.1%,當添加量為底物的3%時,水解產物的ACE抑制率為63.1%。

圖3 添加量對ACE活性的影響Fig.3 Effect of addition on the degree of hydrolysis

2.4 時間對水解條件的影響

由圖4可以看出,隨著水解時間的延長,底物不斷被水解,產物的ACE抑制率也逐漸增大。通過實驗發現,水解反應2h后,水解產物的ACE酶抑制率66.1%,基本達到頂峰。對比反應2.5h產物ACE抑制率為66.7%和反應3h產物ACE抑制率67.1%,產物的ACE酶抑制率差別不大,考慮到實驗周期及生產成本,實驗選擇2.5h作為本實驗的水解時間。

圖4 時間對ACE活性的影響Fig.4 Effect of reaction time on the degree of hydrolysis

2.5 正交組合實驗

正交組合實驗結果見表3。

表3 正交組合實驗結果Table 3 The results of orthogonal combination test

由正交實驗可以看出,4個因素的主次順序為A、C、B、即添加量、pH、溫度。根據以上數據進行顯著性檢驗,結果見表4。

表4 方差分析Table 4 Analysis of variance

通過方差分析可知,添加量對ACE酶抑制率有顯著影響。最佳實驗組合為添加量為2.5%,溫度37℃,pH8.0,時間為150min,在最佳條件下,水解產物的ACE抑制率達到85.26%。

2.6 葡聚糖凝膠分離

酪蛋白水解產物中,肽分子大小是連續分布的,即水解物中存在著大小不等的肽分子,通過Sephadex G-15對除鹽酶解液進行分離純化,磷酸緩沖液進行洗脫,在280nm

表5 降血壓肽氨基酸序列分析Table 5 Amino acid sequence analysis of antihypertensive peptide

處收集有吸收的樣液共50管。對收集到的各管樣液進行ACE抑制肽活性檢測,結果表明,18號樣液ACE抑制率64.7%、19號樣液ACE抑制率52.4%,抑制率相對較高。蛋白洗脫曲線圖如圖5所示:

圖5 收集液OD值Fig.5 The OD value of collect liquid

2.7 色譜檢測

對18、19號樣液進行高效液相色譜檢測,結果如圖6所示。通過色譜比對,均在14min和20min處出現色譜峰,而且20min時的色譜峰有較高的峰值。說明2個收集管存在相同物質。

圖6 降血壓肽高效液相色譜圖Fig.6 The HPLC spectrogram of antihypertensive peptide

2.8 質譜檢測

對18號樣液進行質譜檢測,結果如圖7所示。由圖可以看出,分離出的降血壓肽有3個明顯的質譜峰,分子量分別為830u,在977u和1760u。

圖7 降血壓肽質譜圖Fig.5 The mass spectrogram of antihypertensive peptide

2.9 序列測定

對分離出的降血壓肽進行氨基酸序列測定,結果如表5所示,結合質譜檢測可以看出,來自a-S2酪蛋白的198-205的氨基酸序列是降血壓肽的主要成分。

3 結論

實驗得到了胰蛋白酶最佳水解條件為胰蛋白酶添加量2.5%,溫度37℃,pH8.0,反應2.5h,水解產物有最強的ACE酶抑制率,抑制率達到85.26%。通過葡聚糖凝膠柱對降血壓肽進行分離純化,利用高效液相色譜檢測純度并進行氨基酸序列測定,通過與NCBInr蛋白數據庫進行比對,得到降血壓肽氨基酸序列分別為HQGLPQEVLNENLLR(1760u)、AVPYPQR(830u)和TKVIPYVR(997u),分別來自as1酪蛋白8-22,β-酪蛋白177-183和as2酪蛋白198-205。其中,來自as2酪蛋白198-205片段是降血壓肽的主要成分。

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Study of preparation and purification process ofantihypertensive peptides from Yak milk casein

SONG Li1,SUN Wen-jing1,JI Yin-li1,FENG Dan1,LIU Gong,XIE Xiao-dong2,*

(1. Gansu,Hua Ling Biotechnology Research Center,Lanzhou,Lanzhou 730000,China;2. school of basic medical sciences,Lanzhou University,Lanzhou,Lanzhou 730000,China)

To prepare the antihypertensive peptides,the optimal enzymatic hydrolysis conditions of Trypsin and purification process were studied.The optimal hydrolysis conditions were determined by single factors and orthogonal experiments,and the optimum hydrolysis conditions were temperature 37℃,pH8.0,trypsin added 2.5%,with reaction 2.5h,the capacity of angiotensin-converting enzyme inhibition was 85.26%. Hydrolyzates were separated and purified by high performance liquid chromatography(HPLC)and mass spectrometry,and the amino acid sequences were HQGLPQEVLNENLLR,AVPYPQR and TKVIPYVR.

antihypertensive peptides;preparation;purification

2014-04-29

宋禮(1984-),男,碩士,研究方向:食品科學。

*通訊作者:謝小冬(1969-),男,博士,教授,研究方向:生物工程。

牦牛乳資源利用及系列產品關鍵技術合作研發(國際科技合作重點項目計劃2011DFA32550)。

TS252.1

B

1002-0306(2015)03-0223-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.03.038