三種低氟南極磷蝦肽的ACE抑制作用及抗氧化活性研究

高 穎，王彥超，常耀光，薛 勇，李兆杰，薛長湖（中國海洋大學食品科學與工程學院，山東青島266003）

三種低氟南極磷蝦肽的ACE抑制作用及抗氧化活性研究

高 穎，王彥超，常耀光，薛 勇，李兆杰，薛長湖*
（中國海洋大學食品科學與工程學院，山東青島266003）

以高效回收脫脂磷蝦粉中的蛋白質為出發點，以低氟南極磷蝦肽的制備為切入點，旨在通過探究不同磷蝦肽的基本性質及體外功能活性，為磷蝦肽的應用奠定理論基礎。研究以脫脂南極磷蝦粉為原料，以三種蛋白酶為水解酶，經酶解、脫氟、脫鹽、干燥制備得到三種低氟磷蝦肽。通過對三種磷蝦肽的得率、基本組成、分子量分布及紅外光譜進行分析，評估三種磷蝦肽制備工藝的可行性及產物的基本性質。通過對三種產物的體外ACE抑制作用及抗氧化活性進行測定，比較三種磷蝦肽的體外功能活性。結果表明，三種磷蝦肽的回收率高、蛋白質含量高、分子量集中分布在200～2000 u范圍內；中性蛋白酶水解肽和堿性蛋白酶水解肽的ACE抑制作用顯著優于胰蛋白酶水解肽（p＜0.05），胰蛋白酶水解肽的抗氧化活性顯著高于中性蛋白酶水解肽和堿性蛋白酶水解肽（p＜0.05）；磷蝦肽的體外活性與其氨基酸組成、分子量分布和二級結構相關。

南極磷蝦，肽，ACE抑制作用，抗氧化活性

南極磷蝦生物儲量大、蛋白質含量高，是一種新興的蛋白質資源。磷蝦蛋白質的氨基酸組成合理、生物價高，具有潛在的生理活性和應用價值。近年來，南極磷蝦（E.superba）被廣泛研究，已經被列為南極海域主要的漁業捕撈品種。據估計，南極磷蝦的生物量約為400～1550百萬公噸［1］，約相當于其他所有可捕撈海洋水產品生物量的總和。南極磷蝦約含有77.9% ～83.1%水分、0.4%～3.6%脂質、11.9%～15.4%蛋白質和2%甲殼質［2］。磷蝦蛋白的氨基酸組成合理、生物價高，是一種優質的蛋白質來源［3］。磷蝦油具有降血脂、調節脂代謝等生理功能［4］，已被作為營養食品在市場上銷售。南極磷蝦粉經有機溶劑萃取后，得到主產物磷蝦油和副產物脫脂磷蝦粉。脫脂磷蝦粉中含有65%～75%蛋白質，是回收蛋白質的良好原料。因此，建立一種從脫脂蝦粉中回收蛋白質的工藝路線是實現磷蝦高值化利用的有效途徑之一。

蛋白酶水解法是從食品原料中回收蛋白質的有效手段之一。通過向食品原料中添加外源酶制劑可以使蛋白質降解為可溶于水的多肽或氨基酸，使蛋白質得到回收。蛋白酶的種類決定了肽鍵斷裂的類型，從而影響到蛋白質的回收率及產物多肽的理化性質和功能活性［5］。研究表明，食源性多肽除可提供氮源和氨基酸，還具有免疫調節、降血壓、抗氧化等多種潛在的生理功能［6-8］。

本文以脫脂南極磷蝦粉為原料，采用三種蛋白酶為水解酶，制備得到三種低氟磷蝦肽。通過分析三種產物的得率、基本組成、分子量分布及紅外光譜，評估三條磷蝦肽的制備工藝及基本性質。通過測定三種磷蝦肽的ACE抑制作用活性和抗氧化活性，確定三種磷蝦肽的最適功能活性。本文的創新點在于，建立了脫脂磷蝦粉中高效回收低氟蛋白質的工藝，并在此基礎上比較研究了不同蛋白酶水解所得磷蝦肽的體外功能活性。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

南極磷蝦粉（E.superba） 遼寧省大連海洋漁業集團公司提供，于-20℃貯存；胰蛋白酶（4.0×103U/g，最適反應pH為8.0，最適溫度為50℃） 購于無錫市雪梅生物工程有限公司；堿性蛋白酶（1.5×105U/g，最適反應pH為8.0，最適溫度為50℃）及中性蛋白酶（1.5×105U/g，最適反應pH為7.5，最適溫度為45℃） 均購于廣西市龐博生物工程有限公司；馬尿基-L-組氨酰-L-亮氨酸（HHL，MW 429 u）、血管緊張素轉化酶（ACE，0.25 U）、馬尿酸（HA）、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）、啡啰嗪（Ferrozine）、二丁基羥基甲苯（BHT） 購于美國Sigma-Aldrich公司；其他試劑 均為國產分析純試劑。

FLOM-UNR-D2-1812卷式膜超濾系統 青島富勒姆科技有限公司；IFS 55紅外光譜儀 德國Bruker公司；722可見分光光度計 尤尼柯儀器有限公司；Biochrom 30 Ltd氨基酸自動分析儀 英國Biochrom公司；Alpha 1-4LD冷凍干燥機 德國Christ公司；安捷倫1200 HPLC液相色譜儀 美國安捷倫公司；PF-1氟選擇電極、232甘汞參比電極 上海雷磁精密儀器有限公司；精密電動攪拌器 常州國華電器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 低氟磷蝦肽的制備工藝 南極磷蝦粉→脫脂→酶解→滅酶→離心→取上清→脫氟→脫鹽→冷凍干燥→低氟磷蝦肽。

脫脂：向南極磷蝦粉中加入95%乙醇（1∶10，w/v）混合，采用電動攪拌器于室溫下攪拌，攪拌速度為1500 r/min，反應6 h后，過濾，取濾渣，50℃ 烘干，備用。

酶解：向脫脂南極磷蝦粉中加入蒸餾水（1∶10，w/v），重復三組，分別調節三組混合液至最適pH，分別向三組混合液中加入胰蛋白酶、中性蛋白酶和堿性蛋白酶，酶底比為2%（w/w，酶/蝦粉），于最適溫度下保溫6 h，將酶解液于100℃加熱5 min，終止酶解反應，待酶解液冷卻至室溫后，于5000×g常溫離心20 min，收集上清液，即得磷蝦肽酶解液。

脫氟：采用氯化鈣法脫除酶解液中的氟化物［9］，即得低氟酶解液。

脫鹽：采用納濾法降低酶解液中的鹽分含量［10］，納濾膜的截留分子量為100 u，即得產物酶解液。

冷凍干燥：產物酶解液經冷凍干燥后，即得低氟磷蝦肽粉末。本論文中將三種蛋白酶制備所得低氟磷蝦肽分別定義為胰蛋白酶水解磷蝦肽（AKT）、堿性蛋白酶水解磷蝦肽（AKA）和中性蛋白酶水解磷蝦肽（AKN）。

1.2.2 低氟磷蝦肽的得率計算

1.2.3 基本成分分析 蛋白質含量：采用凱氏定氮法測定，參照國標GB/T 5009.5-2010；水分含量：采用直接干燥法測定，參照GB/T 5009.3-2010；灰分含量：參照國標GB/T 5009.4-2010測定；脂肪含量：采用氯仿/甲醇（2/1，v/v）抽提法測定，參照Bligh&Dyer［11］的方法；總糖含量：采用硫酸苯酚法測定，參照Dubois等［12］的方法；總氟含量：樣品經0.1 mol/L高氯酸消化后，采用氟離子選擇電極法［13］測定；氨基酸組成分析：參照GB/T 5009.124-2003。

1.2.4 低氟磷蝦肽的分子量分布 采用凝膠排阻色譜法測定。色譜條件如下：色譜柱：Superdex-peptide 10/300 GL；流動相：30%乙腈（0.1%TFA）；進樣量：50 μL；流速：0.5 mL/min；柱溫：室溫；紫外檢測波長：220 nm；樣品濃度：5 g/L。

1.2.5 低氟磷蝦肽的紅外光譜分析 將磷蝦肽樣品按照一定濃度溶于超純水，采用紅外光譜儀對樣品在1800～1200 cm-1波數范圍內進行掃描，掃描數為256，分辨率為4 cm-1［14］。紅外光譜曲線采用OMNIC軟件進行基線校正、曲線平滑和自動去卷曲處理。

1.2.6 低氟磷蝦肽體外ACE抑制作用的測定 參照Cushman&Cheung［15］的方法，將樣品按照不同濃度溶解在50 mmol/L的硼酸緩沖液（pH8.3，0.3 mol/L NaCl）中，取10 μL樣品加入30 μL 2.5 mmol/L馬尿基-L-組氨酰-L-亮氨酸（HHL），混勻，37℃預熱5 min，加入8 μL 0.25 U ACE，37℃反應60 min，用70 μL 1 mol/L HCl終止反應。空白采用50 mmol/L硼酸緩沖液代替樣品。

采用反相高效液相色譜法測定三種多肽混合物的ACE活性抑制作用，色譜條件如下：色譜柱：ZORBAX SB-C18（4.6 mm×250 mm，5 μm）；流動相：10%～60% B，20 min；A：超純水（0.05%TFA），B：乙腈（0.05% TFA）；柱溫：37℃；流速：0.8 mL/min；進樣量：50 μL；檢測波長：228 nm。

1.2.7 低氟磷蝦肽體外抗氧化活性的測定

1.2.7.1 DPPH自由基清除能力 參照Yen&Hsieh［16］的方法，將樣品配成不同濃度的水溶液，分別取200 μL不同濃度的樣品溶液，加入600 μL甲醇和200 μL 0.15 mol/L的DPPH甲醇溶液，混勻2 min，室溫避光放置30 min，測定517 nm吸光值。空白以水溶液代替樣品。DPPH自由基的清除能力（RSA）計算參照方法［17-18］。

以多肽樣品濃度和DPPH自由基的清除能力為源數據作圖，計算出RSA為50%時的樣品濃度（EC50），以BHT為陽性對照。

1.2.7.2 過渡金屬離子螯合能力 參照Decker& Welch［19］的方法。將樣品配成不同濃度的水溶液，分別取200 μL不同濃度的樣品溶液，加入10 μL 2 mmol/L FeCl2和600 μL超純水，混勻后，加入20 μL 5 mmol/L Ferrozine試劑，混勻2 min，室溫靜置10 min，測定562 nm吸光值。空白樣品由超純水代替。亞鐵離子螯合能力（CA）的計算參照方法［17，20］。

以多肽樣品濃度和亞鐵離子螯合能力為源數據作圖，計算出CA為50%時的樣品濃度（EC50），以EDTA作為陽性對照。

1.2.8 數據分析 所有實驗均重復3次。運用PASW 18.0統計分析軟件的單因素方差分析算法對數據進行方差分析。多重比較分析采用Tukey's test算法確定顯著性差異（p＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 三種低氟磷蝦肽的回收率

本實驗中酶解上清液經過CaCl2脫氟、納濾脫鹽后直接凍干，得到低氟磷蝦肽。三種磷蝦肽的得率及蛋白質回收率如表1所示。

表1 三種低氟磷蝦肽的得率及蛋白回收率Table1 Yield and recovery rate of krill peptides with low fluorine content by three types of proteases

由表1結果可知，采用三種蛋白酶分別水解脫脂磷蝦粉，磷蝦肽的回收率均在70%以上，且無顯著性差異。歐成坤［21］研究結果表明，采用酸性蛋白酶水解牡蠣肉，蛋白溶出率為77%；任嬌艷［22］采用堿性蛋白酶水解草魚肌漿蛋白和基質蛋白，蛋白利用率分別為71%和40%。鑒于此，由于本實驗的蛋白回收率較高，所采取的工藝路線可用于南極磷蝦粉中蛋白質的回收利用。

新鮮生物原料水溶液的pH一般在7.0～8.0之間，因此，本實驗選擇最適pH在7.0以上的蛋白酶可以避免反應開始因為調pH向溶液中引入過多的無機鹽。反應過程中，通過對磷蝦酶解液pH的實時監控，發現其pH的下降對于反應最終蛋白得率的影響較小。綜合考慮納濾過程中脫鹽所產生的成本消耗，水解過程中僅在反應1 h后進行一次pH調整。本實驗方法蛋白回收率高、操作簡便，成本較低，可應用于低氟磷蝦肽的工業化制備。

2.2 三種低氟磷蝦肽的基本成分分析

三種磷蝦肽的基本組成如表2所示。由此可知，三種磷蝦肽的灰分含量均低于7%，符合GB/T 22729-2008海洋魚低聚肽粉標準的規定［23］。中性蛋白酶水解肽和堿性蛋白酶水解肽中糖類的含量分別為2.30% 和1.95%，而胰蛋白酶水解肽的總糖含量較低。

據Allowances［24］規定，成年人對氟的每日安全攝入量為3.1～3.8 mg，超過10 mg的每日攝入量會對人體產生危害。正常人攝入過量的氟會導致中毒，主要癥狀表現為骨骼結構的變化和酶抑制［25］。由表3可知，本實驗得到的磷蝦肽經過脫氟處理后，氟含量均在15 mg/kg以下。依據《中國居民膳食指南》對每日蛋白質建議攝入量的規定，每人每日的建議蛋白攝入量為55～90 g不等。據此推算，磷蝦水解物的氟含量在安全允許范圍內。

表2 三種低氟磷蝦肽的基本成分分析Table2 Composition of krill peptides with low fluorine content by three types of proteases

三種低氟磷蝦肽的氨基酸組成如表3所示。由表3可知，磷蝦肽中谷氨酸和天冬氨酸含量較高，兩種氨基酸的含量約占總氨基酸含量的27%。三種磷蝦肽的必需氨基酸組成和總量均符合FAO對食品中必需氨基酸的要求。三種磷蝦肽中，中性蛋白酶水解肽和堿性蛋白酶水解肽的氨基酸組成比較相近，但堿性蛋白酶水解肽的芳香族氨基酸、堿性氨基酸、酸性氨基酸和不帶電極性氨基酸的含量均略高些。

2.3 三種低氟磷蝦肽的分子量分布

本實驗采取凝膠排阻色譜法（SEC）測定三種低氟磷蝦肽的分子量分布。隨著蛋白水解反應的進行，大分子蛋白被水解成不同分子量肽段的混合物。凝膠色譜法檢測磷蝦活性肽分子量結果如圖1所示。

由圖1可知，洗脫20～40 min后，三種低氟磷蝦肽的色譜圖中均依次出現三個相似的洗脫峰；洗脫40 min后，胰蛋白酶水解的磷蝦肽出現多個洗脫峰，主要是由于酸性或芳香族氨基酸殘基導致的保留時間延長引起的。

表3 三種低氟磷蝦肽的氨基酸組成分析Table3 Amino acid composition of krill peptides with low fluorine content by three types of proteases

圖1 三種低氟磷蝦肽的凝膠排阻色譜圖Fig.1 Size distribution of krill peptides with low fluorine content by three types of proteases

前人研究表明生物活性肽的活性往往與它的分子量有一定關系。Liu等［26］采用胃蛋白酶和木瓜蛋白酶的復合酶解海蜇（Rhopilema esculentum）蛋白，得到分子量小于2000 u的水解物片段，具有良好的體外ACE抑制活性和體內降血壓活性；Rajapakse等［26］采用微生物發酵藍貝蛋白并從中分離純化得到了七肽片段HFGBPFH，分子量為962 u，具有優于α-生育酚的抗氧化活性。

三種低氟磷蝦肽中分子量分布的差異主要是由酶切位點和酶作用方式的差異引起的。胰蛋白酶水解肽具有較強的特異性，而中性蛋白酶和堿性蛋白酶的作用位點多且豐富，因此其產物的分子量分布圖譜中，中性蛋白酶和堿性蛋白酶水解肽表現出了較多的相似性，胰蛋白酶水解肽則表現出了較多的特異性。

2.4 三種低氟磷蝦肽的紅外光譜分析

磷蝦肽紅外光譜圖的特征譜帶可以反應其二級結構和側鏈的振動情況。圖2為三種低氟磷蝦肽的原始紅外光譜圖和二階導數圖譜。

由圖2可知，三種多肽的主要譜帶分布相似，主要分為三個特征譜帶：a.1600～1700 cm-1范圍的酰胺Ⅰ譜帶吸收峰；b.1500～1600 cm-1范圍的酰胺Ⅱ譜帶吸收峰，反應多肽主鏈的二級結構及部分側鏈氨基酸殘基信息；c.1400～1200 cm-1范圍的酰胺Ⅲ譜帶吸收峰。酰胺Ⅰ譜帶吸收峰主要是由C=O伸縮振動引起的，反應多肽主鏈的二級結構。酰胺Ⅱ譜帶受多肽主鏈的二級結構和部分氨基酸殘基振動的共同影響，其中由谷氨酸和天冬氨酸側鏈中的COOH引起的振動吸收峰主要位于1500～1600 cm-1范圍內。酰胺Ⅲ譜帶受主鏈中NH的彎曲振動和側鏈殘基的共同影響［28］。比較發現，堿性蛋白酶水解肽和中性蛋白酶水解肽的紅外圖譜較為相似，胰蛋白酶水解肽的酰胺Ⅱ譜帶較其他兩種強烈。

圖2 三種低氟磷蝦肽的紅外光譜圖Fig.2 Infrared spectra of krill peptides with low fluorine content by three types of proteases

2.5 三種低氟磷蝦肽的ACE抑制作用

通過蛋白酶的水解作用，可以使很多食源性蛋白質轉變成具有生物活性的多肽類物質或是潛在生理調節器［29］。

由表4可知，磷蝦堿性蛋白酶和中性蛋白酶的水解產物多肽均具有較好的ACE抑制活性，分別為0.18 mg/mL和0.21 mg/mL。這與任艷［30］所制備的磷蝦酶解液ACE抑制活性測定結果不一致，主要是因為原料以及提取方法的差異所致。He等［31］采用四種蛋白酶從12種海洋生物蛋白中提取到了IC50值為0.17～501.7 mg/mL不等的一系列多肽類，進一步說明原料以及蛋白酶種類對產物活性的重要性。

蛋白酶水解產物ACE活性抑制作用的差異與多肽片段的基本性質相關，包括分子量、極性、氨基酸組成以及末端氨基酸序列等。由凝膠排阻色譜圖分析可知，中性蛋白酶和堿性蛋白酶水解肽的分子量分布表現出一致的趨勢。由氨基酸組成分析結果可知，中性蛋白酶水解肽中疏水性氨基酸和芳香族氨基酸的含量分別為36.04%和10.53%；堿性蛋白酶水解肽中疏水性氨基酸和芳香族氨基酸的含量分別為35.41%和10.48%。

表4 三種低氟磷蝦肽的ACE抑制作用測定結果Table4 ACE inhibition abilities of krill peptides with low fluorine content by three types of proteases

2.6 三種低氟磷蝦肽的抗氧化活性

抗氧化劑的抗氧化能力與底物種類、抗氧化劑以及他們之間的親和力有關［32］。研究表明，由于不同的檢測方法中，活性物質發揮抗氧化活性的作用方式不同，因此不能通過單一的反應確定該物質抗氧化活性的強弱［33］。本實驗同時采用DPPH自由基清除法和過渡金屬離子螯合法對三種磷蝦肽的抗氧化能力進行評估，結果如表5所示。三種低氟磷蝦肽的DPPH自由基清除能力和亞鐵離子螯合能力均顯著弱于BHT（p＜0.05）。其中，胰蛋白酶水解肽的DPPH自由基清除能力和亞鐵離子螯合能力均顯著高于堿性蛋白酶水解肽和中性蛋白酶水解肽（p＜0.05）。

生物活性肽的抗氧化性與其來源、制備方法和活性測定方法均密切相關。Suetauna等［34］研究表明，多肽側鏈中的酸性氨基酸或堿性氨基酸殘基對多肽與金屬離子螯合作用的發揮具有重要作用。紅外光譜分析結果顯示，胰蛋白酶水解肽在水溶液中會暴露出較多的酸性氨基酸殘基，表現為光譜圖中較高的側鏈羧基振動峰。

表5 三種低氟磷蝦肽的抗氧化活性測定結果Table5 Antioxidant activies of krill peptides with low fluorine content by three types of proteases

3 結論

本研究建立了三種低氟磷蝦肽的制備工藝，蛋白回收率均高于70%，三種磷蝦肽的蛋白含量高于90%（干重），灰分含量均低于7.0%（干重），氟含量低于15 mg/kg（干重），必需氨基酸含量高，分子量主要分布在200～2000 u范圍內。堿性蛋白酶水解肽和中性蛋白酶水解肽在氨基酸組成、分子量分布和二級結構方面具有較高的一致性。中性蛋白酶水解肽和堿性蛋白酶水解肽的ACE抑制作用顯著優于胰蛋白酶水解肽；胰蛋白酶水解肽的抗氧化性顯著高于中性蛋白酶水解肽和堿性蛋白酶水解肽。三種低氟磷蝦肽的體外活性與其氨基酸組成、分子量分布和二級結構相關。

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ACE inhibition and antioxidant activities of three types of Antarctic krill （Euphausia superba）peptides with low fluorine content

GAO Ying，WANG Yan-chao，CHANG Yao-guang，XUE Yong，LI Zhao-jie，XUE Chang-hu*
（College of Food Science and Engineering，Ocean University of China，Qingdao 266003，China）

The object of this study was to effectively recovery protein from defatted Antarctic krill powder.In this study，krill peptides with low fluorine content were prepared from defatted krill powder and their physicochemical properties and biological activities were characterized.Krill peptides were prepared through enzymatic hydrolysis with three types of protease.After enzymatic hydrolysis，defluorination，desalination and lyophilization，three types of krill peptides with low fluorine content were obtained.To evaluate the feasibility of these technologies and characterize the properties of krill peptides，the yield，proximate composition，molecular weight distribution and infrared spectroscopy of peptides were determined.The biological activities of these three types of peptides were explored through the measurement of their ACE inhibition and antioxidant activities in vitro.Three types of krill peptides all showed high recovery rate，high protein content and their molecular weight distribution mainly ranged from 200 to 2000 u.Krill peptides through neutral and alkaline protease exhibited significantly higher ACE inhibition activities in comparison with their counterparts through tryptic protease（p＜0.05）.Meanwhile，krill peptides through tryptic protease showed significantly better antioxidant activities than those through neutral and alkaline protease（p＜0.05）.The bioactivities of krill peptides in vitro were intimately related with their amino acid composition，molecular weight distribution and secondary structure.

Antarctic krill；peptide；ACE inhibition；antioxidant activity

TS254.9

A

1002-0306（2016）02-0082-07

10.13386/j.issn1002-0306.2016.02.008

2015－05－29

高穎（1993-），女，碩士研究生，研究方向：水產加工工業，E-mail：18762670985@163.com。

*通訊作者：薛長湖（1964-），男，博士，教授，研究方向：水產化學，E-mail：xuech@ouc.edu.cn。

國家自然科學基金（31330060）；國家自然科學基金（U1406402）。