扫频超声辅助酶法制备玉米ACE抑制肽的研究

摘要

玉米蛋白粉也叫玉米麸质粉，是工业上提取玉米淀粉的副产品。随着玉米蛋白粉产量的不断增加，玉米的深加工及综合利用已被列为未来10项农副产品开发的重点。利用玉米蛋白开发血管紧张素转化酶(ACE)抑制剂具有较大潜力，随着其高附加值产品的不断开发，将有一个良好的商业前景，从而产生更大的经济和社会效益。
　　 近年来，高血压已成为危害人类健康的一大杀手。但高血压的知晓率、治疗率及控制率都不高，我国已成为世界上高血压危害最严重的国家之一，所以利用食物蛋白源开发ACE抑制肽具有广阔的前景。本文选用玉米蛋白作为ACE抑制肽的蛋白源。
　　 传统的酶解蛋白制备多肽技术存在许多不足，对于组成和结构较特殊的蛋白，如玉米蛋白，酶解效率通常都很低。因此，在酶解前对蛋白做适当预处理是很必要的。故本文采用扫频超声技术对玉米蛋白进行预处理，研究其对玉米蛋白酶解特性的影响。
　　 为了探索扫频超声技术促进蛋白质酶解反应的效果，首先进行单因素优化试验来寻找最佳扫频超声工作模式、超声预处理参数和最佳酶解条件。研究结果发现，扫频超声最佳工作模式为(40±2)kHz/(68±2)kHz，局部优化得到的最佳的扫频超声预处理条件为:单位体积超声功率54.5W/L，超声扫频周期500ms，脉冲超声工作时间10s、间歇时间3s，蛋白浓度4.5％，超声初始温度20℃左右，超声处理时间40min。在酶解温度50℃、酶解pH9.0的前提下，使用碱性蛋白酶Alcalase2.4LFG进行酶解，获得最佳的酶解条件为:底物浓度4.5％，水解加酶量5616U/g(E/S)，酶解时间50min。在最佳的超声预处理及最佳的酶解条件下，ACE抑制率为48.48％、水解度为11.20％，酶解产物的IC50值为3.77mg/mL，比传统酶解（无超声处理）降低了31.20％，产品得率为66.15％，比传统酶解提高了14.39％。这表明扫频超声预处理能够有效地促进玉米蛋白的酶解反应，提高产物的ACE相对抑制活性。
　　 本文同时采用均匀设计法进行优化，对比性地研究均匀设计法与传统单因素法对优化试验效果的差异。研究结果表明，均匀设计法获得的最佳工艺条件为:底物浓度4.5％，酶解时间55min，单位体积超声功率46.2W/L，脉冲超声工作时间10s，脉冲超声间歇时间7s，超声扫频周期550ms，超声处理时间40min，超声初始温度20℃左右，加酶量8424U/g(E/S)。结果证明，两种方法获得的工艺条件很接近。
　　 以玉米蛋白为底物，在前面研究的基础上，研究扫频超声辅助Alcalase2.4LFG酶解玉米蛋白过程的动力学过程，将超声辅助酶解动力学参数及模型与传统酶解的比较，分析它们之间的差异。研究结果显示:两种蛋白酶促反应的Vmax基本一致，超声预处理后酶促反应的Km值减小39.6％，说明超声预处理能够促使酶与底物的亲和力在短时间内增大。同时，超声预处理可以使酶解反应速率的决定因素k2增大，加快酶解反应的不可逆过程，整体提高酶解反应速率R。