不补料酶解-膜分离耦合制备鱼鳞胶原蛋白抗氧化肽的方法

摘要

本发明公开了不补料酶解-膜分离耦合制备抗氧化肽的方法，涉及不补料酶解-膜分离耦合制备鱼鳞胶原蛋白抗氧化肽的方法，属于水产品下脚料深加工技术领域。按照下述步骤进行，配置一定底物浓度的原料溶液，装入反应釜，调节反应液pH和反应温度，先使原料溶液在一定的循环泵转速下循环数分钟，然后加入蛋白酶，再在恒速循环或“先高速，后低速的变速循环”下进行连续酶解-膜分离耦合反应，收集透过液即得抗氧化肽溶液。本发明应用酶解-膜分离耦合技术制备鱼鳞胶原蛋白抗氧化肽，克服传统的酶解与膜分离分段操作的方法存在的不足，变速循环又克服了恒速循环存在的不足，显著提高酶解反应效率和产物的活性。

说明书

技术领域

本发明涉及不补料酶解-膜分离耦合制备鱼鳞胶原蛋白抗氧化肽的方法，属于水产品下脚料深加工技术领域。

背景技术

中国是一个水产大国，在加工鱼产品的同时产生大量下脚料，其总量占加工鱼总质量的50％-70％，其中约5％为鱼鳞。然而，受技术和传统观念的制约，在较长的一段时间里，鱼鳞并没有被充分利用，而是当作垃圾被扔掉。据估计，我过每年鱼的废弃物总量就达到200万吨以上，其中鱼鳞约10万吨。现有的研究表明：鱼鳞可以加工成胶原蛋白、明胶等应用于食品化妆品工业，将鱼鳞胶原蛋白水解得到的肽，与胶原蛋白相比，分子量相对较低，现有的技术表明胶原蛋白水解得到的多肽，具有抑制血压升高、抑制血小板凝集等活性，但是尚未见到将其用于抗氧化活性的报道。

传统的制备鱼鳞胶原蛋白多肽的方法，多采用酸、酶或碱进行提取，所需时间大多在12-72小时左右，而得到的水解度也只有20％-50％左右，这种方法生产加工耗时并需要大量的酸、碱，污水处理量很大。用酶法制备可以上述的部分不足，但是实践证明，采用传统的酶解技术，随着反应的进行，会出现产物抑制效应和多肽过度降解等问题。近年大量的研究证明，酶解-膜分离耦合技术可以克服传统酶解技术存在不足，显著提高酶解反应效率和产物的活性。尚未见到酶解-膜分离耦合技术应用于鱼鳞胶原蛋白抗氧化肽制备的报道。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术中的不足，公开一种了不补料酶解-膜分离耦合制备多肽的方法，其特征在于按照下述步骤进行，配置一定底物浓度的原料溶液，装入反应釜，调节反应液pH和反应温度，先使原料溶液在一定的循环泵转速下循环数分钟，然后加入蛋白酶，再在恒速循环或“先高速后低速的变速循环”下进行连续酶解-膜分离耦合反应，收集透过液即得多肽溶液。

在不补料的情况下，将上述不补料酶解-膜分离耦合制备多肽的方法应用于鱼鳞胶原蛋白抗氧化肽的制备，连续酶解-膜分离耦合制备鱼鳞胶原蛋白抗氧化肽的方法。

本发明的技术方案按照下述步骤进行：一定底物浓度的鱼鳞胶原蛋白溶液→调节反应液pH、反应温度→超滤泵一定的转速循环数分钟→加酶→进行恒速循环或变速循环酶解-膜分离耦合反应→收集透过液→测定底物蛋白转化率。

其中所述的鱼鳞胶原蛋白溶液底物浓度质量比为0.5％-4％；

其中所述的蛋白酶为Alcalase，调节反应液pH和反应温度为推荐的Alcalase的最适酶解温度45℃-60℃，反应液为pH为8.5-9.5；

其中所述的加酶量为占鱼鳞胶原蛋白质量比的0.5％-4％；

其中所述的加酶前原料溶液循环时间为5min；

其中所述的反应时间10-60min；

其中所述恒速循环，其循环速度为80-120r/min；

其中所述“先高速，后低速的变速循环”，即先在150r/min的循环泵转速下反应20min，后将循环泵的转速调低至100r/min反应6min，进行变速循环酶解-膜分离耦合反应；

本发明中超滤过程中采用截留分子量为3kDa-10kDa的纤维素平板膜，优选3kDa的纤维素平板膜。

本发明应用不补料变速循环酶解-膜分离耦合技术制备鱼鳞胶原蛋白抗氧化肽，克服传统酶解技术存在不足，显著提高酶解反应效率和产物的活性。

附图说明

图1为不补料变速循环连续酶膜耦合反应装置示意图，其中1-恒温水浴锅；2-酶解反应器；3-精密酸度计；4-超滤膜组件；5-出肽阀门；6-循环泵；

图2为酶解产物的DPPH自由基的清除率与纤维素平板膜的截留分子量的关系图；

图3为不补料变速循环连续酶膜耦合反应时不同循环泵转速下时间(t)对蛋白转化率(X)的影响。

具体实施方式

下面以鱼鳞胶原蛋白抗氧化肽的制备为例，介绍本发明连续酶解-膜分离耦合制备鱼鳞胶原蛋白抗氧化肽的方法。本发明中通过测定鱼鳞胶原蛋白转化率来衡量本发明制备方法的技术效果，其中蛋白含量的测定采用凯氏定氮法(GB/T5009.3-2003)。

蛋白转化率以膜过滤透过液中蛋白质含量占原料液中蛋白质含量百分比计算：

$X=\frac{C_1\times V_1}{C_0\times V_0}\times 100\%$

式中：X-蛋白转化率，％；C₀-原料液蛋白含量，mg/mL；V₀-原料液总体积，mL；C₁-透过液蛋白含量，mg/mL；V₁-透过液总体积，mL。

本发明中通过测定酶解产物对DPPH自由基的清除率评价酶解产物的抗氧化活性。酶解产物灭酶后稀释到统一浓度，测定DPPH自由基的清除率。

测定方法：将酶解上清液稀释成不同的  浓度梯度，分别取2mL不同浓度的酶解上清液于试管中，加入2mL浓度为0.04mg/ml的DPPH溶液，混合均匀，反应20min后，于3500rpm离心10min，取上清液在517nm处测其吸光值为A_i；另各取2mL上述浓度上清液溶液于试管中，分别加入无水乙醇2mL，反应20min后，于3500rpm离心分离10min，取上清液在517nm处测其吸光值记为A_j；以2mL 0.04mg/mL DPPH和2mL无水乙醇反应做为参比，其吸光值记为A₀。

E_(DPPH)＝[1-(A_i-A_j)/A₀]×100％

式中：E_(DPPH)-酶解上清液对DPPH自由基的清除率(％)；

A₀-2mL DPPH溶液加入2mL无水乙醇的吸光值；

A_i-2mL DPPH溶液加入2mL酶解上清夜的吸光值；

A_j-2mL无水乙醇加入2mL酶解上清液的吸光值。

EC₅₀的计算：EC₅₀是酶解产物的DPPH清除率达到50％时的浓度。首先把样品稀释成一系列浓度，测定各浓度样品对DPPH的清除率，绘制清除率和浓度的关系曲线，在曲线上查出样品的EC₅₀值。

纤维素平板膜的截留分子量的确定：本发明中首先通过测定酶解产物的DPPH自由基的清除率确定纤维素平板膜的截留分子量，试验按照下述步骤进行，底物浓度为2％的鱼鳞胶原蛋白溶液→调节反应液反应温度50℃，反应液pH8.5→超滤泵的转速120r/min，循环5min→加入占底物0.5％的蛋白酶Alcalase→酶解40min→采用不同截留分子量的纤维素平板膜进行超滤→收集透过液→测定产物对DPPH的清除率并计算EC₅₀值。结果如图2所示，综合考虑酶解产物对DPPH的清除率以及EC₅₀值，本发明中优选截留分子量为3kDa的纤维素平板膜对酶解后的产物进行超滤。

实施例1

本实施例按照下述步骤进行，底物浓度为2％的鱼鳞胶原蛋白溶液→调节反应液反应温度50℃、反应液pH8.5→超滤泵在转速120r/min下循环5min→加入占底物0.5％的蛋白酶Alcalase→120r/min恒速循环下进行“酶解-膜分离耦合反应”40min→收集透过液→测定底物蛋白转化率。(其中膜分离采用截留分子量为3kDa的纤维素平板膜；鱼鳞胶原蛋白，市售产品；Alcalase 2.4L，诺维信(中国)生物技术有限公司。)

实施例2

本实施例按照下述步骤进行，底物浓度为2％的鱼鳞胶原蛋白溶液→调节反应液反应温度55℃，反应液pH9.0→超滤泵在转速100r/min下循环5min→加入占底物1.5％的蛋白酶Alcalase→100r/min恒速循环下进行“酶解-膜分离耦合反应”30min→收集透过液→测定底物蛋白转化率。(其中膜分离采用截留分子量为3kDa的纤维素平板膜；鱼鳞胶原蛋白，市售产品；Alcalase 2.4L，诺维信(中国)生物技术有限公司。)

实施例3

本实施例按照下述步骤进行，底物浓度为2％的鱼鳞胶原蛋白溶液→调节反应液反应温度60℃，反应液pH9.5→超滤泵的转速80r/min，循环5min→加入占底物1％的蛋白酶Alcalase→80r/min恒速循环下进行“酶解-膜分离耦合反应”50min→收集透过液→测定底物蛋白转化率。(其中膜分离采用截留分子量为3kDa的纤维素平板膜；鱼鳞胶原蛋白，市售产品；Alcalase 2.4L，诺维信(中国)生物技术有限公司。)

实施例4

本实施例按照下述步骤进行，底物浓度为4％的鱼鳞胶原蛋白溶液→调节反应液反应温度55℃，反应液pH8.5→超滤泵的转速80r/min，循环5min→加入占底物1％的蛋白酶Alcalase→80r/min恒速循环下进行“酶解-膜分离耦合反应”50min→收集透过液→测定底物蛋白转化率。(其中膜分离采用截留分子量为3kDa的纤维素平板膜；鱼鳞胶原蛋白，市售产品；Alcalase 2.4L，诺维信(中国)生物技术有限公司。)

实施例5

本实施例按照下述步骤进行，底物浓度为2％的鱼鳞胶原蛋白溶液→调节反应液反应温度55℃，反应液pH9.0→超滤泵的转速120r/min，循环5min→加入占底物0.5％的蛋白酶Alcalase→120r/min恒速循环下进行“酶解-膜分离耦合反应”40min→收集透过液→测定底物蛋白转化率。(其中膜分离采用截留分子量为3kDa的纤维素平板膜；鱼鳞胶原蛋白，市售产品；Alcalase 2.4L，诺维信(中国)生物技术有限公司。)

实施例6

本实施例按照下述步骤进行，底物浓度为3％的鱼鳞胶原蛋白溶液→调节反应液反应温度50℃，反应液pH9.5→超滤泵的转速80r/min，循环5min→加入占底物1.5％的蛋白酶Alcalase→80r/min恒速循环下进行“酶解-膜分离耦合反应”40min→收集透过液→测定底物蛋白转化率。(其中膜分离采用截留分子量为3kDa的纤维素平板膜；鱼鳞胶原蛋白，市售产品；Alcalase 2.4L，诺维信(中国)生物技术有限公司。)

实施例7

本实施例按照下述步骤进行，底物浓度为3％的鱼鳞胶原蛋白溶液→调节反应液反应温度50℃，反应液pH9.0→超滤泵的转速100r/min，循环5min→加入占底物1.5％的蛋白酶Alcalase→100r/min恒速循环下进行“酶解-膜分离耦合反应”50min→收集透过液→测定底物蛋白转化率。(其中膜分离采用截留分子量为3kDa的纤维素平板膜；鱼鳞胶原蛋白，市售产品；Alcalase 2.4L，诺维信(中国)生物技术有限公司。)

本发明研究中发现循环泵转速对蛋白转化率有着的重要的影响，本实施例中通过研究循环泵转速对蛋白转化率的影响，确定本发明的最优技术参数。

酶膜耦合反应条件：加酶量1.5％，反应液pH9.0，反应温度55℃，底物浓度3％。不同循环泵转速下蛋白转化率随时间变化的曲线如下图所示。

由图3所示，循环泵的转速高时，随着时间的增加，蛋白质的转化率迅速上升，但很快达到稳定阶段的转化点，其原因应当是快速循环，一方面有利于酶解出来的小分子多肽及时排出反应系统，另一方面液体循环的强化传质作用有利于促进酶与底物的接触，但20min后底物变得不足，快速的循环反而变得降低酶与底物的有效接触。从100r/min这条曲线可以看出，对于较低的转速，在转化点30min以后，蛋白质的转化率还以一定的速度上升，因此说明反应后期相对较低的循环速度，在不影响多肽排出的情况下，有利于促进蛋白质的酶解。因此对于本发明中不补料的工作模式，优选采取先高速后低速的变速循环策略，应当有利于改善蛋白质的转化率。

实施例8

本实施例采取了将循环泵先高速循环，再低速循环的变速循环策略，按照下述步骤进行，底物浓度为3％的鱼鳞胶原蛋白溶液→调节反应液反应温度55℃，反应液pH9.0→超滤泵的转速100r/min，循环5min→加入占底物1.5％的蛋白酶Alcalase→先循环泵的转速150r/min反应20min，再将循环泵的转速调低至100r/min反应6min变速循环下进行“酶解-膜分离耦合反应”26min→收集透过液→测定底物蛋白转化率。(其中膜分离采用截留分子量为3kDa的纤维素平板膜；鱼鳞胶原蛋白，市售产品；Alcalase 2.4L，诺维信(中国)生物技术有限公司。)

实施例9

本实施例按照下述步骤进行，底物浓度为3％的鱼鳞胶原蛋白溶液→调节反应液反应温度55℃，反应液pH9.0→超滤泵的转速100r/min，循环5min→加入占底物1.5％的蛋白酶Alcalase→先循环泵的转速150r/min反应20min，再将循环泵的转速调低至100r/min反应6min变速循环下进行“酶解-膜分离耦合反应”26min→收集透过液→测定底物蛋白转化率。(其中膜分离采用截留分子量为3kDa的纤维素平板膜；鱼鳞胶原蛋白，市售产品；Alcalase2.4L，诺维信(中国)生物技术有限公司。)

实施例10

本实施例按照下述步骤进行，底物浓度为4％的鱼鳞胶原蛋白溶液→调节反应液反应温度60℃，反应液pH9.5→超滤泵的转速120r/min，循环5min→加入占底物1.5％的蛋白酶Alcalase→先循环泵的转速150r/min反应20min，再将循环泵的转速调低至100r/min反应6min变速循环下进行“酶解-膜分离耦合反应”26min→收集透过液→测定底物蛋白转化率。(其中膜分离采用截留分子量为3kDa的纤维素平板膜；鱼鳞胶原蛋白，市售产品；Alcalase2.4L，诺维信(中国)生物技术有限公司。)