酶解蛋清粉制備蛋清蛋白肽工藝條件研究

張治國，王君虹，陳新峰，周利亙，馮鳳琴

(1.浙江省農業(yè)科學院食品加工研究所，浙江 杭州 310021;2.浙江大學食品科學與營養(yǎng)系，浙江 杭州 310029)

蛋清粉是一種資源豐富、價格低廉的優(yōu)質蛋白資源。蛋清粉腥味重、溶解性差、粘度大、受熱易凝固，這些性質限制了它在食品加工中的應用。蛋白酶解技術可使蛋白質部分降解，從而使其溶解性提高、粘度和熱凝固性降低，并可促使呈味氨基酸或小肽釋放，改善其風味［1］。此外，蛋白質酶解后產生的小肽比大分子蛋白質更易吸收，并能產生抗氧化、降血脂、降血壓等生理活性小分子肽［2－6］。因此，利用酶解技術對蛋清粉進行部分降解，可制備出既可滿足食品加工業(yè)需求，又具有有益生理活性的蛋清蛋白肽。鄭云［7］通過正交試驗研究了中性蛋白酶酶解蛋清蛋白，制備蛋清蛋白肽的工藝。本研究以蛋清粉為原料，探討堿性蛋白酶催化酶解蛋清粉，制備蛋清蛋白肽的工藝條件，以期為蛋清粉的深加工利用奠定技術基礎。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

蛋清粉，粗蛋白含量83.37%，購自大連綠雪蛋品發(fā)展有限公司。堿性蛋白酶購自南寧龐博生物工程有限公司。該酶由地衣芽孢桿菌 (Bacillus licheniformis)2709發(fā)酵而來，酶活為200 000 U·g－1，最適酶解條件為 50～55℃，pH 值 8.0～8.5。

儀器有離心機、HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋、pHS-3C精密pH計等。

1.2 方法

配制5%蛋清粉溶液作為底物溶液，按照實驗設計調節(jié)底物溶液的pH值，在設定溫度的水浴鍋中溫育10 min后，加入設定量的酶進行酶解，酶解時間為所設計時間。水解過程中水浴控溫，每30 min震蕩混勻1次，并滴加濃氫氧化鈉溶液，使底物溶液的pH值維持在設定值。

水解結束后，按陳新峰等［8］的方法測可溶性肽含量，計算水解度 (DH)。

單因素實驗結果用Office EXCEL軟件包作圖。正交試驗結果采用SPSS 16.0 GLM中單變量方差分析程序處理，p<0.05為差異顯著。

2 結果與分析

2.1 水解時間對水解度的影響

5%蛋清粉溶液，pH值8.0，溫度為50℃，加酶量為5 000 U·g－1蛋清粉，分別水解不同時間，測定水解度。結果表明，隨著水解時間的延長，水解度不斷上升。但水解5 h后，水解度上升幅度很小 (圖1中a)。因此，確定5 h為較優(yōu)水解時間。

2.2 底物溶液pH對水解度的影響

5%蛋清粉溶液，溫度50℃，加酶量5 000 U·g－1蛋清粉，分別在不同 pH條件下水解5 h，測定水解度。結果表明，pH值8.5時水解度最高(圖1中b)。由此，確定pH 8.5為較優(yōu)底物溶液pH值。

2.3 加酶量對水解度的影響

圖1 水解時間 (a)、底物溶液pH(b)、加酶量 (c)和酶解溫度 (d)對水解度的影響

5%蛋清粉溶液，pH值8.5，溫度50℃，分別在不同加酶量的條件下水解5 h，測定水解度。結果表明，在加酶量為4 000～8 000 U·g－1蛋清粉的范圍內，水解度隨加酶量的增加而逐漸升高。加酶量超過6 500 U·g－1時，水解度增幅很小 (圖1中c)。考慮到酶是導致工藝成本增加的主要因素之一，確定6 500 U·g－1為較優(yōu)加酶量。

2.4 酶解溫度對水解度的影響

5%蛋清粉溶液，pH值8.5，加酶量為6 500 U·g－1蛋清粉，分別在不同溫度下酶解5 h，測定水解度。結果表明，以55℃條件下酶解的水解度最高 (圖 1中 d)。因此確定55℃為較優(yōu)酶解溫度。

2.5 蛋清粉酶解工藝的優(yōu)化

根據上述結果，確定水解時間、底物溶液pH、加酶量和酶解溫度的水平 (表1)。采用正交表L9(34)設計正交實驗，對蛋清粉酶解工藝條件進行優(yōu)化，實驗結果見表2。

表1 正交實驗的因素與水平

極差分析及方差分析結果 (表2)表明，各因素對水解度的影響大小依次為:C>D>B>A，其中因素C對水解度的影響顯著 (F=28.92*)。比較各因素的均值 (k1至k3)，確定堿性蛋白酶水解蛋清粉的最優(yōu)工藝條件為:A3B2C3D2，即水解6 h、底物溶液pH為8.5、加酶量7 000 U·g－1、酶解溫度為55℃。由于水解5 h后，延長水解時間并不會引起水解度的大幅度升高 (圖1中a及表2)，而且，延長水解時間增加能耗，導致工藝成本增加，因此，確定A2B2C3D2為較優(yōu)酶解工藝。

表2 蛋清粉酶解工藝優(yōu)化的正交實驗結果

2.6 結果驗證

對A3B2C2D3和A3B2C2D2進行驗證實驗，計算水解度。結果表明，這2種工藝條件均可較好地實現(xiàn)對蛋清蛋白的水解，其水解度分別達到84.18%和83.16%。由此可見，當?shù)孜锶芤簆H為8.5、加酶量7 000 U·g－1、溫度55℃時，水解時間縮短為5 h也可獲得好的水解度 (表3)。因此，確定A3B2C2D2為較優(yōu)水解工藝條件。

表3 2種工藝條件的水解度結果

3 小結和討論

本研究未考察蛋清粉濃度對水解度的影響，因為預備實驗結果表明，5%的蛋清粉溶液穩(wěn)定性較好，高于此濃度時，蛋清粉溶液易形成凝塊;低于此濃度時，所得蛋清蛋白肽溶液含量低，不利于后期噴霧干燥。此外，杜永盛［9］觀察了不同濃度的咸蛋清對蛋清蛋白水解度的影響，證實底物溶液的蛋白濃度為4.5%時，蛋清蛋白的水解度最高。這一濃度與本研究蛋清粉溶液中蛋白濃度接近。

鄭云［7］觀察了多種酶對蛋清蛋白的水解能力，認為中性蛋白酶的水解能力較好，堿性蛋白酶較差。通過正交實驗優(yōu)化后，中性蛋白酶的水解度可達到80.8%。本研究選用地衣芽孢桿菌2709發(fā)酵產生的堿性蛋白酶，經正交實驗優(yōu)化酶解工藝后，其對蛋清蛋白的酶解能力優(yōu)于中性蛋白酶。這一結果表明，地衣芽孢桿菌2709發(fā)酵產生的堿性蛋白酶是一種適宜于蛋清蛋白酶解的酶。不同研究中堿性蛋白酶水解能力的差異可能是由于酶的發(fā)酵菌株不同，酶的剪切位點差異造成的。

此外，本研究雖優(yōu)化出了堿性蛋白酶催化酶解蛋清粉的工藝條件，并得到較高的水解度，但酶添加量較高。因此，可利用各種蛋白酶水解能力互補的特性，進一步研究蛋清粉的多酶聯(lián)合水解工藝，以降低工藝中酶的成本，并進一步提高蛋清粉的水解度。

［1］Vioque J，Sánchez-Vioque R，Clemente A，et al.Partially hydrolyzed rapeseed protein isolates with improved functional properties ［J］.Journal of the American Oil Chemists＇Society，2000，77(4):447－450.

［2］周利亙，陳新峰，王君虹，等.乳源酪蛋白肽脫色工藝條件的研究 ［J］.浙江農業(yè)學報，2007，19(2):75－79.

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［4］陳帥，左愛仁，范青生.牛乳蛋白酶水解特性研究 ［J］.食品工業(yè)，2003(6):49－51.

［5］顧瑞霞.乳與乳制品的生理功能特征 ［M］.北京:中國輕工業(yè)出版社，2000:50－60.

［6］周利亙，王君虹，陳新峰，等.三酶復合法提取大豆多肽工藝的研究 ［J］.浙江農業(yè)學報，2006，18(4):241－245.

［7］鄭云.蛋清蛋白肽生產工藝的研究 ［D］.北京:北京化工大學，2006.

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［9］杜永盛.酶解咸鴨蛋蛋清制取白蛋白肽的研究 ［D］.杭州:浙江大學，2006.