草魚酶解條件的研究

周燕芳，劉丹凡

（韓山師范學院化學系，廣東 潮州 521041）

草魚，俗稱鯇、油鯇、草鯇、白鯇、草根、混子、黑青魚等，屬淡水魚，棲息于平原地區的江河湖泊，一般喜居于水的中下層和近岸多水草區域。性活潑，游泳迅速，常成群覓食，為典型的草食性魚類，在干流或湖泊的深水處越冬。草魚因其肉細嫩、味鮮美、生長迅速，飼料來源廣，產量大、單產高、價格適中以及質量上乘，是中國淡水養殖的四大家魚之一，也是市場的暢銷貨[1]。

草魚富含豐富的蛋白質、不飽和脂肪酸、硒等營養元素，具有很高的營養價值和藥用價值。本試驗采用木瓜蛋白酶水解（以下簡稱酶解）草魚，并對酶解的工藝條件進行研究，目的是確定最佳的酶解工藝條件,以便獲得品質較高的酶解液,為草魚功能食品開發和利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

草魚：購于潮州市橋東市場，為淡水養殖草魚。

木瓜蛋白酶（BR，酶活力9.35 kat/mg）：國藥集團化學試劑有限公司；其它試劑均為分析純。

1.1.2 儀器

電熱鼓風干燥箱：上海儀器試驗有限公司；JJ-2型組織搗碎機：江蘇省金壇市榮華儀器有限公司；501超級恒溫槽：上海恒平科學儀器有限公司；800型離心機：上海手術器械廠；85-2恒溫磁力攪拌器：常州國華儀器有限公司；FA2004N電子天平：上海精科；數顯精密pH計：上海手術器械廠；微量凱氏定氮儀。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

新鮮草魚→蒸熟→壓榨去脂肪→65℃烘干→搗碎→魚粉（備用）→稱量→加水稀釋→調pH→加入一定量的酶攪勻→加溫酶解一段時間→滅酶（沸水中15 min）→冷卻至室溫→離心（15 min）→收集所有上清液定容至100 mL→取10 mL測定游離氨基態氮

1.2.2 測定方法

蛋白酶活力的測定[2]：福林酚法；氨基態氮的測定：雙指示劑甲醛滴定法[3]；總氮量的測定：微量凱氏定氮法[4]；水解度的測定[5]：水解度（DH）=水解產生游離氨基態氮量÷原料總氮量×100%；其中“水解產生游離氨基態氮量=水解后酶解液中的游離氨基氮-魚粉中的游離氨基氮”。

1.2.3 試驗設計[6-7]

酶濃度、底物濃度、酶解時間、pH和水解溫度為影響蛋白質酶解的主要因素。本試驗先通過考察各單因素對木瓜蛋白酶水解草魚的水解效果影響，以水解度為衡量指標，確定各單因素的最適宜酶解條件，再采用正交試驗L9（34）綜合研究，確定木瓜蛋白酶水解草魚的最佳條件。

2 結果與分析

2.1 酶解單因子影響的研究[8-10]

影響酶促水解反應的因素很多，諸如酶濃度、底物濃度、酶解時間、pH和水解溫度等。即使同一種酶在水解不同底物時，水解的條件也不盡相同，所以應首先對酶水解條件進行單因素分析。

2.1.1 酶用量對水解度的影響

分別用酶用量為魚粉質量的0.1%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%，在底物濃度為2.00%，pH為7.0，水解溫度55℃，水解時間為4 h條件下進行酶解反應，研究酶濃度對水解度的影響，結果見圖1。

圖1 酶濃度對水解效果的影響圖Fig.1 Effect of density of protease on hydrolyzation

由圖1可知，隨著酶用量的不斷提高，草魚蛋白的水解度逐漸增加，但當木瓜蛋白酶的濃度達到一定程度后，水解度隨著加酶量的變化趨勢有所緩慢。因此綜合考慮經濟性等因素，酶的濃度不宜過高。所以，確定酶的使用量為魚粉質量的1.5%左右。

2.1.2 底物濃度對水解度的影響

分別配制底物濃度為1.00%、1.50%、2.00%、2.50%、3.00%、3.50%的草魚漿液，調節其pH為7.0，酶用量為1.5%，55℃下酶解4 h后測定其水解度，找出最佳的底物濃度，結果見圖2。可知，隨著底物濃度的增加，草魚的水解度有所下降，這主要是因為在低濃度時，溶質流動性好，但酶和底物的濃度較低，反應進行比較慢；在高濃度時，溶質流動性差，體系的有效水濃度降低，導致酶與底物的接觸不充分，限制了反應的進行。因此，綜合各個方面的因素，本實驗選取底物濃度為2.50%進行酶解反應條件的研究。

圖2 底物濃度對水解效果的影響圖Fig.2 Effect of density of substretum on hydrolyzation

2.1.3 水解時間對水解度的影響

在實驗中設定木瓜蛋白酶酶用量為1.5%，底物濃度為2.50%，pH為7.0，反應溫度為55℃，分別在酶解時間為 1、2、3、4、5、6 h 條件下進行酶解反應，研究酶解時間對水解度的影響，結果見圖3。

圖3 水解時間對水解效果的影響Fig.3 Effect of hydrolysis time on hydrolyzation

由圖3可知，隨著酶解時間的延長，水解度逐漸提高，當達到一定時間（4 h）后，水解度的增加變得緩慢，基本上趨于不變。因此，從經濟的角度出發，認為酶解的最佳作用時間不宜過長，為4 h左右比較合適。

2.1.4 pH對水解度的影響

選定木瓜蛋白酶酶用量為1.5%，底物濃度為2.50%，反應溫度55℃，水解時間為4 h的條件下，分別于 pH=6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5 中進行酶解反應，確定最佳酶解pH，結果見圖4。

圖4 pH對酶解效果的影響圖Fig.4 Effect of pH on hydrolyzation

由圖4可看出體系初始pH對水解度有一定的影響，在pH 6.0～7.0范圍內，水解度隨著pH的增加而提高，當pH大于7.0時水解度隨著pH的增加反而有所下降。這就說明采用木瓜蛋白酶水解草魚時,酶解液的最適pH為7.0。因此，本試驗體系的起始pH固定在7.0。

2.1.5 溫度對水解度的影響

設定木瓜蛋白酶酶濃度為1.5%，底物濃度為2.50%，水解時間為4 h，pH=7.0的條件下，分別于25、35、45、55、65、75 ℃等不同溫度中進行酶解，通過水解度的具體數值確定最佳反應溫度，結果見圖5。

圖5 溫度對酶解效果的影響圖Fig.5 Effect of temperature on hydrolyzation

由圖5可見，在溫度為25℃～65℃范圍內水解度隨著溫度的升高而增大，當反應溫度為65℃時，水解度最大。隨著溫度繼續升高，水解度反而有所下降。這主要是由于溫度對木瓜蛋白酶的影響，溫度太高會使酶滅活，而溫度過低則酶的活性不足，兩者都會導致水解度的降低，因此最佳的酶解溫度為65℃左右，這時酶的活性最高。

2.2 草魚最佳酶解工藝條件的確定

根據以上單因素試驗結果可知，酶濃度、底物濃度、酶解時間、pH和水解溫度均對酶解效果有一定的影響。考慮到酶解過程是受以上各因素的綜合影響，為了確定酶解的最佳條件及過程中各因素影響的大小，選取了酶濃度、底物濃度、酶解時間和水解溫度4個因素，每個因素選取3個水平來進行正交試驗，其中體系的pH采用固定值7.0，按L9（34）正交表進行正交試驗，以水解度為指標，確定其最佳酶解條件。各因素及結果見表1。

表1 木瓜蛋白酶酶解草魚蛋白L9（34）正交試驗結果分析表Table 1 Orthogonal test of hydrolyzing Aristichthys nobilis by protease

續表1木瓜蛋白酶酶解草魚蛋白L9（34）正交試驗結果分析表Continue table 1 Orthogonal test of hydrolyzing Aristichthys nobilis by protease

從表1可知，各因素對木瓜蛋白酶酶解效果影響的大小順序是：底物濃度>酶濃度>酶解溫度>酶解時間。通過K值可知，最佳的酶解條件為A3B3C2D1，即酶濃度2.0%，底物濃度3.0%，酶解時間4 h，酶解溫度60℃，在此條件下木瓜蛋白酶酶解草魚蛋白的最大水解度為45.93%。

3 結論

采用木瓜蛋白酶對草魚魚肉蛋白進行水解，水解效果較好，可以獲得水解度較高的酶解液。通過對單因素的考察，再結合正交試驗可以確定出木瓜蛋白酶水解草魚的最佳酶解條件是：酶濃度為2.0%，底物濃度為3.0%，酶解時間為4 h，pH為7.0，酶解溫度為60℃，在此條件下木瓜蛋白酶酶解草魚蛋白的游離氨基態氮含量為498.85 mg/L，水解度可達到45.93%。

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