啤酒糟蛋白水解物對金黃色葡萄球菌抑菌能力研究

宗緒巖李 麗羅惠波劉長江

（1.四川理工學院生物工程學院，四川 自貢 643000；2.沈陽農業大學食品學院，遼寧 沈陽 110161）

啤酒糟蛋白水解物對金黃色葡萄球菌抑菌能力研究

宗緒巖1李 麗1羅惠波1劉長江2

（1.四川理工學院生物工程學院，四川 自貢 643000；2.沈陽農業大學食品學院，遼寧 沈陽 110161）

選擇4種蛋白酶制備出不同時間水解的啤酒糟蛋白水解物，分別檢測其對金黃色葡萄球菌的抑菌能力。結果表明：采用Flavourzyme水解180 min的水解物具有較好的抑制金黃色葡萄球菌的能力；采用聚酰胺柱層析、離子交換柱層析方法及凝膠柱層析方法對水解物進行分離測定，得到分子量約為1 877.67的啤酒糟多肽樣品，其對于金黃色葡萄球菌的最小抑菌濃度為2%。

啤酒糟；蛋白酶；抗菌肽；抑菌能力；多肽

抗菌肽原有的意思是指存在于生物體內具有抵抗外界微生物侵害，并能消除體內突變細胞的一類小分子多肽［1］。這類活性多肽多數具有熱穩定性、耐強堿性以及廣譜性等特點［2］。最初發現這類活性多肽對細菌具有殺菌活性，因而命名為抗菌肽，其原意為抗細菌肽。

近來的研究［3］發現使用蛋白酶水解食物蛋白也能產生出有效的抗菌肽：Malkoski等［4］從酪蛋白的酶解產物中分離得抗菌肽；夏慶和薛正蓮［5，6］采用胰蛋白酶對酪蛋白進行水解試驗，得到了具有較強抑菌效果的產物；Daoud等［7］用胃蛋白酶酶解牛血色素，得到有抗菌活性的肽；McCann等［8］用胃蛋白酶水解牛乳酪蛋白得到2個具有抗菌活性的肽；又用凝乳酶酶解牛乳酪蛋白得到抗菌肽［9］；Pellegrini等［10］發現用胰蛋白酶或胰凝乳蛋白酶酶解鳥蛋蛋清中的卵清蛋白后的產物具有抗菌活性；Adham等［11］從雞蛋溶菌酶中獲得一種抗菌肽；Liu等［12］用堿性蛋白酶和菠蘿蛋白酶水解牡礪后得到——含半胱氨酸的抗菌肽。

本試驗采用4種食品級商用蛋白酶對啤酒糟蛋白進行水解，并監測了不同水解時間水解物對于金黃色葡萄球菌的抑菌能力，然后采用柱層析的方法對于活性較高的水解物進行了分離測定，旨在制備較純的抑菌活性肽。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

啤酒糟蛋白：實驗室參照文獻［13］的方法制備；

蛋白酶 Alcalase 2.4L FG、Flavourzyme 500 MG、Neutrase 0.8L、Protamax：諾維信（中國）生物技術有限公司；

革蘭氏陽性菌——金黃色葡萄球菌 （Staphylococcus aureus）：沈陽農業大學食品學院微生物實驗室；

聚酰胺、DEAE－52、Sephadex G－50、鉻酸鉀、還原型谷胱甘肽、氧化型谷胱甘肽、維生素B12、Nisin：均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

高速冷凍離心機：CR21G，Hitachi High－Technologies Corporation；

電子精密天平：BP210S，德國Sartorius AG公司；

酸度計：PHS－25型，上海雷磁儀器廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 菌種活化 將融化的培養基裝入試管，滅菌后擺斜面。在無菌條件下用劃線法將供試菌種移接入相應的斜面培養基上，于37℃培養18～24 h，進行菌種斜面活化［14］。

1.3.2 供試菌株懸浮液的制備 將活化好的菌種，在無菌條件下，每種分別挑取兩環菌苔，各用無菌水稀釋，制成含107～108CFU／m L菌懸液［15］。

1.3.3 管碟法測定抑菌能力 參照文獻［16］的方法，并稍有改進。在無菌條件下，在9 cm的培養皿中加入15 m L培養基，冷卻并使瓊脂表面干燥，用移液器吸取菌懸液0.5 m L，加入到培養皿上，用涂布器涂布均勻，于每碟中以等距放置牛津杯4只，樣品溶解過濾除菌后，取50μL在牛津杯中點樣，點樣后的平板于37℃培養24 h，比較抑菌效果。

1.3.4 最低抑菌濃度（MIC）測定 參考文獻［17］并略有修改：將培養基熔化，然后定量地加入抑菌劑溶液，使提取物的濃度分別達到4%，2%，1%，0.5%，0.25%，0.125%，對照樣中分別加入等量的無菌水、氯仿、70%乙醇，充分混合均勻，傾注于平皿中。待培養基冷卻后，加入供試菌液，并用涂布器將供試菌液均勻涂于培養基表面，倒置在37℃下培養24 h，觀察平皿中菌體的生長情況，從無菌生長的培養基中找出對應的最低的提取物濃度，即為該抑菌劑的最低抑菌濃度（MIC）。

1.3.5 蛋白酶水解條件 參考 Ren等［18］的方法，在200 g樣品中加入1 000 g去離子水后10 000 r／min均質1 min，混合液等分成4份。用NaOH將調整各份至所需p H，再放入水浴搖床加熱到所需溫度后，添加6.0×104U蛋白酶同時開始計時，反應過程維持恒定溫度，定時監測p H并添加NaOH使溶液p H恒定不變，記錄堿液消耗量，換算成DH值，按時間取樣1 m L沸水浴滅酶10 min后測定抑菌效果的變化，并以此確定較優的水解用酶和較適宜的水解條件［19］。酶水解啤酒糟蛋白時具體酶解參數見表1。

表1 酶水解啤酒糟蛋白參數Table 1 Parameters for enzymatic hydrolysis of BSG protein

1.3.6 聚酰胺柱層析 根據文獻［20］，精確稱取一定量樣品干粉，溶于少量去離子水中，采用濕法上柱，緩慢加注于聚酰胺柱表面，待樣品完全滲入到固定相中時，依次加入緩沖溶液及添加了濃度分別為 0.1%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%，0.6%，0.7%，0.8%，0.9%的 NaCl的緩沖溶液，進行步進式洗脫。控制洗脫液流速在1.0 m L／min，用紫外檢測器在280 nm波長下檢測流出液的吸光值，并收集測定其抑菌能力。

1.3.7 離子交換層析 根據文獻［20］，精確稱取一定量樣品干粉，溶于少量去離子水中，采用濕法上柱，緩慢加注于離子交換柱表面，待樣品完全滲入到固定相中時，依次加入緩沖溶液及添加了濃度分別為0.1%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%，0.6%，0.7%的 NaCl的緩沖溶液，進行步進式洗脫。控制洗脫液流速在1.0 m L／min，用紫外檢測器在280 nm波長下檢測流出液的吸光值，并收集測定其抑菌能力。

1.3.8 Sephadex G－50凝膠層析 分別將鉻酸鉀、還原型谷胱甘肽、氧化型谷胱甘肽、維生素B12及Nisin按照樣品測定的方法進行上樣和洗脫，記錄洗脫時間，并繪制出洗脫時間與分子量之間的標準曲線，按照洗脫時間換算出樣品的分子量大小［21，22］。

2 結果與討論

2.1 水解度與抑菌能力的比較

對于金黃色葡萄球菌（革蘭氏陽性菌）的抑菌試驗：Alcalase水解啤酒糟蛋白的水解物未見抑菌效果出現；Flavourzyme水解啤酒糟蛋白120 min時即出現抑菌效果，并維持至酶解進行到240 min，其中在水解180 min時出現了明顯的抑菌效果；Neutrase水解啤酒糟蛋白的酶解物未發現抑菌效果；Protamax水解啤酒糟蛋白120 min時出現抑菌效果，但在酶解進行到150 min時其抑菌效果消失，在水解進行到210 min時抑菌效果再次出現，并在水解240 min時再次消失。

表2 不同蛋白酶水解啤酒糟蛋白的水解度和抑菌能力+Table 2 DH of BSG protein treated with various enzymes and antimicrobial activity of hydrolysate

圖1為不同蛋白酶酶解180 min時4種酶解液分別對指示菌——金黃色葡萄球菌的抑菌效果圖。

由以上試驗數據和分析可知，對于金黃色葡萄球菌的抑菌效果較好的是Flavourzyme水解啤酒糟蛋白180 min的酶解物。蛋白酶解物的抑菌效果同其水解程度呈現不完全對應關系，這可能是因為在水解進行的初期，隨著水解度的增加，溶液中可溶性蛋白類物質量的增加，同時具有抑菌效果的組分含量也增加，因此出現抑菌效果；隨著水解的繼續進行，溶液中某些具有抑菌效果的蛋白類物質受到蛋白酶的水解作用，某些具有抑菌效果的基團或結構被蛋白酶破壞或者是蛋白類物質的氨基酸序列發生改變，造成其抑菌效果喪失；有些情況抑菌效果隨時間延長消失后會再次出現，這可能是由于隨著水解的進行，某些具有抑菌能力的蛋白類物質或含有抑菌能力基團的多肽被水解溶出，也有可能是因為溶液中蛋白類物質被酶作用后，具有抑菌效果的基團或結構再次暴露或出現。

圖1 酶解180 min酶解液對金黃色葡萄球菌的抑菌圖Figure 1 Enzymatic hydrolysis of 180 min on the inhibition of Staphylococcus aureus

制備Flavourzyme水解啤酒糟蛋白180 min的酶解物，冷凍干燥后備用，并分別將其命名為BSG－F3。

2.2 聚酰胺柱層析

將啤酒糟多肽樣品BSG－F3干粉溶解后濕法上柱，采用步進式洗脫方式洗脫，洗脫液分別為緩沖溶液及添加了濃度分別為0.1%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%，0.6%，0.7%的NaCl緩沖溶液，洗脫液流速控制在1.0 m L／min，以洗脫時間為橫軸，以280 nm下流出液的吸光值及還原力為縱軸，繪制曲線圖2。

圖2 聚酰胺層析洗脫曲線Figure 2 Elution curves of polyamide chromatography

由圖2可知，用緩沖液、添加0.3%的NaCl的緩沖溶液及添加0.6%的NaCl的緩沖溶液洗脫時，均有洗脫峰出現，收集各峰組分，冷凍干燥然后進行抑菌活力測定，其中0.3%的NaCl溶液洗脫后的流出液抑菌效果最好，收集此組分冷凍干燥，進行后續試驗，并命名為BSG－F3－3。

2.3 離子交換層析

用緩沖液將啤酒糟多肽樣品BSG－F3－3干粉溶解后濕法上柱，采用步進式洗脫方式進行洗脫，洗脫液分別為緩沖溶液及添加了濃度分別為0.1%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%，0.6%，0.7%的 NaCl的緩沖溶液，洗脫液流速控制在1.0 m L／min，以洗脫時間為橫軸，以280 nm下流出液的吸光值及還原力為縱軸，繪制曲線圖3。

圖3 離子交換層析洗脫曲線Figure 3 Elution curves of ion－exehange chromatography

由圖3可知，用緩沖溶液、添加了0.2%的NaCl的緩沖溶液及添加了0.6%的NaCl的緩沖溶液洗脫時，均出現了洗脫峰，收集各峰組分，冷凍干燥然后進行抑菌活力測定，其中添加了0.6%的NaCl的緩沖溶液洗脫后的流出液抑菌效果最好，收集此組分冷凍干燥，進行后續試驗，將該組分命名為 BSG－F3－3－6。

2.4 凝膠柱層析

將溶脹處理好的Sephadex G－50凝膠懸浮液緩慢傾入層析柱，待凝膠顆粒沉降后用緩沖液洗滌層析柱至穩定和平衡。將鉻酸鉀、還原型谷胱甘肽、氧化型谷胱甘肽、維生素B12及Nisin的干粉分別溶于少量的緩沖液中，分別上樣并記錄洗脫時間，再繪制出洗脫時間與分子量之間的標準曲線。再將啤酒糟多肽樣品BSG－F3－3－6溶解后上樣、測定并記錄洗脫時間，按照樣品的洗脫時間計算出樣品的分子量大小。標準物質的分子量與洗脫時間關系見表3。

以洗脫時間為自變量，分子量的對數為因變量，擬合曲線，得到如下方程：

試驗中啤酒糟多肽樣品BSG－F3－3－6洗脫時只出現一個單峰，其洗脫時間為106.8 min，通過擬合曲線計算其分子量約為1 877.67。

表3 標準物質的分子量與洗脫時間Table 3 Molecular weight and elution time of control sample

2.5 最小抑菌濃度測定

將不同劑量的啤酒糟多肽樣品BSG－F3－3－6分別添加到60℃左右的培養基中，混合均勻后傾倒平板，待培養基冷卻后加入金黃色葡萄球菌培養液，涂布均勻后倒置培養，觀察發現含有1%啤酒糟多肽樣品BSG－F3－3－6的培養皿中開始有菌落生成，并隨著培養基中啤酒糟多肽樣品BSG－F3－3－6添加量的減少，菌落數逐漸增多，但在含有2%啤酒糟多肽樣品BSG－F3－3－6的3個培養皿中有一個出現了兩個菌落，重復此濃度進行試驗無此現象，因此可以認定啤酒糟多肽樣品BSG－F3－3－6對于金黃色葡萄球菌的最小抑菌濃度為2%。

3 結論

通過測定不同蛋白酶水解啤酒糟蛋白不同時間所生成的啤酒糟多肽樣品的抑菌能力，發現Flavourzyme酶解啤酒糟蛋白180 min的酶解液對金黃色葡萄球菌具有較好的抑菌效果。

使用p H為7.0的洗脫液，添加0%～0.7%NaCl溶液采用步進式洗脫聚酰胺層析柱，并收集含0.3%NaCl洗脫液洗脫下的具有最大抑菌效果的組分。再使用p H為8.0的洗脫液，添加0%～0.7%NaCl采用步進式洗脫離子交換層析柱（DEAE－Cellulose），并收集含0.6%NaCl洗脫液洗脫下的具有最大抑菌效果的組分。并采用Sephadex G－50凝膠柱層析方法測定其分子量約為1 877.67。分離得到的啤酒糟多肽樣品BSG－F3－3－6對于金黃色葡萄球菌的最小抑菌濃度為2%。

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Antibacterial activity ofstaphylococcus aureushydrolyzed from brewer's spent grains protein

ZONG Xu－yan1LI Li1LUO Hui－bo1LIU Chang－jiang2

（1.College of Bioengineering，Sichuan University of Science ＆ Engineering，Zigong，Sichuan643000，China；2.Food Science College of Shenyang Agriculture University，Shenyang，Liaoning110161，China）

Four proteases were used in different hydrolysis time and hydrolysis’s antibacterial ability was detected.The results showed：hydrolysis has better inhibition ability ofStaphylococcus aureuswith Flavourzyme in 180 min.Peptides was separated and tested with polyamide column chromatography，ion exchange column chromatography，and gel column chromatography.Molecular weight is about 1 877.67.The minimal inhibitory concentration forEscherichia coliwas 2%.

brewer's spent grains；protease；antimicrobial peptides；antibacterial activity；peptides

10.3969／j.issn.1003－5788.2012.01.027

釀酒生物技術及應用四川省重點實驗室開放基金項目（編號：NJ2010－12）；四 川 理 工 學 院 科 技 項 目 （編 號：2010XJKRL002）

宗緒巖（1976－），男，四川理工大學講師，博士。E－mail：13881410277＠139.com

羅惠波

2011－10－30