黃豆脲酶的提取及其活性測定

林麗云，董曉潔，陳阿微

（韓山師范學院生物系，廣東潮州 521000）

黃豆脲酶的提取及其活性測定

林麗云，董曉潔，陳阿微

（韓山師范學院生物系，廣東潮州 521000）

摘 要：對市售黃豆進行了脲酶提取研究，通過pH增值法對脲酶活性進行測定，并確定黃豆脲酶的最佳提取方案。結果表明，提取黃豆脲酶的最佳方案為：采用干黃豆為原料，以30%乙醇溶液提取脲酶粗酶液，用分級沉淀的方法對粗酶液里的脲酶進行分離，采用Sephadex G-150凝膠層析過濾裝置對脲酶液進行純化，用真空冷凍干燥技術對脲酶液進行干燥濃縮，得到酶活力最高的脲酶。

關鍵詞：黃豆；脲酶；分級醇沉；凝膠過濾；冷凍干燥

脲酶作為重要的生物制劑，廣泛分布于植物的種子中，但以黃豆、刀豆中含量豐富。黃豆中的脲酶，是一種寡聚酶，分子量約為293 500，等電點為3.9，具有絕對專一性，特異性地催化尿素水解釋放出氨和二氧化碳。

隨著我國經濟、科技的迅速發展，脲酶的需求量越來越大。但就目前來說，脲酶在我國尚未形成自主的生產能力。商品化的脲酶產品主要由巨豆提取，而國內又缺乏巨豆資源，對脲酶的迫切需求使我們不得不長期依賴進口。本實驗以價格低廉、來源豐富的市售黃豆為原料提取脲酶；建立從黃豆中提取脲酶的全套流程，包括粗酶液的提取、脲酶的分級沉淀、分離純化，及酶液的干燥；對所提取的脲酶活性進行檢測，為脲酶的分離、純化及應用提供理論基礎。

1 材料與儀器

1.1 主要原料

市售黃豆：購買于潮州市韓山師范學院附近菜市場。

1.2 主要試劑

Sephadex-G150：西安樸天生物科技有限公司，BR；尿素：上海源葉生物科技有限公司，BR；無水乙醇、甘油和丙酮均為分析純試劑。

1.3 主要儀器

TGL-16R冷凍高速離心機：珠海黑馬醫學儀器有限公司；pH-3c精密酸度計：上海紅益儀器儀表有限公司；交聯葡聚糖Sephadex G－150層析柱：上海精科；SBS-100數控記滴自動部分收集器：上海康華生化儀器有限公司；LGJ-18冷凍干燥機：北京四環科學儀器廠有限公司等。

2 方法

2.1 黃豆脲酶的提取

2.1.1 30%乙醇提取黃豆脲酶[1]

用天平稱取干燥的黃豆，粉碎，以100目鋼篩篩出豆粉。向錐形瓶中加入2.0g豆粉，再加入20mL的30%乙醇溶液，充分搖勻30 min，放置冰箱里保存24 h后，以3 000 r/min離心15 min，上清液為脲酶粗提取液。

2.1.2 70%甘油提取黃豆脲酶[2]

取25 g洗凈晾干的黃豆，用無氨蒸餾水浸泡過夜，轉入研缽中，加入少許70%甘油溶液研磨至糊狀，用70%甘油稀釋至250 mL，用玻璃棒攪拌混勻，靜置提取后減壓過濾，濾液盛于塑料瓶中，儲于冰箱中待用。

2.1.3 32%丙酮提取黃豆脲酶

稱取2 g黃豆粉置于三角瓶中，加入32%丙酮6 mL，振搖10 min，進行提取，然后倒入離心管中，用32%丙酮2 mL洗小三角燒瓶一次，洗液也倒入離心管中，離心（3 000 r/min）5 min，將上清液倒入刻度離心管中量取體積，加入等體積的冷丙酮，使蛋白質沉淀。進一步離心（3 000 r/min）5 min，棄去上清液。待沉淀中的丙酮蒸發后，加蒸餾水2.5 mL，使沉淀溶解。如有沉淀，再離心（2 000 r/min）5 min，取上清液，即為脲酶粗提取液。

2.2 黃豆脲酶的分離純化

2.2.1 乙醇分級沉淀

向粗酶液中攪拌加入預冷（-10℃）的無水乙醇至終體積分數分別為10%、20%、30%和40%，再采用8 000 r/min冷凍離心10 min，收集上清液，測定酶活性。上清液繼續攪拌加入預冷乙醇至終體積分數分別為40%和50%，15 000 r/min冷凍離心10 min，棄去上清液，收集沉淀，立即將沉淀溶于少量磷酸緩沖液（pH=6.8）中，4℃保存備用。

2.2.2 凝膠過濾

脲酶分子量較大，達293 500 u。脲酶粗制品通過交聯葡聚糖Senhadex G-150層析柱。酶本身不能進入凝膠顆粒，而其他小分子物質及分子量較小的蛋白質可擴散進入凝膠顆粒。用磷酸緩沖液（pH=6.8）作為洗脫劑，分子量大的脲酶首先被洗脫下來，從而達到與其他物質分離的目的。

稱取葡聚糖凝膠G—150 l g，置于三角燒瓶中，加水60 mL，于沸水浴中加熱5 h（此為加熱溶脹，如在室溫溶脹需放置48 h～72 h）取出，待冷卻至室溫裝柱。加樣，控制流速7 d/min～8 d/min，流出的液體分別收集在刻度離心管中，收集量為3 mL/管，測定各管蛋白質含量，收集合并蛋白質含量較高的各管并測其酶活，4℃保存備用。

2.2.3 冷凍干燥

將經凝膠過濾后的酶液分裝在玻璃皿，裝量要均勻，蒸發表面盡量大而厚度要盡量薄一些，產品厚度不要超過1 cm[3]。

將裝好的溶液速凍，溫度在-35℃左右，時間約2.0 h。凍結后的樣品須迅速進行真空升華干燥,料溫控制在-20℃～-25℃之間，時間約為3 h～5 h。真空升華干燥后，樣品中仍含有少部分的結合水，較牢固，所以必須提高溫度，才能達到產品所要求的水分含量。控制料溫由-20℃升到55℃，當料溫與板層溫度趨于一致時，結束干燥[4-5]。

真空干燥時間約為8 h～9 h，水分含量減至3%～5%左右，停止加熱，減壓，當倉內真空度恢復接近大氣壓時打開倉門，出倉，將已干燥的樣品立即進行活性測定。

3 pH增值法測定黃豆脲酶活性[6]

將研細的試樣與尿素緩沖液混合，尿素在尿素酶作用下水解產生氨，氨溶解于水溶液中使溶液pH升高，pH變化的程度與脲酶活性大小相關，因此可以用其與空白溶液的差值表示脲酶活性高低。

取0.200 g試樣，裝入比色管中，加入10 mL尿素緩沖液，迅速蓋上蓋子，劇烈搖動。將比色管置于（30±0.5）°C的恒溫水浴鍋中，準確保持30 min。另稱取等量試樣放入另一支比色管中，加入10 mL磷酸緩沖液，迅速蓋上蓋子，將試樣與緩沖液混合均勻，置于水浴鍋保持30 min，作為空白試驗。每隔5 min將水浴鍋中比色管中的試樣搖勻一次。每個比色管保持30 min后，從水浴鍋中取出，將上清液倒入小燒杯中。并在從水浴鍋中取出恰好5 min時，用酸度計測出pH。

計算公式：UA=pH1-pH2

式中：UA為脲酶活性（ΔpH）；pH1為樣品使尿素分解后樣液的pH；pH2為空白樣液的pH。

4 結果與分析

4.1 提取方法及粗酶液的添加量不同對黃豆脲酶活性的影響

通過對3種方法提取的脲酶粗酶液活性進行比較，結果見圖1和圖2。

圖1 不同的提取方法對脲酶液酶活性的影響Fig.1 Effect of different extraction methods on the enzyme activity of soybean urease

圖2 不同的添加量對脲酶酶活性的影響Fig.2 Effect of different addition amount on the enzyme activity of soybean urease

由圖1和圖2實驗結果表明：無論活性測定時添加的粗酶液量多或少，采用32%丙酮提取出的粗酶液活性始終最差；采用30%乙醇和70%甘油提取出的粗酶液活性較高；對活性測定時的粗酶液添加量從0.2 mL進行至5倍、10倍的量的增加后，脲酶活性隨之增高，即脲酶活性與測定時粗酶液濃度成正比；另外，同等添加量的粗脲酶液以70%甘油提取出的脲酶活性略高于以30%乙醇提取的脲酶活性考，慮到二者數值相差甚微，而甘油提取的操作較繁瑣、所需試劑用量大，而乙醇提取則更為簡便，故實驗選用30%乙醇對黃豆脲酶進行提取。

4.2 乙醇分級沉淀過程中，不同終體積分數對脲酶活性的影響

4.2.1 黃豆粗酶液經一級沉淀（8 000 r/min）后，不同終體積分數的酶液活性

一級沉淀（8 000 r/min）后不同終體積分數的脲酶酶液活性，結果見圖3。

圖3 一級沉淀（8 000 r/min）后不同終體積分數的脲酶酶液Fig.3 Enzyme activity of soybean urease for different terminal volume after first-degree precipitation（8 000 r/min)

由圖3可知，當加入預冷乙醇至終體積分數為10%時，收集到的上清液酶活性達到最高。當終體積分數到達40%時，隨著酶被沉淀下來，上清液中酶活降低。故從以上四個體積分數梯度來看，冷凍乙醇一級沉淀終體積分數選擇在10%時收集到的上清液酶活性最佳。

4.2.2 黃豆酶液經二級沉淀（15 000 r/min）后，不同終體積分數的酶液活性

二級沉淀（15 000 r/min）后不同終體積分數酶液活性對比結果見圖4。

圖4 二級沉淀（15 000 r/min）后不同終體積分數的脲酶酶液活性Fig.4 The enzyme activity of soybean urease for different terminal volume after second-degree precipitation（15 000 r/min）

由圖4可知，經二級沉淀（15000r/min）后，終體積分數為40%時的酶液活性遠遠高于終體積分數為50%的酶液酶活。即終體積分數達到50%時沉淀中殘留的酶很少，基本為0，故其酶活性很低。所以在冷凍乙醇的二級沉淀過程中，應使終體積分數為40%，以保留較多的酶。

4.3 黃豆脲酶在分級沉淀過程中的活性變化

大豆脲酶在各階段酶液活性對比結果見圖5。

圖5 大豆脲酶在提取各階段的酶液活性Fig.5 The enzyme activity of soybean urease at different extraction stages

由圖5可看出，黃豆經30%乙醇溶液提取后得到的粗酶液活性在分級沉淀過程中最高。經過3 000 r/min離心15 min后的粗酶液中還殘留有較多的豆殼、豆渣，而這些殘留物中或多或少存在著部分脲酶，因此所測出的粗酶液活性也就相應的高，但雜質含量也高；經一級沉淀（8 000 r/min）后，黃豆酶液活性大大降低。可能是由于經過離心，此時上清液中的豆渣殘留量大幅減少，同時加入的冷凍乙醇稀釋了酶液的濃度，故測出的上清液酶活性偏低；經過二級沉淀（15 000 r/min）后，黃豆酶液活性比一級沉淀的略高。因為此時收集到的沉淀中脲酶的含量較高，且除去上清液后冷凍乙醇對酶活的影響甚微；雖然收集的脲酶沉淀中溶入了少量的磷酸緩沖液（pH=6.8），但因其量少對酶液濃度影響不大。

黃豆脲酶經過葡聚糖凝膠G-150過濾后，活性再次降低，約為0.12。造成該過程酶活偏低的原因可能是此階段需加入大量磷酸緩沖液（pH=6.8）進行洗脫，因此所收集酶液中摻雜了大量的磷酸緩沖液，從而稀釋了脲酶的濃度，故所測出的活性偏低。

經過冷凍干燥后，酶液中的磷酸緩沖液等水分得以去除，脲酶得到濃縮，純度進一步提高，干黃豆脲酶的活性得到增加。

5 結論

本實驗主要研究不同方法提取黃豆脲酶，并對所提取的脲酶進行分離純化，同時測定其活性，以確定脲酶的最佳提取、分離、純化方法。實驗利用不同溶劑從干鮮黃豆中提取出黃豆脲酶，對脲酶的酶活進行測定，并進行分析比較。結果表明，從操作的簡便性和所提取出酶液的活性等綜合方面考慮，用30%乙醇溶液作為提取劑，要優于70%甘油和32%丙酮溶液。脲酶粗酶液加預冷乙醇至終體積分數為10%，以8 000 r/min冷凍離心10 min進行一級沉淀；再將上清液加預冷乙醇至終體積分數40%，15 000 r/min冷凍離心10 min進行二級沉淀；收集脲酶沉淀進行G－150凝膠過濾；最后將經過洗脫收集到的酶液進行冷凍干燥，即得到較純且活性相對較高的脲酶。

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[1]周東凱,劉瑩,馬學良,等.大豆脲酶的提取及其影響因素研究[J].大豆科學,2008,27(4):704-707

[2]鄒菁,喻德忠,楊先進,等.黃豆脲酶的提取及其在緩釋肥料中尿素態氮測定中的應用[J].分析科學學報,2004,20(2):178-180

[3]邱玉華.生物分離與純化技術[M].北京:化學工業出版社,2007:20-72

[4]郭勇.酶工程[M].北京:中國輕工業出版社,1994:50-89

[5]陳守文.酶工程[M].北京:科學出版社,2008:32-62

[6]楊奇慧,舒璐,鐘劍鋒.不同方法測定大豆脲酶活性的比較研究[J].飼料廣角,2008,21(21):30-32

Study on the Extraction and Enzyme Activity Determination of Urease from Soybean

LIN Li-yun，DONG Xiao-jie，CHEN A-wei
（Biology Department，Hanshan Normal University， Chaozhou 521000，Guangdong，China）

Abstract：Method of extraction and activity determination for the urease from soybean was investigated and the best method to gain highest activity urease was proposed as follows：dry soybean was extracted by 30%alcohol.The urease solution was separated by Sephadex G-150 column chromatography and concentrated by vacuum freezing dry.

Key words：soybean；urease；ethanol fractional precipitation；gel filtration；freeze dry

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2013.09.023

韓山師范學院青年基金項目（LQ200811）

林麗云（1982—），女（漢），實驗師，碩士，主要從事生物資源高值利用。

2012-10-08