酶解玉米黃粉制備降血壓肽的研究

王俊彤 鄭喜群 劉曉蘭

（1.齊齊哈爾大學食品與生物工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2.農產品加工黑龍江省普通高校重點實驗室，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

高血壓是一種以動脈收縮或舒張壓升高為特征的臨床綜合癥，它會對大腦、心血管及腎臟造成損害［1］。血管緊張素轉化酶（angiotensin I－converting enzyme，ACE）是影響人體血壓平衡的重要因素［2］。目前，治療高血壓的藥物多為化學合成的ACE抑制劑（ACEI）。這些藥物雖然效果顯著，但長期服用會對人體產生各種不良反應，且停藥后血壓易反彈。與此相比，以動植物為來源的降血壓肽不僅具有良好的降血壓效果，而且無毒副作用，適合各種人群服用［3］。

玉米黃粉（corn gluten meal，又稱玉米蛋白粉）是玉米濕法加工淀粉過程中的主要副產物之一，含有62%～71%的蛋白質［4］。由于玉米黃粉成分復雜，口感粗糙，水溶性低，功能特性差，難以直接利用［5］。但玉米蛋白的氨基酸組成獨特，含有高比例的亮氨酸、丙氨酸、異亮氨酸和脯氨酸等疏水性氨基酸，很少含有賴氨酸等堿性氨基酸，這使它成為制備多種生理活性肽，特別是降血壓多肽的良好來源［6］。風味蛋白酶包含內切蛋白酶和外切蛋白酶兩種活性，適用于生產低苦味多肽，能夠較好的改善水解物的風味［7］。另外，它是由微生物發酵而得，價格便宜，適合工業生產。因此，利用風味蛋白酶水解玉米黃粉，可以獲得ACE抑制率較高及風味較佳的玉米肽產品。本研究以玉米黃粉為原料，對風味蛋白酶水解制備降血壓肽的工藝進行初探，旨在為ACE抑制肽的分離純化及工業化生產提供理論依據和工藝參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

玉米黃粉：蛋白質含量56.24%，黑龍江龍鳳玉米開發有限公司；

α－淀粉酶：酶活為2.85×103U／g，北京雙旋微生物培養基制品廠；

Flavourzyme風味蛋白酶：酶活為3.37×104U／g，丹麥NovoNordisk公司；

ACE、Hip－His－Leu（HHL）：美國Sigma公司；

其他試劑：均為分析純，市售。

1.1.2 主要儀器設備

臺式離心機：TCL－16G型，上海安亭科學儀器廠；

電熱恒溫鼓風干燥箱：101－3－S型，上海躍進醫療器械廠；

水浴恒溫振蕩器：SHZ－88型，上海躍進醫療器械廠；

pH計：pB－10型，賽多利斯科學儀器有限公司；

Beckman分光光度計：DU800型，美國Beckman公司。

1.2 方法

1.2.1 玉米黃粉的預處理方法 采用擠壓膨化和去淀粉處理［8］。將玉米黃粉用雙螺桿膨化機膨化。調節玉米黃粉含水量至16%，膨化機在160～180℃，1.0～1.5MPa條件下進行膨化。膨化后在室溫下干燥，粉碎、過60目篩。再用pH 6.0的0.02mol／L磷酸鹽緩沖將擠壓膨化后的玉米黃粉配制成濃度為10%（m／V）的懸浮液。加入α－淀粉酶（30U／g），60℃水解2h。反應結束后酶解液在100℃滅酶30min。水解后沉淀用等量的水洗滌3次，徹底去除淀粉水解的產物。最后將去掉淀粉的玉米黃粉在60～70℃的烘箱中烘干，粉碎，作為蛋白酶酶解試驗的原料。

1.2.2 風味蛋白酶Flavourzyme水解玉米黃粉的條件優化

用磷酸鹽緩沖液將預處理的玉米黃粉配制成一定濃度的懸浮液，進行Flavourzyme催化水解反應，每隔一定時間取適量水解液，立即于沸水中加熱20min以鈍化酶活力，4 000r／min離心20min，測定上清液中ACE抑制率。以水解溫度、水解液pH、底物濃度和加酶量為因素進行單因素和正交試驗，確定風味蛋白酶水解玉米黃粉的最佳條件。

單因素試驗方法：① 溫度對玉米黃粉水解物ACE抑制率 的 影 響：在 底 物 濃 度 為 5%（m／V）， 加 酶 量 為3% （m／m），水解液pH 6.0條件下，考察溫度分別為45，50，55℃時對Flavourzyme催化水解反應的影響；② 水解液pH對玉米黃粉水解物ACE抑制率的影響：在底物濃度為5% （m／V），加酶量為3% （m／m），溫度為50℃條件下，考察水解pH分別為6.0、6.5和7.0時對Flavourzyme催化水解反應的影響；③ 底物濃度對玉米黃粉水解物ACE抑制率的影響：在加酶量為3% （m／m），水解液pH 6.0，溫度為50℃條件下，考察底物濃度分別為4%、5%和6%（m／V）時對Flavourzyme催化水解反應的影響；④ 加酶量對玉米黃粉水解物ACE抑制率的影響：在溫度為50℃，底物濃度為5%（m／V），水解液pH 6.0條件下，考察加酶量分別為2%、3%和4%（m／m）時對Flavourzyme催化水解反應的影響。

1.2.3 ACE抑制率的測定 參照 Cushman［9］紫外分光光度法的基本原理測定。

1.2.4 不同分子量水解產物的制備 選用截留分子量為10kDa和6kDa的中空纖維素膜對玉米黃水解液進行超濾處理，將水解液分為＞10kDa，6～10kDa，＜6kDa 3個組分。超濾壓力0.1MPa，溫度為室溫。

2 結果與討論

2.1 溫度對玉米黃粉水解物ACE抑制率的影響

由圖1可知，隨著溫度升高，水解物ACE抑制率增加，但溫度過高時，水解物ACE抑制率反而降低，可能是由于Flavourzyme不耐高溫，高于50℃時會使其分子的次級鍵斷裂，使蛋白酶變性，酶分子的活性減弱甚至完全失活，導致水解物中ACE抑制肽產率降低。溫度為50℃時，水解物ACE抑制率最高，其次是45℃。因此選擇酶解溫度為50℃。

圖1 溫度對玉米黃粉水解物ACE抑制率的影響Figure 1 Effect of temperature on ACE inhibitory activity of hydrolysate from CGM

2.2 pH對玉米黃粉水解物ACE抑制率的影響

由圖2可知，Flavourzyme為酸性蛋白酶，在較低的pH范圍內，具有較強的酶解能力。水解反應初期，不同pH條件下水解物ACE抑制率相當，隨著水解時間的延長pH 6.0的水解物ACE抑制率變化較為平穩，而其它水解反應進行6h時，ACE抑制率都有明顯降低，隨后又逐漸增大。其中pH 6.5、水解8h時，水解物 ACE抑制率最高，達67.46%±3.45%，因此，選擇pH 6.5為最適pH。由于水解過程復雜，水解反應進行中，不斷有肽鍵發生斷裂和縮合，導致水解產物的ACE抑制率呈現波浪式變化。

圖2 pH對玉米蛋白粉水解物ACE抑制率的影響Figure 2 Effect of pH on ACE inhibitory activity of hydrolysate from CGM

2.3 底物濃度對玉米黃粉水解物ACE抑制率的影響

由圖3可知，隨著底物濃度的增加，水解物ACE抑制率呈先增大后減小的變化趨勢，適當增加底物濃度使蛋白酶作用位點增多，酶與底物充分結合，ACE抑制肽含量增加。但底物濃度過高，會對酶產生競爭性抑制，水解反應變弱。當底物濃度為5%時，水解物ACE抑制率最高，繼續增加底物濃度并沒提高ACE抑制率。因此，選擇底物濃度為5%。

圖3 底物濃度對玉米黃粉水解物ACE抑制率的影響Figure 3 Effect of substrate concentration on ACE inhibitory activity of hydrolysate from CGM

2.4 加酶量對玉米黃粉水解物ACE抑制率的影響

由圖4可知，當加酶量較低時，有足夠的底物與酶結合，水解物ACE抑制率與加酶量成正比；當加酶量較高時，玉米黃粉的相對濃度較小，產物積累對酶產生競爭性抑制，水解物ACE抑制率降低。當加酶量為4%時，其水解物ACE抑制率與加酶量為3%時相比，并沒有顯著提高，且水解8h時，兩者水解物ACE抑制率相當。綜合考慮選擇加酶量為3%。

圖4 加酶量對水解物ACE抑制率的影響Figure 4 Effect of E∶S on ACE inhibitory activity of hydrolysate from CGM

2.5 正交試驗

在單因素試驗基礎上，進一步探討最佳水解條件，以ACE抑制率為指標判定Flavourzyme對玉米黃粉的酶解效果，選擇水解溫度、水解液pH、加酶量和底物濃度4個因素，設計L9（34）正交試驗。根據單因素試驗可知，酶解時間為8h的水解物ACE抑制率最大，所以確定正交試驗水解時間定為8h。試驗方案及方差分析見表1～3。

由表2可知，Flavourzyme水解玉米黃粉制備ACE抑制肽時，影響水解物ACE抑制率的因素主次順序為加酶量（D）＞底物濃度（C）＞pH（A）＞溫度（B）。最佳組合為A2B1C2D2，即加酶量為3.5% （m／m），底物濃度為6.0%（m／V），水解溫度為45℃，pH為6.75。由表3可知，僅加酶量對水解物ACE抑制率影響顯著。經驗證實驗，水解物ACE抑制率為68.16%，可溶性蛋白含量為2.59mg／mL。劉萍等［10］用風味蛋白酶酶解玉米蛋白時，其水解產物ACE抑制率為31.86%。劉志國等［11］分別用木瓜蛋白酶、胃蛋白酶和胰蛋白酶對玉米醇溶蛋白進行水解，其水解產物ACE抑制率分別為33.13%、68.36%和45.55%。本研究中得到的水解物ACE抑制率較高。

表1 L9（34）正交試驗表Table 1 Factors and levels of orthogonal test L9（34）

表2 L9（34）正交試驗結果與分析?Table 2 Result and analysis of orthogonal test（n ＝3）

2.6 不同分子量水解產物的ACE抑制率

玉米黃粉水解液首先通過一個截留分子量為10kDa的超濾膜。水解液的一部分立刻被分開，再將濾液通過一個截留分子量為6kDa的超濾膜，即得到＞10kDa，6～10kDa和＜6kDa 3個分子量范圍的多肽組分，各組分分別冷凍抽干，再配制成一定濃度的蛋白溶液（2.6mg／mL）。各組分蛋白溶液的ACE抑制率見表4。由表4可知，＜6kDa組分的ACE抑制率最高，比原水解液增加約20%，且含量占總水解產物的40%左右。此現象說明風味蛋白酶酶解玉米黃粉的水解物中的ACE抑制肽多為小分子量短肽，這與相關報道［1］相符。對水解液進行分級分離，獲得ACE抑制率較高的多肽組分，這為進一步分離純化奠定了基礎。

表3 方差分析結果?Table 3 Result of variance analysis

表4 各組分蛋白溶液的ACE抑制率Table 4 ACE inhibitory activity of each fraction／%

3 結論

以玉米黃粉為原料，經擠壓膨化和去淀粉處理后，利用Flavourzyme酶解制備ACE抑制肽，確定最優工藝條件為溫度45 ℃，pH 6.75，底 物 濃 度 6.0% （m／V），加 酶 量3.5%（m／m），水解時間8h。在此條件下ACE抑制率為68.16%。水解物經超濾，被分為＞10kDa，6～10kDa和＜6kDa 3個組分，其中低分子量組分的ACE抑制率明顯高于超濾前的玉米黃粉水解液，為88.73%。

本研究發現Flavourzyme水解產物雖然ACE抑制率較高，但水解液中可溶性蛋白含量較低。因此，需要進一步研究以提高蛋白回收率，并開發具有較高ACE抑制活性的低苦味玉米肽產品。隨著人們自我保健意識和安全意識的增強，這類藥食兩用的天然降血壓活性肽產品越來越受到人們的青睞，具有廣闊的發展前景。

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10 劉萍，陳黎斌，楊嚴俊.酶解玉米蛋白制備降血壓肽的研究［J］.食品工業科，2006，27（5）：117～122.

11 劉志國，陳江源，王亞林.玉米醇溶蛋白酶解制備ACE抑制肽［J］.食品研究與開發，2006，27（2）：138～141.