王海東,韓榮欣,張紅印,肖鳳琴,于 倩,龐會娜,李光哲,嚴(yán)銘銘,2, ,趙大慶
(1.長春中醫(yī)藥大學(xué),吉林長春 130117;2.吉林省中藥保健食品科技創(chuàng)新中心,吉林長春 130117)
五味子為木蘭科植物五味子Schisandra chinensis(Turcz.)Baill的干燥成熟果實(shí),俗稱“北五味子”。五味子用藥歷史悠久,始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》,具有收斂固澀、益氣生津、補(bǔ)腎寧心之功效[1]。現(xiàn)代藥理研究表明,五味子具有改善代謝紊亂[2],降低血糖[3?4]、保護(hù)肝臟[5]、鎮(zhèn)靜催眠[6?7]、抗氧化[8]等活性,此外,五味子還具有抗衰老[9]、抑制腫瘤生長[10]和免疫調(diào)節(jié)[11]等作用。
近年來,隨著生活水平的提高,人們對食品的營養(yǎng)健康的關(guān)注程度日益增加。蛋白質(zhì)作為人和動(dòng)物生命活動(dòng)主要的能源物質(zhì),在人類健康中發(fā)揮重要作用。植物蛋白具有資源廣泛、安全穩(wěn)定、生產(chǎn)成本和毒副作用低等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)植物蛋白表現(xiàn)的一些生物活性也證明其具有較高的利用價(jià)值,在生化、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域得到了越來越多的認(rèn)可,因此植物蛋白也成為了當(dāng)今研究的熱點(diǎn)之一。諸多研究表明[12?13],中藥的植物蛋白具有顯著的保健功能和藥用功效,如免疫調(diào)節(jié)、抗氧化、抗疲勞、抗腫瘤等,吸引了諸多領(lǐng)域的研究工作者。許多學(xué)者對部分中藥蛋白進(jìn)行了相關(guān)研究,如黃芪[14]、苦杏仁[15]、遠(yuǎn)志[16]等,并取得了一定成果。目前,國內(nèi)外針對五味子的開發(fā)利用研究主要集中在木脂素類、多糖類、揮發(fā)油類[17?19]等有效成分。本課題組前期對五味子蛋白進(jìn)行了深入研究[20?24],結(jié)果表明五味子蛋白具有優(yōu)良的抗氧化活性。
本文基于前期的研究基礎(chǔ)采用Osborne分級法對五味子分級蛋白進(jìn)行提取,分別研究四種組分蛋白(即清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白)的體外抗氧化活性,以Vc作為陽性對照,分析比較同等條件下四種組分蛋白體外抗氧化活性的大小,以期為五味子中四種組分蛋白在健康食品中的廣闊應(yīng)用提供參考依據(jù)。
北五味子藥材 吉林省長春中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院,經(jīng)長春中醫(yī)藥大學(xué)姜大成教授鑒定為木蘭科五味子屬植物五味子(Schisandra chinensis)干燥成熟的果實(shí);考馬斯亮藍(lán) R-250、甘氨酸(Glycine)、四甲基乙二胺(TEMED)、十二烷基硫酸鈉(SDS) 分析純,美國sigma公司;鄰啡羅啉(鄰二氮菲)、1,1-二苯基 -2-苦 基 肼 ( 1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazylradical,DPPH)、2,2-聯(lián)氮-雙(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二胺鹽 ABTS(diammonium salt)、維生素 C(抗壞血酸)、蛋白質(zhì) Marker(10~180 kDa) 分析純,北京索萊寶生物科技有限公司;磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、氫氧化鈉、濃鹽酸、氯化鈉、三氯乙酸、鐵氰化鉀、甲醇、乙醇、石油醚等 國產(chǎn)分析純。
Infinite M200 PRO酶標(biāo)儀 瑞士TECAN公司;MS303S千分之一分析天平、AL204萬分之一分析天平、AB135-S十萬分之一分析天平、S220-KCN標(biāo)準(zhǔn)型pH計(jì) 梅特勒-托利多儀器有限公司;S82-2磁力攪拌器 上海志威電器有限公司;HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇市佳美儀器有限公司;PowerPacTMHC電泳儀 美國Bio-rad公司;iBright FL 1000凝膠成像儀 美國ThermoFisher公司;SCIENTZ-50F真空冷凍干燥機(jī) 寧波新芝凍干設(shè)備股份有限公司。
1.2.1 五味子脫脂粉的制備 參考文獻(xiàn)[25]的方法,將五味子浸泡24 h,去除果肉后,所得種子清洗干凈放入烘箱內(nèi)低溫烘干,粉碎過65目篩,按料液比1:5的比例加石油醚(沸程:60~90 ℃),室溫?cái)嚢杳撝?4 h,5000 r/min離心10 min得沉淀,待石油醚揮干后過80目篩,得五味子脫脂粉。
1.2.2 五味子蛋白分級提取 參考文獻(xiàn)[26?27]研究方法略作修改,采用Osborne法分級提取五味子蛋白,取揮干后的脫脂藥粉50 g,料液比1:20(w/v)對五味子中的蛋白質(zhì)進(jìn)行分級提取。
1.2.2.1 清蛋白提取 取50 g五味子脫脂粉于1500 mL的大燒杯中,加入1000 mL的蒸餾水,室溫?cái)嚢杞? h,6000 r/min離心10 min,過濾上清液。合并沉淀再次提取,操作條件與前者相同。合并兩次所得的上清液,透析48 h,每間隔1 h換水一次,真空冷凍干燥,即得五味子清蛋白。
1.2.2.2 球蛋白提取 將提取清蛋白后的沉淀用1000 mL 1 mol/L的NaC1溶液室溫?cái)嚢杞? h,6000 r/min離心10 min,過濾得上清液。合并沉淀后再重復(fù)提取一次,操作條件與前者相同。合并兩次所得的上清液,透析48 h,每間隔1 h換水一次,真空冷凍干燥,即得五味子球蛋白。
1.2.2.3 醇溶蛋白提取 將提取球蛋白后所得沉淀用1000 mL70%(v/v)乙醇提取,室溫條件下攪拌浸提2 h,6000 r/min離心10 min,過濾得上清液。合并沉淀后再次浸提,操作條件與前者相同。合并兩次所得的上清液,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮后冷凍干燥,即得五味子醇溶蛋白。
1.2.2.4 谷蛋白提取 將提取醇溶蛋白后的沉淀用1000 mL濃度為0.5 mol/L的NaOH溶液室溫?cái)嚢杞?,室溫條件下攪拌浸提取2 h,6000 r/min離心10 min,過濾得上清液。合并沉淀后再次浸提,操作條件與前者相同。合并兩次所得的上清液,透析48 h,每間隔1 h換水一次,真空冷凍干燥,即得五味子谷蛋白。
1.3.1 原料成分含量測定 水分含量測定:參照GB 5009.3-2016《食品中水分的測定》(直接干燥法);蛋白含量測定:參照GB 5009.5-2016《食品中蛋白質(zhì)的測定》(凱氏定氮法),考馬斯亮藍(lán)比色法;脂肪的測定:參照GB/T 5009.6-2006《食品中脂肪的測定》(索式抽提法);灰分的測定:參照GB 5009.4-2016《食品中灰分的測定》(質(zhì)量法)。
1.3.2 組分蛋白含量測定 采用考馬斯亮藍(lán)Bradford比色法測定蛋白質(zhì)含量。牛血清蛋白標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制:各取 0、10、20、30、40、50、60 μL 牛血清白蛋白標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 mg/mL),用 PBS 補(bǔ)足到 150 μL 后,加入2.85 mL考馬斯亮藍(lán)染液,混勻,室溫放置5 min,在可見-紫外分光光度計(jì)595 nm處測定吸光度值,以牛血清蛋白質(zhì)量(μg/mL)為橫坐標(biāo),吸光度(A)為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。稀釋后的樣品溶液用上述方法測定,由標(biāo)準(zhǔn)曲線求得其質(zhì)量濃度。根據(jù)回歸方程,計(jì)算4種組分蛋白質(zhì)的含量:

1.3.3 五味子組分蛋白SDA-PAGE電泳分析 參考 Laemmli[28]、葛環(huán)宇等[29]的方法,SDS-PAGE電泳法采用12%分離膠、5%濃縮膠對五味子組分蛋白進(jìn)行分析,將10 mg/mL的五味子組分蛋白提取液與樣品緩沖液(甘油2 mL,10% SDS 2 mL,溴酚藍(lán)0.25 mg,1 mol/L Tris溶液 2.5 mL,β-巰基乙醇 0.5 mL和蒸餾水3 mL)按1:1的體積比例混合,100 ℃煮沸5 min,冷卻至室溫,上樣量10 μL。開始電壓70 V,進(jìn)入分離膠后140 V,待指示劑遷移至膠前沿1~2 cm處停止電泳。電泳結(jié)束后用考馬斯亮藍(lán)R-250室溫?fù)u床染色2 h,脫色液脫色數(shù)次直至電泳條帶清晰,成像拍照。
1.3.4 體外抗氧化活性研究
1.3.4.1 羥基自由基(·OH)清除能力的測定 通過鄰二氮菲法測定對·OH的作用,樣品組取 1 mL 0.75 mmol/L鄰二氮菲溶液和2 mL0.2 mol/LPBS溶液(pH7.4)加入試管,隨后加入 0.1、0.5、1.0、1.5、2.0和2.5 mg/mL的各組分蛋白樣品溶液1 mL,混勻后加入1 mL 0.75 mmol/L FeSO4溶液,立即混勻,最后加入1 mL 0.025% H2O2溶液,混勻。Vc為陽性對照組,于37 ℃水浴反應(yīng)1 h后在536 nm波長處測其吸光度值,空白對照組以1 mL蒸餾水代替樣品溶液,樣品對照組以1 mL蒸餾水代替0.025%H2O2溶液,每組試樣做3次平行實(shí)驗(yàn)后取平均值,根據(jù)以下公式計(jì)算其清除率:

式中:A0為空白對照組吸光度;A1為樣品組吸光度;A2為樣品對照組吸光度。
1.3.4.2 DPPH自由基清除能力的測定 五味子各級組分蛋白通過清除DPPH自由基而導(dǎo)致吸光度的減少程度可以測得抗氧化能力。將五味子各級組分蛋白樣品水溶液2 mL加入到具塞試管中,分別在各試管中加入2 mL 0.04 mg/mL DPPH溶液,渦旋混勻。室溫避光反應(yīng)30 min,于517 nm處測定吸光度值,以2 mL 甲醇代替DPPH溶液作為樣品對照組,以2 mL蒸餾水代替樣品液作為空白對照組。以Vc為陽性對照組,每個(gè)處理試樣均做3次平行實(shí)驗(yàn),取平均值。通過以下公式計(jì)算其清除率:

式中:A0為空白對照組吸光度;A1為樣品組吸光度;A2為樣品對照組吸光度。
1.3.4.3 Fe3+還原能力的測定 參考文獻(xiàn)[30]的方法,取1 mL不同質(zhì)量濃度的五味子各級蛋白于具塞試管中,分別加入2.5 mL 0.2 mol/L磷酸緩沖溶液(pH6.6)和2.5 mL 1.0%鐵氰化鉀溶液,迅速混勻后于50 ℃水浴反應(yīng)20 min,冷卻,加入2.5 mL10%三氯乙酸,混勻,3000 r/min離心10 min,取上清2.5 mL,依次加入2.5 mL蒸餾水和0.5 mL 0.1%三氯化鐵,充分混勻,以蒸餾水做空白調(diào)零,在最大吸收波長700 nm下測其吸光度值,以2.5 mL蒸餾水代替樣品溶液作為樣品對照組,以Vc為陽性對照,每個(gè)樣品重復(fù)3次,取平均值。通過以下公式計(jì)算其還原能力:

式中:A1為樣品組吸光度;A2為樣品對照組吸光度。
1.3.4.4 ABTS自由基測定 參考文獻(xiàn)[31],稱取一定量的ABTS和過硫酸鉀,用去離子水配制成ABTS濃度為7.4 mmol/L,過硫酸鉀濃度為2.6 mmol/L的溶液,將5 mL ABTS儲備液與88 μL過硫酸鉀混勻作為工作液,室溫下避光靜置12~16 h,臨用前用0.01 mol/L pH7.4 PBS緩沖溶液稀釋至734 nm處吸光度值在0.7±0.2范圍內(nèi),測定其吸光度作為空白對照組。將0.2 mL ABTS工作液與10 μL不同濃度的五味子各級蛋白樣品溶液混勻,室溫下避光放置6 min,于波長734 nm處測定吸光度。ABTS自由基清除能力計(jì)算公式為:

式中:A0為空白對照組吸光度;A1為樣品組吸光度。
以上所有試驗(yàn)至少重復(fù)3次,數(shù)據(jù)采用Excel 2016和Origin 2019軟件進(jìn)行計(jì)算繪圖,結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差來表示。
根據(jù)表1顯示的測定結(jié)果,五味子種子中脂肪含量最多,其次是蛋白質(zhì),含量為7.82%左右,水分含量相對較少。

表1 五味子種子基本成分分析Table 1 Basic composition analysis of Schisandra chinensis seeds
以牛血清白蛋白濃度為橫坐標(biāo),吸光值為縱坐標(biāo),得到標(biāo)準(zhǔn)曲線方程Y=0.0167X+0.0476,R2=0.9965。結(jié)果表明,此方程具有良好的線性相關(guān)性。由圖1可知,五味子4種組分蛋白中谷蛋白相對含量最高,達(dá)48.39%,高于綠豆中谷蛋白含量,但清蛋白含量遠(yuǎn)低于綠豆[25],球蛋白含量次之(12.71%),醇溶蛋白含量最低,僅有1.75%。

圖1 五味子4種組分蛋白的百分含量Fig.1 Percentage of four components of Schisandra chinensis protein
SDS-PAGE常用于反映蛋白質(zhì)的分子量(MW)和組成。由圖2知,五味子總蛋白和組分蛋白亞基條帶區(qū)別顯著,總蛋白在15~70 kDa內(nèi)亞基條帶分布明顯,主要有8個(gè)亞基,分子量大致為13、16、17、32、37、45、48、65 kDa;清蛋白兩個(gè)亞基的分子量大致為18 kDa和46 kDa,球蛋白亞基分子量主要分布在15~25 kDa和35~55 kDa,6個(gè)亞基條帶明顯,分子量大致為 17、18、23、25、37、45 kDa;醇溶蛋白在此分子量內(nèi)未出現(xiàn)條帶;谷蛋白條帶背景較深,在10~40 kDa分子量范圍內(nèi)條帶也有分布,3個(gè)主要亞基分子量大致為16、18和32 kDa。

圖2 五味子總蛋白和不同組分蛋白SDS-PAGE結(jié)果Fig.2 SDS-PAGE results of total protein and different components of Schisandra chinensis
對五味子分離得到的4種組分蛋白進(jìn)行羥基自由基(·OH)、DPPH自由基、ABTS自由基清除率和Fe3+還原能力進(jìn)行研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下所示:
2.4.1 羥基自由基(·OH)清除率能力 ·OH是一種非常容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活潑自由基,在銅或鐵離子的存在的條件下,可由 O2?·和過氧化氫反應(yīng)形成?!H極易與氨基酸、蛋白質(zhì)、DNA等生物分子發(fā)生反應(yīng),也可引起脂質(zhì)過氧化反應(yīng)[32],·OH清除率大小可作為評價(jià)抗氧化活性的重要指標(biāo)。
由圖3可知,除總蛋白外,五味子各組分蛋白對·OH自由基的清除能力較弱,雖然各組分蛋白對·OH的清除能力具有濃度依賴性,即隨著濃度的增加,清除能力逐漸增強(qiáng),但是清除·OH 的能力依然低于總蛋白。Vc在1.0 mg/mL濃度時(shí)對·OH自由基的清除能力趨于平衡,清除率為接近95%。球蛋白和總蛋白在2 mg/mL時(shí)對羥基自由基的清除能力趨向于平緩。其中,五味子總蛋白清除能力最高可達(dá)59.78%,清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白清除率最高能達(dá)到5.99%、16.22%、24.24%和25.54%。因此,五味子中各組分蛋白和總蛋白對·OH清除能力大小為:總蛋白>谷蛋白>醇溶蛋白>球蛋白>清蛋白,表明除清蛋白外,五味子其它組分蛋白具有一定·OH自由基清除活性。

圖3 四種組分蛋白對羥基自由基的清除能力Fig.3 Hydroxyl radical scavenging ability of the four component proteins
2.4.2 DPPH自由基清除能力 DPPH自由基清除能力測定簡便、重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于評價(jià)各種天然化合物的自由基清除能力??寡趸瘎PPH自由基清除的作用被認(rèn)為是由于它們的氫化能力,當(dāng)DPPH遇到供氫物質(zhì)時(shí),自由基被清除,吸光度降低。
五味子各組分蛋白和總蛋白質(zhì)量濃度為0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mg/mL 的 DPPH 自由基清除率測定結(jié)果見圖4。由圖4可見,在測定濃度范圍內(nèi),4種組分對DPPH自由基的清除能力隨著樣品濃度的增大而增強(qiáng)。在樣品濃度為2 mg/mL時(shí),總蛋白和醇溶蛋白清除率趨向于平緩。在4種組分蛋中,醇溶蛋白的清除能力最高,當(dāng)濃度為2.5 mg/mL時(shí)最大值為92.38%,接近于Vc的清除能力。因此,五味子中總蛋白和各組分蛋白對DPPH自由基清除能力大小為:醇溶蛋白>總蛋白>清蛋白>谷蛋白>球蛋白,上述結(jié)果表明,五味子組分蛋白中清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白中可能含有大量供氫物質(zhì),能與自由基反應(yīng)生成更穩(wěn)定的產(chǎn)物,終止自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。表明五味子組分蛋白,尤其是醇溶蛋白,可作為一種很好的DPPH自由基清除劑。

圖4 四種組分蛋白對DPPH自由基的清除能力Fig.4 DPPH free radical scavenging ability of four component proteins
2.4.3 Fe3+還原能力 抗氧化劑使鐵氰化鉀被還原成亞鐵氰化鉀,F(xiàn)e3+與亞鐵氰化鉀可以發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生普魯士藍(lán),普魯士藍(lán)在700 nm處有強(qiáng)吸收峰,還原力與抗氧化劑的能力成一定正比例,所以吸光度值越大,產(chǎn)生的普魯士藍(lán)越多,說明其抗氧化能力越強(qiáng)。
由圖5可以看出,清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白中醇溶蛋白對Fe3+的還原能力最強(qiáng),且其還原能力隨蛋白濃度的增大而增大,球蛋白在濃度為2 mg/mL的吸光值為1.143,繼續(xù)增加濃度,曲線開始趨于平穩(wěn),總蛋白在濃度為0.5 mg/mL時(shí)吸光度已經(jīng)趨向于平緩。Vc對Fe3+還原能力的作用,隨著濃度的增大其還原能力不斷增強(qiáng)??梢钥闯?,F(xiàn)e3+還原力的作用效果中,醇溶蛋白還原能力最強(qiáng),總蛋白還原能力最弱。五味子中總蛋白和各組分蛋白對Fe3+還原能力大小為:醇溶蛋白>清蛋白>谷蛋白>球蛋白>總蛋白。

圖5 四種組分蛋白的總還原能力Fig.5 Total reducing power of four component proteins
2.4.4 清除ABTS自由基能力 ABTS法用于測定親水性和親脂性物質(zhì)的抗氧化能力。硫酸鉀可以催化ABTS生成穩(wěn)定的綠色自由基。生物活性物質(zhì)的抗氧化活性可以通過ABTS自由基清除率來評估[33]。
不同組分蛋白和總蛋白ABTS自由基清除能力如圖6所示,4種組分蛋白和總蛋白對ABTS自由基均具有一定的清除作用,且隨著濃度的增加,清除能力逐漸增強(qiáng)。清蛋白與醇溶蛋白清除效果相當(dāng),球蛋白與總蛋白的清除效果相當(dāng),其中谷蛋白對ABTS自由基的清除能力最優(yōu),在2.5 mg/mL濃度時(shí),其清除率已達(dá)89.20%,非常接近同濃度的Vc。表明五味子總蛋白和各組分蛋白中谷蛋白是非常優(yōu)良的ABTS自由基清除劑。

圖6 四種組分蛋白對ABTS自由基的清除能力Fig.6 ABTS free radical scavenging ability of the four component proteins
本研究以五味子為原料,采用Osborne分級提取法對五味子4種組分蛋白進(jìn)行分級提取后進(jìn)行SDS-PAGE凝膠電泳分析,并對其進(jìn)行體外抗氧化活性比較研究。SDS-PAGE凝膠電泳結(jié)果中清蛋白和球蛋白條帶分離清晰[34];醇溶蛋白在此分子量范圍內(nèi)沒有出現(xiàn)條帶,可能是由于醇溶蛋白采用70%(v/v)乙醇提取,所提取出的成分主要是低分子量的肽類成分;谷蛋白由于采用堿液提取,故背景比較深,其主要含有三個(gè)亞基,其分子量分布在15~20 kDa和30~40 kDa,這三個(gè)亞基也是組成總蛋白的三個(gè)主要亞基。
氧化應(yīng)激反應(yīng)對人體衰老和健康具有非常重大的影響,各種因素導(dǎo)致的過量自由基可以引發(fā)和加劇多種疾病,因此應(yīng)用抗氧化劑來維持人體健康具有廣泛的需求。近年來,諸多研究結(jié)果表明人工合成抗氧化劑副作用多,影響人體健康,對人體肝、脾、肺均會產(chǎn)生不利作用,甚至?xí)T發(fā)惡性腫瘤等疾病[35]。天然抗氧化劑成分毒性遠(yuǎn)低于人工合成的抗氧化劑。因此,天然抗氧化劑的研究受到研究者的青睞,尤其是中草藥提取物的抗氧化作用受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。而抗氧化劑其抗氧化作用方式主要為兩種,一種為直接抗氧化作用方式,另一種為通過還原能力達(dá)到抗氧化作用的方式。本文抗氧化活性比較研究結(jié)果表明,作為直接抗氧化作用方式的羥基自由基和DPPH自由基活性試驗(yàn)中,總蛋白較分級蛋白擁有較強(qiáng)的清除能力,表明五味子總蛋白在直接抗氧化作用方面具有良好的抗氧化活性;在通過還原力達(dá)到抗氧化作用的Fe3+還原能力的測定試驗(yàn)中,四種分級蛋白均較五味子總蛋白具有良好的還原能力,綜合比較上述兩種抗氧化方式的抗氧化活性檢測,四種分級蛋白中以谷蛋白較佳;本文通過ABTS自由基清除率的測定發(fā)現(xiàn),谷蛋白對ABTS自由基具有明顯的清除效果,在一定的濃度下其清除效果與Vc接近,同時(shí)四種分級蛋白含量測定表明谷蛋白含量最高,為48.39%,綜上表明在五味子組分蛋白中,谷蛋白會是一種具有良好前景的潛在抗氧化劑。
本文通過對五味子分級蛋白抗氧化活性的研究,初步闡明了四種分級蛋白的體外抗氧化活性,為五味子分級蛋白抗氧化作用進(jìn)一步研究奠定了一定的試驗(yàn)基礎(chǔ),為該植物蛋白的深入開發(fā)以及在健康食品中的應(yīng)用提供了理論數(shù)據(jù)。