中国池塘龟(Chinemys reevesii)蛋白质水解物的制备、纯化和功能性表征

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中华池塘龟(Chinese pond turtle,Chinemys reevesii)又名中华草龟,主要分布在中国、韩国、日本和其他亚洲部分地区。研究表明中华池塘龟具有较高的营养价值,在传统中医中认为中华龟具有延年益寿的功效,具有较高的研究价值。随着龟鳖养殖业的兴起,如何通过深度加工实现龟、鳖资源的综合利用并提高其商业价值是龟、鳖加工产业中亟待解决的问题。本论文以中华池塘龟为原料,通过研究表明,中华龟肉酶水解后所获得蛋白肽的功能性质得到改善,在抑制抗氧化、抗糖尿病活性方面显示出较大的潜力,为中国池塘龟的深度加工利用奠定了科学依据。主要研究内容与结果如下:首先,测定了中华龟肌肉、肝脏和硬壳的基本营养成分,并与推荐的每日营养摄入量(RDI)进行比较,还评估了肌肉、肝脏和硬壳的功能特性性能。分析结果表明,肌肉中蛋白质含量最高(74.97%干重),硬壳中灰分含量最高(49.66%干重),肝脏中脂肪含量最高(9.68%干重)。分析了31种矿物元素(4种宏观和27种微观,即钠、钾、钙、镁、铁、铝、铜、锌、铬、锰、硼、铅、硒、钼、钛、钒、钴、镍、钡等)。钠在硬壳中含量最高(25.86 g/100 g干重),而钴在肌肉和肝脏中含量最低(0.01mg/100 g干基)。肌肉中总必需氨基酸、游离必需氨基酸和维生素B6含量较高,分别为28.36 g/100 g干重、266.29 mg/100 g干重和14.47 mg/100 g湿重。肝脏中不饱和脂肪酸和维生素K含量较高,分别达到7.49 g/100 g干重和1.59 g/100 g湿重。硬壳中的总矿物质、羟脯氨酸和维生素B3含量最高(分别为48.10 g/100 g干重、2.18g/100 g干重和17.52 mg/100 g湿重)。样品之间的蛋白质分子量分布差异显著,在肝脏、肌肉和硬壳中最大百分比分别为87.34%(≤1000 Da),85.00%(≤1000 Da)和46.50%(≥10000 Da)。在不同p H条件下,中华鳖冻干粉肌肉、肝脏和硬壳的功能特性发生显著变化。在酸性条件下(p H 2.0),硬壳的溶解度最高(45.89%),其次是肌肉(21.29%);硬壳中乳化活性指数较高(90.22 m~2g-1;p H 4.0),而肌肉中乳化稳定性指数最高(89.93%,p H 6.0)。肌肉的持水能力和持油能力较高,分别为7.97和2.19 m L/g干重。结果还表明,100 g中华鳖对RDI有显著贡献。其次,通过第一部分的研究结果,发现肌肉中的蛋白质含量最高及具有较好的抗氧化活性。文献研究证明木瓜蛋白酶可以从水生生物蛋白中产生高质量的蛋白质水解物,但没有用于龟肌肉水解的报道。因此在本章节选择木瓜蛋白酶系统研究它对中华龟肉的水解效果。在最佳条件下(底物与缓冲液之比为1:1 w/v,酶与底物之比为5%w/w,p H值为6.0,温度为60℃,酶解时间为6 h),水解度(DH)最高为19.52%。在DH为19.52%时,蛋白质水解产物的最高产率为17.26%,蛋白质含量为76.63%。不同水解度的蛋白肽的总氨基酸含量均在96.77%以上。在DH为19.52%,当p H值为6.0的情况下,功能性质分别获得了极好的溶解性(95.56%)和乳化活性指数(108.76m~2g-1);在p H值为2.0时,发泡能力在DH 19.52%时最高,为100.0%。持水能力在DH 13.53%时最高,为4.38 g/g。抗氧化活性在DH 11.96%时表现出最强的羟基自由基清除活性(95.25%)、ABTS(84.88%)、DPPH(75.89%)、铁螯合(63.25%)和铜螯合(66.90%),而还原能力在DH 19.52%时最高,为0.88。第三,研究了碱性蛋白酶、风味蛋白酶、胰蛋白酶和菠萝蛋白酶等四种酶对肌肉的水解作用。研究了酶种类、酶/底物比和酶解时间的影响,评估了水解蛋白的功能特性、抗氧化、细胞毒性、和抗糖尿病活性(α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制)。得到木瓜蛋白酶水解物得率达到最高水平,为19.52%,但发现木瓜蛋白酶的抗氧化活性抑制IC50值和功能特性(持水、持油能力)的结果并不很好。水解产物的氨基酸组成测定显示谷氨酸、天冬氨酸、赖氨酸、羟脯氨酸和疏水氨基酸的含量较高。风味蛋白酶水解物的抗氧化活性最强,对DPPH、ABTS抑制率分别为68.32%、74.12%,FRAP值0.30。风味蛋白酶水解物具有最强的对α-葡萄糖苷酶抑制率为61.80%,以及最强的对HT-29细胞毒性抑制作用(82.26%)。胰蛋白酶水解物的羟自由基清除率最好(92.70%),菠萝蛋白酶对Fe2+金属螯合活性最强(63.29%)(p<0.05)。当使用菠萝蛋白酶时,得到了最高的α-淀粉酶抑制率(76.89%)。酶解使低分子量肽显著增加,可增强水解产物的功能特性。胰蛋白酶水解物的蛋白质溶解度在p H 1.0最高为98.72%,乳化活性指数在7.0时最高为182.81 m~2g-1。菠萝蛋白酶水解物在p H值为10时具有较高的乳化稳定性(97.58%)。碱性蛋白酶水解物的持水能力最好,为5.08 g/g,菠萝蛋白酶水解物的持油能力最高,为6.28 g/g。此外,扫描电子显微镜显示,与碱性蛋白酶相比,风味蛋白酶处理的球状结构更好。X射线衍射结果表明,风味蛋白酶水解产物的相对结晶度最高(37.53%),显示耐贮性最好。碱性蛋白酶水解产物的zeta电位最高(-28.23 m V)。此外,风味酶水解物的紫外线吸收率最低,也表明耐贮藏性最高。最后,通过综合比较第三部分的结果,发现使用风味蛋白酶可获得最高的水解度(28.70%)和相对最高的抗氧化活性,因此选择了风味酶水解产物进行进一步分离纯化得到了纯度较高的肽组分,并对其抗氧化活性进行了研究。将风味蛋白酶水解物用凝胶柱色谱法在Sephadex G-10上分离得到出三个组分(FH-1、FH-2和FH-3),FH-3、FH-2和FH-1流份中肽分子量小于150 Da的百分比分别为93.25%、85.22%和76.76%。通过对DPPH和ABTS的自由基清除能力来评估不同组分蛋白质的抗氧化活性。结果表明,对ABTS的IC50值分别为FH-3:0.42±0.01 mg/m L;FH-2:0.51±0.03mg/m L和FH-1:0.64±0.02 mg/m L,比风味酶蛋白水解物(IC50为0.91±0.01 mg/m L)具有更强的活性。对DPPH IC50值分别为FH-2:5.04±0.13 mg/m L;FH-3:5.43±0.11mg/m L和FH-1:5.77±0.20 mg/m L,比风味酶水解物(IC50为9.36±0.21 mg/m L)更好。结果表明,纯化的肽组份比蛋白质水解物具有更高的抗氧化活性。
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