亚麻籽粕蛋白多肽的制备及其抗氧化性

刘贵涛,权煜,饶欢,赵丹丹,赵霞,郝建雄,刘学强*

(河北科技大学食品与生物学院,河北 石家庄 050000)

摘 要:为探究亚麻籽粕蛋白多肽的制备工艺及其抗氧化性,该研究利用单因素试验和响应面试验优化亚麻籽粕蛋白多肽的酶解工艺,探究亚麻籽粕蛋白的最佳提取条件,并初步对制备的多肽进行抗氧化性研究。研究表明:酶解亚麻籽粕的最优工艺条件:酶用量6 000 U/g、酶解时间4.5 h、酶解温度60 ℃,在最佳酶解条件下得到亚麻籽粕多肽的水解度为(55.0±2.5)%。亚麻籽粕蛋白最佳提取条件:料液比1∶15(g/mL)、蛋白提取时间1.0 h、蛋白提取温度40 ℃、蛋白提取液pH 值为9,在此条件下得到的蛋白含量为(54.3±2.3)mg/mL。对酶解的多肽进行抗氧化性分析,以亚麻籽粕粗蛋白多肽为对比,亚麻籽粕蛋白多肽对DPPH 自由基清除率为(29.1±3.4)%、铁离子还原能力为(2.6±0.6)µmol FeSO4/mL、羟自由基清除率为(0.5±0.2)%。

关键词:亚麻籽粕;亚麻籽粕多肽;碱酶法;亚麻蛋白;抗氧化性

亚麻籽(Linum usitatissimum L.)又称胡麻,起源于中亚或地中海地区,后来传播到中国。亚麻籽广泛种植于西北和华北地区,含有油脂、维生素和蛋白质等营养成分,矿物质、亚麻籽胶、木酚素等非营养成分,以及植酸、胰蛋白酶抑制剂、氰苷等抗营养因子[1]。亚麻籽经冷榨油后得到的饼粕中蛋白质含量为(32.0~49.0)%,亚麻蛋白质中含有较多的支链氨基酸,还含有少量的芳香族氨基酸。其中缬氨酸、异亮氨酸等支链氨基酸具有较好的抗分解作用,有助于稳定蛋白质结构,防止蛋白质降解;支链氨基酸还可作为营养补充剂,对治疗烧伤、癌症和肝病引起的氨基酸不耐受和营养不良有良好效果[2]。亚麻籽粕被用作肥料、动物饲料或废物处理,造成自然资源的浪费。

由于亚麻蛋白具有良好的生理功能,特别是抗氧化活性肽能清除人体内多余的活性氧自由基,防止机体防御系统受损,维持正常的生长和新陈代谢,对这种废弃物进行高附加值产物的制备研究具有一定现实意义,成为学者们研究的热点[3]。张文敏等[4]通过使用3 种蛋白酶制备亚麻籽多肽并探究抗氧化性能,研究发现,酶解效果最好的为碱性蛋白酶,无论是多肽水解度还是其酶解的产物抗氧化性,均显著高于其他两种酶解的产物。蛋白酶的特异性会影响亚麻籽蛋白水解的多肽片段,分子量较低的多肽具有较强的自由基清除率。Wu 等[5]通过试验发现亚麻籽蛋白以及亚麻籽粕多肽具有很多生理活性,血管紧张素转换酶会将肾素在肺小球部位分解为提高血压的八肽,这种蛋白和多肽可有效抑制血管紧张素转换酶从而达到降低血压的目的。Han 等[6]研究表明蛋白酶水解获得的亚麻籽活性肽具有抗氧化、抗高血压、抗糖尿病的作用。

目前对酶解亚麻籽粕粗蛋白的研究较多,但是关于直接酶解亚麻籽粕产生多肽研究鲜见报道,为降低亚麻籽粕多肽制备成本,本研究选择直接对亚麻籽粕进行酶解,以期为后续亚麻籽粕深度研究,对亚麻籽粕多肽提取工艺的优化具有一定的借鉴意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

亚麻籽粕:市售;无水乙醇、氢氧化钠(均为分析纯):天津欧博凯化工有限公司;2,2-联苯基-1-苦基肼基(2,2-biphenyl-1-picrylhydrazino,DPPH)、考马斯亮蓝G-250、牛血清蛋白(bovine serum albumin,BSA)、碱性蛋白酶(200 U/mg):上海麦克林生化科技有限公司;铁离子还原能力测定试剂盒、羟自由基清除率测定试剂盒:江苏格锐思生物科技有限公司。

HWS-24 电热恒温水浴锅:上海一恒科学仪器有限公司;SpectraMax M2 酶标仪:美国Molecular Devices公司;HC-3018 高速离心机:安徽中科中佳科学仪器有限公司;JJ-666 磨粉机:绿建家居用品有限公司;RE-5205 旋转蒸发仪:上海亚荣生化仪器厂;CP114 电子天平、ST3100M 实验室多参数测定仪:奥豪斯仪器(常州)有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 酶解亚麻籽粕试验

参考文献[7]的方法并略作修改,将亚麻籽粕经磨粉机进行研磨,过60 目筛得到亚麻籽粕粉末,称取1.0 g 亚麻籽粕粉末,按照料液比为1∶25(g/mL)加入去离子水,结合碱性蛋白酶的酶解条件,确定酶解时酶解液的pH 值为9,分别在不同温度下恒温水浴不同时间,在酶解过程中每间隔1 h,用1 mol/L NaOH 或HCl溶液调节酶解液的pH 值,使其保持不变,酶解结束后立即沸水灭酶10 min,冷却至室温,将室温下的酶解液10 000 r/min 离心20 min,收集上清液,将上清液旋转蒸发后冷冻干燥。采用pH-stat 法测定亚麻籽粕水解度(degree of hydrolysis,DH),并结合DPPH 自由基清除率确定加酶量、酶解温度和酶解时间。

1.2.2 酶解亚麻籽粕单因素试验

称取1.0 g 亚麻籽粕粉末,按照1.2.1 的方法进行酶解。控制料液比为1∶25(g/mL)、pH 值为9、酶用量为5 000 U/g、酶解时间为3 h,探究酶解温度(20、30、40、50、60、70 ℃)对酶解亚麻籽粕水解度的影响;控制料液比为1∶25(g/mL)、pH 值为9、酶解温度为50 ℃、酶用量5 000 U/g,考察酶解时间(1、2、3、4、5、6 h)对酶解亚麻籽粕水解度的影响;控制料液比为1∶25(g/mL)、pH 值为9、酶解时间为3 h、酶解温度为50 ℃,考察酶用量(2 000、3 000、4 000、5 000、6 000、7 000、8 000、9 000、10 000 U/g)对酶解亚麻籽粕水解度的影响。

1.2.3 酶解亚麻籽粕响应面优化试验设计

依据单因素试验结果,应用Design-Expert 13 的Box-Behnken 模型进行响应面优化试验,选择酶解温度、酶解时间、酶用量3 个因素进行响应面设计,以亚麻籽粕多肽水解度为响应值,响应面试验因素与水平见表1。

表1 响应面试验因素与水平
Table 1 Factors and levels of response surface experiment

水平-1 0 1因素A 酶用量/(U/g)6 000 7 000 8 000 B 酶解温度/℃40 50 60 C 酶解时间/h 3 4 5

1.2.4 水解度与DPPH 自由基清除率测定

水解度的测定:采用pH-stat 法测定酶解亚麻籽粕产生多肽的水解度。当亚麻籽粕酶解时,需要加入碱液维持反应体系的pH 值不变,每1 h 需要滴加1 mol/L 的氢氧化钠溶液维持pH 值恒定。碱液的消耗量与被酶解的肽键数量成正比,按照消耗碱液的体积和浓度计算亚麻籽粕蛋白的水解度[8],其计算见公式(1)。

式中:D 为亚麻籽粕蛋白的水解度,%;CNaOH 为酶解过程中NaOH 的浓度,mol/L;VNaOH 为酶解过程中所消耗的标准NaOH 的体积,mL;MP 为底物蛋白质总质量,g;α 为氨基的平均解离度;Htot 为底物蛋白质中肽键总数,mmol/g。

DPPH 自由基清除率的测定:参考权煜等[9]的方法并做适当修改,精确称取7.89 mg DPPH 溶于无水乙醇中,用100 mL 容量瓶定容到100 mL,制成浓度为0.2 mmol/L 的DPPH-乙醇溶液。取亚麻籽粕酶解液2 mL,加入2 mL DPPH-乙醇溶液,摇匀并避光静置30 min,于517 nm 处测定吸光度A1;用无水乙醇代替DPPH-乙醇溶液作为空白对照,测定吸光度A2;按照下式公式计算DPPH 自由基清除率(Y,%)。

式中:A0 为无水乙醇+DPPH-乙醇溶液的吸光度;A1 为样品+DPPH-乙醇溶液的吸光度;A2 为样品+无水乙醇的吸光度。

1.2.5 亚麻籽粕蛋白提取

采用碱提酸沉法提取亚麻籽粕蛋白,试验参考文献[10]的方法并略作修改。取一定量的亚麻籽粕粉末,按一定量的料液比加入去离子水,用NaOH 调节pH值,在一定温度的恒温水浴中浸泡一定时间,将得到的浆液于8 000 r/min 离心10 min,取上清液用盐酸调节pH 值至4,以6 000 r/min 离心10 min,取沉淀物调节pH 值为7 后复溶,冷冻干燥得到亚麻籽蛋白粉。

1.2.6 蛋白提取单因素试验

称取1.0 g 过60 目亚麻籽粕粉末,按照1.2.5 的流程进行提取。控制料液比为1∶15(g/mL)、蛋白提取液pH 值为10、蛋白提取温度为40 ℃,考察蛋白提取时间(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h)对亚麻籽粕蛋白提取的影响;控制料液比为1∶15(g/mL)、蛋白提取温度为40 ℃、蛋白提取时间为1.0 h、探究蛋白提取液pH 值(8、9、10、11、12)对亚麻籽粕蛋白提取的影响;控制料液比为1∶15(g/mL)、蛋白提取液pH 值为10、蛋白提取时间为1.0 h,探究蛋白提取温度(30、40、50、60、70 ℃)对亚麻籽粕蛋白提取的影响;控制蛋白提取液pH 值为10、蛋白提取温度为40 ℃、蛋白提取时间为1.0 h,探究料液比[1∶9、1∶11、1∶13、1∶15、1∶17(g/mL)]对亚麻籽粕蛋白提取的影响。

1.2.7 蛋白提取正交优化试验设计

根据单因素试验结果,以蛋白提取时间、蛋白提取液pH 值、料液比、蛋白提取温度4 个因素,每个因素取3 个水平设计L9(34)正交试验[11]。每个处理取1.0 g亚麻籽粕粉末放入50 mL 试管中,按照正交条件提取蛋白质,提取方法参照1.2.5 的方法。正交试验因素与水平见表2。

表2 正交试验因素与水平
Table 2 Factors and levels of orthogonal experiment

水平123因素A 蛋白提取液pH 值9 10 11 B 蛋白提取时间/h 1.0 1.5 2.0 C 料液比/(g/mL)1∶11 1∶13 1∶15 D 蛋白提取温度/℃30 40 50

1.2.8 蛋白标准曲线测定方法

本试验采用考马斯亮蓝法测定蛋白含量,该方法精确度比较高,样品消耗量少,所用时间比较短,操作相对简单,可以准确简便地测定亚麻籽粕分离蛋白中的蛋白含量[12]。试验采用标准牛血清蛋白作为标准品,测得蛋白的标准曲线为y=0.014 5x+1.578 9,R2=0.998 2。

1.2.9 亚麻粗蛋白多肽制备

按照1.2.7 正交工艺优化最优条件提取亚麻粗蛋白,并取1.0 g 的亚麻粗蛋白,按照料液比为1∶25(g/mL)加入去离子水,结合碱性蛋白酶的酶解条件,确定酶解时酶解液的pH 值为9,添加0.03 g 的碱性蛋白酶200 U/mg,在60 ℃下酶解4.5 h,在酶解的过程中每间隔1 h,用1 mol/L NaOH 或HCl 溶液调节酶解液的pH 值,使其保持不变,酶解结束后立即沸水灭酶10 min,冷却至室温,将室温下的酶解液10 000 r/min 离心20 min,收集上清液,将上清液旋转蒸发后冷冻干燥。

1.2.10 亚麻籽粕多肽抗氧化性测定

根据酶解亚麻籽粕响应面结果分析,按照最佳的酶解工艺条件对亚麻籽粕进行酶解,以亚麻粗蛋白多肽为参照,将酶解亚麻籽粕所得到的多肽与酶解粗蛋白所得到的多肽对比,通过铁离子还原能力测定试剂盒的方法测定铁离子还原能力,通过羟自由基清除率测定试剂盒测定羟自由基清除率,以及参照1.2.4 的方法测定DPPH 自由基清除率。

1.3 数据处理

每组试验重复3 次,将所得的数据以平均值±标准差来表示。将所得的所有数据均采用SPSS 26 软件进行方差分析,显著差异检测限P<0.05,正交试验应用Origin 2021 软件对试验数据进行作图分析,响应面数据使用Design-Expert 13 软件进行分析与作图。

2 结果与分析

2.1 亚麻籽粕酶解单因素试验结果

亚麻籽粕酶解单因素试验结果见图1。

图1 单因素试验对水解度和DPPH 自由基清除率的影响
Fig.1 Effect of single factor test on hydrolysis degree and DPPH free radical scavenging rate

由图1A 可知,亚麻籽粕酶解的水解度随酶用量的增加而先增大后减小,在7 000 U/g 时水解度达到最高,为54.6%。酶用量的增加使亚麻籽粕多肽水解度升高,产生的亚麻多肽增加,随着酶用量的逐渐增加,蛋白酶能够与更多的底物亚麻籽粕进行结合,酶解反应速率也逐渐增大;若酶用量超过与底物完全反应的值之后,多余的酶无法与底物进行有效结合,因此酶促反应速率增加缓慢甚至降低[13]。故选取酶用量为6 000、7 000、8 000 U/g 的蛋白酶进行后续响应面试验。

由图1B 可知,亚麻籽粕酶解的水解度随酶解温度升高逐渐趋于较为缓慢升高,综合DPPH 自由基清除率和水解度来看,DPPH 自由基清除率在50 ℃时相对较好。随着温度的升高,蛋白酶逐渐达到酶促反应的最佳温度,同时增加了酶分子与底物的碰撞次数,酶分子的催化能力上升;当温度继续升高时,酶分子的三维空间结构受到破坏,蛋白酶的活性逐渐降低甚至失活,导致酶降解效果逐渐变差[14]。因此,选择40、50、60 ℃作为蛋白酶的酶解温度进行后续的响应面试验。

由图1C 可知,随着酶解时间的延长,水解度逐渐升高并趋于缓慢升高,再增加酶解反应时间,水解度变化不大。DPPH 自由基清除率随酶解时间的延长呈现逐渐下降的趋势,综合水解度以及DPPH 自由基清除率来看,最佳酶解时间为4 h。这可能是由于蛋白酶与亚麻籽粕底物接触之初反应较为剧烈,当反应一段时间后,亚麻籽粕蛋白的大部分氨基酸作用位点被切开成多肽,蛋白水解度增加较为缓慢[15]。因此,选择3、4、5 h 作为酶解亚麻籽粕时间进行后续的响应面试验。

2.2 亚麻籽粕酶解响应面结果分析

2.2.1 试验结果与方差分析

根据从单因素试验得出的最佳条件,对其进行包括3 组中心点试验在内的共17 组试验,以进行三因素三水平的响应面分析,具体结果见表3,方差分析见表4。

表3 响应面试验设计及结果
Table 3 Response surface experiment design and results

试验号1234567891 0 11 12 13 14 15 16 17 A 酶用量/(U/g)6 000 6 000 7 000 7 000 6 000 7 000 6 000 8 000 7 000 8 000 7 000 8 000 7 000 7 000 7 000 8 000 7 000 B 酶解温度/℃60 50 50 40 40 50 60 60 50 50 60 50 50 60 40 40 50 C 酶解时间/h 53434444435543544水解度/%51.7±2.5 49.4±0.0 42.3±2.5 44.7±0.0 47.0±2.5 56.4±0.0 39.9±5.0 51.7±2.5 58.8±2.5 51.7±0.0 49.4±2.5 42.3±2.5 54.1±5.0 51.7±2.5 47.0±2.5 49.4±2.5 47.0±0.0

表4 方差分析
Table 4 Analysis of variance

注:*表示影响显著(P<0.05);**表示影响极显著(P<0.01)。

来源模型A 酶用量B 酶解温度C 酶解时间AB AC BC A²B²C²残差失拟项纯误差总误差平方和389.69 11.05 176.72 99.40 5.52 22.09 5.52 2.09 67.20 2.09 17.67 0 17.67 407.37自由度91111111117341 6均方43.30 11.05 176.72 99.40 5.52 22.09 5.52 2.09 67.20 2.09 2.52 0 4.42 F 值17.15 4.38 70.00 39.37 2.19 8.75 2.19 0.83 26.62 0.83 0 P 值0.000 6 0.074 8<0.000 1 0.000 4 0.182 7 0.021 2 0.182 7 0.392 8 0.001 3 0.392 8 1.000 0显著性*********

运用Design-Expert 13 软件对所得数据进行多元回归拟合,将酶用量A、酶解温度B、酶解时间C 作为自变量,将酶解亚麻籽粕水解度作为响应值,回归方程为水解度=50.29-1.18A+4.7B+3.35C-1.17AB-2.35AC+1.18BC+0.705 0A2-3.99B2+0.705 0C2

由表4 可知,记录的模型F 值为17.15,意味着该模型对预处理的酶解亚麻多肽的水解度具有重要意义,P 值为0.000 6,表明该回归模型为极显著;失拟项F 值为0,P 值为1 且大于0.05,这表明纯误差导致的模型不拟合与水解度变化之间的差异不大,拟合效果良好。3 个因素对水亚麻多肽水解度的影响程度依次为酶解温度、酶解时间、酶用量。多项式的相关系数R2 的值为0.956 6,R2 的值意为观察到的响应值的变异性的度量,独立因素可以确定,表明亚麻多肽与变量单因素之间存在一定的线性关系[16];校正决定系数R2Adj的值为0.900 8,预测决定系数R2Pred 的值为0.932 2,这表明回归模型的选择是恰当的,具有良好的拟合度和预测能力[17];变异系数C.V.%=3.24<10,反映了试验值的高重现性和可靠性。精密度值大于4,说明模型具有良好的抗干扰能力[18-19]

2.2.2 响应面交互作用分析

根据回归方程,绘制图像。响应面的陡度反映各因素对亚麻多肽水解度的敏感程度,陡度越大代表各因素影响也越大。各因素对响应面交互作用见图2。

图2 各因素对响应面交互作用
Fig.2 Interaction of each factor on response surface

由图2 可知,3 个单因素均表现出一定坡度,说明3 个影响因素对亚麻多肽水解度的影响均较大。结合表4 可知,ABBC 的交互作用不显著,AC 的交互作用显著。此外,由于酶用量对水解度的影响不显著,所以图2(a)、图2(b)图形的酶用量面相对平缓。酶解时间和酶解温度具有显著性,在图2(c)中有所体现,水解度显著提高,图形陡峭走高,图形呈现非对称性。

2.2.3 响应面优化结果及验证

通过软件分析,得到亚麻籽粕酶解理论提取工艺条件为酶用量6 026 U/g、酶解温度59.99 ℃、酶解时间4.678 h,亚麻籽粕酶解最大水解度59.0%;但考虑到实际操作的可行性,将工艺调整为酶用量6 000 U/g、酶解温度60 ℃、酶解时间4.5 h,在该条件下重复酶解3 次亚麻籽粕,实际水解度为55.0%、57.5%、52.5%,相对标准偏差(relative standard deviation,RSD)为2.6%。结果表明,回归模型的可行性和准确性较高,利用响应面方法优化得到的最佳工艺参数与模型预测值相近,可用于指导实际生产[20]

2.3 蛋白提取单因素试验结果

蛋白提取单因素试验结果见图3。

图3 单因素试验对蛋白提取含量的影响
Fig.3 Effect of single factor test on protein extraction content

由图3A 可知,蛋白提取液pH 值为8~10 时,亚麻籽粕蛋白的提取物含量呈上升趋势。当蛋白提取液pH 值为10~12 时,亚麻籽粉蛋白质的提取物含量呈下降趋势。蛋白质在碱性环境中带负电荷,蛋白质分子之间相互排斥,在一定程度上增加了溶解度,从而提高了提取率。蛋白提取液pH 值为10 时,亚麻籽粉蛋白质的含量达到18.6 mg/mL。然而,当蛋白提取液pH值高于10 时,可能会引起非蛋白质杂质的溶解、氨基酸分解和蛋白质变性,导致亚麻籽粕蛋白质的提取率下降,这与一般植物蛋白质在不同pH 值下的溶解规律是一致的。较高的蛋白提取液pH 值会导致蛋白质发生不良反[21],从而使得蛋白质的提取含量降低,因此选择蛋白提取液pH 值为9、10、11 进行后续试验。

由图3B 可知,随着蛋白提取时间的延长,亚麻籽粕提取蛋白含量呈先升高后降低的趋势,前1.5 h 亚麻籽粕提取蛋白含量升高较为明显。当1.5 h 后亚麻籽粉的蛋白质提取含量呈下降趋势。这可能是因为亚麻籽粉蛋白质的溶解需要时间。在1.5 h 附近提取效果最好,继续延长时间,会有更多的溶剂渗透到细胞中,使细胞中的有效物质产生较强的渗透和扩散作用,加快溶质的转运速度[22]。其次,蛋白提取时间的延长会使得耗能增加,并对亚麻籽粕蛋白提取含量的增加无益[23]。因此选择蛋白提取时间为1.0、1.5、2.0 h 进行后续试验。

由图3C 可知,亚麻籽粕提取蛋白含量随着溶液体积的增加呈先升高后降低的趋势,增加溶液体积有利于降低液体的黏度,增加亚麻籽粕蛋白的溶出。当料液比达到1∶13(g/mL)时,如果继续改变溶液体积,则呈下降趋势。由于亚麻籽粕中含有亚麻籽胶多糖,当溶剂量在1∶9~1∶13(g/mL)时,亚麻籽粉蛋白质提取液的黏度过高,从而增加提取难度,当溶剂量增加时,更多的蛋白质能与提取液接触,从而提高亚麻籽粉蛋白质的提取含量;但当溶剂量逐渐增加时,提取率却逐渐降低,增加溶剂量并没有提高蛋白质的提取含量,反而造成成本浪费[24]。因此综合考虑,选择料液比1∶11、1∶13、1∶15(g/mL)进行后续试验。

由图3D 可知,随着蛋白提取温度的升高,亚麻籽粕蛋白质的提取物含量呈现先升高后下降的趋势,蛋白提取温度为40 ℃时提取率最高,40~70 ℃时呈现下降趋势,可能是由于蛋白提取温度过高引起蛋白质部分变性造成的,也可能是因为蛋白提取温度升高使亚麻籽胶的溶出率呈现上升趋势[25],而亚麻籽胶的溶出增加了提取液的黏度,从而阻碍蛋白溶出。因此蛋白提取温度选择30、40、50 ℃进行后续试验。

2.4 蛋白提取试验结果与方差分析

根据单因素试验得出的最佳条件,进行四因素三水平的正交试验分析。具体结果见表5,方差分析见表6。

表5 正交试验设计及结果
Table 5 Orthogonal experimental design and results

序号123456789K1 K2 K3 k1 k2 k3R A 蛋白提取液pH 值123123123 116.87 112.8 104.95 38.96 37.6 34.98 3.98 B 蛋白提取时间132321213 113.86 111.21 109.55 37.95 37.07 36.52 1.43 C 料液比111222333 103.55 108.77 122.3 34.52 36.26 40.77 6.25 D 蛋白提取温度123312231 106.51 118.19 108.92 35.50 39.40 36.31 3.90蛋白质含量/(mg/mL)35.39±1.16 36.49±1.88 31.67±0.42 36.83±1.08 34.89±1.89 37.05±1.03 44.65±1.16 41.42±1.31 36.23±1.49

表6 方差分析
Table 6 Analysis of variance

注:*表示影响显著(P<0.05);**表示影响极显著(P<0.01)。

方差来源ABCD误差总和方差24.474 9 3.150 5 62.430 2 25.351 4自由度222291 7均方差12.237 4 1.575 2 31.215 1 12.675 7 F 值7.768 6 19.816 0 8.046 8显著性*****

由表6 可知,因素C 和因素D 对亚麻籽蛋白提取有极显著差异,A 因素有显著差异,因此,影响亚麻籽粕蛋白提取的主要因素为料液比和蛋白提取温度,蛋白提取液pH 值次之。影响蛋白提取的各因素主次关系为C>A>D>B,即料液比>蛋白提取温度>蛋白提取液pH 值>蛋白提取时间;最佳组合工艺为A1B1C3D2,因此亚麻籽粕蛋白最优提取工艺条件:提取蛋白提取温度40 ℃,蛋白提取液pH 值为9,料液比1∶15(g/mL),蛋白提取时间1.0 h。在此最佳条件下进行3 次平行验证试验,得到亚麻籽粕蛋白含量分别为54.95、55.03、52.81 mg/mL。RSD=2.3%,试验误差较小。

2.5 酶解亚麻籽粕与粗蛋白多肽抗氧化性对比分析抗氧化性分析结果见表7。

表7 抗氧化性分析结果
Table 7 Analysis of antioxidant property

抗氧化性指标亚麻粗蛋白多肽亚麻籽粕多肽DPPH 自由基清除率/%38.52±2.87 29.11±3.43铁离子还原能力/(µmol FeSO4/mL)6.10±0.41 2.61±0.60羟自由基清除率/%1.02±0.03 0.49±0.18

由表7 可知,由酶解亚麻粗蛋白的多肽对DPPH自由基清除率、对铁离子还原能力、对羟基自由基清除效果均比直接酶解亚麻籽粕的效果好,可能是由于亚麻籽粕含有丰富的亚麻籽粕胶、致密的纤维和油脂,造成蛋白溶出减少[26],对酶解亚麻籽粕造成影响。

3 结论

经酶用量、酶解时间、酶解温度3 个因素的响应面优化试验,确定酶解亚麻籽粕的最优酶解条件:酶用量为6 000 U/g、酶解时间为4.5 h、酶解温度为60 ℃,在此条件下,亚麻籽粕的水解度为(55.0±2.5)%,RSD=2.6%。经蛋白提取温度、蛋白提取时间、料液比及蛋白提取液pH 值4 个因素的正交优化试验,确定亚麻籽粕蛋白的最优提取条件:料液比1∶15(g/mL)、蛋白提取时间1.0 h、蛋白提取温度40 ℃、蛋白提取液pH 值为9,在此条件下,亚麻籽粕蛋白含量为(54.3±2.3)mg/mL,RSD=2.3%。在酶解亚麻籽粕的最优条件下对亚麻籽粕和亚麻籽粕粗蛋白进行酶解,对二者的多肽进行抗氧化性分析,研究表明酶解亚麻籽粕产生的多肽对DPPH 自由基清除、铁离子还原、羟自由基清除效果不好,是由于亚麻籽粕中含有丰富的亚麻籽胶和致密的纤维等物质对亚麻蛋白的溶出造成了阻碍,使得酶解效果不好,可见由直接酶解亚麻籽粕来降低多肽的制备成本可行度并不是很高,本研究同时也对亚麻籽粕蛋白的提取也进行了工艺优化,这项研究的结果将为有效利用亚麻蛋白奠定基础,并为进一步开发和应用亚麻蛋白及其活性肽以及制备高抗氧化肽提供数据支撑。

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Preparation of Flaxseed Meal Peptides and Their Antioxidant Properties

LIU Guitao,QUAN Yu,RAO Huan,ZHAO Dandan,ZHAO Xia,HAO Jianxiong,LIU Xueqiang*
(College of Food Science and Biology,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang 050000,Hebei,China)

Abstract: To investigate flaxseed meal peptides′ preparation process and antioxidant properties,the enzymatic hydrolysis process of flaxseed meal peptides was optimized by single-factor and response surface experiments. Optimal extraction conditions for flaxseed meal protein were determined,and the antioxidant properties of the prepared peptides were preliminarily studied. The results showed that optimal enzymatic hydrolysis conditions for flaxseed meal were as follows:enzyme dosage of 6 000 U/g,time of 4.5 h,and temperature of 60 ℃.Under these conditions,the hydrolysis degree of flaxseed meal peptides was(55.0±2.5)%. Optimal extraction conditions for flaxseed meal protein were material-liquid ratio of 1∶15(g/mL),protein extraction time of 1.0 h,protein extraction temperature of 40 ℃,protein extraction solution of pH9,resulting in a protein content of(54.3±2.3)mg/mL. Antioxidant analysis of the enzymatically hydrolyzed peptides showed that the flaxseed meal peptides had a DPPH free radical scavenging rate of(29.1±3.4)%,ferric ion reducing capacity of(2.6±0.6)µmol FeSO4/mL,and hydroxyl radical scavenging rate of(0.5±0.2)%.

Key words: flaxseed meal;flaxseed meal peptide;alkaline enzyme method;flaxseed protein;antioxidant property

DOI: 10.12161/j.issn.1005-6521.2024.24.011

基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金项目(32201975);河北省自然科学基金青年基金项目(C2022208010);河北省高等学校科学技术研究项目(QN2022162)

作者简介: 刘贵涛(2002—),男(汉),本科在读,研究方向:食品科学与工程。

*通信作者: 刘学强(1993—),男(汉),博士,研究方向:农产品加工及贮藏工程。

引文格式:

刘贵涛,权煜,饶欢,等.亚麻籽粕蛋白多肽的制备及其抗氧化性[J].食品研究与开发,2024,45(24):84-91.

LIU Guitao,QUAN Yu,RAO Huan,et al. Preparation of Flaxseed Meal Peptides and Their Antioxidant Properties[J]. Food Research and Development,2024,45(24):84-91.

加工编辑:刘艳美

收稿日期:2024-05-21