罗非鱼皮胶原降解反应行为及肽钙螯合物制备研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:EchoChina
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罗非鱼加工过程中会产生大量的鱼皮,其含有大量的蛋白质,具有较高的利用价值。本文以罗非鱼新鲜鱼皮为原料提取胶原,采用酸热处理降解生成明胶化胶原,并开展了明胶化过程的系统研究;为解决含鱼明胶体系中胶原蛋白肽含量测定的诸多问题,对双缩脲法测定罗非鱼源胶原蛋白肽含量的方法进行了改良及应用评价;对一种来自于枯草芽孢杆菌的碱性胶原蛋白酶进行了分离纯化、酶学性质及结构模拟研究,并采用磺化聚苯乙烯(sulfonated polystyrene,SPS)纳米粒子固载胶原蛋白酶;以固定化酶水解罗非鱼皮明胶化胶原制备胶原蛋白肽为研究体系,基于蛋白质结构知识和3-D模型解析了多组分复杂体系的动态降解行为;以酶解得到的胶原蛋白肽为原料制备了肽钙螯合物,优化了螯合工艺,研究了螯合物的稳定性,并采用Caco-2细胞模型评价了螯合物体外促钙吸收作用。具体研究结果如下:(1)以罗非鱼新鲜鱼皮和鱼鳞为原料,通过纤维组织观察发现罗非鱼皮中主要为Ⅰ型胶原;采用单纯醋酸提取及胃蛋白酶辅助醋酸提取两种方法制得了鱼皮、鱼鳞酸溶性胶原(ASC)及酶促酸溶性胶原(PSC),对产物进行了系统表征及性质对比分析。结果表明:鱼皮ASC和PSC的纯度分别为85.69%、72.88%,鱼鳞ASC和PSC纯度分别为70.35%、73.92%;产物氨基酸组成中含量最多的是甘氨酸,分别为20.85%、21.01%、21.16%和19.21%,符合胶原蛋白的一级结构特征;鱼皮和鱼鳞ASC、PSC的紫外最大吸收分别在234 nm、222 nm、236 nm、226 nm处,符合胶原特征;鱼皮和鱼鳞ASC、PSC的热收缩温度分别约为89.0℃、81.3℃、74.0℃、70.7℃;FT-IR表明四种胶原产物皆保留了天然的三螺旋结构;高效凝胶色谱(GPC)测得鱼皮ASC和PSC、鱼鳞ASC和PSC的重均相对分子质量分别为139570 Da、20891 Da、131909 Da、20428 Da,从分子量大小及分布来看,鱼皮ASC最接近于天然胶原,在医用及保健食品领域具有更好的应用价值。(2)以罗非鱼皮酸溶性胶原(ASC)为原料,用酸法诱导其明胶化并用热水提取明胶。采用红外光谱、圆二色谱、SDS-PAGE电泳、DSC热稳定性分析对胶原明胶化过程进行研究。结果表明:不同酸处理时间后的明胶化胶原产物的红外光谱在1460~1230cm-1附近吸收峰的尖锐度明显降低,判定胶原三螺旋结构逐渐发生解旋;酸处理4 h时胶原明胶化程度较高,明胶提取率可达到77.41%;DSC与SDS-PAGE电泳分析结果显示,酸处理造成胶原三螺旋结构的解旋和高分子亚基的降解,酸处理的前4 h内这两个过程处于平衡阶段,4 h后以高分子亚基降解过程为主,因此,确定酸处理时间少于4 h可获得较高品质的明胶。(3)以罗非鱼皮胶原蛋白肽为对照品,改良双缩脲比色法测定肽含量的操作方法,探讨了本体系中显色络合物最大吸收波长、线性拟合度高的肽和三氯乙酸(TCA)浓度范围、p H;在最优条件下对标准曲线进行了重复性、精密度评价以及加样回收率的实验并进行了应用评价。结果显示,当胶原蛋白肽(标称分子量3 KDa)质量浓度在0.3~1.5mg/m L范围内,使用13%TCA,p H 12.5,在545 nm处检测,吸光值与肽质量浓度线性拟合好(R2=0.999);重复性和精密度试验得到RSD分别为1.86%和1.84%,加样回收率分别为113.9%、109.7%,RSD分别为1.39%、1.00%;线性范围宽、重复性好、准确度高。将本法应用于不同种类罗非鱼肽产品体系的检测,加样回收率相差小,偏差较小,说明本法简便、快捷,适用于罗非鱼源肽含量的检测。(4)对一种来自枯草芽孢杆菌的酶制剂进行了分离纯化、酶蛋白结构鉴定及酶学性质研究。结果表明,纯化工艺可使酶比活力提高到608.17 U/μg;其分子量约为31.0 KDa;质谱鉴定得到该酶的氨基酸序列并模拟得到1个蛋白质三维结构,推测该酶可能属于枯草杆菌蛋白酶家族成员。在鱼皮胶原蛋白水解体系中,酶最适反应温度为60℃,最适反应p H为7.4;在低于40℃下具有良好的热稳定性,在p H 5.0-7.0范围内具有良好的酸碱稳定性;米氏常数为88.22 mg/m L,催化效率为26.37 m L·mg-1·min-1;Al3+、Fe3+、Fe2+、Pb2+、Ba2+、Mg2+、Zn2+、Mn2+对酶有不同程度的抑制作用,巯基乙醇与乙二胺四乙酸(EDTA)能够使其酶活性下降至60%左右,乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸(EGTA)能够使该酶完全失活。采用SPS纳米球固载酶的最优条件为:SPS纳米球乳液与酶液的体积比为3:50(m L:m L)、固载温度为25℃、固载体系p H为4.5;在此条件下,胶原蛋白酶的固载率为73.48%,比活力为274.05 U/μg;固定化酶比活力约为游离酶比活力的53.74%。(5)为展现罗非鱼皮明胶化胶原在固定化碱性蛋白酶降解作用下的酶解行为及结果,基于高效凝胶色谱(GPC)和液质联用(HPLC-MS/MS)检测手段,结合生物信息学知识,运用计算机模拟及图像处理技术,绘制了可表征酶解反应过程动态特性的3-D图,拟合得到了酶解动力学方程,验算得知模型的平均相对误差为5.72%;以抗氧化能力作为评价依据,对水解180 min时的酶解物进行了质谱测序研究,鉴定得到10个片段,并采用Chem Draw19.0-Chem3D软件对肽片段分子结构进行了预测。(6)以标称分子量分别为1 KDa、3 KDa、5 KDa的罗非鱼皮胶原蛋白肽粉和无水氯化钙为原料,研究肽钙螯合物制备工艺的优化。采用响应面试验法优化螯合工艺条件结果表明,最优条件为p H7.00、温度40℃、肽钙质量比7:1、时间30.00 min,此条件下钙螯合率为39.5%±0.5%。对产物进行傅里叶红外光谱、扫描电镜和能谱表征分析以及稳定性评价,结果显示,钙离子被成功螯合;肽钙螯合物在高温下不稳定,温度越高钙结合量下降越快;在酸性环境下易于解离,酸性环境影响比碱性环境大;在与乳糖及氯化钠共存的环境中较为稳定;胃蛋白酶及胰蛋白酶会分解肽钙螯合物,且胰蛋白酶的影响作用比胃蛋白酶大;采用Caco-2单层细胞模型体外评价了肽钙螯合物对钙促转运的作用,发现螯合物浓度在3 mg/L以上时具有良好的促钙转运效果;当3 h时,7 mg/L肽钙螯合物对钙的促转运能力达到2.52μg/mg,促钙吸收率为41.04%,优于罗非鱼皮蛋白肽(Val-Gly-Leu-Pro-Asn-Ser-Arg)钙螯合物,弱于鳕鱼皮胶原蛋白肽(Ala-Gly-Pro-Ala-Gly-Pro-Arg)钙螯合物。
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