高压处理促进胃蛋白酶酶解酪蛋白机制研究

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高压处理是肉品科学领域的一个研究热点。高压下酶促反应的调节是高压处理技术的新发展。猪胃蛋白酶是肉类加工过程中生产的重要副产物,并被广泛用于肉类蛋白酶解。研究表明高压处理对猪胃蛋白酶有激活和稳定效应,有望用于蛋白功能特性的改善和酶解效率的提高,但其机制尚未澄清。本课题拟在前期研究基础上,以猪胃蛋白酶为研究对象,首先优化蛋白酶水解反应最佳工艺条件;构建“酪蛋白-胃蛋白酶”水解体系,系统研究高压条件对蛋白酶酶学性质、次级结构和空间构象的影响,探讨其活性与理化性质变化之间的关系;并分析高压处理对酪蛋白水解程度及产物抗氧化活性的影响,阐明高静压下猪源胃蛋白酶催化酪蛋白产物的功能活性。以期为完善和发展食品高压加工理论,丰富现有食物蛋白酶解理论及乳源蛋白功能性生物活性肽的开发利用提供重要依据。本论文研究的主要内容及结果如下:1.酪蛋白水解酶选择及条件优化采用胃蛋白酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶、中性蛋白酶及碱性蛋白酶对酪蛋白进行酶解,以水解度(DH)为测定指标,确定胃蛋白酶为酪蛋白水解最佳用酶;选定水解温度、pH值、加酶量以及水解时间4个因素进行单因素实验,确定胃蛋白酶水解酪蛋白较佳水解条件:pH1.5左右,水解温度约55℃,酶用量1.5~2.5mg/mL,酶解时间6h以上;在此基础上,采用响应面法先建立数学模型,然后回归分析、模型评价,确定最佳酶解条件:pH1.3、加酶量1.75mg/mL、温度57℃,此时水解度为9.45%。2.高压处理影响胃蛋白酶活力内在机理以胃蛋白酶为压力处理对象,研究高压处理对胃蛋白酶酶活力影响的内在机制。测得100MPa,15min的高压处理使胃蛋白酶酶活力由16.50×104u提高到18.53×104u,提高12.30%。通过对高压处理的胃蛋白酶巯基、二硫键的测定及蛋白质三级结构(酶活性中心的基础)特征性指标疏水性与亚基组成的分析,发现:100MPa,15min压力处理改变蛋白酶结构次级键,致使胃蛋白酶37.0KDa、21.0KDa和15.0KDa亚基间发生转化,改变酶活性位点;GPC分析发现,50~100MPa压力处理10min左右对酶流体力学半径及特性粘度有重要影响,压力通过影响蛋白质亚基间水合相互作用,加大酶活性中心活性位点与基质接触的机率。3.高压处理对胃蛋白酶酶解特性的影响以胃蛋白酶为高压处理对象,测定该酶酶解酪蛋白水解度、氮存在形式及含量的变化,并通过分析酶解产物亚基组成及肽分子量分布,探究高压处理促进胃蛋白酶酶解酪蛋白的内在机理。结果表明:高压处理的胃蛋白酶酶解酪蛋白时,水解度与酶活力有相同变化趋势,均在100MPa,15min左右有较佳处理效果,水解度从8.32%提高到11.1%,提高了33.41%;且100MPa,15min压力处理使一些难溶疏水性肽向较易消化吸收的可溶性氮和氨基酸态氮转化,而可溶性氮转化量没有氨基氮的生成量大,致使肽基氮的含量减少;高压处理对酶解物亚基组成的影响不显著,酶解物分子量集中在500-2000Da,与酪蛋白25-35KDa的分子量相比,胃蛋白酶较高程度地水解了酪蛋白;酶解产物肽分子量分布分析发现,100MPa,15min的压力处理促使酶解产物中2000-3000Da的大肽段向100-2000及<500Da的小肽段转化。4.高压处理对酶解反应产物抗氧化活性的影响研究高压处理对胃蛋白酶水解酪蛋白特性及酶解产物抗氧化活性的影响。以水解度为测定指标,研究不同压力及保压时间对酪蛋白酶解特性的影响;通过测定酶解产物清除DPPH自由基、超氧阴离子自由基、羟基自由基效果以及还原力大小,研究不同压力及保压时间对酪蛋白酶解产物抗氧化活性的影响。结果表明:100~200MPa,10~20min压力处理下,胃蛋白酶、酪蛋白及二者同时经压力处理的水解度均得以显著提高(p<0.05);一定的压力处理(150MPa左右,10min)可显著改善(p<0.05)三者酶解产物清除DPPH自由基及羟基自由基的能力;高压处理下,胃蛋白酶、酪蛋白清除超氧阴离子自由基的能力分别在50MPa、10min,100MPa、5min时有较佳效果,酪蛋白与二者同时经压力处理的还原力分别在200MPa、15min,150MPa、15min时较好。且因压力处理方式及处理对象的不同,其酶解特性及产物抗氧化活性不尽相同。
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