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本论文探讨了金属离子,超声波及茶多酚对菠萝蛋白酶活性,热稳定性的影响。采用圆二色谱分析了不同浓度及种类的金属离子、不同功率及处理时间的超声波和不同浓度的茶多酚对菠萝蛋白酶二级结构的影响,并研究了茶多酚-菠萝蛋白酶络合物的温度、pH值、Km值等。论文主要获得了以下结论:
1.Ca2+,Mg2+,Mn2+对菠萝蛋白酶的活性以促进作用为主。Ca2+浓度为2mmol/L时对酶活性促进作用最好,比原酶活性高出约6%,而低浓度(1mmol/L)和高浓度(5mmol/L)的Ca2+对菠萝蛋白酶的活性却有抑制作用。Mg2+浓度为4mmol/L时促进作用最好,菠萝蛋白酶酶活性升高4.15%,但浓度小于4mmol/L时,Mg2+对菠萝蛋白酶酶活性有抑制作用。Mn2+浓度为2mmol/L时对酶活性促进作用最明显,酶活性升高了7.17%,其他浓度的Mn2+使得菠萝蛋白酶活性增加了3%~6%。Zn2+对菠萝蛋白酶的活性仅有抑制作用,且无论其浓度为多少均表现出强抑制性,并随浓度的增大抑制作用越大。
2.金属离子对菠萝蛋白酶热稳定性的影响与其对菠萝蛋白酶活性的影响作用基本相同。Ca2+浓度除1 mmol/L外,其他浓度的Ca2+与菠萝蛋白酶作用后,酶的半衰期均有所延长,其中,Ca2+浓度为3mmol/L时菠萝蛋白酶的半衰期比原菠萝蛋白酶的半衰期增加了59.5%。Mg2+浓度为4mmol/L时半衰期比原菠萝蛋白酶的半衰期增加了20%。Mn2+浓度为1mmol/L时半衰期比原菠萝蛋白酶的半衰期增加了29%,这是Mn2+作用下最好的效果。Zn2+浓度为1mmol/L时半衰期比原菠萝蛋白酶的半衰期增加了8.5%,其他浓度都缩短了菠萝蛋白酶的半衰期。由半衰期比较可知,这四种金属离子中Ca2+对菠萝蛋白酶的热稳定性作用效果最好,而Zn2+作用效果最差。
3.由圆二色谱曲线发现,与无热处理的游离菠萝蛋白酶相比,热处理后的菠萝蛋白酶的α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲均有所变化。热处理均引起菠萝蛋白酶α-螺旋的减少,但减少程度随着Ca2+浓度的不同而不同。其中,浓度为3mmol/L、5mmol/L的Ca2+加入菠萝蛋白酶中,经热处理后,菠萝蛋白酶的α-螺旋由37.50%分别减少到25.80%和24.3%,而游离菠萝蛋白酶经热处理后α-螺旋由37.50%减少到25.1%。
4.超声波对菠萝蛋白酶的活性影响随着功率与处理时间的不同而有所变化。超声波处理功率为280W时,处理时间越长菠萝蛋白酶活性越低,且酶活性均比未处理的活性低,尤其是处理时间为35min时,菠萝蛋白酶活性仅为未处理活性的58.60%。当超声波处理功率为240W,处理时间为10min时,菠萝蛋白酶活性增加了19.05%。但随着处理时间的增加,超声波对菠萝蛋白酶的活性均产生抑制作用,尤其是超声波处理时间超过25min后,菠萝蛋白酶的活性均大幅度下降。
5.低功率和高功率的超声波处理对菠萝蛋白酶的热稳定性均基本没有作用。功率为160W和200W的超声波处理对菠萝蛋白酶的热稳定性作用明显,除作用时间为35min的情况外,这两个功率下用超声波处理5~25min的菠萝蛋白酶的热稳定性均比未处理的菠萝蛋白酶强。菠萝蛋白酶在160W下处理5min后的热稳定性最好,在60℃中保存120min后的酶活残留率为63.49%,比未处理菠萝蛋白酶的酶活残留率提高了约20%,而其他处理时间(10~25min)下的酶活残留率均比未处理酶的酶活残留率提高了约7%~14%。通过正交分析可知超声波处理功率相对于时间来说对热稳定性的影响占更主要地位。较好的因素水平是A1B3,即处理功率为200W,处理时间5min。并从示意图可以得到,菠萝蛋白酶的热稳定性随着超声波处理时间的增加而降低,随着功率的变化呈抛物线变化,当功率超过200W时,半衰期反倒缩短。
6.由圆二色谱曲线发现,与游离菠萝蛋白酶相比,菠萝蛋白酶在功率分别为200W及160W下处理5min后,经热处理后,菠萝蛋白酶的α-螺旋由37.50%分别减少到36%和30.7%,而游离菠萝蛋白酶经热处理后α-螺旋由37.50%减少到25.1%。
7.茶多酚-菠萝蛋白酶络合物的酶活随着茶多酚浓度的增加而变化。当茶多酚浓度为1.1%时,菠萝蛋白酶酶活最高,达到1.5×105U/g,酶活回收率最好,达到81.8%。茶多酚提取菠萝蛋白酶的得率并不是随着茶多酚的浓度升高而增加,当茶多酚浓度超过1.8%时,提取得率反而开始变小。随着茶多酚浓度的增加,茶多酚.菠萝蛋白酶络合物颜色随着茶多酚浓度的增加而加深,但1.8%以后的络合物颜色却降低。游离菠萝蛋白酶最适反应温度约45℃,最适pH7.1,而茶多酚-菠萝蛋白酶络合物最适温度无明显变化,最适pH变小偏酸,约6.6左右。菠萝蛋白酶与茶多酚络合后,菠萝蛋白酶的Km值稍微变小。
8.0.9%与1.1%浓度的茶多酚对菠萝蛋白酶的稳定性均有所加强。1.1%的茶多酚与菠萝蛋白酶的络合物在60℃下处理10min后活性反而增加,达到102.4%。当在60℃处理100min后,1.1%的茶多酚-菠萝蛋白酶络合物的活性残留率仍达到57%,而游离菠萝蛋白酶却只剩下49%。1.1%的茶多酚.菠萝蛋白酶络合物的半衰期为111.8min,比游离菠萝蛋白酶延长了约44min。
9.随着茶多酚含量的增加,菠萝蛋白酶中的巯基含量变化趋势与菠萝蛋白酶活性变化基本一致,当茶多酚浓度为1.1%时,巯基含量最高。与游离菠萝蛋白酶相比,在60℃中处理50min后,0.9%及1.1%浓度的茶多酚-菠萝蛋白酶经热处理后菠萝蛋白酶的α-螺旋由37.50%分别减少到26.8%和30%。由游离菠萝蛋白酶、0.9%与1.1%茶多酚-菠萝蛋白酶络合物在60℃中处理50min后的傅里叶红外光谱发现,三者在蛋白质各主要波数上都有典型的吸收,并且差异很小。
10.初步推断,随着酶热稳定性的降低,酶的二级结构中α-螺旋的含量显著降低,β-折叠的含量的变化没有一定的趋势,但是(α+β)的总的含量呈下降的趋势,Loop(β-转角和无规则卷曲)的总的含量是上升的趋势。