酶解蛋白帶來功能特性改善或釋放出具某種生理功能生物活性肽都與蛋白質水解程度具有很大關聯,即與水解度(DH)有關。目前測定蛋白質水解度方法有很多。但都依據以下原理哺~刀:通過滴定水解過程釋放質子數或利用游離氨基反應測定。常見方法有:TNBS(三硝基苯磺酸)法、OPA(鄰苯二甲醛)法、甲醛固定法、茚三酮比色法、TCA(三氯乙酸)法和pH-Stat等嚏。上述每種方法都有其各自優缺點和適用范圍,目前很少有比較它們準確性研究報道,因此本實驗根據WPI酶解條件和實驗室常用試劑和設備,選擇較為方便可行甲醛固定法、TNBS法和pH—Stat法進行比較,旨在評價哪種方法更適于WPI水解液水解度測定研究。
1材料與方法
1.1實驗材料與試劑
Alcalase2.4L堿性內切蛋白酶(2.4AU/g):丹麥Novo公司;Protamex復合蛋白酶(1.5AU/g):丹麥Novo公司:WPI(蛋白質量分數80.1%)、TNBS(三硝基苯磺酸):Sigma公司;L一亮氨酸標準品:沃爾森(西安)公司:甲醛溶液(37%,-一40%);其它試劑均為分析純級。
1.2主要儀器及設備
BS323S-電子天平:賽多利斯科學儀器(北京)有限公司;501A型超級恒溫器:上海實驗儀器廠有限公司;PB-10型精密酸度計:賽多利斯科學儀器(北京)有限公司;JBZ-14H型磁力攪拌器:上海大浦儀器有限公司;KDN--04C型數顯消化爐:上海洪紀儀器設備有限公司;KDN-04C型凱氏定氮儀:上海洪紀儀器設備有限公司;UV-2600系列紫外分光光度計:尤尼柯(上海)儀器有限公司。
1.3核桃蛋白酶解
WPI酶解工藝流程如下:
稱取一定量WPI,加無C02水配制成3%(w/v,以蛋白質計)底物濃度,90℃滅酶10min,冷卻至室溫后,調節至最適pH值,加入5%(w/v)酶,充分混勻,置于超級恒溫器中,調節溫度至55℃開始反應,酶解5h,間隔一定時間,定量移取,通過煮沸2min滅酶終止反應,10000rpm離心20re_in,取上清液測定水解度。
1.4TNBS法測定水解度
參考Adler-Nissenn0~123方法略作修改,酶解液0.125ml,加入含有lm1磷酸鹽緩沖液(0.2125mol/LNaH2P04加入0.2125mol/LNa2HP04中直至pH值為8.2±0.02)小管中,再加入1ml0.1%(w/v)TNBS,在避光條件下,放入50℃恒溫水浴鍋中,振蕩反應60min后取出,室溫冷卻20min,再加入2ml0.1mol/LHCI終止反應,稍微振蕩一下,在340nm波長處測定吸光度。標準曲線繪制采用L一亮氨酸作標準品,在0---,40mmol/L范圍內繪制。DH計算公式如(1)所示:
式中:Am為蛋白水解前氨基氮含量,(rnmoL/g蛋白);AN2為蛋白水解后氨基氮含量(mmoL/g蛋白);N口b為蛋白底物中肽鍵氮含量(mmoL/g蛋白),即蛋白氮。
1.5pH—Stat法測定水解度
pH—Stat法主要是基于蛋白質水解過程中,總伴隨質子釋放或吸收n3~1鍆,質子化多少,依賴于溶液pH,通過加入用于維持體系pH的堿或酸量,直接計算水解度。DH計算公式如(2)所示:
式中:B為NaOH標準溶液體積,(m1):Nb為NaOH標準溶液濃度,(mol/L);Q為氨基離解度;M。為底物中蛋白質總含量,(g);Htot為底物蛋白質肽鍵總數,(mmol/g),本文核桃蛋白Htot值是8.0mmol/g。
1.6甲醛滴定法測定水解度
取水解滅酶后8.0ml酶解液,置于200ml燒杯中,加入60IIll無C02水,開動磁力攪拌器,加少量堿液調節pH為8.20,再加入10Ⅱll中性甲醛溶液,用0.5mol/LNaOH標準溶液調節體系pH值至9.20,記錄消耗NaOH標準溶液體積為V(m1)。
同時取未酶解相同濃度蛋白質溶液8.0ml,按上述方法作空白試驗,記錄消耗NaOH標準溶液體積為vo(m1)。DH計算公式如(3)所示:
式中:C為NaOH標準溶液濃度,(mol/L);V為酶解液消耗NaOH標準溶液體積,(m1);V0為空白液消耗NaOH標準溶液體積,(m1);0.014為氮毫克當量;N為底物樣品總氮含量,(g)。
2結果與討論
2.1L-亮氨酸標準曲線
按1.4方法選用L_亮氨酸作標準品,TNBS顯色后測定吸光度,繪制標準曲線,見圖1。由圖l可看出,游離氨基質量濃度與吸光度呈線性關系,線性方程為:r--o.1208x+0.0555,R2=o.9917,換算成Jd心關系為C=8.278A-o.459(mmol/L)
2.2三種方法測定結果
2.2.1Alcalase2.4L酶解WPI測定結果
本實驗在一定酶解條件下,即3%核桃蛋白溶液(w/v)、加入5%(w/v)Alcalase2.4L、調節pH值為8.0、溫度為55℃,間隔不同酶解時間后,移取酶解液分別進行水解度測定。測定水解度時甲醛滴定法和TNBS法都是基于對游離氨基酸進行定量,預期兩種方法測定水解度比較接近,但數據顯示并不接近。由圖2可看出,在采用Alcalase2.4L酶解核桃分離蛋白時,pH—Stat法和TNBS法測定值接近,方差分析結果表明,TNBS法僅比pH—Stat法平均低0.4%。而甲醛滴定法比兩者稍低,這是因脯氨酸與甲醛作用后,生成不穩定化合物,導致滴定結果偏低。
因此采用甲醛滴定法測定富含脯氨酸原料,其結果偏低;采用甲醛滴定法測定微弱水解物水解度時,誤差較大。核桃蛋白質含有一定量脯氨酸(4.29%)n卯,脯氨酸與甲醛反應生成不穩定化合物,導致測定結果偏低;而TNBS法并未有此現象,這就解釋TNBS法測定結果與pH—Stat法基本一致,而甲醛滴定法偏低結果。
2.2.2Protamex酶解WPI測定結果
核桃分離蛋白酶解因目標物是短肽,所以應盡量避免使用外切蛋白酶。根據文獻相關報道,本實驗除采用水解度較高Alcalase2.4L(內切蛋白酶)外,還根據目標物生理活性,選用Protamex(內切和外切肽酶復合體)進行酶解。加入5%Protamex、調節pH值為7.0、溫度為50℃,經不同酶解時間后,取酶解液分別進行水解度測定。
由圖3可知,與Alcalase2.4L酶解不同的是,用Protamex酶解時,甲醛滴定法與pH-Stat法接近,均低于TNBS法;方差分析結果表明,TNBS法測定結果與另兩法差異顯著(P<0.05)。甲醛滴定法偏低原因在2.2.1已予解釋;而pH-Stat法測定值偏低是由于其水解度計算與l/a有關,而Ct與溫度、pH值及氨基解離度(pK)有關,計算公式如(4)式:
在Protamex酶解條件下,若溫度和pH值都不變,a僅取決于pK值,由于游離氨基酸、二肽和三肽氨基基團pK值比多肽稍高¨們,采用Protamex水解時,由于含部分外切酶,所以酶解產物含有較多游離氨基酸和二肽、三肽,故在用pH-Stat法測定水解度時I/a偏低就導致計算水解度降低。在用Alcalase2.4L進行酶解時,由于是內切肽酶,游離氨基酸和二肽、三肽很可能會相對降低,這意味在水解過程中I/0【值變化可忽略不計,pH-Stat法測得值應較精確,
3結論
pH—Stat法被證實是一種簡單、快速測定WPI水解液水解度方法,可重復性高,通常被用于水解度連續測定。然而該法在研究中需用其它方法加以校正,且所測得水解度值精確度依賴于所使用酶種類;當使用富含外切蛋白酶時,pH—Stat法所測水解度值低于預期值。甲醛滴定法也是一種較為常用測定WPI水解度方法;但因WPI富含脯氨酸,與甲醛生成不穩定產物,使測定值偏低,所以測定核桃分離蛋白時,甲醛滴定法精確度較低。TNBS法被證實也是一種較好測定WPI水解度方法,非常靈敏,且不受酶特異性影響;但由于需要較長反應時間和冷卻步驟,所以,不能實時反應水解過程水解度。
但值得一提的是,酶解WPI獲取多肽主要目標物是短肽,使用的酶大多為內切蛋白酶:所以,采用pH—Stat法測定WPI水解液水解度時所得值應較為準確