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清酱肉多肽的抗氧化活性和氨基酸分析

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  摘 要:以清酱肉为研究对象,提取并通过超滤分离得到清酱肉多肽(分子质量<10 kDa),测定不同质量浓度多肽液对1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)自由基、羟自由基(·OH)的清除效果、Fe2+螯合能力和还原能力,分析清酱肉多肽的氨基酸组成。结果表明:当清酱肉多肽液的质量浓度为5 mg/mL时,其对·OH和DPPH自由基的清除率分别可达51.49%和57.50%,与相同质量浓度的谷胱甘肽(glutathione,GSH)相比差异显著(P<0.05);清酱肉多肽的Fe2+螯合能力随其质量浓度的增加而显著提高,当质量浓度为5 mg/mL时,其对Fe2+的螯合率可达50.97%;清酱肉多肽还具有一定的还原性。此外,清酱肉多肽液的氨基酸组成较为丰富,其中必需氨基酸含量为29.14%;与抗氧化活性相关的碱性、酸性及疏水性氨基酸的总量达到87.75%。综上所述,清酱肉多肽液具有一定的抗氧化能力及营养价值。
  关键词:清酱肉;多肽;抗氧化性;氨基酸分析
  中图分类号:TS251.1                                       文獻标志码:A 文章编号:1001-8123(2019)02-0019-06
  Abstract: In this experiment, peptides (molecular mass < 10 kDa) were extracted from pickled sauced meat and separated by ultrafiltration. Antioxidant activities of the peptides were evaluated by determining scavenging activities against 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) and hydroxyl radicals, Fe2+ chelating capacity and reducing power. Furthermore, the amino acid composition was analyzed. The results showed that the percentage scavenging of hydroxyl and DPPH radicals by the peptides at 5.0 mg/mL was 51.49% and 57.50%, respectively, highly significantly different from that by glutathione (GSH) at the same concentration (P < 0.05). The Fe2+ chelating capacity of the peptides was significantly concentration-dependently enhanced, and at a concentration of 5 mg/mL, the percentage chelating of Fe2+ was 50.97%. Also the peptides showed reducing power. In addition, the amino acid composition of the peptides was abundant, with essential amino acids accounting for 29.14% of the total amino acids. The content of antioxidant amino acids including acidic amino acid, basic amino acid and hydrophobic amino acid was as high as 87.75%. In summary, the peptides extracted from pickled sauced meat has antioxidant activity and nutritional value.
  自由基是一类具备极强氧化能力的含有未成对电子的原子或分子,通常相当不稳定且化学性质非常活泼[1-2],具有氧化生物分子的能力。研究发现,自由基的过度产生与很多病理过程相关,不仅会对蛋白质结构、脂质和碳水化合物等造成氧化损伤,还可能引发DNA变异,甚至造成组织器官的老化和疾病的发生[3]。目前,许多从食物蛋白中提取的多肽已被证实具有抗氧化活性,可以作为自由基清除剂和金属离子的螯合剂,保护细胞免受由活性氧引起的氧化损伤[4-5]。与合成抗氧化剂相比,这些生物活性肽通常分子质量较小、结构稳定、具有较高活性,并且易于吸收,没有潜在的健康风险[6]。肉类和肉制品是良好的抗氧化肽来源[7-9]。蛋白水解通常是肉制品成熟过程中产生的重要生物化学反应[10],在内源酶作用下蛋白质发生降解,促使许多小分子肽类和游离氨基酸生成[11-13]。这些生物活性肽的抗氧化特性在很大程度上取决于肽的性质,如分子质量、氨基酸组成及其序列[14-15]。Sun Weizheng等[16]通过超滤将不同干燥时期的广式腊肠多肽液分成2 种多肽组分(>5 kDa和<5 kDa),发现在干燥后期分子质量低于5 kD的肽液表现出较高的1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)自由基清除活性;并且发现Glu、Gly和Arg是组成多肽的重要氨基酸。   Zhu Chaozhi等[10]从金华火腿中分离纯化出的序列为GKFNV的小肽具有较高的抗氧化活性。陈好春等[17]将风味蛋白酶添加到腌腊鸡腿中,发现腌腊鸡腿蛋白多肽液具有较强的DPPH自由基清除能力。
  清酱肉是一类以五花猪肉为基本原料,用食盐、酱料等腌制后,通过风干等工艺加工制成的肉制品。一般产品表面色泽红亮、肉香扑鼻、具有独特的腌腊风味[18]。尽管现在已有一些关于干腌肉制品中天然抗氧化肽的研究报道,但主要针对从火腿中提取的生物活性肽,关于腊肉肽液的抗氧化性鲜有报道[19-20]。关于清酱肉中多肽抗氧化活性及氨基酸组成等方面的研究目前还没有相关报道。本研究通过超滤分离出清酱肉多肽(分子质量<10 kDa),并以相同质量浓度的谷胱甘肽(glutathione,GSH)为对照,探讨不同质量浓度多肽液的自由基清除能力、Fe2+螯合能力和还原能力,并解析其氨基酸构成,为今后清酱肉抗氧化肽的机理及结构研究提供一定的参考。
  1 材料与方法
  1.1 材料与试剂
  猪五花肉(猪腹部) 北京二商大红门肉类食品有限公司;加工原、辅料 北京食品科学研究院香辛料部。
  DPPH、GSH、邻二氮菲 美国Sigma公司;菲洛嗪(Ferrozine) 生工生物工程(上海)股份有限公司;铁氰化钾、三氯乙酸(trichloroacetic acid,TCA)、乙二胺四乙酸(elhylene diamine tetraacetic acid,EDTA)二钠盐、FeCl3、盐酸、苯酚 国药集团化学试剂(上海)有限公司。
  1.2 仪器与设备
  ME104分析天平 瑞士Mettler-Toledo公司;D-500匀浆机 德国Wiggens公司;N-1100D-WD旋转蒸发仪   日本Eyela器械株式会社;Sorvall LYNX-4000离心机、Evolution 220紫外-可见分光光度计 美国赛默飞世尔科技公司;LGJ-30D冻干机 北京四环科学仪器有限公司;Milli-Q Reference超纯水系统 美国Millipore公司;Vortex-5涡旋混合器 海门市Kylin-Bell仪器制造有限公司;Synergy H4酶标仪 美国BioTek仪器有限公司;L-8900氨基酸分析仪 日本Hitachi公司。
  1.3 方法
  1.3.1 清酱肉的加工工艺
  将精品猪五花肉解冻后修整成规格为3 cm×4 cm×30 cm的肉条;与白砂糖、食盐、味精等辅料充分混匀,在真空滚揉机中于4 ℃条件下共腌制12 h;将酱料、曲酒等辅料放入滚揉机中再继续辊揉12 h;之后将肉条放置于烟熏炉中,50 ℃烘干1 h;烘干后置于恒温恒湿箱(温度12 ℃、相对湿度45%)中风干成熟15 d,真空包装。
  1.3.2  清酱肉多肽的提取
  参考Zhang Siyu等[21]的方法。取清酱肉肉样,剔除脂肪,将瘦肉切碎、斩匀后准确称取25 g,加入100 mL磷酸盐缓冲液(0.2 mol/L,pH 7.2),冰浴匀浆(10 000 r/min,10 min);将匀浆液于4 ℃静置20 min后,4 ℃条件下离心(12 000 ×g、20 min);取上清液,首先滤掉上层漂浮的油脂,再加入3 倍体积的40%乙醇溶液,在4 ℃静置4 h后,再次于4 ℃条件下离心(12 000 ×g、20 min);取上清液真空抽滤,采用截留相对分子质量为10 kDa的超滤膜进行过滤,收集滤液真空冷冻干燥后即为多肽粉,-20 ℃保存备用。
  1.3.3 DPPH自由基清除率测定
  参考Wang Lusha[8]的方法。将清酱肉多肽配制成质量浓度为1、2、3、4、5 mg/mL的多肽液,以对应质量浓度的GSH溶液作為对照组。将DPPH自由基溶液(0.2 mmol/L,95%乙醇)与多肽液按体积比1∶1混合,摇匀,室温下静置30 min后于517 nm波长处测定吸光度,即为样品管吸光度。对照管为DPPH自由基溶液(0.2 mmol/L,95%乙醇)与去离子水按体积比1∶1混合,空白管为样品液与95%乙醇按体积比1∶1混合。DPPH自由基清除率按照公式(1)计算。
  1.3.4 ·OH清除率测定
  参考Li Yanhong等[22]的方法。将清酱肉多肽配制成质量浓度分别为1、2、3、4、5 mg/mL的多肽液,以对应质量浓度的GSH溶液作为对照组。取0.3 mL邻二氮菲溶液(5 mmol/L),加入0.2 mL磷酸盐缓冲液(0.2 mol/L、pH 7.4),充分混匀后,加入0.3 mL样品溶液和0.3 mL EDTA二钠盐(15 mmol/L),再次混匀,加入0.3 mL FeSO4溶液(5 mmol/L)及0.4 mL H2O2(0.1%),混匀后37 ℃保温1 h,测定其在536 nm波长处的吸光度,即为样品管吸光度(A样品)。以去离子水替代多肽液,其余操作同样品管,测得吸光度为A损伤。以去离子水代替H2O2,测得吸光度为A未损伤。·OH清除率按照公式(2)计算。
  1.3.5 Fe2+螯合能力测定
  参考Lee等[23]的方法。将清酱肉多肽配制成质量浓度为1、2、3、4、5 mg/mL的多肽液,以对应质量浓度的GSH溶液作为对照组。吸取1 mL多肽液于试管中,加入0.05 mL 2 mmol/L FeCl2,混匀后加入0.2 mL菲洛嗪(5 mmol/L)启动反应,振荡混匀,室温下静置10 min,测定562 nm波长处的吸光度。Fe2+螯合率按照公式(3)计算。
  1.3.6 还原能力测定
  参考蔡俊等[24]的方法。将清酱肉多肽配制成质量浓度为1、2、3、4、5 mg/mL的多肽液,以对应质量浓度的GSH溶液作为对照组。取1 mL多肽液、2 mL磷酸缓冲液(0.2 mol/L、pH 6.6)和2 mL铁氰化钾溶液(1 g/100 mL)混合,在恒温水浴锅中50 ℃放置20 min后迅速冷却;加入2 mL TCA(10 g/100 mL),充分混匀,4 000 r/min离心10 min;取2 mL上清液,加2 mL去离子水和0.4 mL三氯化铁溶液(0.1 g/100 mL),振荡混合均匀,静置15 min后,测定700 nm波长处的吸光度。   1.3.7 清酱肉多肽的的氨基酸组成分析
  称取一定质量的清酱肉多肽粉,用10 mL 6 mol/L的HCl溶解,加入4 滴苯酚,放入冷冻剂中冷冻5 min,重复抽真空-充入氮气3 次,在第3次充氮气时封口;已封口的水解管放入鼓风干燥箱内,在110 ℃条件下恒温水解22 h,之后取出冷却到室温;水解液经中速定性滤纸过滤,滤液在50 mL容量瓶中定容,取1 mL滤液于试管中,浓缩蒸干;最后,加入1 mL pH 2.2柠檬酸钠缓冲液充分溶解,混匀,0.22 μm滤膜过滤,然后用氨基酸分析仪进行测定分析。
  1.4 数据处理
  全部指标均测定3 个平行,最终数值记为平均值±标准差。实验数据采用Excel软件分析,用Origin 8.0软件整理数据和绘图,采用SPSS 22.0软件对数据进行单因素方差分析(analysis of variance,ANVOA)和Duncan’s多重比较。
  2 结果与分析
  2.1 清酱肉多肽对DPPH自由基的清除效果
  DPPH自由基是一种以氮原子为中心而稳定存在的自由基,其于517 nm波长处产生强烈的吸收。当抗氧化剂存在时,抗氧化物质具有提供电子与DPPH孤对电子配对而使其褪色的能力[25]。目前DPPH自由基清除率是一种考察抗氧化能力的重要评价方式,清除率越大,抗氧化性越强。
  由图1可知,当质量浓度在1.0~5.0 mg/mL时,清酱肉多肽对DPPH自由基的清除率随溶液质量浓度的增大而提高,且与GSH溶液均表现出一定的DPPH自由基清除能力。清酱肉多肽质量浓度为1.0 mg/mL时,其对DPPH自由基的清除率为35.01%,显著低于同质量浓度的GSH(P<0.05)。Zhang等[26]采用木瓜蛋白酶和糜蛋白酶水解大米蛋白,所得产物质量浓度为1.5 mg/mL时,其DPPH自由基清除活性分别为44.31%和35.26%。清酱肉多肽清除50% DPPH自由基时的质量浓度为2.85 mg/mL(半数抑制质量浓度(half maximal inhibitory concentration,IC50)值),虽显著低于同质量浓度的GSH(P<0.05),但是与诺邓火腿粗肽液基本相当[20]。
  DPPH自由基属于脂溶性自由基。分子质量低于5 kDa的短肽对DPPH自由基具有较好的清除作用,且肽链越长,清除率越低,这可能与短肽具有疏水作用有关[27]。清酱肉多肽所表现出的自由基清除效果可能与蛋白质降解过程中形成的短肽有关,从DPPH自由基清除活性评估中推断该多肽中可能存在一些由疏水性氨基酸组成的肽段。
  2.2 清酱肉多肽对·OH的清除效果
  OH是机体内活性最强的一类自由基,可與机体内不同种类的生物大分子发生作用,破坏其生物功能,威胁人体健康[28]。因此,·OH清除能力被认为是一个可以用来衡量抗氧化剂发挥抗氧化性能的重要指标。
  由图2可知,清酱肉多肽对·OH的清除具有剂量依赖性,当质量浓度逐渐增加时,清酱肉多肽的·OH清除能力也不断提高。质量浓度为5.0 mg/mL时,清酱肉多肽对·OH的清除率达51.49%,相比于GSH溶液降低27.80%,差异显著(P<0.05)。Saidi等[29]在用风味蛋白酶水解金枪鱼加工副产物的报道中指出,所得多肽液的·OH清除效果受肽的分子质量和氨基酸组成的影响,分子质量较低的肽,其·OH清除能力强于高分子质量肽,而一些芳香族氨基酸和疏水性氨基酸有助于增强多肽液的·OH清除能力。Ko等[30]从海洋小球藻中纯化的抗氧化肽清除·OH时的IC50为2.70 mg/mL。因此,可以推断清酱肉中含有一些抗氧化肽,可以将自由基转化为更加稳定的产物并终止自由基链反应。
  2.3 清酱肉多肽的Fe2+螯合能力
  过渡金属离子(Fe2+和Cu2+)能够作为自由基产生的媒介,促进活性氧的生成,如·OH和超氧阴离子自由基,从而对食品组分和人体健康造成较大威胁[31]。抗氧化剂可以对金属离子的催化活性造成影响,从而抑制其催化氧化的过程,因此Fe2+螯合能力被认为是衡量抗氧化能力的有效方法之一。
  由图3可知,当质量浓度逐渐增大时,清酱肉多肽的Fe2+螯合能力显著提高(P<0.05),从质量浓度为1 mg/mL时的11.01%提高到5 mg/mL时的50.97%,显著高于GSH(P<0.05)。与GSH相比,清酱肉多肽表现出更强的Fe2+螯合能力,这可能与清酱肉多肽中含有较多由中性和酸性氨基酸组成的肽段有关[10]。短肽中暴露的酸性氨基酸因带有游离羧基而具有螯合Fe2+的能力,从而抑制自由基的产生。
  2.4 清酱肉多肽的还原能力
  一定程度上,还原能力能够反映抗氧化剂提供电子的能力。抗氧化剂通常可以通过提供电子抑制活性氧的产生,实现清除自由基的效果。因此抗氧化剂提供电子能力的强弱可用于表示其抗氧化活性的强弱。在波长700 nm处的吸光度越大,还原能力就越强,抗氧化活性也就越强[32]。
  由图4可知,清酱肉多肽的还原能力随其质量浓度的增大呈现逐渐增加的趋势,在5 mg/mL时其还原能力达到最高,但始终显著低于GSH(P<0.05),这表明清酱肉多肽的抗氧化能力随质量浓度的增加而逐渐提高。刘文颖等[33]对大豆低聚肽体外抗氧化能力进行研究时发现,其还原能力与质量浓度呈正比,即随着质量浓度的增大,其还原能力会不断提高。清酱肉多肽的还原能力可能是由于一些肽段含有具备供氢能力的氨基酸残基。
  2.5 清酱肉多肽的氨基酸组成分析
  多肽的抗氧化性与其氨基酸构成有很大关系[16]。肽段中包含的酸性氨基酸(Glu、Asp)和碱性氨基酸(Arg、His、Lys)有助于抗氧化肽获得较好的金属离子螯合能力和自由基清除能力[34]。此外,含有一个或几个疏水性氨基酸(如Tyr、Ala、Met、Val、Phe、Ile、Leu和Pro)的肽链可以更好地存在于水-脂质界面处,以提高多肽的自由基清除能力[35]。Najafian等[36]用木瓜蛋白酶酶解巴丁鱼肌原纤维蛋白,提取到3 种抗氧化肽,其中FVNQPYLLYSVHMK的抗氧化活性最强,认为肽段中疏水性氨基酸残基Leu、Val、Phe对抗氧化能力贡献较大。   由表1可知,清酱肉多肽中必需氨基酸含量占总氨基酸含量的29.14%,这说明清酱肉多肽具有一定的营养价值。清酱肉多肽中酸性氨基酸和碱性氨基酸的含量分别占总氨基酸含量的31.58%和24.78%,疏水性氨基酸含量丰富,占总氨基酸含量的31.39%,这3 类具有抗氧化作用的氨基酸占总氨基酸含量的87.75%。结合体外抗氧化活性和氨基酸组成分析,清酱肉多肽中疏水性氨基酸的含量相对较高,这有利于清酱肉多肽中一些疏水性较强肽段的形成,故其表现出较好的DPPH自由基清除能力。此外,肽段所表现出的较强·OH清除能力可能与疏水性氨基酸和酸性氨基酸(如Glu)有关。由于多肽中酸性氨基酸和中性氨基酸的存在,其侧链含有的氨基和羧基可以与Fe2+螯合,进而起到抑制金属离子产生自由基的作用。清酱肉多肽肽段中的酸性氨基酸和碱性氨基酸可以作为供氢体和金属离子螯合剂,故有助于其还原能力的发挥[7]。因此,可以推断清酱肉多肽具有较强的抗氧化活性与其氨基酸组成密切相关,但是由于多肽的抗氧化性由氨基酸组成及其序列等因素共同决定,因此清酱肉多肽中生物活性肽的结构解析还需要进一步研究。
  3 结 论
  从清酱肉中提取并通过超滤分离得到清酱肉多肽(<10 kDa),通过4 种体外抗氧化实验对其自由基清除能力、Fe2+螯合能力和还原能力进行评价,并通过氨基酸组成分析其与抗氧化活性的关系。结果表明,从清酱肉中提取到的多肽类物质具有一定的抗氧化活性,其抗氧化能力随着多肽质量浓度的增大而提高,并具有一定的还原能力。此外,对清酱肉多肽进行氨基酸组成分析,确定其氨基酸组成,结果表明,与抗氧化活性有关的疏水性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸占氨基酸总量的87.75%,清酱肉的抗氧化能力与其氨基酸组成有关,并且清酱肉多肽还具有一定的营养价值。由于肽的抗氧化能力受分子质量、氨基酸组成、序列结构和疏水性等多种因素影响,故对清酱肉中活性肽的分离及鉴定还需进一步研究。
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