茍文來 劉 芳

江蘇大學食品與生物工程學院

梯度稀釋補料酶膜耦合反應制備牛奶蛋白ACE抑制肽的研究

茍文來 劉 芳

江蘇大學食品與生物工程學院

隨著現(xiàn)代人生活質(zhì)量的提升，不合理膳食導致國內(nèi)心血管疾病(尤其是高血壓)的發(fā)病率逐年升高。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)過多的血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(ACE)易引起血壓升高[1]。在目前人們發(fā)現(xiàn)和分離出的ACE抑制肽活性物質(zhì)中，乳源ACE有著安全性高、無毒和無副作用等優(yōu)點，由此引發(fā)研究者們的關(guān)注[2-3]。該文結(jié)合相關(guān)文獻報道，對牛奶蛋白ACE 抑制肽的酶膜耦合技術(shù)制備工藝及其優(yōu)缺點進行簡單綜述，并對其應用前景進行了展望。

ACE抑制肽；血壓調(diào)節(jié)；牛奶蛋白；酶膜耦合；制備工藝

目前研究所運用的酶膜耦合技術(shù)制備多肽的過程主要是在不補料、等濃度補料或補水的情況下進行，在一定程度上可以解決產(chǎn)物抑制效應和產(chǎn)物過度降解等問題，但是不能有效的提高生產(chǎn)效率和酶利用率，具有一定的局限性，對工業(yè)化生產(chǎn)的實際問題解決還存在不足之處[4]。新型酶膜耦合技術(shù)的工藝模型的開發(fā)可以為工業(yè)化生產(chǎn)帶來更多的經(jīng)濟效益。

1.酶膜耦合技術(shù)

1.1 酶膜耦合反應器

隨著膜技術(shù)的快速發(fā)展，酶膜反應器受到各國的廣泛關(guān)注。酶膜反應器利用膜兩側(cè)壓力差將產(chǎn)物及時排出，與酶促反應有機結(jié)合，是一種酶解反應與產(chǎn)品分離、純化相結(jié)合的新型膜分離技術(shù)[5-6]。從上世紀五十年代開始到現(xiàn)在，酶膜反應器被廣泛地應用于多個領(lǐng)域，包括食品領(lǐng)域。酶膜反應器的優(yōu)缺點兼并，其潛能還未完全開發(fā)利用，有待進一步的強化和發(fā)掘[7]。

1.2 酶膜耦合技術(shù)在國內(nèi)外研究進展

近二十年來，國內(nèi)外對酶膜耦合技術(shù)進行了大量的研究，文獻報道也日益增多。國內(nèi)學者有的介紹了酶膜耦合反應器的相關(guān)內(nèi)容，指出其在食品領(lǐng)域的應用前景；有的證明了酶膜耦合技術(shù)可以消除產(chǎn)物抑制作用，避免產(chǎn)物過度酶解。國外學者有的利用酶膜反應器連續(xù)水解大豆蛋白，制得小分子 ACE 抑制肽，并通過體外研究證明產(chǎn)品的穩(wěn)定性；有的用 35%的乳清蛋白和 10 kDa 的超濾膜進行酶膜耦合試驗，在最優(yōu)條件下該反應可穩(wěn)定運行 7 h。丁青芝、馬海樂等人研究了三種酶膜耦合模型制備活性多肽，即間歇式、連續(xù)補水和等濃度補料，結(jié)果表明三種反應模型都能提高生產(chǎn)效率，其中等濃度補料模式可顯著提高酶利用率和蛋白轉(zhuǎn)化率[8]。

2.三種補料模式介紹

2.1 梯度稀釋補料酶膜耦合反應試驗

梯度稀釋補料酶膜耦合反應，采取向反應器中連續(xù)補加濃度由高到低呈梯度稀釋狀態(tài)的底物溶液的補料方式[9]。試驗中要保證恒定在酶解反應的最適溫度范圍之內(nèi)，并實現(xiàn)酶解反應及產(chǎn)物分離，設(shè)置裝置使配料和補料自動化。

2.2 等濃度補料酶膜耦合反應試驗

等濃度補料酶膜耦合反應采用定值補料的方式進行試驗。補料時補加與原料濃度相同的溶液。補料時總流速為 14 mL/min，保證補料速度與出料速度相同，維持反應液面高度恒定。

2.3 先補料后補水酶膜耦合反應試驗

先補料后補水酶膜耦合反應采用定值補料的方式進行試驗，不同點在于酶膜耦合反應時間 300 min 內(nèi)，前半段時間只啟動兩泵之一向反應器中連續(xù)補加相同濃度的原料，同時維持液面恒定；后半段時間只啟動另一泵向反應器中連續(xù)補加水，同樣維持液面恒定。

2.4 三種補料模式效果比較

三種補料模式酶膜耦合反應的蛋白轉(zhuǎn)化率均隨時間變化而增加，其中梯度稀釋補料酶膜耦合反應模式蛋白轉(zhuǎn)化率最高，其次是先補料后補水酶膜耦合反應模式，而等濃度補料酶膜耦合反應模式蛋白轉(zhuǎn)化率最低。而且梯度稀釋補料酶膜耦合反應模式下的多肽得率最高。由此可見，梯度稀釋補料酶膜耦合反應，既克服了等濃度補料反應器內(nèi)濃度過高造成的物料浪費和膜污染嚴重等問題，又克服了先補料后補水生產(chǎn)的不穩(wěn)定性，極大地提高了酶解反應效率，為活性多肽的工業(yè)化生產(chǎn)提供了一種更為高效的方法[10]。

3.前景展望

在對不補料酶膜耦合單因素試驗進行優(yōu)化時，以后可考慮在不同壓力條件下膜通量及蛋白轉(zhuǎn)化率隨時間的變化，達到進一步優(yōu)化的目的；梯度稀釋補料酶膜耦合系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)可進行優(yōu)化，如加酶量、循環(huán)泵轉(zhuǎn)速、反應時間等因素以及考察其對酶解效率的影響，期望得到更為精確的技術(shù)參數(shù)。

[1] 沈小琴，李朝慧，羅永康.乳清蛋白酶解ACE抑制肽分離純化技術(shù)的研究[J].中國乳品工業(yè)，2005，33(11)：4-6.

[2]Fitzgerald R J， Meisel H.Milk protein-derived peptide inhibitors of angiotensin-I-converting enzyme[J].British Journal of Nutrition，2000，84：33-37.

[3]洪偉.酪蛋白中血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE)抑制肽的研究[D].蕪湖：安徽工程大學，2010.

[4]王中斌.酶解-膜分離耦合制備魚鱗膠原蛋白抗氧化肽的研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學，2010.

[5]董春華，何志敏.酶膜反應器的應用及展望[J].化學工程，2001，29(4)：25-27.

[6]Guadix A， Camacho F， Guadix E M.Production of whey protein hydrolysates with reduced allergenicity in a stable membrane reactor[J].Journal of Food Engineering， 2006，72(4)：398-405.

[7]李雪輝，王樂夫.新型反應器—酶膜反應器[J].天然氣化工：c1 化學與化工，2001， 26(2)：48-52.

[8]龔洋.梯度稀釋補料酶膜耦合反應制備牛奶蛋白.鎮(zhèn)江：江蘇大學，2016：2-3.

[9]姚喜梅.連續(xù)式酶膜耦合反應制備魔芋葡甘露寡糖[D].北京：中國農(nóng)業(yè)科學院，2011.

[10]馬海樂.梯度稀釋補料酶膜耦合反應及用于魚鱗膠原蛋白多肽制備[P].中國： 201010253292.1，2011-01-19.