李 蘇，陳昌威，付靖雯，張夢雪，李志偉，陳 洋，葉靜靜，盤賽昆，b，c，d，2

(1.江蘇海洋大學(xué) a.食品科學(xué)與工程學(xué)院; b.江蘇省海洋生物技術(shù)重點實驗室；c.江蘇省海洋生物資源與環(huán)境重點實驗室；d.江蘇省海洋生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 連云港 222005；2.江蘇省海洋資源開發(fā)研究院，江蘇 連云港 222005)

滸苔(Enteromorphaspp.)為綠藻門(Chlorophyta)、石莼目(Ulvales)、石莼科(Ulvaceae)的一類大型經(jīng)濟綠藻，藻體呈綠色，由單層細胞組成[1-2]。滸苔不具有毒性，但大量繁殖易爆發(fā)綠潮，影響水體及海洋生物，破壞海洋生態(tài)系統(tǒng)[3]。滸苔營養(yǎng)物質(zhì)豐富，粗多糖含量高達35%～50%，具有抗癌、抗氧化、免疫調(diào)節(jié)、降血脂等多種生物活性，是一種天然的營養(yǎng)食品原料[4-5]。

多糖降解的主要方法有物理降解法、化學(xué)降解法和酶解法。物理降解法和化學(xué)降解法能夠?qū)⒍嗵墙到鉃楣烟?，但也會對糖鏈基團結(jié)構(gòu)造成破壞；酶解法是當前降解植物多糖的主要方法，酶解法適用范圍廣且安全，成本較低，無副作用，對環(huán)境不會造成污染，生產(chǎn)過程易控制，產(chǎn)物得率較高，糖的結(jié)構(gòu)保存較為完整[6-7]。酶法降解條件溫和, 可避免硫酸基團的脫落, 能獲得真正的苷元[8]。Yu等[9]通過酶解法降解海參褐藻分離出4種寡糖；李銀停[10]對壇紫菜多糖進行酶解，得到具有潛在降低膽固醇功能活性的低聚糖。

目前，國內(nèi)外對滸苔多糖酶解物的研究主要集中在制備、結(jié)構(gòu)、抗氧化等方面[11-13]，對條滸苔多糖酶解物降血脂活性研究較少。本文研究了一種適合條滸苔多糖降解成具有降血脂功能活性的酶解物的制備工藝，以還原糖生成量、?；悄懰徕c吸附性和甘氨膽酸鈉吸附性為指標，通過單因素試驗確定多糖酶解最適條件，采用響應(yīng)面試驗優(yōu)化酶解條件，以期為條滸苔多糖酶解物的開發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

條滸苔采自浙江舟山，用潔凈海水清洗，自然風(fēng)干備用。纖維素酶(5×104U/g)、果膠酶(6×104U/g)、糖化酶(1×105U/g)，河南萬邦化工科技有限公司；胰蛋白酶(2.5×105U/g)、胃蛋白酶(3×106U/g)，北京索萊寶科技有限公司；甘氨膽酸鈉、牛磺膽酸鈉(純度97%)，上海麥克林生化科技有限公司。其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與主要設(shè)備

ZNC-701超微粉碎機，北京興時利和發(fā)展有限公司；GZ98-Ⅲ超聲破碎儀，無錫罡正科技有限公司；CMD2000/4型濕法超微粉碎機，切可(上海)機械設(shè)備有限公司；SP-754紫外分光光度計，上海光譜儀器有限公司；冷凍干燥機，鄭州宏朗儀器設(shè)備有限公司。

1.3 原料前處理工藝優(yōu)化

將干條滸苔進行粗粉碎，按照料液比1∶20溶于水中，采用超聲輔助破碎(500 W，50 min)，酶法提取(纖維素酶添加量為質(zhì)量分數(shù)5%、酶解時間6.5 h)，濕法超微粉碎(40 Hz，30 min)的不同組合方式對條滸苔溶液進行多糖提取，篩選出超聲波粉碎法、濕法超微粉碎和酶法聯(lián)合提取條滸苔多糖最優(yōu)的提取工藝。前處理工藝方案見表1。

表1 條滸苔多糖提取前處理工藝方案

1.4 多糖提取工藝流程

1.5 篩酶試驗

取2.5 g條滸苔粗多糖溶于500 mL乙酸-乙酸鈉緩沖液(pH=3.5)，配制成5 mg/mL樣液。取0.02 g果膠酶溶于乙酸-乙酸鈉緩沖液(pH=3.5)、0.012 g糖化酶溶于乙酸-乙酸鈉緩沖液(pH=4.5)、0.024 g纖維素酶溶于乙酸-乙酸鈉緩沖液(pH=4.8)，分別定容至100 mL，配制成12 U/mL酶溶液。取樣液50 mL、酶溶液10 mL各自保溫15 min，混勻，于50 ℃反應(yīng)，沸水浴滅酶。

1.6 條滸苔低聚糖制備

參考文獻[14]精確稱取1.0 g條滸苔多糖溶于100 mL蒸餾水，配制成10 mg/mL多糖溶液。按“1.5”方法篩選出最適酶并酶解多糖，酶解結(jié)束立即煮沸10 min滅酶，冷卻，用孔徑大小為300 Da規(guī)格的透析袋裝入酶解多糖溶液，透析除鹽。透析液冷凍干燥得降解條滸苔多糖，冷藏儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.6.1 酶解工藝優(yōu)化 參考文獻[15]以還原糖生成量、?；悄懰徕c和甘氨膽酸鈉吸附性為指標，考察底物質(zhì)量濃度、酶解時間、酶解溫度、pH、酶添加量對條滸苔多糖酶解的影響。試驗設(shè)計為：配制100 mL條滸苔多糖溶液，在纖維素酶初始酶添加量12 U/mL、底物質(zhì)量濃度10 mg/mL、酶解溫度50 ℃、初始pH為7、酶解時間3 h條件下分別研究不同酶添加量(6，12，18，24，30 U/mL)，底物質(zhì)量濃度(2,6,10,14,18 mg/mL)，酶解溫度(45，50，55，60，65 ℃)，pH(5，6，7，8，9)和酶解時間(1，2，3，4，5 h)的影響，每組試驗重復(fù)3次。

1.6.2 響應(yīng)面試驗設(shè)計 利用Design-Expert 8.0.6的Box-Behnekn試驗設(shè)計原理進行響應(yīng)面優(yōu)化試驗。根據(jù)單因素方差分析的試驗結(jié)果，確定最優(yōu)酶解工藝，以還原糖生成量為指標，選擇酶添加量、酶解溫度、pH、酶解時間設(shè)計四因素三水平試驗方案。因素設(shè)計和水平見表2。

表2 響應(yīng)面試驗因素與水平

1.7 指標測定

1.7.1 粗多糖含量測定 參考文獻[16]并略作改動，采用平板稱質(zhì)量法測定不同前處理工藝的多糖質(zhì)量，根據(jù)公式(1)計算多糖得率。

(1)

1.7.2 還原糖生成量測定 采用DNS比色法[17]測定還原糖含量。吸取反應(yīng)液1 mL，加入3 mL DNS試劑，混勻，沸水浴加熱10 min，冰浴冷卻，定容至25 mL，搖勻，490 nm處測定吸光度，根據(jù)葡萄糖標準曲線計算還原糖生成量。

1.7.3 膽酸鹽標準曲線的制作 參照文獻[18]的方法并略作修改，分別制作?；悄懰徕c和甘氨膽酸鈉的標準曲線。配制濃度為0，0.03，0.06，0.12，0.18，0.24，0.30 mmol/L的甘氨膽酸鈉溶液和濃度為0，0.05，0.10，0.15，0.20，0.25，0.30 mmol/L的牛磺膽酸鈉溶液。取不同濃度的標準溶液2 mL分別置于不同的25 mL具塞比色管中，每只試管分別加6 mL質(zhì)量分數(shù)60%的H2SO4溶液，70 ℃水浴15 min，取出冰浴5 min，387 nm處測定吸光度。以膽酸鹽濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標，分別制作?；悄懰徕c和甘氨膽酸鈉標準曲線。

1.7.4 膽酸鹽結(jié)合試驗 參照文獻[19]的方法并略作修改，分別以不同的酶添加量、底物質(zhì)量濃度、酶解溫度、pH及酶解時間，吸取5 mL經(jīng)透析除鹽、凍干復(fù)溶后的條滸苔多糖溶液置于兩個100 mL三角瓶中，每個三角瓶分別加3 mL 10 mg/mL的胃蛋白酶溶液和1 mL 0.01 mol/L的HCl溶液，37 ℃恒溫振蕩器內(nèi)振蕩1 h(模擬胃消化環(huán)境)。隨后用0.1 mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至6.3，加4 mL 10 mg/mL的胰蛋白酶溶液，37 ℃下恒溫振蕩器內(nèi)振蕩1 h(模擬腸道環(huán)境)。一份三角瓶加4 mL 0.4 mmol/L的?；悄懰徕c，另一份三角瓶加4 mL 0.4 mmol/L的甘氨膽酸鈉，37 ℃恒溫振蕩器內(nèi)振蕩1 h，取出，5 000 r/min離心15 min，取上清液，387 nm處測吸光度，重復(fù)3次，按照各自標準曲線計算甘氨膽酸鈉和牛磺膽酸鈉剩余量。加入的甘氨膽酸鈉和?；悄懰徕c總量與剩余量差值為吸附量。根據(jù)公式(2)和(3)分別計算?；悄懰徕c和甘氨膽酸鈉吸附率。

(2)

式中：C0為?；悄懰徕c加入量，μmol；C1為?；悄懰徕c剩余量，μmol。

(3)

式中：C2為甘氨膽酸鈉加入量，μmol；C3為甘氨膽酸鈉剩余量，μmol。

1.8 統(tǒng)計分析

采用IBM SPSS Statistics 23軟件對試驗結(jié)果進行處理，采用Excel和Origin 2018軟件繪圖，采用Design-Expert 8.0.6軟件進行響應(yīng)面參數(shù)優(yōu)化及方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 三法聯(lián)用提取多糖工藝

6種前處理工藝對條滸苔多糖得率的影響均不相同(見圖1)。組合B(超聲輔助酶法之后進行濕法超微粉碎)的條滸苔多糖得率最高，為(7.88±0.51)%；組合F(濕法超微粉碎之后進行超聲輔助酶法)的條滸苔多糖得率為(7.70±0.56)%。原因可能是超聲波破碎產(chǎn)生的空洞效應(yīng)和振動使條滸苔緊密結(jié)合的細胞壁成分之間的關(guān)聯(lián)受到破壞，然后加纖維素酶分解細胞壁結(jié)構(gòu)，最后進行濕法超微粉碎，破壞了細胞壁結(jié)構(gòu)，提高了多糖溶出的含量[20]。

圖1 不同前處理工藝對條滸苔多糖得率的影響

2.2 不同酶降解條滸苔多糖結(jié)果比較

不同酶對條滸苔多糖降解效率的影響見圖2。

圖2 不同酶對條滸苔多糖降解效率的影響

纖維素酶的酶解效果明顯高于果膠酶和糖化酶，三者還原糖生成量分別為(45.92±1.62)mg/mL，(16.25±1.29)mg/mL，(37.40±1.24)mg/mL。因此選用纖維素酶作為條滸苔多糖的水解酶，結(jié)合本試驗最優(yōu)前處理和酶解工藝對條滸苔多糖進行酶解，酶解產(chǎn)物用于體外降血脂研究。目前研究表明，專一性水解酶和非專一性水解酶為降解多糖的主要水解酶[20]，且主要以內(nèi)切方式進行，糖化酶可水解α-1，4和少量的α-1，6糖苷鍵，果膠酶可以切斷α-1，4糖苷鍵，纖維素酶可以水解β-1，4糖苷鍵。條滸苔細胞壁由部分纖維素構(gòu)成，它由葡萄糖經(jīng)過β-1，4糖苷鍵連接而成[21]，其多糖的糖苷鍵類型主要有β-1，4和少量的α-1，4等[22]。試驗結(jié)果表明，纖維素酶對條滸苔多糖的降解效果優(yōu)于果膠酶和糖化酶。

2.3 單因素試驗

2.3.1 標準曲線 按“1.7.2”方法繪制葡萄糖標準曲線，以葡萄糖濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標，回歸方程為：Y=0.797 7X+0.036 7，R2=0.991 9，線性關(guān)系良好。

按“1.7.3”方法繪制牛磺膽酸鈉標準曲線，以?；悄懰徕c濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標，回歸方程為：Y=1.252 1X+0.007 5，R2=0.998 5，線性關(guān)系良好。

按“1.7.3”方法繪制甘氨膽酸鈉標準曲線，以甘氨膽酸鈉濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標，回歸方程為：Y=1.894 8X+0.007 4，R2=0.991 7，線性關(guān)系良好。

2.3.2 酶添加量的影響 酶添加量對條滸苔多糖降解效率的影響如圖3所示。

圖3 酶添加量對條滸苔多糖降解效率的影響

當酶添加量小于12 U/mL時，還原糖生成量、牛磺膽酸鈉吸附率和甘氨膽酸鈉吸附率都隨著酶添加量的增加而上升，當酶添加量達到12 U/mL時，還原糖生成量、?；悄懰徕c和甘氨膽酸鈉吸附率都達到最高值，此時還原糖生成量為(70.69±0.67)mg/mL，?；悄懰徕c的吸附率為(42.50±0.73)%，甘氨膽酸鈉吸附率為(47.80±0.71)%,高于海帶和壇紫菜多糖酶解產(chǎn)物對膽酸鹽的吸附能力[10,23]。之后，較高的酶濃度會使多糖過度水解，生成活性較差的酶解物，導(dǎo)致還原糖生成量、?；悄懰徕c和甘氨膽酸鈉吸附率下降[24]。

2.3.3 酶解溫度的影響 酶解溫度對條滸苔多糖降解效率的影響如圖4所示。

圖4 酶解溫度對條滸苔多糖降解效率的影響

由圖4可知，隨酶解溫度的升高，還原糖生成量及?；悄懰徕c和膽酸鹽鈉吸附率均呈先上升后下降趨勢。當溫度為50 ℃時，還原糖生成量及?；悄懰徕c和甘氨膽酸鈉吸附率均達到最高，分別為(70.94±0.94)mg/mL，(40.31±0.87)%和(46.88±0.83)%。溫度超過50 ℃后，還原糖生成量、?；悄懰峒{和甘氨膽酸鈉吸附率均呈下降趨勢。原因可能是溫度過高導(dǎo)致酶的次級鍵斷裂，造成蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而降低酶解效率[25]，大分子多糖降解為生物活性更高的小分子糖的效率下降，糖的活性降低，降低了膽酸鹽的吸附能力[26]。

2.3.4 pH的影響 pH對條滸苔多糖降解效率的影響如圖5所示。

圖5 pH對條滸苔多糖降解效率的影響

pH=7時,還原糖生成量及牛磺膽酸鈉和甘氨膽酸鈉吸附率都達到最大值，分別為(72.16±0.81)mg/mL，(37.92±1.03)%和(50.42±0.77)%。pH對酶活中心必需基團解離程度有一定影響，pH過高或者過低都會抑制酶的活性，從而影響滸苔多糖降解效率[27]。pH=7條件下，還原糖生成量達到最高，?；悄懰徕c和甘氨膽酸鈉屬于結(jié)合膽酸鹽，此條件下兩種膽酸鹽側(cè)鏈末端的磺酸基和羧基離子化程度高，更利于活性基團暴露和還原糖的結(jié)合[28]。

2.3.5 酶解時間的影響 酶解時間對條滸苔多糖降解效率的影響如圖6所示。

圖6 酶解時間對條滸苔多糖降解效率的影響

酶解時間在1～3 h，還原糖生成量和膽酸鹽吸附率呈上升趨勢；3 h時還原糖生成量及?；悄懰徕c和甘氨膽酸鈉吸附率分別為(66.10±0.63)mg/mL，(39.27±0.57)%和(47.35±0.78)%，均為最高值；3 h后均呈平緩趨勢，原因可能是隨酶解時間的延長，產(chǎn)物增加，底物中糖苷鍵與酶的作用減少[29]。

2.3.6 底物質(zhì)量濃度的影響 底物質(zhì)量濃度對條滸苔多糖降解效率的影響如圖7所示。

圖7 底物質(zhì)量濃度對條滸苔多糖降解效率的影響

隨著底物質(zhì)量濃度的增加，到10 mg/mL時，還原糖生成量及?；悄懰徕c吸附率和甘氨膽酸鈉吸附率達到最高，分別為(69.86±0.81)mg/mL，(39.87±0.52)%和(49.23±0.70)%，之后趨于平緩，可能是由于隨著底物濃度的增加，酶中心分子達到飽和狀態(tài)[30]。

2.3.7 響應(yīng)面試驗 通過單因素試驗結(jié)果的方差分析，篩選出對指標有顯著影響的因素。為確定最優(yōu)工藝，固定底物質(zhì)量濃度為10 mg/mL，選擇酶添加量、酶解溫度、pH和酶解時間4個因素，采用Design-Expert 8.0.6的Box-Behnekn試驗設(shè)計原理進行試驗設(shè)計，結(jié)果見表3。

表3 響應(yīng)面試驗設(shè)計和結(jié)果

利用Design-Expert 8.0.6軟件對試驗數(shù)據(jù)進行二次多項式回歸擬合，得到還原糖生成量與各因素二次回歸方程模型為

Y1=70.61-0.30A-0.29B-0.18C+0.38D+1.13AB-1.39AC+1.43AD-1.58BC-0.85BD-0.26CD-2.75A2-2.56B2-3.13C2-1.88D2。

回歸模型系數(shù)R2=0.984 5，P<0.000 1，模型極顯著。校正系數(shù)RAdj2=0.969 0，說明該模型可以解釋96.90%的響應(yīng)值變化，各變量與響應(yīng)值之間的關(guān)系可以用該方程來印證。從表4可知，失擬項P=0.932 9，失擬項不顯著，說明還原糖生成量的實際值與預(yù)測值較擬合，實驗誤差小，能夠較好地表述本試驗結(jié)果。對回歸模型進行顯著性檢驗，一次項pH對還原糖生成量的影響不顯著，時間A和溫度B對還原糖生成量的影響為顯著，加酶量D對還原糖生成量有極顯著影響；二次項對還原糖生成量的影響均為極顯著；交互項除了CD對還原糖生成量的影響不顯著，其余均為極顯著。根據(jù)F值可知，各因素排序為：加酶量(D)>時間(A)>溫度(B)>pH(C)。

表4 還原糖生成量試驗方差分析

固定4個因素其中之一，考察其他3個因素兩兩交互作用對條滸苔多糖酶解效果的影響。并根據(jù)回歸方程繪制如圖8所示響應(yīng)面及等高線圖。

a 酶解時間和酶解溫度交互作用曲線

由圖8a可知，酶解時間和酶解溫度曲面都較陡，表明兩者對還原糖生成量均有顯著影響。由圖8b等高線圖可知，酶解時間在3 h內(nèi)和酶解溫度在45～51 ℃之間時，等高線較為平緩，其數(shù)值變化對還原糖生成量影響較??；而酶解時間在3 h及酶解溫度在51 ℃后，等高線比較陡峭，說明因素數(shù)值的變化對還原糖生成量影響較大，P<0.01。由此可知，酶解時間和酶解溫度之間交互作用顯著。

由圖8c可知，還原糖生成量在酶解時間和pH上升呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，曲面較陡，作用極顯著。圖8d所示等高線呈橢圓，在酶解時間和pH數(shù)值較小的情況下，等高線較為陡峭，說明酶解時間和pH兩者交互作用較強，P<0.01，影響較顯著。

由圖8e、圖8f可知，若固定pH和酶解溫度不變，還原糖生成量隨著酶解時間和加酶量的增加而先上升后下降，且酶解時間和加酶量曲面均較陡；等高線呈橢圓形，且隨著時間的增加，等高線越密集，表明酶解時間的變化對還原糖生成量影響較大，P<0.01，酶解時間和加酶量之間的交互作用對響應(yīng)值影響較顯著。

分析圖8g可知，酶解溫度和pH數(shù)值較小時的曲面較陡，對還原糖生成量影響表現(xiàn)十分顯著。從圖8h等高線圖可以看出，酶解溫度和pH在較低或較高時，等高線呈現(xiàn)均較為陡峭，表明酶解溫度和pH數(shù)值的變化對還原糖生成量影響較大，P<0.01。由此得出，酶解溫度和pH的交互作用對還原糖生成量影響較顯著。

由圖8i可知，酶解溫度和加酶量曲面均呈陡峭狀態(tài)，對還原糖生成量影響較為顯著。圖8j所示等高線呈橢圓形，在數(shù)值較小較密的情況下，酶解溫度和加酶量對還原糖生成有較大影響，P<0.01，交互作用在此情況下也表現(xiàn)得十分明顯。

由圖8k、圖8l可知，隨著加酶量和pH的變化，加酶量曲線較為平滑，等高線近似圓形，P>0.05，證明加酶量和pH交互作用不明顯，與方差分析結(jié)果一致。

利用Design Expert 8.0.6.1軟件獲得最佳酶解工藝因素組合：酶解時間2.96 h、酶解溫度49.58 ℃、pH=7、酶添加量12.62 U/mL，此時還原糖生成量為70.65 mg/mL。考慮到實際操作的可行性，對優(yōu)化條件進行如下調(diào)整：酶添加量12.6 U/mL、酶解溫度49 ℃、pH=7、酶解時間2.9 h。在最佳工藝條件下驗證模型預(yù)測的準確性，進行3次平行試驗，還原糖生成量為(69.92±0.19)mg/mL，用SPSS對其進行T檢驗，得P1=0.98，大于0.05，無顯著性差異，表明試驗得到的實際值與預(yù)測值接近，可知本文所設(shè)計模型是可靠的。在此工藝條件下，條滸苔多糖酶解物對?；悄懰徕c吸附率為(42.30±0.17)%，甘氨膽酸鈉吸附率為(48.90±0.56)%，證明條滸苔多糖酶解物具有降血脂活性。

3 結(jié)論

本文研究了酶法降解條滸苔多糖，通過單因素試驗和響應(yīng)面優(yōu)化確定了條滸苔多糖酶解物制備的最佳工藝條件：酶添加量12.6 U/mL，酶解溫度49 ℃，pH=7，酶解時間2.9 h。優(yōu)化后還原糖生成量為(69.92±0.19)mg/mL。

體外降血脂結(jié)果表明，條滸苔多糖酶解物對?；悄懰徕c和甘氨膽酸鈉均有吸附作用，結(jié)合率分別達到(42.30±0.17)%和(48.90±0.56)%。與牛磺膽酸鈉結(jié)合率相比，酶解物對甘氨膽酸鈉的吸附率更高，具有一定的降血脂效果。這一結(jié)果為條滸苔高值化利用提供了一種新的思路，為條滸苔多糖酶解物的規(guī)?；a(chǎn)提供了理論依據(jù)。