芝麻抗氧化肽分离纯化与结构鉴定的研究.DOC

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资源描述

1、1芝麻抗氧化肽分离纯化与结构鉴定的研究芦 鑫 1,2 李若昀 3 张丽霞 1, 2 高锦鸿 4 孙 强 1, 2 宋国辉 1, 2 黄纪念 4(1. 河南省农业科学院农副产品加工研究中心,郑州 450002;2. 河南省农产品生物活性物质工程技术研究中心,郑州 450002;3. 河南农业职业学院,郑州 451450;4. 河南省农科院农副产品加工研究所,郑州 450002)摘要:通过纳滤、超滤、制备液相对胰蛋白酶水解芝麻蛋白的酶解液中抗氧化肽进行分离纯化,随后采用高效液相质谱联用法进行结构鉴定,并合成相应多肽验证抗氧化活性。结果表明,经分离纯化与结构鉴定,共获得 5 个芝麻抗氧化肽,Glu-

2、Leu-Phe-Phe-Gly-Ala-Gly-Gly- Glu-Asn-Pro-Glu-Ser-Phe-Phe-Lys(ELFFGAGGENPESFFK) 、Phe-Glu-Ser-Glu-Ala-Gly-Leu- Thr-Glu-Phe-Trp-Asp-Arg(FESEAGLTEFWDR) 、Asp-Val-Ala-Asn-Glu-Ala-Asn-Gln-Leu-Asp- Leu-Lys(DVANEANQLDLK ) 、Glu-Asn-IIe-Glu-His-Thr-Ala-Ala-Thr-His-Ser-Tyr -Asn-Pro- Arg(ENIEHTAATHSYNPR) 、Gln-As

3、p-Asn-Ala-Asn-Asn-Ala-Asn-Gln-Leu-Asp-Pro-Asn-Pro- Arg(QDNANNANQLDPNPR ) 。胰蛋白酶酶解产生的芝麻抗氧化肽 N 端以酸性氨基酸残基为主, C 末端为碱性氨基酸残基;除抗氧化肽ELFFGAGGENPESFFK 是芝麻 7S 酶解产物以外,其余多肽均来自芝麻 11S 蛋白酶解。关键词:芝麻蛋白 抗氧化肽 结构鉴定 分离纯化中图分类号:TS229 文献标识码:A 文章编号:1003-0174 ( ) - -Separation, Purification and Structure Identification of Antio

4、xidant Peptides Derived from Sesame ProteinLu Xin1, 2 Li Ruoyun3 Zhang Lixia1, 2 Gao Jinhong4 Sun Qiang1, 2 Song Guohui Huang Jinian4*(1. Center of Agricultural and Sideline Products Processing of Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002, China; 2.Henan Engineering Research Centre of

5、 Bioactive Substances in Agricultural Products, Zhengzhou 450002, China; 3. Henan Vocational College of Agriculture, Zhengzhou 451450, China; 4. Institute of Agricultural and Sideline Products Processing of Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002, China)Abstract: Antioxidant peptide

6、s in hydrolysate of sesame protein hydrolyzed by trypsin were isolated by nanofiltration, ultrafiltration and preparative high-performance liquid chromatography successively, then the structure of antioxidant peptide was identified by liquid chromatography -mass spectrometry, finally the antioxidant

7、 activity of peptides synthesized base on the result of structure identification was tested. Results showed that 5 antioxidant peptides of sesame were found by means of separation, purification and structure identification, their sequence were as follows, Glu-Leu-Phe-Phe-Gly-Ala-Gly-Gly-Glu-Asn-Pro-

8、Glu-Ser-Phe-Phe-Lys (ELFFGAGGE- NPESFFK), Phe-Glu-Ser-Glu-Ala-Gly-Leu-Thr-Glu-Phe-Trp-Asp-Arg (FESEAGLTEFWDR), Asp-Val-Ala-Asn-Glu-Ala-Asn-Gln-Leu-Asp-Leu-Lys (DVANEANQLDLK), Glu-Asn-IIe-Glu- 基金项目:河南省农业科学院优秀青年科技基金(2016YQ24);国家特色油料产业技术体系(CARS-14)。收稿日期: 2018-06-01 作者简介:芦 鑫,男,1981 年出生,助理研究员,油脂加工。通信作者:黄

9、纪念,男,1971 年出生,研究员,油脂加工。2His-Thr-Ala-Ala-Thr-His-Ser-Tyr-Asn-Pro-Arg (ENIEHTAATHSYNPR), Gln-Asp-Asn-Ala-Asn- -Asn-Ala-Asn-Gln-Leu-Asp-Pro-Asn-Pro-Arg (QDNANNANQLDPNPR). N terminal amino acids of antioxidant peptides derived from sesame protein hydrolyzed by trypsin were mainly acidic amino acid resid

10、uals, while the C terminal amino acids were basic amino acids. Except the antioxidant peptide ELFFGAGGENPESFFK was generated from sesame 7S globulin, the rest originated from sesame 11S globulin. Keywords: Sesame protein, Antioxidant peptides, Structure identification, Isolation and purification芝麻是世

11、界重要油料作物之一,2014 全球芝麻产量 623 万吨。我国是芝麻生产与消费大国,年均消费芝麻在 100 万吨以上 1。国内芝麻主要用于榨油,榨油后的副产品芝麻饼粕的蛋白质含量能达到 50%左右,研究表明,芝麻蛋白是一种营养价值较高的蛋白质资源,但受加工技术所限,通常作饲料或肥料,使芝麻蛋白质资源未得到充分利用 2-4。将蛋白通过酶解转化为具有功能性肽类是深加工的常用方式,研究表明,芝麻蛋白通过酶解可以产生抗氧化肽 5-7。目前,前人对芝麻抗氧化肽的研究主要集中在制备与活性检测,对芝麻抗氧化肽的结构鉴定、结构组成研究少 8。多肽结构与抗氧化活性有密切关系,多肽的结构鉴定是揭示构效关系的基础,

12、也是指导后续生产应用的基础 9-10。本研究采用胰蛋白酶水解芝麻蛋白制备抗氧化肽,酶解液采用纳滤脱盐、超滤初步分离纯化,然后采用制备液相进行纯化,随后采用高效液相质谱联用仪获取多肽序列,合成上述多肽,验证抗氧化活性,为芝麻蛋白的资源开发提供理论依据。1 材料与方法1.1 材料与试剂芝麻蛋白:实验室自制,制备方法参照袁东振 11,芝麻蛋白溶液采用截留分子量为5000 Da 透析膜透析,冻干,获得芝麻蛋白,芝麻蛋白浓度为(92.170.31)% 。多肽VALVTGGDSGIGR、DVANEANQLDLK、ELFFGAGGENPESFFK、QDNANNA- NQLDPNPR、 ENIEHTAATHS

13、YNPR:上海吉尔生物公司合成;胰蛋白酶:上海阿拉丁生化科技股份有限公司;1, 1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基( DPPH) 、2, 2-联氮双( 3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸 )二铵盐自由基( ABTS) 、2, 4, 6-三硝基苯磺酸 ( TBNS)、2, 4, 6-三吡啶基三嗪(TPTZ ): 美国 sigma-aldrich 公司;平膜RO4、NFM、UE003、UE005、UE008、UE010:购自中科瑞阳膜技术有限公司;甲醇:色谱纯,德国 MERCK 集团;其他试剂:购自国药集团化学试剂有限公司。LC-500 型制备液相;Testcell C-70 平膜装置;TGL20M-高速

14、冷冻离心机;UV-6300双光束型紫外可见分光光度计;DNM-9606 酶标分析仪等设备用于实验。1.2 实验方法1.2.1 芝麻多肽的制备取一定质量芝麻蛋白加入 0.06 mol/L pH8.5 的 Na2HPO4-KH2PO4 缓冲液中,配成质量浓度 5%的蛋白溶液,加酶量 8 000 u/g 蛋白 加入胰蛋白酶, 45 反应 2 h,沸水浴 10 min 终止反应,冷却室温。在此酶解条件下,酶解液的水解度为(17.540.17)%。采用 3 mol/L HCL 调节 pH 到 7,10 000 r/min 离心 30 min,收集上清液( SPT)备用。1.2.2 纳滤脱盐3将 SPT

15、装入平膜装置,采用 NFM 纳滤膜脱盐,操作压力为 5 MPa,搅拌速度 400 r/min,透过液达到料液体积 80%时,终止纳滤,截留液补充蒸馏水到初始酶解液体积,进行第二次纳滤,纳滤过程重复三次,截留液(SPTN)备用,测定脱盐率与多肽回收率。 (1)0rsSfmR式中,R s 为脱盐率,m rs 和 mfs 为 50 mL 截留液和初始酶解液中灰分质量,mg。 rpffCV=式中,R p 为多肽回收率,C rp 和 Cfp 为截留液和初始酶解液中多肽浓度,mg/mL,V r 和Vf 为截留液和原始酶解液体积, mL。1.2.3 超滤分离酶解液SPTN 依次通过 UE010(截留分子量

16、10 kDa) 、UE008 (截留分子量 8 kDa) 、UE005(截留分子量 5 kDa) 、UE003(截留分子量 3 kDa)进行超滤,超滤条件为:温度25 ,压力 3 MPa,转速 400 r/min,分成 6 个组分(10 kDa,脱盐料液) 。测定各组分 DPPH、ABTS 的 IC50 和 FRAP 值。1.2.4 DPPH 自由基清除能力测定参考 TORRES-FUENTES 方法稍作修改,取酶解液 100 L 加入于 96 孔酶标板中,随后加入 100 L 210-4 mol/L DPPH 乙醇溶液,振荡 30 s,室温避光反应 30 min,在波长 517 nm 处测定

17、吸光度 Ai,以同样的方法同时测定 100 L 酶解液与 100 L 乙醇混合后的吸光度Aj, 100 L DPPH 溶液与 100 L 乙醇混合后的吸光度 Ao14。DPPH 自由基清除率(D I)计算公式如下: 10ijIo-D=()调节酶解液浓度至 0.01-10 mg/mL,测定 DPPH 自由基清除率,采用 IBM SPSS24 的probit 回归计算 IC50,即 DPPH 清除率达到 50%时,对应的浓度。1.2.5 ABTS 自由基清除能力测定参考张乃珣方法稍作修改,取 25 L 酶解液加入到 96 孔酶标板中,随后加入 200 L ABTS 溶液,室温避光静置 6 min,

18、在波长 734 nm 处测定吸光度 Ai,测定 25 L 酶解液与200 L 甲醇混合物的吸光度 Aj,25 L 甲醇与 2 mL ABTS 溶液混合物的吸光度 Ao15。ABTS 自由基清除率(A I)计算公式如下: (1)10ijIoA调节酶解液浓度至 0.01-10 mg/mL,测定 ABTS 自由基清除率,采用 IBM SPSS24 的probit 回归计算 IC50,即 ABTS 清除率达到 50%时,对应的浓度。1.2.6 FRAP 测定取 50 L 3 mg/mL 酶解液加入到 96 孔酶标板中,随后加入 150 L FRAP 工作液(由pH 3.6,0.3 mol/L 醋酸盐缓

19、冲液,10 mmol/L TPTZ,20 mmol/L FeCl3 溶液以 10:1:1 比例混合) ,振荡 30 s,避光 37 反应 30 min,在波长 591 nm 处测定吸光度。另以 0 -2 mmol/L FeSO4 标准溶液作标准曲线 16。41.2.7 制备液相分离酶解液将活性最高的组分,首先通过反渗析膜 RO4 进行浓缩,浓缩至 50 mg/mL,随后采用0.45 m 针头滤器过滤,以上样量 4 mL 进样到制备液相。制备液相条件为:色谱柱Ultimate AQ-C18(25020 mm,5 m) ,55%(v/v)甲醇溶液,其中含 0.1%(v/v)三氟乙酸,流速 8 mL

20、/min,检测波长 280 nm,1 min/管收集流动相,将各色谱峰对应试管分别混合,测定各个色谱峰的 DPPH、ABTS 清除能力与 FRAP 值,确定最强活性的色谱峰。1.2.8 高效液相质谱联用仪分析芝麻抗氧化肽序列将高活性组分采用氮吹仪吹干,寄送到苏州普泰公司,通过 Nano-LC-ESI-MS/MS 分析多肽序列。色谱系统为安捷伦 1100 高效液相系统,ESI-MS/MS 为美国热电 LTQ 离子阱质谱仪,色谱柱为 Thermo Finnigan LTQ Linear Ion Trap。其中高效液相的流动相 A 由2%(v/v )乙腈水溶液(含 0.5%甲酸) ,流动相 B 是

21、90%(v/v)乙腈水溶液(含 0.5%甲酸)。测定时,流动相 B 从初始组成 2%在 60 min 内增加到 90%,随后维持 40 min。质谱数据采用 ProtTechs ProtQuest (Norristown, PA, USA)软件分析。1.2.9 多肽抗氧化性验证合成 VALVTGGDSGIGR、DVANEANQLDLK、ELFFGAGGENPESFFK、QDNANN- ANQLDPNPR、 ENIEHTAATHSYNPR 5 种多肽,将多肽粉分别加入蒸馏水,配成浓度为0.01-5 mg 的溶液,测定 DPPH 和 ABTS 清除率的 IC50,以及 FRAP,具体方法见1.2.

22、4,1.2.5,1.2.6。1.2.10 常规指标测定芝麻饼粕中蛋白含量测定采用凯氏定氮(GB 5009.5-2016) ,转换系数 5.30;多肽浓度测定采用三氯乙酸可溶性氮法 12-13;水解度测定采用 TNBS 法 13;酶解液灰分测定采用550 oC 灰化法(GB 5009.4-2016) 。1.3 数据处理采用 SAS 9.3 进行单因素方差分析,0.05 水平为显著,0.01 为极显著。表中同一列中带有相同小写字母的样品间在 0.05 水平上无显著差异。2 结果与分析2.1 芝麻蛋白酶解液纳滤脱盐纳滤是膜孔径 1-10 nm 的压力驱动膜,分离范围介于超滤与反渗析之间,对分子量小于

23、 200 Da 的单价离子与有机小分子截留能力差,小分子会透过纳滤膜进入透过液,而大分子保留在截留液中 17。芝麻蛋白酶解液的纳滤脱盐见表 1,由表 1 可知,随着纳滤次数从1 次增加 3 次,SPT 中的盐分基本除去,为后续芝麻抗氧化肽的分离纯化奠定有利基础。 3次纳滤后,多肽回收率为(97.760.21)%,芝麻多肽基本都保留在截留液中,这表明胰蛋白酶酶解芝麻蛋白主要形成 2 肽以上的多肽。表 1 芝麻蛋白酶解液的纳滤脱盐脱盐率(%) 多肽回收率(%)一次纳滤 78.270.31c 99.240.17a二次纳滤 95.280.17b 98.510.28b三次纳滤 98.970.35a 97

24、.760.21c2.2 芝麻抗氧化肽超滤分离超滤分离芝麻蛋白酶解液所得组分及抗氧化活性见表 2。由表 2 可知,采用超滤纯化SPTN 得到的 5 个组分,抗氧化能力存在显著差异。低分子组分,如 SPTN-I,其抗氧化活5性较强,而高分子组分抗氧能力较弱。这与任娇艳等人采用超滤分离草鱼蛋白源抗氧化肽,李华等利用超滤分离黑豆抗氧化肽,王章存等超滤分离小麦抗氧化肽的结果相一致 18-20。这可能是肽链较短,空间位阻作用小,内部的活性基团(巯基、酚羟基)暴露,促进于自由基发生反应 21-22。表 2 超滤分离芝麻蛋白酶解液所得组分及抗氧化活性组分分子量范围(kDa)组成分例( %)DPPH 清除能力

25、IC50(mg/mL)ABTS 清除能力IC50(mg/mL)FRAP (mol/mg)SPTN-I 10 20.740.15 17.330.06a 14.780.25a 0.750.07fSPTN - - 12.800.28c 10.610.09c 1.160.05d2.3 制备液相纯化 SPTN-I芝麻抗氧化肽的制备液相图谱如图 1 所示。由图 1 可知,采用制备液相分离 SPTN-I时,获得 7 个色谱峰,其中 P4、P5、P6 、P7 完全分离,而 P1、P2、P3 有重叠。制备液相分离 SPTN-I 的组成及抗氧化活性见表 3: P5 的抗氧化活性最高,选择 P5 进行后续纯化。图

26、1 芝麻抗氧化肽的制备液相图谱表 3 制备液相分离 SPTN-I 的组成及抗氧化活性色谱峰保留时间(min)组成分例( %)DPPH 清除能力 IC50(mg/mL)ABTS 清除能力IC50(mg/mL)FRAP (mol/mg)P1 15.200.01 34.000.22 7.180.09b 6.250.13b 1.830.03dP2 16.630.02 30.950.21 6.930.05c 5.720.21c 2.110.09cP3 18.760.03 9.130.52 6.040.07d 5.350.15d 2.310.04bP4 27.860.01 14.650.26 5.830.

27、08e 4.910.18e 2.370.06bP5 35.130.02 6.820. 17 4.520.11f 3.170.07f 2.690.07aP6 38.860.02 2.780.27 6.070.13d 6.390.08b 1.780.05de6P7 44.130.01 1.650.11 7.390.09a 6.980.14a 1.700.08e2.4 抗氧化肽结构鉴定与活性验证通过高效液相质谱联用分析 SPTN-I 中 P5 组分,该峰里有 5 个多肽(见图 2-6) ,其二级质谱图 m/z 分别为 888.77、 794.02、665.52、870.69、841.57,采用 Pr

28、otTechs ProtQuest软件分析,其芝麻抗氧化肽的序列见表 4。五种多肽的分子量胰蛋白酶水解生成芝麻抗氧化肽是 12 肽至 16 肽之间,分子量在 1 328.7-1 774.8 Da 之间,QDNANNANQLDPNPR 的抗氧化能力最强,ELFFGAG GENPESFFK 的抗氧化能力较弱。对比其他抗氧化肽,芝麻抗氧化肽与从牛蛙蛋白、金枪鱼骨架蛋白的酶解物中得到 1 988 Da 和 1 519 Da 的抗氧化肽相近 23-24,与从大米蛋白制备的 520.77 Da 抗氧化肽相差较远 10。不同来源的抗氧化肽分子量相差悬殊的原因:一是原料蛋白的氨基酸组成存在差异,所形成的多肽组

29、成不同,其实现抗氧化的途径不同 25;二是制备抗氧化肽所采用的蛋白酶不同,其形成的多肽大小存在差异。采用胰蛋白酶制备抗氧化肽,由于胰蛋白酶水解位点单一,形成肽段较长,如吴慧采用胰蛋白酶水解乳清蛋白制备出 LDGNAKPTPEGDLEL 和 LYEDLKPTPEGPMEL 抗氧化肽 26。图 2 芝麻抗氧化肽 ELFFGAGGENPESFFK 质谱图图 3 芝麻抗氧化肽 FESEAGLTEFWDR 质谱图图 4 芝麻抗氧化肽 DVANEANQLDLK 质谱图7图 5 芝麻抗氧化肽 ENIEHTAATHSYNPR 质谱图图 6 芝麻抗氧化肽 QDNANNANQLDPNPR 质谱图表 4 芝麻抗氧化

30、肽的序列、分子量和抗氧化能力多肽序列 分子量(Da)DPPH 清除能力IC50(mg/mL)ABTS 清除能力 IC50(mg/mL)FRAP (mol/mg)ELFFGAGGENPESFFK 1 774.8 8.260.38a 1.750.15c 3.000.06dFESEAGLTEFWDR 1 585.7 2.620.17c 4.170.27a 3.710.17cDVANEANQLDLK 1 328.7 3.530.26b 4.010.14a 3.590.09cENIEHTAATHSYNPR 1 738.8 1.050.28d 2.450.09b 4.130.13bQDNANNANQLDP

31、NPR 1 679.8 1.030.12d 1.580.12c 4.770.04a观察芝麻抗氧化肽的氨基酸组成时,发现:5 种多肽的 C 末端都有碱性氨基酸残基(赖氨酸、精氨酸) ,N 端以酸性氨基酸残基或酸性氨基酸的酰胺残基(除FESEAGLTEFWDR) ,推测上述氨基酸因其侧链有氨基或羧基,具有螯合金属离子和作为质子供体的作用,从而提高多肽的抗氧化肽能力 27。文献报道酪氨酸、组氨酸、色氨酸、亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、赖氨酸、天冬氨酸、谷氨酸等对肽的抗氧化性有贡献 28-30,上述氨基酸除甲硫氨酸和半胱氨酸未在芝麻抗氧化肽中发现,其余氨基酸均存在与抗氧化肽中,其中天冬

32、氨酸残基 5 个、苯丙氨酸残基 6 个,谷氨酸残基 9个,估计上述氨基酸存在对芝麻多肽的抗氧化活性起了作用。表 5 芝麻抗氧化肽的来源蛋白多肽 来源蛋白 蛋白 ID 在蛋白上序列ELFFGAGGENPESFFK 芝麻 7S 球蛋白 Q9AUD0_SESIN TPGEFELFFGAGGENPESFFKSFSDE 320-335FESEAGLTEFWDR 芝麻 11S 球蛋白 Q9AUD2_SESIN EPTIRFESEAGLTEFWDRNNQQF 63-75DVANEANQLDLK 芝麻 11S 球蛋白亚型 3 Q2XSW7_SESIN SVSIRDVANEANQLDLKFRKFF 188-19

33、98ENIEHTAATHSYNPR 芝麻 11S 球蛋白亚型 3 Q2XSW7_SESIN SLRIRENIEHTAATHSYNPRGGRIS 320-334QDNANNANQLDPNPR 芝麻 11S 球蛋白亚型 4 Q2XSW6_SESIN VIVVLQDNANNANQLDPNPRSFFLA 167-181采用 Protein information resource (PIR)数据库检索多肽序列发现(见表 5):芝麻抗氧化肽有 4 种来源于芝麻 11S 球蛋白,1 种来源于芝麻 7S 球蛋白。胰蛋白酶水解芝麻 11S 蛋白,可以从肽段中 63-75、167-181、188-199、320

34、-334 位点产生抗氧化肽。同时,芝麻11S 蛋白也是芝麻蛋白的主体,占芝麻蛋白的 60%31-32,这预示芝麻 11S 球蛋白在制备芝麻抗氧化肽过程中起主导作用。因此,高 11S 蛋白的芝麻品种适宜于芝麻抗氧化肽的制备。3 结论采用纳滤脱盐、超滤分离、制备液相纯化可以有效分离纯化胰蛋白酶酶解芝麻蛋白形成的抗氧化肽,采用 Nano-LC-ESI-MS/MS 分析 5 种芝麻抗氧化肽结构,主要结论如下:3.1 由纳滤与超滤实验结果可知,胰蛋白酶水解芝麻蛋白形成的多肽,分子量较高,其中3 kDa 的组分具有最高的抗氧化活性。3.2 5 种芝麻抗氧化肽依次为 12 肽 DVANEANQLDLK、13

35、 肽 FESEAGLTEFWDR、15 肽ENIEHTAATHSYNPR、15 肽 QDNANNANQLDPNPR、 16 肽 ELFFGAGGENPESFFK,分子量分别是 1328.7 Da、1585.7 Da、1738.8 Da、1679.8 Da、1774.8 Da。上述多肽的N 端以酸性氨基酸残基为主, C 末端为碱性氨基酸残基。3.3 芝麻 11S 蛋白在抗氧化肽的形成过程中起到主导作用,胰蛋白酶水解芝麻 11S 蛋白可以产生 4 种抗氧化肽。参考文献:1 刘玉兰,陈刘杨,汪学德,等. 不同压榨工艺对芝麻油和芝麻饼品质的影响 J. 农业工程学报,2011, 27(6): 382-3

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