蚯蚓小分子多肽提取物的制备及抗氧化活性

刘廷强　严泽民　周华峰

摘要：研究了自溶酶解制备蚯蚓小分子多肽提取物的工艺，并对其抗氧化活性进行了初步研究。通过单因素和正交试验法，以肽的得率为评价指标，确定了最佳制备工艺：反应时间1 h，料液比1.0 g ∶ 1.5 mL，温度35 ℃，pH值676。在此工艺条件下，1.7 kg鲜蚯蚓制自溶酶解，酶解液经分子膜截留并冷冻干燥，共得到了103.39 g蚯蚓小分子多肽提取物。该产品为微黄色粉末，略带独特香味，主要为相对分子质量3 000以下的小分子多肽和氨基酸。在浓度为10、30 mg/mL时，蚯蚓小分子多肽提取物对DPPH自由基和超氧阴离子自由基的清除率分别为91.1%、53.0%。

关键词：蚯蚓；自溶酶解；小分子多肽；抗氧化

中图分类号： TS201.2 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2016）07-0463-04

蚯蚓为环节动物门（Annelida）寡毛纲（Oligochaeta）动物，可改良土壤，促进农业增产，在物质循环、生物多样性、保护生态环境等方面发挥着特殊作用。此外，蚯蚓还是我国常用中药，名为地龙。研究发现，蚯蚓具有治疗心血管疾病[1-2]、癌症[3]、哮喘[4-5]等多种药理作用，同时还具有增强免疫力[6-7]、促进伤口愈合[8]等作用。蚯蚓中含有丰富的人体所需营养物质[9-10]，包括蛋白质、核酸、微量元素、维生素等，其中蛋白质总量约占干质量的45.90%～68.11%。蚯蚓经酶水解可获得小分子多肽和氨基酸，不仅可以提供均衡的、易于吸收的营养物质，而且蚯蚓肽还具有抗氧化[11]、增强免疫[12]、抗菌[13]等生理活性，在保健食品领域具有潜在的应用前景。蚯蚓自身含有丰富的蛋白酶，在一定条件下容易发生自溶酶解。目前，通过外源蛋白酶或自身酶水解制备蚯蚓酶解物研究已有相关报道[14-17]，但制备工艺主要以生成氨基酸为主。本研究以肽的得率为评价指标，结合单因素法和正交试验法，对蚯蚓自溶酶解工艺进行优化，采用分子膜截留技术，去除蚯蚓自身腥味，制备略带香味的蚯蚓小分子多肽提取物，并考察其抗氧化活性，旨在为开发高附加值的蚯蚓保健食品提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

赤子爱胜蚓（Eisenia foelide，天津贾立明蚯蚓养殖有限公司）；溶菌酶（14 000 Da，华美生物工程公司）；胰岛素（5 733 Da，徐州万邦金桥制药有限公司）；杆菌肽（1 422 Da，Sigma公司）；谷胱甘肽还原型（307 Da，Sigma公司）、DPPH（Sigma公司）；其他化学试剂均为国产分析纯试剂。TOSOH TSK-Gel-2000 SWXL色谱柱（300 mm×7.8 mm）；Agilent 1200系列高效液相色谱仪；TU1900紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）；L-8900氨基酸分析仪（日本日立公司）。

1.2 方法

1.2.1 自溶酶解处理方法 将鲜蚯蚓洗净，置于纯净水中让其尽量吐出体内的食物残渣。用高速捣碎机将洗净的鲜蚯蚓捣碎，蚯蚓捣碎液即为鲜蚯蚓原液。在蚯蚓原液中加入一定体积的去离子水，混匀，在一定条件下进行自溶酶解反应，反应结束后，于沸水浴酶灭活5 min，经12 000 r/min转速离心 10 min，上清液即为自溶酶解液。每个试验重复3次。

1.2.2 肽得率测定方法 采用双缩脲试剂法[18]，检测蚯蚓自溶酶解液中肽的浓度。自溶酶解液加入等体积的10% TCA溶液，静置30 min，离心，取1 mL上清液，补水至2 mL，在540 nm处测定D值。以杆菌肽为对照，参照标准曲线的回归方程y=0.061 49x+0.004 22 （r2=0.996 58），计算肽浓度。肽得率计算公式如下：

肽得率=肽的浓度×酶解液体积/样品湿质量×100%。

1.2.3 蚯蚓自溶酶解工艺的优化

1.2.3.1 pH值对自溶酶解条件的影响 取 1 g蚯蚓捣碎液，加入1 mL去离子水，混匀，经测定混合液pH值为6.76。分别在pH值为6.0、6.5、6.76、7.0、7.5、8.0条件下进行自溶酶解，于最佳反应温度条件下反应4 h。分别检测自溶酶解液中肽的浓度，计算肽得率。

1.2.3.2 温度对自溶酶解条件的影响 取1 g蚯蚓捣碎液，加入1 mL去离子水，混匀，分别于30、35、40、45、50、55、60 ℃下反应4 h。分别检测自溶酶解液中肽浓度，计算肽得率。

1.2.3.3 料液比对自溶酶解条件的影响 取 1 g蚯蚓捣碎液，分别加入不同体积的去离子水，混匀，配制成1.0 g ∶ 1.0 mL、1.0 g ∶ 1.5 mL、1.0 g ∶ 2.0 mL、1.0 g ∶ 2.5 mL、1.0 g ∶ 3.0 mL料液比的蚯蚓混合液，于最佳pH值和温度条件下反应4 h。分别检测自溶酶解液中肽的浓度，计算肽的得率。

1.2.3.4 反应时间对自溶酶解条件的影响 于最佳pH值、温度和料液比条件下，分别自溶酶解1、2、3、4、5、6、7 h。反应结束后，分别检测自溶酶解液中肽的浓度，计算肽的得率。

1.2.3.5 正交试验 在单因素试验结果基础上，按照表1所示的4因素3水平设计正交试验。

1.2.4 HPLC检测肽的分子量分布情况 采用HPLC对蚯蚓自溶酶解物中肽的分子量分布情况进行分析。检测条件：乙腈 ∶ 水 ∶ 三氟乙酸=20 ∶ 80 ∶ 0.1；流速：0.5 mL/min；柱温：25 ℃；进样量：20 μL；检测波长：220 nm。采用溶菌酶、胰岛素、杆菌肽、谷胱甘肽还原型为对照，以相对分子质量的对数对保留时间作线性回归，得到标准曲线方程y=8.342-028x（r2=0.988 25）。

1.2.5 蚯蚓小分子多肽提取物的制备 在自溶酶解最优工艺条件下，对1.7 kg鲜蚯蚓进行自溶酶解。酶解原液首先经相对分子质量为3 000的超滤膜进行超滤，滤液再经相对分子质量为300的纳滤膜进行截留，截留液冷冻干燥，即为蚯蚓小分子多肽提取物。采用HPLC检测肽的分子量分布情况。

1.2.6 蚯蚓小分子多肽提取物总氮含量及游离氨基酸含量的检测 参照GB 5009.5—2010《食品中蛋白质的测定》规定的方法，采用凯氏定氮法，对蚯蚓小分子多肽提取物总氮含量进行分析。参照GB/T 5009.124—2003《食品中氨基酸的测定》规定的方法，用3%磺基水酸溶液溶解样品并定容，样品溶液摇匀后过滤、离心，采用日立L-8900氨基酸分析仪测定上清液，对蚯蚓小分子多肽提取物中16种游离氨基酸进行分析。

1.2.7 蚯蚓小分子多肽提取物的体外抗氧化活性检测 参照前人研究方法[19]，分别以α-熊果苷和维生素C为阳性对照，检测蚯蚓小分子多肽提取物对DPPH自由基和超氧阴离子的清除作用，考察其体外抗氧化活性。

2 结果与分析

2.1 pH值对蚯蚓自溶酶解的作用

以肽的得率为评价指标，考察pH值对自溶酶解的作用。由图1可知，当pH值低于7.0（即6.0、6.5、6.76）时，肽的得率差别不大。当pH值大于6.76时，肽得率开始下降并趋于稳定。蚯蚓匀浆液和水混合时，其pH值为6.76左右，因此选择6.76作为自溶酶解试验的pH值。

2.2 温度对蚯蚓自溶酶解的作用

由图2可知，在35 ℃自溶酶解时，肽的得率最高。随着温度的上升，肽的得率缓慢下降。但在60 ℃时，肽的得率反而增大。虽然在60 ℃时仍可以获得较高得率，但是温度过高容易导致蛋白质、肽活性发生改变。因此，选择35 ℃为自溶酶解试验的温度。

2.3 料液比对蚯蚓自溶酶解的作用

由图3可知，随着加水量的增大，蚯蚓肽的得率首先缓慢上升，然后缓慢下降，在料液比为1.0 g ∶ 2.0 mL时达到最大。因此，选择料液比为1.0 g ∶ 2.0 mL。

2.4 反应时间对蚯蚓自溶酶解的作用

由图4可知，在自溶时间为1 h时，肽的得率最高，随着自溶时间的延长，肽的得率逐渐降低。

2.5 正交试验法优化蚯蚓自溶水解条件

在单因素试验基础上，通过正交试验考察各因素之间的关系，结果如表2所示。

由表2可知，蚯蚓自溶酶解时间、料液比对肽的得率影响较大。最佳自溶条件为时间1 h，料液比为1.0 g∶ 1.5 mL，温度为35 ℃，pH值为6.76。在此条件下，肽的得率可达到163%。

2.6 蚯蚓小分子多肽提取物的小试制备

1.7 kg鲜蚯蚓在最优工艺条件下进行自溶酶解，自溶酶解原液经相对分子质量为3 000的超滤膜过滤，滤液再经相对分子质量为300的纳滤膜截留，截留液冷冻干燥，共制备得到103.39 g蚯蚓小分子多肽提取物，去除蚯蚓本身腥味，略带独特香味。经双缩脲试剂法检测，肽的含量约为27.8%。采用HPLC法对自溶酶解原液和蚯蚓小分子多肽提取物分别进行检测，检测结果如图5所示。

经对照标准蛋白出峰时间，蚯蚓自溶酶解原液中主要为小分子多肽和氨基酸，但仍有较多的大分子肽和蛋白质。与自溶酶解原液相比，通过分子截留技术获得的蚯蚓小分子多肽提取物主要为相对分子质量3 000（保留时间为17.352 min）以下的小分子多肽及氨基酸，不含大分子的多肽和蛋白质。

2.7 蚯蚓小分子多肽提取物总氮含量及游离氨基酸含量

经凯氏定氮法检测，每100 g蚯蚓小分子多肽提取物样品中总氮含量为12.0 g，以换算系数6.25计算，蛋白质含量约为75%左右。如表3所示，蚯蚓小分子多肽提取物样品中16种游离氨基酸总含量为35.5%。每100 g样品中含有赖氨酸1.59 g，苯丙氨酸2.79 g，苏氨酸3.18 g，异亮氨酸 2.43 g，亮氨酸5.65 g，缬氨酸2.48 g。

2.8 蚯蚓小分子多肽提取物的抗氧化活性

采用DPPH法检测蚯蚓小分子多肽提取物对DPPH自由基的清除作用，以α-熊果苷为阳性对照，结果如图6所示。

由图6可知，低浓度时，α-熊果苷对DPPH自由基的清除作用较为明显，0.8 mg/mL α-熊果苷处理下，DPPH自由基清除率达84.3%。低浓度LMWPEE处理下，蚯蚓小分子多肽提取物对DPPH自由基具有清除作用，但效果不明显，随着LMWPEE浓度的升高，对DPPH自由基的清除作用逐渐增强。当LMWPEE浓度升至5 mg/mL时，DPPH自由基清除率为48.3%；当LMWPEE浓度进一步升高至10 mg/mL时，DPPH 自由基清除率达91.1%。

采用邻苯三酚法检测蚯蚓小分子多肽提取物对超氧阴离子自由基的清除作用，以维生素C为阳性对照，结果如图7所示。维生素C浓度较低时，维生素C对超氧阴离子自由基的清除作用较为明显；当维生素C浓度为0.5 mg/mL时，清除率达92.5%。LMWPEE对超氧阴离子自由基有一定的清除作用，当LMWPEE浓度为10 mg/mL时，超氧阴离子自由基清除率为20.7%；当LMWPEE浓度达30 mg/mL时，超氧阴离子自由基清除率达到53.0%。

综合体外抗氧化活性的检测结果，蚯蚓小分子多肽提取物对自由基的清除作用具有一定的选择性，高浓度下对 DPPH 自由基的清除作用较为明显，对超氧阴离子自由基具有一定的清除作用。

3 结论

目前，蚯蚓蛋白质水解工艺主要以生成氨基酸为主。刘波等通过外源酶和内源酶水解获得的产物中，相对分子质量220以下的含量约72%，即氨基酸含量都接近72%[15-16]。李国雷等通过加长自溶酶解时间至48 h，获得的酶解产物中氨基酸含量更高，约78%[14]。这些研究报道并未对水解产物进行进一步处理，水解液不仅仍带有蚯蚓自身的腥味，且不利于保存。本研究首次采用双缩脲试剂法，以肽的得率为评价指标，对蚯蚓自溶酶解工艺进行优化。确定了蚯蚓自溶酶解的最佳制备工艺为：反应时间1 h，料液比1.0 g ∶ 1.5 mL，温度35 ℃，pH值6.76。同时，采用分子膜截留技术和冷冻干燥技术，对酶解液进行处理，制备获得了蚯蚓小分子多肽提取物。去除了蚯蚓自身所带的腥味，产品为微黄色、略带香味的粉末，主要含有相对分子质量3 000以下的小分子多肽和氨基酸，16种游离氨基酸总含量为35.5%。通过双缩脲试剂法检测，肽的含量为27.8%，由于该检测法对二肽灵敏度不高，因此肽的实际含量应更高。在浓度为10、30 mg/mL时，蚯蚓小分子多肽提取物对DPPH自由基和超氧阴离子自由基的清除率分别为91.1%、53.0%。本研究制备工艺简单，不引入其他外源蛋白酶，去除了蚯蚓自身腥味，制备获得了微黄色粉末状、略带香味的蚯蚓小分子多肽提取物。该产品不仅具有均衡的营养物质，而且具有较好的抗氧化活性，可应用于抗衰老和增强免疫等功能的保健食品开发。

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