菠萝蛋白酶催化大豆蛋白水解反应的热动力学-论文.pdf

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1、Vo1．34高等学校化学学报No．122013年l2月CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES2861～2865doi：10．7503／cjcu20130292菠萝蛋白酶催化大豆蛋白水解反应的热动力学李向阳，董海洲，张洪林(1．山东农业大学食品科学与工程学院，泰安271018；2．曲阜师范大学化学化工学院，曲阜273165)摘要利用热活性检测仪测定了菠萝蛋白酶催化大豆蛋白水解反应的热功率一时间曲线，按照热动力学理论和对比进度法解析出不同温度、酸度时菠萝蛋白酶催化大豆蛋白水解反应的米凯利斯常数(Km)和最大速率(Vm)，并建立了与

2、温度和酸度的关系式，从而获得酶催化反应的最适温度(314．63K)和最适pH(6．99)．在最适温度和最适pH条件下，测定了金属离子可逆竞争时菠萝蛋白酶催化大豆蛋白水解反应的热功率．时间曲线，对曲线进行处理，得到了酶催化反应的米凯利斯常数()和最大速率()．建立了与金属离子浓度间的关系式，比较了金属离子对酶催化反应的激活或抑制效果．关键词微量量热法；热动力学；菠萝蛋白酶；催化反应；大豆蛋白中图分类号0642．3文献标志码A食品工业的飞速发展需要大量具有卓越功能特性的蛋白质作为食品原料．大豆蛋白含量高，但其复杂的结构导致使用范围和使用量受到限制．大豆蛋白酶解生成

3、大豆肽后，原有的许多功能性质，如乳化功能、起泡功能、生理功能(抗氧化、降血压)等均有较大程度的改善，能够更好地满足食品工业的需要．因此，近年来蛋白酶水解大豆蛋白-5]及其相关研究一直是人们关注的热点．研究蛋白酶水解大豆蛋白生成大豆肽的传统方法是通过三硝基苯磺酸法测定产物的水解度、甲醛滴定法测定氨基氮及三氯乙酸沉淀法测定可溶性氮的研究¨来确定最佳反应温度和酸度等条件．但该方法的实验操作复杂，且随意l生大，不能准确定量确定蛋白酶水解反应的最佳实验条件．利用生化反应中普遍存在热效应的微量热法能克服这些缺点．通过高灵敏度的微量量热仪可直接测量酶催化反应过程中微量的热量

4、变化，具有灵敏度高、操作简单等优点J．微量量热法在生物医药、新材料与环保¨及胶体化学等领域有较广泛的应用．菠萝蛋白酶来源丰富，应用广泛3，J．本文采用热活性检测仪测定了菠萝蛋白酶催化大豆蛋白水解反应的热功率一时间曲线，根据热动力学理论得到不同温度、酸度和金属离子存在时酶催化反应的米凯利斯常数(K或K，m)和最大速率(和)，建立了米凯利斯常数与温度、pH值和金属离子浓度间的关系式，从而获得酶催化反应的最适温度，pH值和金属离子对酶催化反应的激活或抑制影响的效果，为研究蛋白酶水解大豆蛋白的反应条件及反应机理提供基础的热动力学数据和理论基础，也为指导大豆多肽的生产提

5、供深层次的理论支持．1实验部分1．1试剂与仪器大豆蛋白(SPI，蛋白质质量分数90．7％，脂肪质量分数0．89％，灰分质量分数2．81％)，山东万得福实业集团有限公司；菠萝蛋白酶(酶活力6×10U／g)，上海宝丰生化有限公司；磷酸氢二钾和磷酸二氢钾(分析纯)，山东禹王化学试剂有限公司．2277热活性检测仪(瑞典ThermometricAB公司)，恒温器的工作范围为20—80℃，温度可维持在±2×10oC不变．仪器的最小检测值为0．15w，24h基线飘移不大于0．2w．它包括一个Kelf涡轮搅拌器和搅拌马达及控制系统，搅拌速度为0—120r／min．收稿日期：2

6、013-03-29．基金项目：国家自然科学基金(批准号：31071632)和山东省科技发展项目基金(批准号：2011GNC11009)资助．联系人简介：董海洲，男，博士，教授，博士生导师，主要从事粮油及生物系统热科学技术研究．E—mail：sdauwh@126．tom高等学校化学学报Vo1．341．2实验过程溶液的配制：准确称取大豆蛋白样品，用不同pH值的磷酸盐缓冲溶液配制浓度为1Og／L的大豆蛋白溶液(溶液A)．配制浓度为0．5g／L的菠萝蛋白酶溶液(溶液B)．配制含不同浓度Can，Mg，Li，Na离子(pH=6．99)的大豆蛋白溶液(溶液C)．实验在4mL

7、不锈钢安瓿瓶(滴定热活性检测仪)中进行．取2mL溶液A或溶液c放入不锈钢安瓿瓶中．在滴定热活性检测仪的连杆上绕细塑料管，管中盛0．5mL菠萝蛋白酶溶液，先预热，当温度恒定后，开始搅拌(转速为120r／min)，用蠕动泵把菠萝蛋白酶溶液注入安瓿瓶中，然后进行热功率一时间曲线的测定，当记录笔画出与基线平行的直线时即认为实验结束，停止搅拌．每个体系重复测定3次，取平均值．2结果与讨论2．1最适反应温度的确定用滴定热活性检测仪测定了不同温度下菠萝蛋白酶催化大豆蛋白水解反应的热功率一时间曲线，结果见图1．图中曲线上的面积代表反应体系的热效应，根据t时刻曲线下的面积(Q)

8、与总面积(Q)之比可求出对比进度西(西