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在植物蛋白研究领域，如何优化蛋白水解以提升生物活性和功能特性备受关注。研究人员以阿魏（Ferula assafoetida）蛋白为对象，运用响应面法（RSM）开展研究。结果优化了水解条件，得到高抗氧化活性水解产物。这为食品行业提供了新的抗氧化肽来源。
在当今的生命科学和健康医学研究中，植物蛋白的开发利用一直是热门话题。植物蛋白虽具有丰富的营养价值，但其生物活性常常受到多种因素的限制，比如敏感的构象变化、容易变性以及较大的分子尺寸等。这些问题使得植物蛋白在发挥其潜在健康益处时大打折扣。特别是在抗氧化方面，尽管植物来源的抗氧化蛋白水解产物和肽备受青睐，因为它们具有易吸收、分子小、副作用小等优点，可用于预防食品氧化、对抗人体自由基引发的多种疾病，如糖尿病、动脉硬化等，但实现高产量且具有增强抗氧化活性的生物活性肽的生产，仍是一个巨大的挑战。
在这样的背景下，为了探索如何优化植物蛋白水解，提升其生物活性和功能特性，来自未知研究机构的研究人员针对阿魏（Ferula assafoetida）蛋白展开了深入研究。阿魏种子富含营养和蛋白质化合物，然而其蛋白水解产物的生物活性、肽组学以及具体作用还未被完全了解。此次研究成果发表在《Applied Food Research》上，为相关领域带来了新的突破。
研究人员为开展此项研究，主要运用了以下关键技术方法：
- 响应面法（RSM）：通过该方法优化阿魏蛋白的水解过程，分析多个变量（pH、温度、时间和酶底物比（E/S））及其相互作用对水解程度（DH）和抗氧化活性的影响，从而确定最佳反应条件。
- SDS-PAGE 分析：用于评估水解产物和蛋白的分子量分布情况，直观判断水解过程是否发生以及产物的分子量大小。
- 氨基酸分析：利用 RP-HPLC 技术分析阿魏种子蛋白和水解产物的氨基酸组成，并计算相关营养参数，了解水解对氨基酸含量和比例的影响。
- 动态光散射和扫描电子显微镜（SEM）：前者用于测定蛋白和水解产物的粒径、分散指数（Span）和 ζ 电位，后者用于观察蛋白和水解产物的表面形态和形状，研究水解对其物理性质的影响 。
下面来详细看看研究结果：
- 蛋白质溶解性和提取效率：研究发现，碱性提取法是提取阿魏种子蛋白的有效方法，在 pH 为 10 时，蛋白质提取效率最高，可达 87 ± 0.34%；而在 pH 4 - 5 范围内，提取效率最低。这是因为大多数植物蛋白的等电点在 pH 4 - 6 之间，在此范围内蛋白溶解度最低；当 pH 超过等电点时，蛋白净电荷变为负，通过静电排斥作用使其溶解度增加。此外，研究得到的蛋白回收率为 37.1 ± 0.14 mg/g 种子，低于之前报道的阿魏根粉中的蛋白含量，这可能是由于提取方法和原料的差异导致的。
- 水解过程和抗氧化活性的优化：通过 RSM 优化水解过程和水解产物的抗氧化活性，发现不同因素对水解程度（DH）、DPPH 自由基清除活性和铜离子还原能力的影响程度不同。例如，对 DH 而言，E/S 比的影响最大，其次是水解时间、水解温度和 pH；对 DPPH 自由基清除活性，E/S 比影响最大，而对铜离子还原能力，水解温度影响最大。同时，研究还得出了相应的二次方程，用于描述各变量与响应值之间的关系。通过分析发现，较高的 E/S 比和较长的水解时间有利于提高 DH 和铜离子还原能力，但过高的温度会因热变性而降低 DH。DPPH 自由基清除活性则在特定的温度、pH、水解时间和 E/S 比范围内较高，且随着水解程度的增加，其抗氧化活性呈现先上升后下降的趋势。
- 预测模型的验证：通过评估诊断图来验证模型的准确性和正确性。结果显示，残差基本符合正态分布，实际值与预测值之间具有较高的相关性，且残差围绕零线随机分布，表明模型具有良好的预测能力和适用性。研究还确定了获得最大 DPPH 自由基清除活性、铜离子还原能力和最高 DH 的最佳条件，实验值与模型预测值接近，进一步验证了模型的可靠性。
- SDS-PAGE 分析：SDS-PAGE 分析结果表明，阿魏蛋白中 70 - 90 kDa 的蛋白被完全水解，水解产物在低于 10 kDa 处出现明显条带，还在约 13 kDa 和 11 kDa 处出现新的条带，这证实了水解过程的发生，并展示了水解产物的分子量分布特征。
- 氨基酸组成和营养特性：水解显著提高了 Lys 和 Glu 的含量，降低了 Tyr 和 Met 的含量。水解后总游离氨基酸含量增加，表明蛋白水解成功。计算化学评分发现，酶解提高了 Lys 和 Thr 的化学评分，但阿魏蛋白和水解产物中 Cys 是限制氨基酸，且 Arg、Tyr 和 Phe 的化学评分也低于参考蛋白。不过，其必需氨基酸与总氨基酸的比例以及必需氨基酸与非必需氨基酸的比例符合 FAO/WHO 指南，说明水解产物在营养上适合人类。
- 蛋白和水解产物颗粒的物理化学性质：动态光散射分析表明，水解降低了蛋白颗粒的粒径，提高了其分散性，同时使表面电荷增加。SEM 分析显示，水解后水解产物的粒径减小且更加均匀，这与动态光散射的结果相互印证。
综合研究结论和讨论部分，此次研究成功优化了阿魏种子蛋白的提取和水解过程，证明了阿魏蛋白水解产物作为食品行业抗氧化肽可持续来源的潜力。优化后的水解产物具有显著的抗氧化活性、均匀的粒径和丰富的氨基酸组成，特别是富含 Glu 和 Lys 等必需氨基酸，这为功能性食品的开发提供了有价值的参考。然而，研究也存在一些未探索的方面，如不同酶解技术对水解产物生物活性的影响、肽的长期稳定性和生物利用度，以及水解对其他生物活性（如抗菌和抗炎活性）的影响等。此外，研究仅使用了胃蛋白酶，未来可探索多种酶或替代蛋白酶的作用，同时还需评估该过程的可扩展性以及水解产物在食品中的感官特性，以确保其在食品行业的实际应用。总的来说，这项研究为阿魏蛋白在食品领域的应用奠定了基础，具有重要的理论和实践意义。
