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中国精品科技期刊2020

芋头球蛋白的提取纯化及其对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制活性研究

马二兰 林莹 涂连 张帆 王伟良

马二兰,林莹,涂连,等. 芋头球蛋白的提取纯化及其对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制活性研究[J]. 食品工业科技,2021,42(14):25−32. doi:  10.13386/j.issn1002-0306.2020100266
引用本文: 马二兰,林莹,涂连,等. 芋头球蛋白的提取纯化及其对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制活性研究[J]. 食品工业科技,2021,42(14):25−32. doi:  10.13386/j.issn1002-0306.2020100266
MA Erlan, LIN Ying, TU Lian, et al. Extraction, Purification of Taro Globulin and Its Inhibitory Activity on α-Amylase and α-Glucosidase[J]. Science and Technology of Food Industry, 2021, 42(14): 25−32. (in Chinese with English abstract). doi:  10.13386/j.issn1002-0306.2020100266
Citation: MA Erlan, LIN Ying, TU Lian, et al. Extraction, Purification of Taro Globulin and Its Inhibitory Activity on α-Amylase and α-Glucosidase[J]. Science and Technology of Food Industry, 2021, 42(14): 25−32. (in Chinese with English abstract). doi:  10.13386/j.issn1002-0306.2020100266

芋头球蛋白的提取纯化及其对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制活性研究

doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2020100266
基金项目: 广西重点研发计划(桂科AB1850012)
详细信息
    作者简介:

    马二兰(1994−),女,硕士研究生,研究方向:粮食与油脂加工,E-mail:1875479910@qq.com

    通讯作者:

    林莹(1971−),女,博士,教授,研究方向:粮食与油脂加工,E-mail:ly9a9@126.com

  • 中图分类号: TS201.2

Extraction, Purification of Taro Globulin and Its Inhibitory Activity on α-Amylase and α-Glucosidase

  • 摘要: 目的:探究芋头球蛋白体外调节血糖活性。方法:以磷酸缓冲液提取芋头球蛋白,以蛋白质提取率为指标考察了料液比、温度、时间和次数对蛋白质提取的影响,在此基础上采用响应面优化提取工艺。采用DEAE-52离子纤维素柱层析法纯化粗蛋白,通过高效液相色谱法检测纯化所得球蛋白的纯度,并测定其等电点和分子量。研究了芋头球蛋白对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制活性及抑制动力学,以阿卡波糖为阳性对照,评价其体外调节血糖活性。结果:最佳提取条件为:料液比1:16 g/mL、温度41 ℃、时间124 min,此时提取率为36.75%±0.31%,得率0.70%±0.04%,纯度85.72%±0.47%。纯化后的球蛋白经高效液相色谱检测得一主峰,纯度为93.27%,得率为0.20%±0.01%,等电点pI=5.6,分子量为22 kDa左右。芋头球蛋白对两种酶的抑制活性与蛋白浓度存在量效关系,对α-淀粉酶的IC50为0.75±0.10 mg/mL,对α-葡萄糖苷酶的IC50为(2.09±0.19) mg/mL,而阿卡波糖对α-淀粉酶的IC50为(0.61±0.13) mg/mL,对α-葡萄糖苷酶的IC50为(0.69±0.16) mg/mL,说明芋头球蛋白对α-淀粉酶略低于阿卡波糖,而对α-葡萄糖苷酶抑制活性远低于阿卡波糖,二者的抑制类型均为可逆性的非竞争性抑制,对α-淀粉酶抑制的Ki=(0.61±0.05) mg/mL,对α-葡萄糖苷酶抑制的Ki=(0.26±0.02) mmol/L。结论:本研究优化了芋头球蛋白的提取工艺,纯化得到芋头球蛋白,研究发现其有一定的体外调节血糖的活性,对功能食品的研发和芋头产品提高附加值具有一定的指导意义。
  • 图  1  料液比对芋头球蛋白提取率的影响

    Figure  1.  Effect of solid-to-liquid ratio on the extraction yield of taro globulin

    图  2  温度对芋头球蛋白提取率的影响

    Figure  2.  Effect of extraction temperature on the taro globulin extraction rate

    图  3  时间对芋头球蛋白提取率的影响

    Figure  3.  Effect of extraction time on taro globulin extraction rate

    图  4  次数对芋头球蛋白提取率的影响

    Figure  4.  Effect of extraction times on taro globulin extraction rate

    图  5  各因素交互作用响应面图和等高线图

    Figure  5.  Response surface and contour plots showing the interaction of various factors

    图  6  DEAE-52纤维素层析柱纯化芋头球蛋白洗脱曲线

    Figure  6.  Elution curve of taro globulin purified by deae-52 ion exchange chromatography

    图  7  芋头球蛋白经纯化在HPLC流出曲线

    Figure  7.  Taro globulin HPLC outflow curve after purified

    图  8  上清液球蛋白浓度随pH变化曲线

    Figure  8.  Curve of globulin concentration in supernatant with pH

    图  9  芋头球蛋白电泳图

    Figure  9.  Electropherogram of taro globulin

    图  10  芋头球蛋白和阿卡波糖对α-淀粉酶的抑制作用

    Figure  10.  Inhibitory effects of taro globulin and acarbose on α-amylase

    图  11  芋头球蛋白和阿卡波糖对α-葡萄糖苷酶的抑制作用

    Figure  11.  Inhibitory effects of taro globulin and acarbose on α-glucosidase

    图  12  芋头球蛋白对α-淀粉酶的抑制动力学曲线

    Figure  12.  Inhibitory kinetic curve of taro globulin on α-amylase

    图  13  芋头球蛋白对α-葡萄糖苷酶的抑制动力学曲线

    Figure  13.  Inhibitory kinetic curve of taro globulin on α-glucosidase

    图  14  芋头球蛋白与α-淀粉酶反应的Lineweaver-Burk双倒数曲线

    Figure  14.  Lineweaver-Burk plots of the reactions of α-amylase with taro globulin

    图  15  芋头球蛋白与α-葡萄糖苷酶反应的Lineweaver-Burk双倒数曲线

    Figure  15.  Lineweaver-Burk plots of the reactions of α-glucosidase with taro globulin

    表  1  响应面试验因素和水平

    Table  1.   Independent variables and their coded levels used in response surface methodology

    因素编码水平(Xi)
    −101
    A 料液比(g/mL)101520
    B 提取温度(℃)304050
    C 提取时间(min)90120150
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    表  2  响应面试验设计与结果

    Table  2.   Design and results of response urface methodology

    实验号因素 响应值
    料液比(mL/g)温度(℃)时间(min)蛋白质提取率(%)
    1103012031.81±0.83
    2203012034.53±1.16
    3105012032.94±0.95
    4205012034.96±0.66
    510409030.25±0.79
    620409033.39±0.98
    7104015032.97±0.58
    8204015034.67±0.85
    915309033.45±1.07
    1015509035.11±0.84
    11153015035.62±0.72
    12155015036.48±0.86
    13154012036.56±0.59
    14154012036.51±0.62
    15154012036.59±0.74
    16154012036.68±0.84
    17154012036.74±0.69
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    表  3  回归模型方差分析表

    Table  3.   Analysis of variance of regression model

    来源平方和自由度均方FP显著性
    模型59.9922996.66581262.9955< 0.0001**
    A-料液比11.47205111.47205452.6229< 0.0001**
    B-提取温度2.080812.080882.09672< 0.0001**
    C-提取时间7.1064517.10645280.3807< 0.0001**
    AB0.122510.12254.8331640.0639
    AC0.518410.518420.453160.0027**
    BC0.1610.166.3127040.0402*
    A230.70611130.706111211.491< 0.0001**
    B20.53212710.53212720.994770.0025**
    C25.05313815.053138199.3685< 0.0001**
    残差0.1774270.025346
    失拟项0.142930.0476335.5195060.0662
    净误差0.0345240.00863
    总离差60.1697116
    注: *:差异显著(P<0.05),**:差异极显著(P<0.01)。
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    表  4  DEAE-52纤维素柱层析不同盐浓度洗脱组分的蛋白质含量和酶抑制活性

    Table  4.   Protein content and enzyme inhibitory activity of elution components with different salt concentrations on DEAE-52 cellulose column chromatography

    NaCl浓度
    (mol/L)
    蛋白质含量
    (mg)
    1.0mg/mL蛋白质
    α-淀粉酶的
    抑制率(%)
    1.0mg/mL蛋白质
    α-葡萄糖苷酶
    的抑制率(%)
    013.84±0.157.62±0.165.32±0.38
    0.165.58±0.4158.62±0.4535.92±0.87
    0.253.24±0.4712.32±0.239.05±0.59
    0.315.24±0.288.43±0.265.86±0.27
    0.43.49±0.524.72±0.452.12±0.33
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    表  5  芋头蛋白提取率和纯度

    Table  5.   Extraction rate and purity of taro protein

    样品蛋白质提取率(%)蛋白质得率(%)蛋白质纯度(%)
    粗蛋白36.75±0.31a0.70±0.04a85.72±0.47a
    球蛋白10.47±0.07b0.20±0.01b93.27±0.29b
    注:同列不同字母代表差异显著(P<0.05)。
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    表  6  芋头球蛋白与α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶反应的Lineweaver-Burk双倒数曲线方程

    Table  6.   Lineweaver-Burk plots equation of the reactions of α-amylase and α-glucosidase with taro globulin

    球蛋白浓度(mg/mL)α-淀粉酶反应的双倒数曲线方程α-葡萄糖苷酶反应的双倒数曲线方程
    0y=25.385x+11.77,R2=0.997y=23.689x+12.706,R2=0.9934
    1.0y=59.583x+30.255,R2=0.9974y=33.67x+18.526,R2=0.9948
    2.0y=119.7x+62.758,R2=0.996y=39.143x+22.322,R2=0.9967
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-03
  • 网络出版日期:  2021-06-08
  • 刊出日期:  2021-07-07

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