玉米蛋白多肽产品的多频超声辅助海藻酸钠固定化酶酶解制备方法，涉及玉米多肽产品的开发利用，属于玉米精深加工技术领域。
背景技术：
作为世界三大粮食作物之一，玉米具有较高的单产量和较大的增产潜力。生产玉米淀粉是玉米的主要用途之一。玉米蛋白粉是湿磨法生产玉米淀粉过程中的主要副产物。但是研究报告发现，玉米蛋白粉缺乏赖氨酸、色氨酸等人体必需氨基酸，使得其营养价值不高，在食品工业中的难以发挥主要作用，造成了资源浪费、环境污染。因此，如何优化资源、提高经济效益已成为当今玉米淀粉深加工副产物综合利用炙手可热的研究课题。
目前，酶水解法是制备玉米多肽的主要应用方法，但传统的酶水解法存在酶无法重复利用，酶解时间较长，且蛋白转化率、酶的利用率、产物的得率和活性较低等缺点。目前超声辅助酶解技术作为替代传统酶解技术的应用水平在不断地提升，在玉米多肽制备方面已有应用。超声波在酶解反应中的应用主要包括超声波对蛋白原料预处理、超声波对酶的作用以及在酶解反应过程中施加超声处理三个方面。以上大都是单频超声的作用，近几年脉冲、扫频、双频等模式也渐渐被报道出来，如采用脉冲超声处理黄粉虫幼虫水溶性蛋白，蛋白的二级结构中α-螺旋结构的含量降低，β-链及无规则卷曲的含量升高。扫频超声处理对玉米醇溶蛋白的特性有显著改善。双频超声预处理小麦面筋蛋白能加速蛋白水解过程，显著提高水解度，水解产物的活性也随之增加。对于复杂的玉米蛋白结构及其较强的疏水特性，上述几种超声模式很难取得理想的酶解促进效果和蛋白改性效果。同步多频超声是三支超声探头分别发出三种不同频率的超声波，且可以实现同步脉冲操作，通过变换超声频率组合可以满足原料变化的需求，即超声波能与原料的固有频率产生最大程度的共振，充分发挥超声波应有的作用效果，并且目前国内外鲜有在酶解反应过程中施加同步多频超声处理的研究报道。此外，联合固定化酶技术可以实现酶的重复利用，节省生产成本。
技术实现要素：
本发明为了克服上述现有技术的不足，提供一种同步多频超声和固定化酶联合技术进行玉米蛋白酶解制备玉米多肽的方法，达到提高酶的利用率、回收的酶可重复利用、提高产品得率和品质、降低生产成本的目的。
本发明所述的同步多频超声辅助固定化酶酶解制备玉米多肽的方法，按照下述步骤进行：
（1）制备海藻酸钠固定化碱性蛋白酶：将质量分数为3%的海藻酸钠溶液按3:1（体积比）与碱性蛋白酶（11000 U/mL）混合均匀，逐滴滴入质量分数为3%的氯化钙溶液（这两个溶液的体积比是1:12.5）中，静置硬化2 h后形成形状均匀的海藻酸钠微球。
（2）将一定浓度的玉米蛋白粉溶液（料液比3%~7%，质量体积比）投入多频超声辅助酶解设备中，预热玉米蛋白粉溶液温度至30~60℃，调节pH至8.5，再按照1800 u/g加入步骤（1）的海藻酸钠固定化碱性蛋白酶，迅速进行多频模式超声处理，酶解时间60~480 min。
（3）酶解反应结束后，先过滤回收固定化碱性蛋白酶，再离心收集上清液，浓缩、冷冻干燥制得玉米多肽产品。
其中所述的多频超声模式为：三频同步超声处理，超声功率密度30~150 W/L；超声脉冲工作时间10 s；脉冲间歇时间5 s。
三频同步超声处理的超声波频率组合为：A：20/28/40 kHz、B：20/35/50 kHz或者C：20/40/60 kHz。
本发明的优点：
采用同步多频超声波和固定化酶联合技术对玉米蛋白进行酶解制备多肽产品，较常规酶解、单频超声辅助酶解、双频超声辅助酶解方法相比，产品品质更高，更好地达到提高多肽得率和活性的目的；固定化酶可回收，酶的重复利用率更高，更节约生产成本，为高附加值玉米多肽产品的工业化生产提供了一条可行之路。
附图说明
图1是超声辅助酶解设备结构图，其中1、2、3为超声振板，4为盛液器，5为水浴锅，6为温度探头，7为循环泵，8为电脑程序控制器，9、10、11为超声控制器。
具体实施方式
在本发明中所使用的术语，除非有另外说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。下面结合具体的实施例，并参照数据进一步详细地描述本发明。应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
在以下的实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。所用试剂的来源、商品名以及有必要列出其组成成分者，均在首次出现时标明，其后所用相同试剂如无特殊说明，均与首次标明的内容相同。
本发明中以水解度来评价酶解效率，相对酶活力来评价酶的重复利用率，多肽浓度和ACE抑制率来评价玉米多肽产品品质。水解度的测定采用pH-stat法；相对酶活力的测定按照国标“GBT 23527-2009 蛋白酶制剂”的方法，用酶解后固定化酶的活力数值与酶解前的比值表示；多肽浓度的测定采用Folin-酚比色法；人体中过多的血管紧张素转化酶（ACE）是引起血压升高的重要原因之一，因此本发明以多肽对ACE的抑制率评价其降血压活性。ACE抑制率的测定采用高效液相色谱法，按照文献“吴琼英，马海乐，骆琳等. 高效液相色谱法测定血管紧张素转化酶抑制剂的活性[J]. 色谱, 2005, 23(1):79-81.”的方法进行，以马尿酰-组氨酰-亮氨酸（HHL）作为ACE催化的底物，研究其峰面积的变化，计算ACE抑制率。
图1为本发明的超声辅助酶解法采用的超声辅助酶解设备，该设备配有一台电脑程序控制器8，可设定超声工作参数（超声功率密度、频率、脉冲工作时间、间歇时间和处理总时间）分别控制三个超声控制器9、10、11，分别连接三支不同频率的超声振板1、2、3，可实现单一频率/两个频率/三个频率超声波处理；将玉米蛋白粉溶液投入盛液器4中进行单频/双频/多频超声辅助酶解试验，启动循环泵7对酶解液进行循环。通过水浴锅5和温度探头6实现酶解液温度的自动控制。
以海藻酸钠为载体，制备海藻酸钠固定化碱性蛋白酶。先将一定量的碱性蛋白酶用pH 9.5硼酸缓冲液稀释，稀释至酶活大约为11000 U/mL，放置4℃冰箱中保存。然后称取一定量的海藻酸钠配成3%溶液，沸水加热至完全溶解，放置室温冷却至38℃左右。再称取一定量的无水氯化钙配成3%的溶液，放置4℃冰箱保存。将配好的3%海藻酸钠溶液按3:1（体积比）与碱性蛋白酶混合，充分搅拌均匀后，静置一段时间使其中的气泡跑出。用注射器抽取静置后的混合物，从10~15 cm高度缓慢滴入盛有3%氯化钙溶液（这两个溶液的体积比是1:12.5）的烧杯中形成凝胶珠，同时使用电动搅拌器匀速搅拌，滴完后放入4℃冰箱中，进一步静置硬化2 h，即可得到形状均匀的海藻酸钠微球。倾去氯化钙溶液，除去漂浮的空化珠状颗粒后，用适量去离子水洗涤2~3次，直至上清液中无酶，取出抽滤、晾干，即制备得到海藻酸钠固定化碱性蛋白酶，放置于4℃冰箱保存备用。
对照例1：常规酶解
采用不加超声的常规酶解法进行固定化酶酶解制备玉米多肽试验。取125 g玉米粉，按料液比5%（质量体积比）加2.5 L水溶解，加热至60℃，调节pH至8.5，加酶量1800 U/g，酶解时间90 min。酶解结束后，先过滤回收固定化碱性蛋白酶，再4000 rpm离心15 min，取上清液，浓缩，冷冻干燥，得到玉米多肽产品。玉米多肽产品的水解度为18.9%，多肽浓度为9.0 mg/mL，ACE抑制率为59.8%，相对酶活力为12.8%。
对照例2、3、4：单频超声辅助酶解
采用单频超声辅助固定化酶酶解制备玉米多肽试验。取125 g玉米粉，按料液比5%（质量体积比）加2.5 L水溶解，加热至60℃，调节pH至8.5，加酶量1800 U/g。单频超声处理条件为：超声频率组合：20kHz单频超声（对照例2）、28kHz单频超声（对照例3）、40kHz单频超声（对照例4），超声功率密度150 W/L，脉冲工作时间10 s，间歇时间5 s，处理时间90 min。酶解结束后，先过滤回收固定化碱性蛋白酶，再4000 rpm离心15 min，取上清液，浓缩，冷冻干燥，得到玉米多肽产品。对照例2玉米多肽产品的水解度为19.2%，多肽浓度为9.0 mg/mL，ACE抑制率为60.0%，相对酶活力为12.5%。对照例3玉米多肽产品的水解度为19.1%，多肽浓度为9.2 mg/mL，ACE抑制率为62.0%，相对酶活力为13.0%。对照例4玉米多肽产品的水解度为19.4%，多肽浓度为9.1 mg/mL，ACE抑制率为61.0%，相对酶活力为12.3%。
对照例5、6、7：同步双频超声辅助酶解
采用双频超声辅助固定化酶酶解制备玉米多肽试验。超声频率组合：20、28kHz同步双频超声（对照例5）、20、40kHz同步双频超声（对照例6）、28、40kHz同步双频超声（对照例7），其他参数同单频超声辅助酶解试验。对照例5玉米多肽产品的水解度为19.5%，多肽浓度为9.3 mg/mL，ACE抑制率为64.0%，相对酶活力为13.5%。对照例6玉米多肽产品的水解度为19.6%，多肽浓度为9.4 mg/mL，ACE抑制率为62.0%，相对酶活力为13.0%。对照例7玉米多肽产品的水解度为19.5%，多肽浓度为9.5 mg/mL，ACE抑制率为63.0%，相对酶活力为14.3%。
实施例1：
采用同步多频超声辅助固定化酶酶解制备玉米多肽试验。取125 g玉米粉，按料液比5%（质量体积比）加2.5 L水溶解，加热至60℃，调节pH至8.5，加酶量1800 U/g。同步多频超声处理条件为：20、28、40 kHz三频超声同步工作、超声功率密度150 W/L、脉冲工作时间10 s、间歇时间5 s、处理时间60 min。酶解结束后，先过滤回收固定化碱性蛋白酶，再4000 rpm离心15min，取上清液，浓缩，冷冻干燥，得到玉米多肽产品，测得水解度为18.1%，多肽浓度为10.6 mg/mL，ACE抑制率为69.2%，相对酶活力为18.6%。
实施例2：
试验处理过程同实施例1，其不同在于采用20、35、50 kHz三频超声同步工作，玉米多肽产品的水解度为18.6%，多肽浓度为9.5 mg/mL，ACE抑制率为64.0%，相对酶活力为11.7%。
实施例3：
试验处理过程同实施例1，其不同在于采用20、40、60 kHz三频超声同步工作，玉米多肽产品的水解度为19.3%，多肽浓度为10.4 mg/mL，ACE抑制率为68.1%，相对酶活力为16.4%。
实施例4：
试验处理过程同实施例1，其不同在于其中超声功率密度为30 W/L，玉米多肽产品的水解度为16.9%，多肽浓度为10.7，ACE抑制率为54.6%，相对酶活力为19.7%。
实施例5：
试验处理过程同实施例1，其不同在于其中超声功率密度为150 W/L，玉米多肽产品的水解度为17.9%，多肽浓度为10.7，ACE抑制率为63.5%，相对酶活力为16.3%。
实施例6：
试验处理过程同实施例1，其不同在于其中料液比为3%（质量体积比），玉米多肽产品的水解度为15.4%，多肽浓度为5.3 mg/mL，ACE抑制率为56.6%，相对酶活力为20.2%。
实施例7：
试验处理过程同实施例1，其不同在于其中料液比为7%（质量体积比），玉米多肽产品的水解度为16.2%，多肽浓度为6.4mg/mL，ACE抑制率为66.0%，相对酶活力为22.3%。
实施例8：
试验处理过程同实施例1，其不同在于其中酶解温度为30℃，玉米多肽产品的水解度为4.5%，多肽浓度为4.4 mg/mL，ACE抑制率为7.1%，相对酶活力为23.8%。
实施例9：
试验处理过程同实施例1，其不同在于其中酶解温度为50℃，玉米多肽产品的水解度为6.8%，多肽浓度为4.8 mg/mL，ACE抑制率为10.3%，相对酶活力为6.7%。
实施例10：
试验处理过程同实施例1，其不同在于其中酶解时间为90 min，玉米多肽产品的水解度为21.6%，多肽浓度为10.2 mg/mL，ACE抑制率为75.8%，相对酶活力为16.3%。
实施例11：
试验处理过程同实施例1，其不同在于其中酶解时间为480 min，玉米多肽产品的水解度为29.5%，多肽浓度为12.9 mg/mL，ACE抑制率为71.9%，相对酶活力为10.3%。
对比实施例1、2、3可以看出，从超声能耗、酶解效率、酶的重复利用率和产品品质综合考虑，20/28/40 kHz同步超声优于20/35/50 kHz和20/40/60 kHz同步超声。
根据上述实验结果得出，同步多频超声辅助固定化酶酶解制备玉米多肽（实施例10）与不加超声的常规酶解（对照例1）相比，水解度提高了14.3%，多肽浓度提高了13.3%，ACE抑制率提高了26.8%，相对酶活力提高了27.3%，由此得出，从酶解效率、酶的重复利用率以及多肽产品品质来看，同步多频超声显著优于常规酶解。
与单频超声辅助酶解（对照例2、3、4）相比，水解度提高了11.3%~13.1%，多肽浓度提高了10.9%~13.3%，ACE抑制率提高了22.3%~26.8%，相对酶活力提高了25.4~32.5%，由此得出，从酶解效率、酶的重复利用率以及多肽产品品质来看，同步多频超声显著优于单频超声。
与双频超声辅助酶解（对照例5、6、7）相比，水解度提高了10.2%~10.8%，多肽浓度提高了7.4%~9.7%，ACE抑制率提高了18.4%~22.3%，相对酶活力提高了14.0%~25.4%，由此得出，从酶解效率、酶的重复利用率以及多肽产品品质来看，同步多频超声显著优于同步双频超声。