海蜇伞部酶促溶性胶原蛋白的热变性动力学

孙 睿1,王煦松1,秦 磊1,2,*,张玉莹1,徐献兵1,2,杜 明1,2,董秀萍1,2,李冬梅1,2

(1.大连工业大学食品学院,辽宁 大连 116034;2.国家海洋食品工程技术研究中心,辽宁 大连 116034)

摘 要:为阐明海蜇伞部酶促溶性胶原蛋白(pepsin-solubilized collagen,PSC)的热变性反应机理,以保持完整三螺旋结构的PSC为研究对象,通过微量热仪测定不同升温速率条件下PSC的变性温度,以及采用34、35、36、37、38、39 ℃加热不同时间后的PSC残存率,并进行热变性动力学分析。结果表明,海蜇伞部PSC对热变化敏感,随着加热温度升高,单位时间内提高的热量增加,使海蜇伞部PSC变性速率加快,完成变性时间缩短;随着升温速率的减慢,吸热峰逐渐向低温区移动,即变性温度随升温速率的减慢而降低,但升温速率的变化对反应热并无显著影响。反应级数为0.9的回归方程能够较好地描述PSC热变性过程,在恒温34、35、36、37、38 ℃及39 ℃的条件下,PSC变性的D90值(90%蛋白变性所需时间)分别为53.76、26.11、15.75、4.89、4.26、2.55 min,Z90值(D值降低90%的温度变化)为3.69 ℃,表观活化能为481.90 kJ/mol。研究结果可为海蜇胶原蛋白的进一步开发利用提供理论参考。

关键词:海蜇;胶原蛋白;热变性;动力学

海蜇(Rhopilema esculentum)属于钵水母纲、根口水母目、根口水母科、海蜇属,广布于我国南北各海中,产量丰富,但高值化利用率低。研究表明,海蜇伞部干基中以胶原蛋白为主的蛋白类物质含量很高,是一个富有利用价值的潜在胶原蛋白源。胶原是由3 条肽链组成的螺旋形纤维状细胞外基质的结构蛋白质[1],主要含有脯氨酸、羟氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸等[2-3]。与其他蛋白相比,其结构和组成的特殊性,使其能够广泛应用于生物医学材料、药物输送载体、组织工程、化妆品和食品等领域[4]

胶原分子均是依靠氢键等非共价键维持其三股螺旋构象[5-6],当胶原分子从外界吸收足够多的热量后,这些非共价键就会遭到破坏,胶原的三股螺旋构象会随之改变为无规卷曲构象[7]。Weir[8]研究了热变性导致的胶原纤维收缩过程,发现胶原的热收缩过程符合一级动力学方程,且反应的速率常数与温度的关系满足Arrhenius方程。Miles等[9-10]进行了一系列有关胶原热变性的相关研究,也认为胶原热变性是一个不可逆的速率过程,且符合一级反应动力学。经过后期研究表明,胶原热变性首先从缺失羟脯氨酸的氨基酸序列片段开始,将该段氨基酸序列称为热不稳定区域。为了进一步探讨胶原的热变性机理,Persikov等[11]以胶原多肽为研究对象,通过变换各种实验条件(如升温速率、样品浓度等),研究了胶原多肽从三股螺旋构象到无规卷曲构象的转变过程,结果表明构象转变是一个动力学过程而不是平衡过程,且绝大多数情况下不可逆。Liu Wentao等[12]采用等转化率法研究了溶液中Ⅰ型牛皮胶原的热变性过程,结果发现活化能随胶原热变性的进行而逐渐下降。

发生热变性的胶原其低抗原性等优良特性都将消失,因而在实际应用中如何确保胶原的三股螺旋结构与生物学性能不发生改变显得尤为重要。随着人们对胶原进一步的了解、开发和利用,对胶原的热稳定性的研究也更加深入。热变性动力学是研究胶原稳定性的重要组成部分,是生物材料进行实际应用的基本原理。海蜇伞部酶促溶性胶原蛋白(pepsin-solubilized collagen,PSC),是经过胃蛋白酶酶解提取得到的纯度较高且结构完整性较好的胶原蛋白。本实验对PSC热变性动力学,即热变性反应机理进行研究,进一步解释胶原在热处理过程中的变化,以期为海蜇活性胶原蛋白的开发利用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜海蜇(Rhopilema esculentum)捕捞于辽宁营口辽东湾海域,将伞部割下,海水洗净,加冰于当日运回实验室,-80 ℃冷冻保存。

胃蛋白酶、氯化钠 上海生工生物工程有限公司;氢氧化钠 天津东丽区天大化学试剂厂;乙酸 天津市恒兴化学试剂制造有限公司;磷酸二氢钠、磷酸氢二钠天津市大茂化学试剂厂;所有试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

Micro DSC III微量热仪 法国塞塔拉姆公司;Z323K冷冻离心机 德国哈默公司;98-2强磁力搅拌器巩义市予华仪器有限责任公司。

1.3 方法

1.3.1 海蜇伞部PSC的制备

取冷冻海蜇伞部,解冻后切块,加等量去离子水,匀浆。9 320 r/min离心10 min弃去上清液。向沉淀加入去离子水搅拌30 min后9 320 r/min离心10 min,重复水洗,至上清液透明。向所得沉淀按料液比(1∶500,m/V)加入0.1 mol/L NaOH溶液,搅拌24 h。9 320 r/min离心10 min,沉淀加入去离子水反复洗涤至中性。将所得沉淀称质量后溶于0.5 mol/L乙酸溶液(1∶500,m/V),以干物质质量1%计算,加入胃蛋白酶(酶活力为13 274 U/g,酶量为干物质质量的10%),搅拌72 h。9 320 r/min离心30 min,取上清液,向上清液中缓慢加入4 mol/L NaCl溶液,直至NaCl浓度为1.2 mol/L,搅拌20 min,静置过夜。9 360 r/min离心5 min取沉淀。将沉淀溶于少量0.5 mol/L乙酸中,搅拌至完全溶解。将其装入透析袋中,置于0.02 mol/L Na2HPO4-NaH2PO4(pH 8.0)透析液中透析48 h,9 630 r/min离心20 min取沉淀。将沉淀溶于少量0.1 mol/L乙酸,并采用0.1 mol/L乙酸溶液透析48 h,再用去离子水透析72 h。取出冷冻干燥后得到PSC。以上所有操作除特殊注明外,均在4 ℃条件下进行[13-16]

1.3.2 海蜇伞部PSC变性温度的测定

称取冻干后的海蜇伞部PSC样品,用去离子水配制成10 mg/mL溶液,使其充分溶解,离心排除气泡,静置过夜。以等量去离子水做参比,应用Micro DSC III微量热仪对其变性温度进行测定,升温区间为5~80 ℃,升温速率分别为1.00、0.50、0.10、0.01 ℃/min。

1.3.3 加热后海蜇伞部PSC残存率的测定

称取冻干后的海蜇伞部PSC样品,用去离子水配制成10 mg/mL溶液,使其充分溶解,离心排除气泡,静置过夜。取300 μL配制样品于差示扫描量热(differential scanning calorimetry,DSC)样品池中,以等量去离子水做参比。以未加热样品测定反应热为空白,34 ℃条件下加热5、10、15、20、25、30、35 min,35 ℃条件下加热5、10、13、15、20、25、30 min,36 ℃条件下加热2、5、8、10、12、13、15 min,37 ℃条件下加热0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、8.0、10.0 min,38 ℃条件下加热1、2、3、4、5、6、7 min,39 ℃条件下加热0.5、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0 min。样品加热后置于冰浴中快速冷却5 min,应用微量热仪对其反应热进行测定,测量的温度范围为0~60 ℃,升温速率为1 ℃/min。不同温度条件下热处理不同时间的残存率计算见式(1)。

式中:A为加热0 min空白组反应热/(J/g);B为不同温度条件下不同时间的反应热/(J/g)。

1.3.4 海蜇伞部PSC热变性动力学分析

1.3.4.1 热变性方程反应级数及变性速率常数的确定

海蜇伞部PSC热变性过程的速率方程可用式(2)表示。

式中:-dC/dt为变性速率;C为任意时间下的未变性胶原蛋白含量;k为变性速率常数;n为反应级数。

当n≠1时,对式(2)取对数,得-ln(dC/dt)=ln k+ nln C,积分后得:(Ct/C01-n=1+(n-1)kC0n-1t,设k’=kC0

n-1,则上式变化为式(3)。

当n=1时,则有:

取n=0.0、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0,依据式(3)作(Ct/C01-n-t图;取n=1时,依据式(4)作ln(Ct/C0)-t图,求得不同温度条件下回归方程的相关系数及最大相关系数下反应级数n对应的回归方程。根据回归方程的斜率求得不同温度条件下变性速率常数。

1.3.4.2 热变性过程中表观活化能的确定

在热变性过程中,变性速率常数(k)与温度的关系可以采用Arrhenius方程表示。

式中:A为Arrhenius常数;Ea为表观活化能/(kJ/mol);R为气体常数8.314 510 J/(mol·K);T为绝对温度/K。

对上式两边取对数,得:ln k=ln A-Ea/RT,即ln k-1/T应为直线,根据斜率计算出海蜇PSC热变性过程中的表观活化能Ea

1.3.4.3 热变性过程中D90值与Z90值的确定

D90值指在恒定温度下90%胶原蛋白变性所需时间,通过lg Ct对t作图求得(回归方程斜率的倒数值)。Z90值指D90值降低90%的温度变化,体现了温度对D90值的影响,通过lg D90T(D90T为T温度条件下的D90值)对T作图求得(回归方程斜率的倒数值)[17]

2 结果与分析

2.1 不同升温速率对海蜇伞部PSC变性温度的影响

图1 不同升温速率条件下海蜇伞部PSC的DSC结果
Fig. 1 DSC curves of PSC from jellyf i sh umbrella at different heating rates

表1 不同升温速率下海蜇伞部PSC热力学参数分析
Table 1 Thermodynamic parameters of PSC from jellyf i sh umbrella at different heating rates

不同升温速率对海蜇伞部PSC变性温度的影响如图1与表1所示,随着升温速率的减小,吸热峰逐渐向低温区移动,即变性温度随升温速率的减小而降低,然而升温速率对反应热的影响未出现明显变化。实验过程中,升温速率为1.00 K/min和0.50 K/min时,在低温区间,胶原的热变性速率很低,且持续时间较短,此时热容变化很小,DSC的基线很平;当升温速率降低至0.10 K/min和0.01 K/min时,胶原仍保持很低的热变性速率,但持续时间过长,此时胶原变性的数量增多,热容变化能够被仪器检测到,基线较早发生漂移。当温度逐渐升高,不同升温速率条件下的胶原,其热变性速率均迅速增加,出现明显的吸热峰,但由于未变性胶原总量一定,较低升温速率条件下的胶原较早完成全部变性,形成新基线,但反应热无明显变化。同时,考虑随着升温速率的降低,升温过程耗时增长,在缓慢升温的过程中,除了胶原变性的过程外,伴随着胶原降解的过程,使胶原的热稳定性在缓慢升温的过程中,逐渐降低,最后导致变性温度随升温速率的减小而降低的现象。

根据不可逆速率过程模型[10],可对海蜇胶原的热变性的DSC曲线解释如下:当温度较低时,胶原的热变性速率很低,此时热容变化很小,DSC的基线很平;当温度达到一定值时,胶原热变性速率足够高,其导致的热容变化能够被仪器检测到,基线开始漂移;随着温度的逐渐升高,胶原的热变性速率迅速增加,体系的热容也相应提高,然而在胶原的热变性是不可逆的情况下,体系热容的增加会受到样品中未变性胶原数量减少的制约;当温度达到一定值时,体系的热容达到最大值,之后逐渐降低直至所有胶原分子全部变性,此时生成了新的基线[18]

2.2 不同温度加热条件下海蜇伞部PSC残存率的变化

图2 海蜇伞部PSC热处理不同时间后的DSC结果
Fig. 2 DSC curves of PSC from jellyf i sh umbrella after heating treatment for different times

海蜇伞部PSC随着热处理温度及时间的变化,其残存率发生变化,以加热0 min为空白(残存率为100%)。通过海蜇伞部PSC的残存率曲线,可分析相同温度热处理不同时间,海蜇伞部PSC的热变性情况,以34 ℃与39 ℃为例,分析海蜇伞部PSC的热变性趋势。图2显示,34 ℃与39 ℃热处理不同时间,随着热处理时间的延长,海蜇伞部PSC热变性曲线中的吸热峰先是逐渐变平缓,后分裂为两个峰,最终吸热峰逐渐消失。说明在34 ℃与39 ℃条件下短时间加热,海蜇伞部PSC的结构中个别维持网络结构的化学键遭到破坏,而当热处理时间进一步延长时,这种结构几乎被完全破坏掉,因此导致原来的单一吸热峰分为两个吸热峰。海蜇伞部PSC在34 ℃条件下加热35 min后,热变性曲线仍未变为一条直线,即海蜇伞部PSC未完全变性,仍保留少量的三螺旋结构。而在39 ℃条件下加热5 min后,热变性曲线可近似看成一条直线,即完全趋于变性。由图2可知,34 ℃与39 ℃热处理过程中,海蜇伞部PSC的反应热与热处理时间成反比。海蜇伞部PSC在35、36、37、38、39 ℃条件下热处理不同时间具有相同的结论,即温度升高,海蜇伞部PSC完全变性所用的时间减少。

图3 不同温度加热不同时间海蜇伞部PSC残存率变化
Fig. 3 Time-course curves of rates of residual PSC from jellyf i sh umbrella at different heat treatment conditions

由图3可知,海蜇伞部PSC随着热处理温度的升高和时间的延长,变性加剧。海蜇伞部PSC在34 ℃的条件下,变性较为缓慢,完全变性所需时间较长;35 ℃条件下,海蜇伞部PSC残存率降至10%所需时间相比34 ℃条件明显减小;36 ℃条件下热处理15 min,海蜇伞部PSC的残存率小于10%;海蜇伞部PSC在37 ℃的条件下处理10 min,已经完全变性;海蜇伞部PSC在38、39 ℃的条件下变性较为迅速,热处理5 min左右,残存率小于10%。海蜇伞部PSC在34 ℃以下稳定性较强,随着温度的升高,海蜇PSC稳定性下降的幅度会逐渐增大。

2.3 海蜇伞部PSC热变性动力学分析

2.3.1 海蜇伞部PSC热变性方程反应级数及变性速率常数的确定

表2 海蜇伞部PSC热变性过程中不同反应级数下的相关系数
Table 2 Correlation coefficients of kinetic equations with different reaction orders for the thermal denaturation process of PSC from jellyfish umbrella

表3 海蜇伞部PSC热变性参数(n = 0.9)
Table 3 Thermal denaturation kinetic parameters of PSC from jellyfish umbrella (n = 0.9)

注:y为ln(Ct/C0);x为t。

综合海蜇伞部PSC不同温度条件下的n值,表2显示,当n=0.9时,回归方程的相关系数(R2)平均值最大,且纵坐标截距接近1,由此可以确定海蜇伞部PSC热变性反应的反应级数为0.9。反应级数由反应机制决定,生成产物之前,反应物曾经过许多非稳定的瞬间反应,这些瞬间反应所产生中间化学生成物的特性,可以控制反应级数。根据张红[19]、郑惠娜[20]等的实验研究结果,乳铁蛋白的热变性反应级数为1.9,水溶性和盐溶性马氏珠母贝肌肉提取蛋白热变性级数分别为1.1和1.3[20-21]。蛋白质变性十分复杂[22-24],不同来源的蛋白或是相同来源不同种类的蛋白,由于其组成和结构的不同,在热变性过程中,其非稳定瞬间反应存在差异,导致其热变性反应级数具有明显差别。根据不同温度条件下回归方程的斜率,计算得到不同温度条件下的变性速率常数。由表3可知,随着温度的升高,海蜇伞部PSC变性速率常数增加,变性速率加快。

2.3.2 热变性过程中表观活化能及热力学参数

热对蛋白质的变性作用体现在热使分子振动程度增加,蛋白质分子内和分子间的各种作用力被削弱,导致原本规则、致密的蛋白质分子结构被破坏,有序缠绕、折叠的多肽链伸展开形成线性分子[25-27]。热对蛋白质的变性作用受蛋白质本身的性质、蛋白质浓度、温度、作用时间等多种因素的影响[28],这是因为蛋白质分子的空间结构的稳定性受这些因素的影响。根据Arrhenius方程取对数结果,ln k = ln A-Ea/RT,做ln k-1/T图,由图中方程y=-57 961.897 3x+192.703 0(R2=0.966 0)的斜率可计算出海蜇PSC热变性过程中的表观活化能Ea=481.90 kJ/mol。根据张红[19]、郑惠娜[20]等的实验研究结果,乳铁蛋白的表观活化能Ea=125.07 kJ/mol[19-20],水溶性和盐溶性马氏珠母贝肌肉提取蛋白变性活化能分别为101.83 kJ/mol和112.78 kJ/mol[20-21]。胶原蛋白是由3 条多肽链组成的具有三股螺旋结构的蛋白质[29],变性过程为胶原蛋白交联区域的三股螺旋结构向无规则线团的过渡。稳定超螺旋结构主要是氢键、疏水键、范德华力以及胶原分子侧链相反电荷基团的作用,在胶原分子结构上有序分布的电离基团和疏水作用有利于胶原结构的稳定[30]。同时,氢键键合水分子在稳定胶原结构中也起了重要作用。因而相比之下,海蜇伞部PSC具有较高的表观活化能。

根据ln k-1/T图可知方程截距,得ln A为185.80,再根据不同热力学参数公式,分别计算出海蜇伞部PSC在不同温度条件下各项热力学参数值(表4)。

表4 海蜇伞部PSC热变性过程中的热力学参数
Table 4 Thermodynamic parameters for thermal denaturation of PSC from jellyf i sh umbrella

2.3.3 热变性过程中D90值与Z90

表5 海蜇伞部PSC热变性过程中的D90值与Z90
Table 5D90and Z90values for thermal denaturation of PSC from jellyf i sh umbrella

对海蜇伞部PSC质量浓度对数lgCt与热处理时间t作图,根据图中直线斜率可计算出在34、35、36、37、38 ℃和39 ℃条件下海蜇伞部PSC热变性的D90值,并以lgD90对温度T作图,得y=-0.271 1x+10.907(R2=0.966 1),根据直线斜率计算出在34~39 ℃范围内海蜇伞部PSC热变性的Z90值。由表5可知,随着热处理温度的升高,D90值减小,即在恒定温度条件下90%海蜇伞部PSC变性所需时间缩短,且在海蜇伞部PSC变性温度35 ℃左右,D90值变化明显。在此温度范围内的Z90值为3.69 ℃。考虑随着温度升高,单位时间内提高的热量即能量值增加,使海蜇伞部PSC变性速率加快,完成变性时间缩短。

3 结 论

海蜇伞部PSC热变性动力学分析表明,PSC热变性反应级数为0.9,在34、35、36、37、38 ℃及39 ℃的加热条件下,随着温度的升高,且PSC变性的D90值不断下降,分别为53.76、26.11、15.75、4.89、4.26、2.55 min,说明其PSC变性速率常数增加,热变性率不断升高。在此温度范围内的Z90值为3.69 ℃,表观活化能Ea=481.90 kJ/mol。相比于其他来源的蛋白质,海蜇伞部PSC反应级数较低,表观活化能较高。热变性动力学是研究胶原稳定性的重要组成部分,是生物材料进行实际应用的基本原理,可为海蜇活性胶原蛋白的开发利用提供理论参考。

参考文献:

[1] 任俊莉, 付丽红, 邱化玉. 胶原蛋白的应用及其发展前景[J]. 中国皮革, 2003, 32(23): 16-17. DOI:10.3969/j.issn1001-6813.2003.23.005.

[2] 周倩, 罗志刚, 何小维. 胶原蛋白的应用研究[J]. 现代食品科技, 2008, 24(3): 286-290. DOI:10.3969/j.issn.1673-9078. 2008.03.026.

[3] 李志皓. 半干即食海蜇的研制[D]. 青岛: 中国海洋大学, 2013: 15-16.

[4] 白海英, 柯蕾芬. 胶原蛋白应用的研究进展[J]. 吉林医药学院学报, 2013, 34(2): 133-135. DOI:10.3969/j.issn.1673-2995.2013.02.021.

[5] 姚理荣, 林红, 陈宇岳. 胶原蛋白纤维的性能与应用[J]. 纺织学报, 2006, 27(9): 105-107.

[6] 庄永亮, 赵雪, 张朝辉, 等. 海蜇伞部胶原蛋白的提取及其理化性质[J].食品科学, 2009, 30(13): 89-92. DOI:10.3321/ j.issn:1002-6630.2009.13.020.

[7] 王堃, 郑学晶, 孟卓君, 等. 影响胶原结构与性能的因素研究进展[J].化工进展, 2010, 29(1): 88-99.

[8] WEIR C E. Rate of shrinkage of tendon collagen-heat, entropy and free energy of activation of the shrinkage of untreated tendon-effect of acid, salt, pickle, and tannage on the activation of tendon collagen[J]. Journal of the American Leather Chemists Association, 1949, 42(1): 17-32. DOI:10.6028/jres.042.002.

[9] MILES C A. Kinetics of the helix/coil transition of the collagenlike peptide (Pro-Hyp-Gly) 10[J]. Biopolymers, 2007, 87(1): 51-67. DOI:10.1002/bip.20787.

[10] MILES C A, BAILEY A J. Thermally labile domains in the collagen molecule[J]. Micron, 2001, 32(3): 325-332. DOI:10.1016/S0968-4328(00)00034-2.

[11] PERSIKOV A V, XU Y J, BRODSKY B. Equilibrium thermal transitions of collagen model peptides[J]. Protein Science, 2004, 13(4): 893-902. DOI:10.1110/ps.03501704.

[12] LIU Wentao, LI Guoying. Non-isothermal kinetic analysis of the thermal denaturation of type I collagen in solution using isoconversional and multivariate non-linear regression methods[J]. Polymer Degradation and Stability, 2010, 95(12): 2233-2240. DOI:10.1016/ j.polymdegradstab.2010.09.012.

[13] KOLODZIEJSKA I, SIKORSKI Z E, NIECIKOWSKA C. Parameters affecting the isolation of collagen from squid (Illes argentinus) skins[J]. Food Chemistry, 1999, 66: 153-157. DOI:10.1016/S0308-8146(98)00251-9.

[14] CUI F X, XUE C H, LI Z J, et al. Characterization and subunit composition of collagen from the body wall of sea cucumber Stichopus japonicus[J]. Food Chemistry, 2007, 100: 1120-1125. DOI:10.1016/ j.foodchem.2005.11.019.

[15] 张文熊, 李欣, 魏娜, 等. 酶法提取胶原的研究[J]. 中国皮革, 2006, 35(23): 15-17. DOI:10.3969/j.issn.1001-6813.2006.23.009.

[16] 赵苍碧, 黄玉东, 李艳辉. 从牛腱中提取胶原蛋白的研究[J].哈尔滨工业大学学报, 2004, 36(4): 515- 519. DOI:10.3321/ j.issn:0367-6234.2004.04.029.

[17] CAO J S, WANG X Q, ZHENG H N. Comparative studies on thermoresistance of protein G-binding region and antigen determinant region of immunoglobulin G in acidic colostral whey[J]. Food and Agricultural Immunology, 2007, 18(1): 17-30. DOI:10.1080/09540100701220267.

[18] 李国英, 刘文涛. 胶原化学[M]. 北京: 中国轻工业出版社, 2013: 150-162.

[19] 张红, 罗永康, 陈铁涛, 等. 乳铁蛋白热稳定性及热变性动力学的研究[J]. 中国乳品工业, 2006, 34(4): 20-23. DOI:10.3969/ j.issn.1001-2230.2006.04.004.

[20] 郑惠娜, 章超桦, 秦小明, 等. 马氏珠母贝肌肉提取蛋白热变性动力学[J]. 农业工程学报, 2013, 29(5): 237-242. DOI:10.3969/ j.issn.1002-6819.2013.05.031.

[21] ZHENG H N, ZHANG C H, QIN X M, et al. Study on the protein fractions extracted from the muscle tissue of Pinctada martensii and their hydrolysis by pancreatin[J]. International Journal of Food Science and Technology, 2012, 47(10): 2228-2234. DOI:10.1111/j.1365-2621.2012.03093.x.

[22] DICKOW J A, KAUFMANN N, WIKING L, et al. Protein denaturation and functional properties of lenient steam injection heattreated whey protein concentrate[J]. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 2012, 13: 178-183. DOI:10.1016/ j.ifset.2011.11.005.

[23] LAW A J R, LEAVER J. Effect of protein concentration on rates of thermal denaturation of whey protein in milk[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1997, 45(11): 4255-4261. DOI:10.1021/jf970242r.

[24] WUTTKE R, HOFMANN H, NETTELS D, et al. Temperaturedependent salvation modulates the dimensions of disordered proteins[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2014, 111(14): 5213-5218. DOI:10.1073/pnas.1313006111.

[25] 崔凤霞. 海参胶原蛋白生化性质及胶原肽活性研究[D]. 青岛: 中国海洋大学, 2007: 68-70.

[26] MORO L, SMITH B D. Identif i cation of collagen α1 (I) trimer and normal type I collagen in a polyoma virus-induced mouse tumor [J]. Archives of Biochemistry & Biophysics, 1977, 182(1): 33-41. DOI:10.1016/0003-9861(77)90280-6.

[27] 马彬广. 蛋白折叠, 结构平衡与进化[D]. 苏州: 苏州大学, 2007: 8-10.

[28] DISSANAVAKE M, RAMCHANDRAN L, DONKOR O N, et al. Denaturation of whey proteins as a function of heat, pH and protein concentration[J]. International Dairy Journal, 2013, 31(2): 93-99. DOI:10.1016/j.idairyj.2013.02.002.

[29] ZHU B W, DONG X P, ZHOU D Y, et al. Physicochemical properties and radical scavenging capacities of pepsin-solubilized collagen from sea cucumber Stichopus japonicus[J]. Food Hydrocolloids, 2012, 28(1): 182-188. DOI:10.1016/j. foodhyd.2011.12.010.

[30] CHAHINE, 杨文华. 差示扫描量热法研究皮革和羊皮纸的湿热稳定性[J]. 西部皮革, 2011, 33(4): 53-57. DOI:10.3969/ j.issn.1671-1602.2011.04.011.

Thermal Denaturation of Pepsin-Solubilized Collagen from Rhopilema esculentum Umbrella

SUN Rui1, WANG Xusong1, QIN Lei1,2,*, ZHANG Yuying1, XU Xianbing1,2, DU Ming1,2, DONG Xiuping1,2, LI Dongmei1,2
(1. School of Food Science and Technology, Dalian Polytechnic University, Dalian 116034, China; 2. National Engineering Research Center of Seafood, Dalian 116034, China)

Abstract:In order to elucidate the thermal denaturation mechanism of pepsin-solubilized collagen (PSC), intact PSC was extracted from jellyf i sh umbrella. The denaturation temperature of PSC under different heating rates, and the rates of residual PSC after heating at different temperatures for different times were investigated by a microcalorimeter. The thermal denaturation kinetics of PSC was analyzed as well. The results showed that the endothermic peak gradually moved towards lower temperature area with the decrease in heating rate, suggesting that the denaturation temperature of PSC declined with the decrease in heating rate. However, the change in heating rate did not show any signif i cant impact on the heat of reaction. As the temperature rose, the increase of energy per unit time, namely the quantity of heat, could increase the degeneration rate of PSC, thereby shortening the degeneration time of PSC. The thermal denaturation process of PSC could be described by a regression equation with a reaction order of 0.9. At 34, 35, 36, 37, 38 and 39 ℃, the D90values (time required for 90% denaturation) were 53.76, 26.11, 15.75, 4.89, 4.26 and 2.55 min, respectively. The Z90value (temperature change for 90% reduction of D value) was 3.69 ℃. The apparent activation energy was 481.90 kJ/mol. This research can provide a theoretical guideline for further development and utilization of jellyf i sh collagen.

Key words:jellyf i sh; pepsin-solubilized collagen; thermal denaturation; kinetics

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201715016

中图分类号:TS254

文献标志码:A

文章编号:1002-6630(2017)15-0095-06

引文格式:

孙睿, 王煦松, 秦磊, 等. 海蜇伞部酶促溶性胶原蛋白的热变性动力学[J]. 食品科学, 2017, 38(15): 95-100. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201715016. http://www.spkx.net.cn

SUN Rui, WANG Xusong, QIN Lei, et al. Thermal denaturation of pepsin-solubilized collagen from Rhopilema esculentum umbrella[J]. Food Science, 2017, 38(15): 95-100. (in Chinese with English abstract)

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201715016. http://www.spkx.net.cn

收稿日期:2016-06-24

基金项目:“十二五”国家科技支撑计划项目(2014BAD04B09);国家自然科学基金青年科学基金项目(31401519;31401520);辽宁省高等学校优秀科技人才支持计划项目(LJQ2013061)

作者简介:孙睿(1991—),男,硕士研究生,研究方向为食品科学与工程。E-mail:794599010@qq.com

*通信作者:秦磊(1984—),男,讲师,硕士,研究方向为水产品加工理论与技术。E-mail:qinlei@dlpu.edu.cn