论文部分内容阅读
本研究以新鲜猪骨为原料制备猪骨胶原多肽螯合钙。以钙螯合率为主要指标筛选酶解猪骨效果较好的蛋白酶,通过单因素试验优化单酶酶解条件,并考察双酶复合酶解效果,确定猪骨胶原多肽的酶法制备工艺;以猪骨胶原肽和氯化钙为原料,通过单因素试验和响应面试验优化了肽钙螯合工艺条件,并利用紫外扫描分析、傅里叶变换红外光谱扫描、荧光光谱分析、圆二光谱分析和扫描电镜对制备的胶原肽和肽钙螯合物进行结构对比分析,研究了肽钙螯合物的热稳定性、酸碱稳定性及模拟消化稳定性;建立Caco-2细胞单层模型,研究了猪骨胶原肽及肽钙螯合物的促钙吸收作用;对猪骨胶原肽进行磷酸化修饰,通过单因素试验和正交试验优化磷酸化条件,并对胶原肽、磷酸化胶原肽及磷酸化胶原肽钙进行结构对比分析;考察胶原肽(Collegen peptide,CP)、胶原肽钙(Collagen peptide-calcium chelate,CP-Ca)、磷酸化胶原肽(Phosphorylated collagen peptide,PCP)和磷酸化胶原肽钙(Phosphorylated collagen peptide-calcium chelate,PCP-Ca)对前成骨细胞MC3T3-E1的增殖、分化和矿化的影响。主要研究结果如下:(1)考察了不同脱脂剂、脱钙剂和除杂蛋白试剂对猪骨前处理的影响,确定猪骨前处理工艺为:猪骨经正己烷浸泡24 h脱脂,10%柠檬酸溶液浸泡24 h脱钙,最后经0.08 mol/L Na OH和4%Na Cl混合溶液浸泡24 h除去非胶原蛋白质。选取五种蛋白酶对经前处理得到的猪骨粉进行酶解,筛选出碱性蛋白酶和中性蛋白酶水解效果较优,单因素试验确定两酶的最佳酶解条件分别为:底物浓度6%,加酶量6000 u/g骨粉,温度45°C,p H 9,水解时间5 h(碱性蛋白酶);底物浓度8%,加酶量8000 u/g骨粉,温度50°C,p H 7.5,水解时间4 h(中性蛋白酶),此时水解产物钙螯合率分别为56.49%和42.06%。比较双酶同步水解、分步水解及单酶水解效果,发现双酶组合水解效果均优于单酶,且同步水解效果优于分步水解,其钙螯合率分别为70.24%和67.02%,因此最终确定的猪骨双酶同步水解条件为:底物浓度8%,加酶量8000u/g骨粉(两种酶活力比1:1),p H 7.5,温度50°C酶解4 h,在此条件下,水解产物的钙螯合率为70.24%。(2)通过单因素试验考察了肽钙质量比、温度、p H和反应时间对钙螯合率的影响,并通过响应面试验确定肽钙螯合反应的最佳条件为:肽钙质量比4.5:1,温度50°C,p H 9,反应时间40 min,在此条件下多肽钙螯合率为78.38%。通过紫外扫描分析、荧光光谱分析、傅里叶变换红外光谱扫描及圆二光谱对肽钙螯合物的结构进行初步鉴定,结果表明多肽与钙螯合后二级结构发生显著变化,可能通过羧基氧和氨基氮与钙离子结合,形成一种新的物质。扫描电镜结果表明多肽与钙螯合后表面由光滑结构变成紧密球状聚集体,证明形成了羧酸盐和铵盐。对肽钙螯合物进行稳定性分析发现,螯合物在碱性环境下较稳定,在酸性条件下稳定性显著降低;50-90°C加热处理后钙保留率略有降低,但都保持在85%以上,说明其有良好的高温耐受性;模拟胃肠道消化结果表明,螯合物的稳定性受胃蛋白酶影响不大,但对p H值较敏感。(3)建立Caco-2细胞单层模型并评价其完整性,结果表明Caco-2细胞在Trans WellTM膜中培养21 d后已经形成了完整的单细胞层,极化现象明显且通透性符合要求,可以用于钙转运实验。促钙吸收试验表明:分子量?30 Ku的三个多肽组分(10-30 Ku、5-10 Ku、?5 Ku)在240 min试验范围内均能显著增加钙转运量,其中,?5 Ku的组分与对照组相比,钙转运量分别在30 min、60 min、120 min、180 min和240 min增加约0.71、2.02、2.07、2.04和1.80倍。肽钙螯合物也能显著促进肠道钙的吸收,且在维生素D存在下,Ca Cl2组的钙转运显著增加,但肽钙螯合物组变化不显著。在磷酸盐和植酸盐存在下,Ca Cl2组在240 min时的钙转运分别减少约31.07%和63.88%,当肽钙螯合物存在时能显著改善抑制作用。(4)通过单因素试验和正交试验,考察了多肽浓度、三聚磷酸钠(Sodium tripolyphosphate,STP)添加量、p H、反应温度和时间对多肽磷酸化程度和钙螯合率的影响,得到最佳工艺条件为:多肽浓度5%,STP添加量8%、p H 9.0、反应温度40°C和反应时间2 h,此条件下磷酸化程度为12.11 mg/g,钙螯合率为88.09%。考察了微波辅助条件下微波功率和微波时间对多肽磷酸化程度和钙螯合率的影响,优化条件为:微波功率700 W,微波时间3 min,在此条件下磷酸化程度为11.47 mg/g,钙螯合率为86.73%。紫外光谱、荧光光谱和红外光谱结果表明磷酸化多肽中存在磷酸根,且磷酸肽通过羧基氧、氨基氮和磷酸根与钙离子结合形成磷酸化肽钙螯合物。(5)通过CCK-8法和碱性磷酸酶检测法测定CP、PCP、CP-Ca和PCP-Ca对MC3T3-E1细胞的增值和分化的影响;通过茜素红染色法探究CP、PCP、CP-Ca和PCP-Ca对成骨细胞的矿化作用;通过RT-PCR测定成骨细胞中ALP、Runx2、OCN、OPN和ColⅠm RNA的表达量,Western Blotting测定成骨细胞中Runx2和β-Catenin蛋白表达量。结果表明,CP、PCP、CP-Ca和PCP-Ca均能显著促进MC3T3-E1细胞增殖、提高细胞ALP活性,并使分化标志物ALP、Runx2、OCN、OPN和ColⅠm RNA的表达量以及Runx2和β-Catenin的蛋白表达水平上调。茜素红染色鉴定矿化结节结果表明,CP、PCP、CP-Ca和PCP-Ca能促进矿化结节的形成,且PCP-Ca效果最好。