鲜切莲藕组织中多酚氧化酶的分离纯化

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第27卷第2期食品与生物技术学报

V01.27No.2

2008年3月

Journal‘ofFoodScienceandBiotechnology

Mar.2008

文章编号:1673—1689(2008)02—0055—06

鲜切莲藕组织中多酚氧化酶的分离纯化

潘永贵1’2,

陈维信2

(1.海南大学食品学院,海南儋州571737;2.华南农业大学园艺学院,广东省果蔬保鲜重点实

验室,广东广州510642)

要:酶促褐变是影响鲜切莲藕加工贮藏的主要问题,多酚氧化酶(PPO)是引起酶促褐变的重

要酶类。用磷酸缓冲液提取鲜切莲藕组织中的多酚氧化酶,并通过硫酸铵沉淀,DEAE—Sepharose离子交换柱层析以及Phenyl

Sepharose6Fast

Flow疏水柱层析进行纯化。该酶被纯化了95.66

倍,产率为2.4%。经SDS-PAGE电泳确定为单一条带。同时研究表明,鲜切莲藕组织中PPO相

对分子质量在65900--一66100之间。

关键词:鲜切莲藕;多酚氧化酶;纯化中图分类号:S

609.3

文献标识码:A

IsolationandPurificationofPolyphenolOxidasefromFresh—CutLotusRoot

PANYong—guil”.

CHEN

Wei—xin2

(1.CollegeofFood,HainanUniversity,Hainan571737,China;2.CollegeofHorticulture。SouthChinaAgricul—turalUniversity,GuangdongProvinceKeyLaboratoryofPostharvestPhysiologyandTechnologyofFruitsand

Vegetables,Guangzhou

510642,China)

Abstract:Enzymebrowningisone

ofthemostreactionsimpactingqualityoffresh—cutlotusroot.

Polyphenoloxidaseis

keyenzymeinduingenzymebrowning.PolyphenolOxidaseinfresh—cut

lotusrootwasextractedbyphosphatebufferandpurifiedbyammoniumsulfateprecipitation,ionexchangechromatographyusingDEAE

Sepharosecolumn,andPhenyl—Sepharose6FastFlow

hydrophobicchromatography。PP0fromfresh-cutlotusrootwaspurifiedby95.66一foldand

2.4%yield.Theenzymewasdetermined

to

be

homogenousby

SDS-PAGE.Themolecular

weightofthefresh—cutlotus

root

PPowasestimatedby

SDS-PAGErangedfrom65900

to

66100according

tO

SephadexG-100gelfractionation.

Keywords:fresh—cutlotusroot;polyphenoloxidase;purification

鲜切果蔬由于其新鲜、方便等特点,市场需求前的研究热点之一。其中,莲藕组织脆嫩,容易切量日益增加。与此相对应,鲜切果蔬已经成为了目

分,适合鲜切生产,但莲藕切分后极易发生褐变,严

收稿日期:2007-09—10.

基金项目:华南热带农业大学科技基金项目(Rnd0618);海南省热带园艺重点实验室开放课题资助项目(ch002).作者简介:潘永贵(1970。),男,山西阳泉人,工学博士,副教授,主要从事果蔬采后生理及贮运保鲜教学科研工作.

E—mail:yonguil23@126.corn

 

56

食品与生物技术学报

第27卷

重影响了产品的感官质量和商品价值。多酚氧化酶(PPO)是引起果蔬发生酶褐变的重要酶类。虽.然,已经有多位研究者对莲藕组织中PPO的性质进行了研究,但是他们都是对莲藕组织中的PPO进行了简单的提取,而并没有进行纯化[1-4],因此这必然会影响到PPO的性质的准确性。同时,对酶的分离纯化是了解该酶性质及各组分间的协同关系及对其进行控制的前提[5]。

目前PPO粗提物的纯化最常使用的方法是采用不同饱和度的硫酸铵沉淀、SephadexG-75、G-100或G-200凝胶色谱以及DEAE一纤维素或DEAE—Sepharose离子交换色谱,这个过程中可使用透析、超滤、丙酮沉淀或SephadexG-25色谱除去低分子杂质[6-10|。此外,在一些果蔬中还使用了疏水色谱层析[11-1引。例如在荔枝果实上,蒋跃明[14]采用

Sephadex

G-100、Q-Sepharose和等3步柱层析,纯

化倍数达到108倍;段玉权等[1朝采用Phenyl

Toyo-

pearl、Sephadex

G-25和DEAE-Sepharose等柱层

析对中华寿桃果肉中PPO进行分离纯化,纯化倍数达到110倍。虽然目前对果蔬组织中多酚氧化酶分离纯化的研究报道较多,从目前报道来看,尚未见有关对莲藕组织中的多酚氧化酶进行分离纯化的研究报道。此外,对鲜切莲藕组织中的PPO的研究也未见报道。因此,作者将重点对鲜切莲藕组织中的PPO进行分离纯化,从而为最终对鲜切莲藕组织中PPO性质的研究奠定基础。

1材料与方法

1.1材料处理

直接从广东省番禺采摘运抵实验室后,挑选新鲜、无病害、无损伤、完整的莲藕果实,于10℃冷库中预冷过夜,于第2天进行去皮、切片处理,然后贮存于10℃下待组织出现褐变时进行多酚氧化酶的分离纯化。

1.2PPO的分离纯化

1.2.1

酶的提取取10℃下贮藏到第8天的鲜

切莲藕片组织250g,首先采用液氮速冻,按1:2质量比例加入经过预冷(4℃)的0.1mol/L、pH6.8的磷酸缓冲液(内含5oA的PVP),在高速组织捣碎机上捣碎,然后于4℃下浸提2h,用4层脱脂纱布过滤,滤液于10

000

r/min、4℃下离心15

rain,上清液即为多酚氧化酶粗酶液。

向粗酶液中边搅拌边加入固体硫酸铵至30%饱和度,4℃下静置2h,于10

000

r/rain、4℃下离心10min,弃沉淀,继续向上清液中加入硫酸铵至

 

70%饱和度,4℃下静置过夜,然后于10

000r/

min、4℃下离心15min,弃上清液,将沉淀用尽量

少的0.1mol/L、pH值为6.8的磷酸缓冲液溶解,

得到酶的提取液。然后将酶提取液用0.1mol/L、

pH

6.8的磷酸缓冲液透析过夜,中间换透析液2

次,然后用amicon超滤杯浓缩至10

mL。

1.2.2

DEAE—Sepharose柱层析DEAE—Sepha—

rose层析柱(2.5cm×20

cm)首先用碱、酸和氯化

钠分别清洗以后,用0.1mol/L、pH值为6.8的磷酸缓冲液平衡,将1.2.1步骤所得的多酚氧化酶提取液上柱,首先用0.1mol/L、pH值为6.8的磷酸缓冲液洗脱至A:。。保持不变时,然后换用含O~O.5

mol/LNaCl的上述缓冲液从低浓度到高浓度进行

离子强度线形梯度洗脱(3.5mL/管,70mL/h),然后收集有活性峰的洗脱液。

1.2.3

PhenylSepharose6Fast

Flow疏水柱层析

将1.2.2步骤收集的洗脱液首先加固体硫酸铵

至1.5mol/L的饱和度,然后于10000r/min、4℃下离心10min,弃沉淀,上清液准备过柱。Phenyl

Sepharose6Fast

Flow疏水柱(2

em×15

cm)首先

用含1.5mol/L硫酸铵的0.1mol/L、pH6.8的磷

酸缓冲液平衡,然后将上述上清液上柱,首先用含

1.5mol/L硫酸铵的0.1mol/L、pH6.8的磷酸缓

冲液洗脱至A:。。保持不变时,然后换用含0~1.5mol/L硫酸铵的上述缓冲液从高浓度到低浓度进行离子强度线形梯度洗脱(3.5mE/管,70mL/h),然后收集有活性峰的洗脱液,得到纯化的酶液。一部分用于凝胶电泳,一部分用于酶学性质研究。1.2.4纯化酶液的处理将1.2.3步骤得到的纯化酶液首先用0.1mol/L、pH值6.8的磷酸缓冲液透析过夜,中间换透析液2次,然后用聚乙二醇

6000浓缩。

1.2.5

SDS-PAGE垂直板电泳将1.2.4步骤得到的酶液进一步浓缩至固体,然后加入适量的裂解液(质量分数10%的SDS

1.25

mL,浓缩胶缓冲液

50弘L,体积分数40%的甘油0.625mL,水25弘L,质量分数0.5%的溴酚蓝0.4mL)溶解,并用移液枪反复吸冲壁,稍微加热溶解,5

000

r/rain离心,吸

取上层转入小拇指管中,稍微加热(95℃,2

min),

离心收集,得电泳样品液,贮于--20℃下备用。

SDS.PAGE垂直板电泳:参照张龙翔[16]的方法。采用浓缩胶为5g/dL,电流10mA;分离胶为

12.5

g/dL,电流为15mA。电极缓冲液为:质量分

数0.1%的SDS,PH8.3的Tris(0.05tool/L)一甘

氨酸(o.384mol/L),每孔上样量均为20肛L。当溴

第2期潘永贵等:鲜切莲藕组织中多酚氧化酶的分离纯化

57

酚蓝指示剂居前沿为1cm时停止电泳。取出凝胶平板(从尾部撬出),割去浓缩胶部分,于蒸馏水中

浸摇3min,如此2~3次,用0.1%考马斯亮蓝

R250—45%甲醇一10%冰乙酸溶液染色2h,然后于7.5%冰乙酸一5%甲醇溶液中不断振荡4~5h,脱色,0.5h换一次脱色液。

1.2.6

SDS-PAGE垂直板电泳测定纯酶相对分子

质量按1.2.5的方法进行SDS-PAGE垂直板电泳,以溴酚蓝在SDS-PAGE电泳凝胶片上的前沿位置作为参数,计算各种标准相对分子质量蛋白与样品的相对迁移率Rt值,以标准蛋白相对分子质量的常用对数值(19Mr)对Rt值制作标准曲线,根据PPO的Rt值求出其相对分子质量。标准相对分子质量蛋白质分别为:鸡蛋清溶菌酶(14400)、胰蛋白

酶抑制剂(20100)、牛碳酸酐酶(31000)、兔肌动蛋

白(43000)、牛血清蛋白(66200)和兔磷酸化酶B

(97400)。

1.2.7

葡聚糖G-100凝胶过滤测定PPO相对分

子质量葡聚糖凝胶柱G-150(2

cm×50cm)用蒸

馏水洗涤后,用20mmol/LpH值7.0磷酸缓冲液平衡,将纯酶浓缩,取2mL过柱,以相同缓冲液洗脱,分部收集,体积流量为2.8mL/管,6min/管。同时,取标准相对分子质量的蛋白质溶液(2mg/

mL)2

mL,按照上述方法,分别得到相应的洗脱体

积(U),以各标准相对分子质量蛋白的洗脱体积(V。)对其相对分子质量的常用对数(19MW)作标准曲线,依据木糖苷酶的洗脱体积(U)求得木糖苷酶的相对分子质量。标准相对分子质量蛋白如下:B-半乳糖苷酶(130000)、牛血清白蛋白(67000)、辣

根过氧化物酶(40000),胰凝乳蛋白酶(25000)。

1.3

PPO活性和蛋白质含量的测定

PPO活性测定参照林植芳[173的方法。3

mL

反应液中含有2.9

mL

0.1%的邻苯二酚溶液(用

0.1

mol/L、pH值6.8的磷酸缓冲液配制)和0.1

mL酶液。加入酶液后,测定OD螂值的变化,以每分钟△OD。。。变化0.001表示一个酶活性单位。

蛋白质含量测定采用Bradford(1976)染色法。取50|lL样品液加入2.5mL的考马斯亮蓝G250

溶液摇匀,放置5rain后,于595nm处测定吸光度,

根据标准曲线计算蛋白质含量。牛血清蛋白作为标准蛋白。

2结果与讨论

2.1

PPO的分离纯化

莲藕组织经过硫酸铵分步盐析后,进行DEAE—

 

Spharose离子交换柱层析,如图1所示,出现了两个明显的蛋白峰和活性峰。其中,第1个峰为0.1mol/L、pH值6.8的磷酸缓冲液洗脱出的峰,第2个峰为0~0.5mol/LNaCl的0.1mol/L、pH值6.8的磷酸缓冲液进行离子强度线形梯度洗脱出现的峰。并且第一个酶活性峰远远大于第2个酶活性峰,而其蛋白峰却小于第2个蛋白峰,表明经过DEAE—Spharose离子交换柱层析,在用磷酸缓冲液洗脱时,大部分杂蛋白被吸附,而大部分PPO则被洗脱出来。因此,收集第1个活性峰,然后进一步

进行PhenylSepharose6FastFlow疏水柱层析,分

离出7个蛋白峰,而只有2个具有PPO活性,并且第2个酶活性峰远远大于第1个酶活性峰(见图2),因此收集该活性主峰进一步进行下列研究。PPO分离纯化过程中各参数的变化见表1。

1.21.O

0O.8

宴2

0.6

!ig

0.4皇

O.2

试管号

图1莲藕组织PPO的DEAE洗脱曲线

Fig.1

DEAE-Sepharosecolumnchromatography

of

PPOinlotus

root

0.5

一/1280-.-ppO

0.4

0.3

0.2

!ig

0.1

八0

罢邑

j||

-.一“、八。/{气

试管号

图2莲藕组织PPO的PhenylSepharose6FastFlow

洗脱曲线

Fig.2

PhenylSepharose6FastFlowcolumnchromatog‘

raphyofPPOlotus

root

作者在对莲藕组织的PP0进行分离纯化的过程中发现,PPO经过SephadexG-75或G-lOO后,

58

物技

术学

第27卷

活性大幅度降低,而硫酸铵对其活性有明显的保护作用,因此在莲藕组织中PPO的分离纯化过程中不宜脱盐。此外,在过DEAE—Sepharose柱时通常采用pH值8.0缓冲液进行平衡和pH值8.0的洗脱液进行洗脱。采用pH值6.8的缓冲液和洗脱液进行平衡和洗脱时,在起始加入酶液用平衡液洗脱过程中,具有PPO活性的酶大部分被洗脱出来,而大部分杂蛋白则被吸附在DEAE—Sepharose柱上,通过这级分离,不仅节约了时间,而且大大提高了PPO的纯化倍数,纯化倍数达到30.5倍。接着经

过PhenylSepharose6FastFlow疏水柱层析,该柱

具有极高的分离性能,PPO纯化液进一步经过该柱后,纯化倍数达到95.66倍。

段玉权等n阳在对中华寿桃PPO分离纯化的研究中认为,样品抽提液中加入Triton

X一100、PVP

标准蛋白从上到下:1.兔磷酸化酶B(97400);2.牛血清蛋白

(66

200)13.兔肌动蛋白(43000)I4.牛碳酸酐酶(31000)}

5.胰蛋白酶抑制剂(20100);6.鸡蛋清溶菌酶(14400)

图3莲藕组织PPO的SDS-PAGE

Fig.3

SDS-PAGEofthepurifiedPPOoflotus

root

和PMSF可以获得极佳的分离效果。但是本研究中在加入TritonX-100和PMSF却发现PPO活性只有轻微的提高,这可能是材料差异所致。

2.2酶纯度鉴定

将纯化的多酚氧化酶液经过浓缩透析后,经聚丙烯酰胺凝胶电泳仅出现单一的蛋白带(见图3),表明该酶已被纯化到电泳均一。

2.32.3.1

PPO的相对分子质量测定

SDS-PAGE垂直板电泳测定纯酶相对分子

质量采用SDS-PAGE法测定多酚氧化酶相对分子质量,结果如图4所示,从图中可以求出莲藕组织中多酚氧化酶相对分子质量约为65

2.3.2

900。

1.兔磷酸化酶B(97400);2.牛血清蛋白(66200)13.兔肌动蛋白(43000);4.牛碳酸酐酶(31000);5.胰蛋白酶抑制剂

(20

100)l

葡聚糖G-100凝胶过滤测定PPO相对分

子质量采用SephadexG-100柱层析测定多酚氧化酶的相对分子质量,结果如图5所示。所得相对分子质量和洗脱体积的回归方程:Y=一0.085x+

5.893

6.鸡蛋清溶菌酶(14400).

图4

Fig.4

SDS-PAGE法测定莲藕组织PPO相对分子质量

Estimation

root

9,根据多酚氧化酶的体积126.3mL,计算出

100。

ofmolecularmassofPPOfromlotus

该酶的相对分子质量约为66

by

Sns-PAGE

 

第2期

5 l5 O4 94.8

潘永贵等:鲜切莲藕组织中多酚氧化酶的分离纯化

59

893

蒋跃明[143研究认为,荔枝果皮中PPO的相对分子质量为76000。段玉权等[1钉报道,中华寿桃果实中PPO的相对分子质量约为66000。本研究表明,鲜切莲藕组织中PP0相对分子质量65900~66

100

蔷4.71

4.64.54.44.3

50

100

150

200

250

之间,和上述报道相近。PPO分子大小的不同可能因酚类底物氧化产物的反应或酶蛋白本身的分解

所致[173。

洗脱体积r,/mL

标准相对分子质量蛋白如下:1.哥半乳糖苷酶(130000),2.牛血清白蛋白(67000)}3.辣根过氧化物酶(40000)#4.胰凝乳蛋白酶(25000)图5

Sephadex

结语

作者采用磷酸缓冲液提取鲜切莲藕组织中的多酚氧化酶,并通过硫酸铵盐析沉淀,DEAE-Seph-

G-100凝胶过滤法测定莲藕组织多酚

氯化酶相对分子质量

Fig.5

EstimationofmolecnlarmassofPPOfrom

root

arose离子交换柱层析以及PhenylSepharose6

lotus

FastFlow疏水柱层析进行纯化后,经SDS-PAGE

bySephadexG-100gelfiltration

电泳确定为单一条带,表明该酶已被纯化到电泳均一。在整个过程中,该酶纯化了95.66倍,产率为2.4%。同时研究表明,鲜切莲藕组织中PPO相对分子质量在65900~66100之间。

关于天然植物PPO相对分子质量的大小,报道不一。PPO有活性的形式主要为40000~45

000、

59000、65000~68000[18--19]以及70000~72000[川。

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(责任编辑:杨萌)

 

本文来源:https://www.bwwdw.com/article/jlxe.html

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