第l3卷第2期 2 0 1 7年4月 doi:10.3969/j.issn.2095—0780.2017.02.013 南方水产科学 South China Fisheries Science V01.13.No.2 Apr.,2017 具有结合胆酸盐作用罗f9形鲳 蛋白酶解物 的制备和分子量分布研究 朱晓连 ,陈 华 ,蔡冰娜 ,万 鹏 ,孙恢礼 ,陈得科 ,潘剑宇 (1.中国科学院南海海洋研究所,中国科学院热带海洋生物资源与生态重点实验室,广东省海洋药物重点 实验室,广东广州510301;2.中国科学院大学,北京100049) 摘要:以卵形鲳 (Trachinotus ovats)鱼肉为原材料,以酶解产物与胆酸盐的体外结合率为指标,从5种常用食 n品用蛋白酶中筛选最优蛋白酶。进而采用正交法优化酶解条件,以提高酶解产物的胆酸盐结合率,并采用GPC 法分析产物中蛋白肽的分子量分布情况。结果表明,胰蛋白酶酶解产物(100 mg・mL。)与胆酸钠、甘氨胆酸钠和 牛磺胆酸钠等3种胆酸盐的体外结合能力均好于其他4种蛋白酶,结合率分别达到42.1%、33.5%和30.1%, 分别相当于降血脂药物考来烯胺散(2O mg・mL )的78.3%、74.4%和76.8%;经过正交试验优化的制备卵形鲳 蛋白肽的工艺条件为酶解时间2 h,加酶量2 000 U・g~,料液比1:4(g-mL~、pH 8、37℃)。该条件下酶解 产物(20 mg・mL )对甘氨胆酸钠体外结合率达到同浓度阳性对照物(考来烯胺散)的48.3%,酶解产物中相对分 子量3 kD以下的肽类组分占总蛋白水解物的77.30%。 关键词:卵形鲳 ;胆酸盐结合;酶解制备;正交优化;分子量分布;肽 中图分类号:S 986.1 文献标志码:A 文章编号:2095—0780一(2017)02—0101—08 Production of bile acid salts binding hydrolysate from Trachinotus ovatus and its molecular weight distribution ZHU Xiaolian ,CHEN Hua ,CAI Bingna ,WAN Peng , SUN Huili ,CHEN Deke ,PAN Jianyu (1.Key Lab.of Tropical Marine Bio—resources and Ecology,Guangdong Key Lab.ofMarine Materia Medica,South China Sea Institute fOcoeanology,Chiesen Academy fScoiences,Guangzhou 510301,Chia;n 2. 曲e ofChinese Academy ofSciences,Belitng 100049,Chia)n Abstract:Taking ovate pompano(Trachiotnus ovats)meatn as raw mateiral and taking enzymatic hydrolysate and bile salts in vitro binding rate as index,we screened the optimal protease from five kinds of food protease.Then we used o ̄hogonal design to optimize hydrolysis conditions in order to improve the binding rate of bile acid salts and used GPC method to analyze the molecular weight distri- bution of peptides.The results show that the tryptie hydrolysates had higher binding rate than that of the other protease hydrolysates, and the in vitro binding rate of sodium cholate,sodium glycocholate and sodium taurocholate by enzymatic protein(100 mg‘mL ) was 42.1%,33.5%and 30.1%,respectively,which was 78.3%,74.4%and 76.8%equivalent to the positive control choles- tyramine(20 mg・mL ).The maximum percentage of sodium glycocholate hydrate binding rate was obtained under the conditions: 收稿日期:2016-04-29;修回日期:2016-05一l3 资助项目:海洋公益性行业专项经费项目(201305018);海洋区域经济创新示范项目(SZHY2012一B01-004,GD2013一B03-001);“十二五”农 村领域国家科技计划课题(2012BAD33BlO);广东省中国科学院全面战略合作项目(2012B091000025);广东省科技计划项目 (2013B090800002,2Ol5Bo909040o3);广东省自然科学基金项目(2014A030310351,2O14A03O3l0338) 作者简介:朱晓连(1990一),女,硕士研究生,从事海洋生物资源高值利用与绿色技术研究。E—mail:zhouxiaolianl3@mails.ucas.ac.an 通信作者:潘剑宇(1979一),男,博士,副研究员,从事海洋生物资源高值利用与绿色技术研究。E—mail:jypan@scsio.ac.cn l02 南方水产科学 第13卷 hydrolytic time of2 h,enzyme additives of2 000 U・g一 ,meal—to—water ratio of 1:4(g・mL一 ,at pH 8,37 oC).Under the optimal condition.the in vitro binding rate of sodium glycocholate hydrate by enzymatic hydrolysate(20 mg。mL )was corresponding to 48.3%of positive control cholestyramine at the same concentration.The relative molecular weight of peptides below 3 kD in enzymoly— sis products accounted for 77.30%. Key words:Trachinotus ovatus;bile salts binding;enzymatic preparation;orthogonal optimization;molecular weight distribution; peptide 高脂血症(hyperlipidemia)是一种常见的由于 血脂代谢或者运转异常而引起的心血管疾病。血 值,深加工空间大。卵形鲳够已经具备了产业化发 展的全部条件,从养殖、加工市场一整套产业链已 经建立 J,亟待高值化开发利用。 脂含量过高会进一步导致血稠,诱发各种心血管 疾病,高血压、糖尿病也是高脂血症的并发病, 对人类健康造成极大的危害¨ 。目前临床上使 用的化学类降血脂药物虽然疗效确切,但副作用 大,复发率高 j。因此,近年来辅助降血脂功能 性食品的开发成为国内外最热门的领域之一,借 助这些食品调节机体功能,以降低患高脂血症的 风险 J。通过结合胆酸盐以降低肠道对胆固醇吸 收,是已知食品辅助降血脂的主要机制之一。人 体中约40%~50%的胆固醇是通过合成胆汁酸而 被代谓十分解的 J,胆汁酸的重吸收主要依靠主动 重吸收方式,也就是结合型胆汁酸在回肠部位主 动重吸收 J。当食物中的成分能结合胆汁酸,把 肠道中消化食物后的胆汁酸更多地带走排出时, 就能促使血液中更多的胆固醇合成胆汁酸来维持 脂类食物正常的消化吸收,从而降低血液中胆固 醇的含量 。 根据文献报道,食物中具有降血脂作用的功能 性成分包括膳食纤维、生物活性肽、脂肪酸、植物 甾醇类、酚类和多糖类物质等 mH J。活性肽类不 仅比蛋白质更容易消化吸收,同时还能够调节生理 机能,显示多种生物活性¨ J。目前,对食源性 生物活性肽的研究主要集中于豆类蛋白肽和糖蛋白 肽¨ J。MORITA等 研究报道,大豆蛋白能够 有效抑制胆固醇的肠道吸收,可能与蛋白质较低的 蛋氨酸/甘氨酸比(0.323)这一氨基酸特性有关。 GUDBRANDSEN等 用含低蛋氨酸/甘氨酸比的蛋 白食物饲养高脂大鼠,发现其能降低大鼠血浆胆固 醇水平。另据报道,海水养殖卵形鲳够(Trachino— tus ovatus)鱼肉蛋白中蛋氨酸/甘氨酸比为 0.352 ,稍高于大豆蛋白,提示卵形鲳够蛋白可 能具有良好的胆酸盐结合作用。同时卵形鲳够养殖 成活率高,一般可达90%以上。其富含高蛋白、 不饱和脂肪酸和多种微量元素,具有较好的食用价 因此,文章利用酶解法制备卵形鲳够蛋白肽, 筛选出合适的蛋白酶并通过正交法优化酶解条件, 以提高产物与胆酸盐的结合效果。 1材料与方法 1.1实验材料 卵形鲳够购自广东广州市黄沙水产市场。实验 试剂包括胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、碱 性蛋白酶、中性蛋白酶(南宁庞博生物工程有限公 司,食品级);胆酸钠(国药集团化学试剂有限公 司);甘氨胆酸钠、牛磺胆酸钠、猪胰酶(Sigma Aldrich);考来烯胺散(南京厚生药业有限公司); 其余化学试剂均为分析纯。 相对分子质量分布校正曲线所用标准品:细胞 色素C(Cytochrome C),Mw 12400;抑肽酶(Apro— tinin),Mw 6511;杆菌酶(杆菌肽),Mw 1450;谷 胱甘肽(glutathione,GSH),Mw 307;苯丙氨酸 (Phe),Mw 165。 实验仪器包括高速离心机TGL.10B(上海安 亭科学仪器厂)、微量台式高速离心机TGW16 (长沙英泰离心机仪器有限公司)、真空冷冻干燥 器LGJ—IOC(北京四环科学仪器厂有限公司)、水 浴恒温振荡器THZ一82A(常州亚特实验仪器有限 公司)、离子计BANTE930(上海般特仪器制造有 限公司)、紫外分光光度计UV5200(上海元析仪 器有限公司)、岛津高效液相色谱仪(LC一20AT, SPD—M20A)。 1.2实验方法 1.2.1 卵形鲳 蛋白肽的酶解工艺流程 卵彤 鲳够一取肉一匀浆一酶解(取蛋白酶的最佳酶解 pH和温度 ,酶解条件如表1)一灭酶(100 oC,5 min)一冷却一离心(8 000 g・arin~,15 min)一取上 清液浓缩冷冻干燥备用。 第2期 朱晓连等:具有结合胆酸盐作用卵形鲳够蛋白酶解物的制备和分子量分布研究 103 1.2.2胆酸盐含量标准曲线的测定 分别吸 1.2.4正交试验方案设计 以酶解产物与甘氨 取配制好的0.4 mmo]・L 胆酸钠(SC)、甘氨胆酸 胆酸钠体外结合率为指标,采用最优蛋白酶对卵形 鲳够肉进行酶解,将酶解液冷冻干燥,配成2O mg・mL 的溶液进行酶解蛋白与甘氨胆酸钠体外结 钠(SGC)和牛磺胆酸钠(STC)标准液0、0.5 mL、 1.0 mL、1.5 mL、2.0 mL、2.5 mL于25 mL具塞 试管中。加入磷酸盐缓冲液(PBS,0.1 tool・L~、 pH 6.3)至2.5 mL。然后加入质量分数为60%的 硫酸溶液7.5 mL,于7O℃水浴50 rain。冰浴10 合率的测定,方法同1.2.3。分别考察酶解时间(2 h、3 h、4 h、5 h、6 h)、加酶量(1 000 U・g~、 2 000 U・g一 、3 000 U・g~、4 000 U・g~、5 000 airn冷却后分别对同浓度的3种胆酸盐样品进行 全波长扫描(190—1 100 nm)确定最大吸收波长, U・g )和料液比(g・mL )(1:2、1:3、1:4、 1:5、1:6)等因素对卵形鲳 酶解产物结合甘氨 胆酸钠能力的影响。选择酶解时间、加酶量、料液 并在此波长处测定上述各浓度标准液的吸光值, 绘制标准曲线,得出3种胆酸盐含量标准曲线方 程 。 比3个因素,每种因素选取3个水平,采用L。(3 ) 正交试验设计方案以优化酶解工艺条件。 1.2.3 酶解产物结合胆酸盐能力的测定 分别 1.2.5 酶解产物分子量分布测定 采用高效 取5种酶解产物(100 mg・mL )和阳性对照物考来 体积排阻色谱(HPSEC)法测定卵形鲳够鱼肉酶解 产物的分子量分布,流动相为 (乙腈,含0.1% 三氟乙酸):V(水,含0.1%三氟乙酸)=20: 烯胺散(20 mg・mL )各1 mL于25 mL具塞试管 中。加入1 mL HC1(0.O1 tool・L ),在37℃水浴 中恒温振荡1 h(模拟胃环境)。随后加入NaOH溶 液(O.1 tool・L )调节pH至6.3。每个样品中分别 加入4 mL配置好的胆酸盐溶液(0.2 mmo]・L~,依 次测定3种胆酸盐),底物空白中加入4 mL磷酸 80,检测波长220 nm,进样体积10 L,流速 0.5 mL・rain~,色谱柱TSKgel G2OOOSWxL(7.8 ×300 mm)。分别用流动相配制成质量浓度为1 盐缓冲液(0.1 tool・L~,pH 6.3)。随后加入5 mL 猪胰酶溶液(4×USP,10 mg・mL 模拟肠环境), 在37℃水浴恒温振荡1 h。胆盐空白中只加入4 mg・mL 的上述不同相对分子质量标准样品溶 液,按一定比例混合后,用孔径0.22仙m微孔滤 膜过滤后进样,将制备的样品在色谱条件下分 mL配置好的胆酸盐标准溶液,其余步骤以磷酸盐 缓冲液代替。将恒温振荡后的样品转入离心管,以 12 680 g・airn 离心15 min。取上清液2.5 mL于25 析,用GPC数据处理软件,以相对分子质量的对 数(1ogMw)对保留时间( )作图,选择三次回归方 程拟合标准曲线,得到标准品色谱图及分子量回 归方程。分子量回归方程为logMw=0.O02x 一 mL具塞试管中,加入60%硫酸7.5 mL,于70℃ 水浴50 rain。冰浴10 rain冷却后在387 nm处测定 0.14x +2.856x一14.O1。用峰面积归一法计算 得到相对分子质量的分布情况。 吸光值,由标准曲线求得上清液中胆酸盐的浓 度 。每个样品平行测定3次,进行数理统计。 1.2.6数据分析 分析结果以平均值±标准差 胆酸盐结合率(%)=(C。一C )/C。×100 式中C。为胆盐空白的浓度;C 为上清液中胆 酸盐的浓度。 ( ±SD)表示。采用SPSS 19.0对数据进行统计 分析。P<0.05为差异显著,P>0.05为差异不显 著。 南方水产科学 0II对 .10∞ l l 1 O O —第13卷 O —O 胆酸钠SC O 1.6 1.4 1.2 4 2 O 8 6 4 2 O 4 O.2 200 300 400 500 600 700 800 O 0.02 0.04 0.O6 O.08 O.10 0.12 波长/nm wave length c/mmol・L‘‘ 图1 3种胆酸盐溶液紫外可见光谱及标准曲线 Fig.1 UV absorption spectrum and standard cuIve of three bile salts 馨 uI1日 .10∞ 靠 2结果与分析 O 1 O 8 O 6 2.1 3种胆酸盐溶液紫外可见光谱及标准曲线 3种胆酸盐溶液在近紫外可见光区域(200~ 760 am)扫描图谱见图1,测得在387 nm处3种胆 酸盐均有最大吸收峰值。胆酸钠的线性回归方程为 Y=14.987 ix+0.039 1,相关系数R =0.997 3; 甘氨胆酸钠的线性回归方程为Y=13.235 7x+ 0.037 0,相关系数R =0.997 7;牛磺胆酸钠的线 性回归方程为Y=13.085 7x+0.036 7,相关系数 R =0.997 6。 胰蛋白酶 trypsin 木瓜蜇自酶papain 菠萝蛋臼酶bromelain 碱性置臼酶alcalase 中性盘t3摒考来烯胺散 ncunase cholestyramine 2.2 5种蛋白酶酶解蛋白结合胆酸盐能力的比较 5种蛋白酶酶解蛋白结合胆酸盐能力的比较结 果见图2。5种蛋白酶酶解蛋白与3种胆酸盐均有 图2 5种蛋白酶酶解液与阳性对照体外结合 3种胆酸盐能力比较 5种酶解物质量浓度为100 mg・mL~,阳性对照考来烯胺散 结合能力,结合胆酸钠和甘氨胆酸钠能力较强,结 合牛磺胆酸钠能力较弱。胰蛋白酶酶解蛋白与3种 胆酸盐的体外结合能力均好于其他4种蛋白酶,与 胆酸钠、甘氨胆酸钠和牛磺胆酸钠的结合率分别达 到42.1%、33.5%和30.1%。甘氨胆酸钠和牛磺 质量浓度为20 mg・mL‘。;图中各柱形图上小写 英文字母不同者表示差异显著,P<0.05。 Fig.2 In vitro binding ability of three bile salts between ifve hydrolysates and positive control group The concentrations of five hydrolysates were 100 mg・mL一 and positive control group was 20 mg・mL~.Different letters on histogram in the same group indicate signiicantf 胆酸钠都属于结合型胆酸盐,已有文献报道,牛磺 胆酸钠是属于较难被结合的结合型胆酸盐 ,而 difference f尸<0.051. 结合牛磺胆酸钠能力强的物质往往对人体中含量最 大的甘氨胆酸盐的结合能力更强_2 ,所以选择酶 解蛋白与甘氨胆酸钠体外结合率为指标进行酶解工 艺优化试验。 2.3酶解工艺优化单因素试验 的影响 加酶量3 000 U・g~、料液比1:4、温 度37℃、pH 8,反应时问2 h、3 h、4 h、5 h、6 h。酶解时间与结合甘氨胆酸钠能力的关系见图3。 在一定范围内,随着酶解时间的增加,酶解物与甘 2.3.1 酶解时间对酶解产物结合甘氨胆酸钠效果 氨胆酸钠的结合率减小,第2小时达到最大。过长 第2期 朱晓连等:具有结合胆酸盐作用卵形鲳够蛋白酶解物的制备和分子量分布研究 l6 15 l4 13 l2 凳呈- 姆量lo .堇9 8 7 6 6 酶解时间,h reaction time 图3 酶解时间对与甘氨胆酸钠结合率的影响 Fig.3 Effect of diferent time on binding rate of sodium glycocholate 霄.I 盘一口lI—o口』,蓄2 的酶解时间可能使能与甘氨胆酸钠结合的物质分 8 7 6 5 4 3 2 l O 9 8 7 6 解,导致结合率下降。所以,酶解时间较优条件为 2—4 h。 2.3.2加酶量对酶解产物结合甘氨胆酸钠效果的 影响 反应时间4 h,料液比1:4、温度37℃、 pH 8。加酶量选择1 000 U・g~、2 000 U・g~、 3 000 U・g~、4 000 U・g 和5 000 U・g。。。加酶量 与结合甘氨胆酸钠能力的关系见图4。在一定范围 内,随着加酶量的增加,酶解物与甘氨胆酸钠的结 合率先增大后减小,加酶量为2 000 U・g 时达到 最大,此时继续增加加酶量,可能使能与甘氨胆酸 钠结合的酶解蛋白继续酶解成较小的肽或其他游离 氨基酸。所以选择加酶量为2 000 U・g 为较优工 艺条件。 2.3.3料液比对酶解产物结合甘氨胆酸钠效果 的影响 反应时间4 h、加酶量3 000 U・g~、 温度37℃、pH 8。料液比1:2、1:3、1:4、 1:5和1:6。料液比与结合甘氨胆酸钠能力的 关系见图5。随着料液比的降低酶解物与甘氨胆 酸钠的结合率先增长后趋于平缓,料液比为1:4 时酶与底物反应以趋于平衡状态。所以选择料液 比为1:4。 2.4酶解工艺优化的正交试验结果 在单因素试验结果基础上,采用三因素三水平 正交试验对胰蛋白酶水解条件进行优化,以酶解物 与甘氨胆酸钠的结合率为指标,确定胰蛋白酶最佳 酶解条件。正交设计和结果见表2。 祷 姆 1 000 2000 3 000 4000 5 000 加酶量/U・g enzyme dosage 图4加酶量对与甘氨胆酸钠结合率的影响 Fig.4 Effect of different enzyme concentrations on binding rate of sodium glycocholate 瓣 Ⅱ 姆 1:2 l:3 1:4 1:5 1:6 料液比 mea1..to .water ratio 图5料液比对与甘氨胆酸钠结合率的影响 Fig.5 Effect of different meal--to--water ratios on binding rate of sodium glycocholate 表2直观极差分析结果显示,胰蛋白酶酶解 时影响酶解产物结合甘氨胆酸钠能力的因素依 次为加酶量(U・g )>料液比>酶解时间(h)。 在pH 8,温度为37℃的条件下,利用胰蛋白酶 酶解的最优组合为A B C ,即酶解时间2 h、酶 用量2 000 U・g~、料液比1:4。表3方差分析 结果表明,加酶量对酶解产物结合甘氨胆酸钠 有显著性影响(P<0.05)。在该工艺条件下, 酶解产物与甘氨胆酸钠体外结合率为21.73%, 结合活性相当于同浓度降血脂药物考来烯胺散 的48.3%,显示出卵形鲳 酶解蛋白肽潜在的 降血脂活性。 106 南方水产科学 第13卷 表3方差分析表 Tab.3 Analysis of variance 注: .P<0.05为差异显著 Note:¥.P<0.05 indicates signiicantf difference. 2.5酶解产物的分子量分布 图6为优化条件下卵形鲳够鱼肉酶解产物的 HPSEC图谱。由表4可以看出水解物大部分为相 对分子质量在3 kD以下的小分子肽,3 kD以下的 组分占77.30%。相关研究指出,分子量在3 kD 以下的多肽含有多种生物活性,如降低胆固醇、抗 氧化、降血压、免疫调节等 …,这些活性肽在功 能性食品中有着广阔的应用前景。因此,下一步将 对卵形鲳 鱼肉酶解产物中不同肽段进行进一步的 图6卵形鲳 酶解产物分子量分布图 Fig.6 Molecular weight distribution of enzymatic hydrolysate of ovatus 细胞和动物活性筛选,探讨其在功能性食品方面的 潜在利用价值。 第2期 朱晓连等:具有结合胆酸盐作用卵形鲳 蛋白酶解物的制备和分子量分布研究 表4卵形鲳鳐酶解产物不同肽段相对分子质量的分布情况 107 Tab.4 Diferent peptide fragments relative molecular distribution of enzymatic hydrolysate of ovatus erals:form and funcitons[J].Front Biosci,2009,14:2584— 3结论 经实验筛选,在5种常用食品工业用蛋白酶中 优选出胰蛋白酶作为制备卵形鲳够蛋白肽的蛋白 2598. 『7]MALHAM S B.Cardiovascular risk reduction:the future of choles. terol lowering drugs[J].Curt Opin Pharmaeol,2016,27:62-69. 酶。 以酶解产物与甘氨胆酸钠的体外结合率为指 标,经正交试验发现,影响酶解产物结合甘氨胆酸 钠能力的因素依次为加酶量>料液比>酶解时间。 其中加酶量对酶解产物结合甘氨胆酸钠能力有显著 性影响(P<0.05)。正交试验得出的最佳酶解条件 为:酶解时间2 h、酶用量2 000 U・g。。、料液比 1:4(pH 8,37℃)。该条件下酶解产物与甘氨胆 酸钠体外结合率为21.73%,相当于同浓度降血脂 药物考来烯胺散的48.3%,显示出卵形鲳 酶解 蛋白肽在辅助降血脂方面的潜力。GPC分析显示 酶解产物中主要为相对分子量3 kD以下的肽类, 占总蛋白水解物的77.30%。 该研究成果可为开发利用海洋鱼蛋白制备辅助 降血脂产品提供理论和技术参考,因研究评价方法 体外结合试验为化学方法,缺少必要的生物学评 价,因此,需进行进一步的细胞和动物模型活性研 究,完善其在细胞和动物模型中的作用效果。 参考文献: [1]PISCIOTI'A L,BERTOLINI S,PENDE A.Lipoproteins,stroke and statins[J].CurtVasc Pharmacol,2015,13(2):202-208. 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