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饥饿对拟环纹豹蛛体内蛋白酶和脂肪酶活性的影响

刘其全, 邱良妙, 施龙清, 占志雄

刘其全, 邱良妙, 施龙清, 占志雄. 饥饿对拟环纹豹蛛体内蛋白酶和脂肪酶活性的影响[J]. 福建农业学报, 2018, 33(12): 1312-1316. DOI: 10.19303/j.issn.1008-0384.2018.12.014
引用本文: 刘其全, 邱良妙, 施龙清, 占志雄. 饥饿对拟环纹豹蛛体内蛋白酶和脂肪酶活性的影响[J]. 福建农业学报, 2018, 33(12): 1312-1316. DOI: 10.19303/j.issn.1008-0384.2018.12.014
LIU Qi-quan, QIU Liang-miao, SHI Long-qing, ZHAN Zhi-xiong. Effects of Starvation on Protease and Lipase Activities of Pardosa pseudoannulata[J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2018, 33(12): 1312-1316. DOI: 10.19303/j.issn.1008-0384.2018.12.014
Citation: LIU Qi-quan, QIU Liang-miao, SHI Long-qing, ZHAN Zhi-xiong. Effects of Starvation on Protease and Lipase Activities of Pardosa pseudoannulata[J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2018, 33(12): 1312-1316. DOI: 10.19303/j.issn.1008-0384.2018.12.014

饥饿对拟环纹豹蛛体内蛋白酶和脂肪酶活性的影响

基金项目: 

国家重点研发计划项目 2017YFD0100100

福建省自然科学基金项目 2015J01117

福建省农业科学院科技创新团队建设项目 STIT2017-1-8

详细信息
    作者简介:

    刘其全(1978-), 男, 博士, 副研究员, 研究方向:昆虫生态与害虫综合治理(E-mail:liuqq1221@163.com)

    通讯作者:

    占志雄(1964-), 男, 研究员, 研究方向:昆虫生态与害虫综合治理(E-mail:zzx64@sohu.com)

  • 中图分类号: S476+.2

Effects of Starvation on Protease and Lipase Activities of Pardosa pseudoannulata

  • 摘要: 在室温条件下,探讨不同饥饿时间对拟环纹豹蛛体内蛋白酶和脂肪酶活性的影响。结果表明:不同饥饿时间处理的拟环纹豹蛛雌、雄成蛛体内蛋白酶和脂肪酶活性均存在差异。在饥饿初期(雌蛛0~12 h、雄蛛0~4 h),饥饿处理对拟环纹豹蛛体内的蛋白酶活性起促进作用,雌、雄蛛的蛋白酶活性分别较未饥饿处理上升了36.8%和35.8%,差异显著;而后期起抑制作用,但差异不显著。拟环纹豹蛛雌、雄成蛛体内的脂肪酶活性,随着饥饿时间的延长均呈下降的趋势。在饥饿的初始阶段(0~4 h),饥饿处理对脂肪酶活性的抑制作用较大,雌成蛛的脂肪酶活性较未饥饿处理的脂肪酶活性下降了39.6%,差异显著,雄成蛛的脂肪酶活性较未饥饿处理的脂肪酶活性下降了15.3%,差异不显著,而后期饥饿处理对拟环纹豹蛛雌、雄成蛛的脂肪酶活性影响均不明显。此外,拟环纹豹蛛雌成蛛的蛋白酶和脂肪酶活性在各相同饥饿处理时间均高于雄成蛛的蛋白酶和脂肪酶活性。
    Abstract: This study was conducted to investigate the effect of starvation on major digestive enzymes(protease and lipase). The results showed that the effects of different starvation phases on digestive enzyme activities of male and female adult Pardosa pseudoannulata were different. In the early stage of starvation, the protease activities in female spiders (0-12 h) and male spiders (0-4 h) were promoted by starvation treatment, which increased by 36.8% and 35.8%, respectively, compared with that in the 0 h of starvation. However the protease activities in later stage were inhibited, but the difference was not significant.Lipase activities of female and male adult spiders decreased with the time of starvation.In the initial stage of starvation (0-4 h), the starvation treatment had a great inhibitory effect.The lipase activity of female adult spiders was 39.6% lower than that treated with starvation for 0 h, with a significant difference, while the lipase activity of male adult spiders was 15.3% lower than that treated with starvation for 0 h, with no significant difference. However in the later stage of starvation treatment, little effect on the lipase activities of female and male adult spiders was observed.Treated for the same starvation time, the activities of protease and lipase of female spiders were significantly higher than those of male spiders.
  • 香瓜又称甜瓜,属葫芦科,一年蔓生草本植物,因瓜果香甜而得名,是夏令消暑上品,可与西瓜相媲美。富含蛋白质、脂质、碳水化合物、粗纤维、维生素(Vc、VB、胡萝卜素)、矿物质(P、Ca、Fe)有机酸等营养组分和一些呈香组分[1],果肉可生食,具有清热、解暑、美容养颜、消除疲劳、止咳利尿、除口臭等保健功效,更有研究认为其中所含的“葫芦素”对癌细胞具有一定的抑制作用[2],是一种可用于研制发酵饮料的绝佳原料。

    目前香瓜主要是鲜吃,对其进行深加工的研究报道较少。然而,近年来,随着人们生活水平的提高和保健意识的增强,果醋等相关保健饮品逐渐受到人们的关注[3]。因此,以香瓜为原料,研发集风味、口感和保健功效于一体的新型保健果醋饮品,必将成为今后研究的热点之一。这不仅提供新的果醋品种和满足消费者多元化的消费需求,更能为提高香瓜产业的附加值和果农的经济收入提供新的渠道。

    国内外对水果果醋工艺的研究报道虽已较为成熟,但对香瓜果醋发酵工艺进行系统研究的报道较少。本研究以香瓜为原料,通过单因素、响应面试验设计来优化香瓜果醋发酵工艺,旨在为制备醇、酸合适的香瓜果醋饮品并为香瓜果醋酿造提供一定的理论支撑和技术指导。

    FSM-100型分离式磨浆机(上海嘉虹机电有限公司);WYT手持式糖量计(成都光学厂);HH-S2恒温水浴锅(金坛市程辉仪器厂);SPX-250B-Z生化培养箱(上海博讯实业有限公司医疗设备厂);THZ-82A水浴恒温振荡器(上海领成生物科技有限公司)。

    市售成熟的香瓜(产于湖南省湘西自治州);市售优级蔗糖,购于吉首市阳光超市;安琪耐高温酿酒高活性干酵母(湖北安琪酵母股份公司生产);沪酿1.01号醋酸菌(上海酿造一厂生产);无水乙醇、氢氧化钠等均为AR级。

    总酸(以醋酸计):酸碱滴定法(GB/T 5009.41-2003);酒精度:白酒分析法(GB/T 10345-2007);糖度:手持式糖量计(GB/T 12295-1990)。

    新鲜香瓜→分选、清洗→削皮(去瓜瓤)→打浆→糖度调整→酒精发酵→醋酸发酵→陈酿→过滤→香瓜果醋。

    精确称取0.1 g活性干酵母,用2%葡萄糖液于28~34℃活化1~2 h至产生大量气泡[4]

    将醋酸菌接入醋酸菌活化培养基中,于32℃恒温振荡200 r·min-1培养24 h[5]

    香瓜汁制备:新鲜香瓜分选,清洗,削皮去籽,打浆,即得香瓜汁。

    糖度调整:用蔗糖将香瓜汁糖度调至试验所需,再于90℃水浴锅中灭菌10 min后冷却至室温。

    酒精发酵:向经糖度调整和灭菌后香瓜汁中加入0.3%活化酵母液,于32℃下密封发酵至糖度趋于稳定后转入醋酸发酵。

    醋酸发酵:向经上步发酵所得香瓜果酒中加入一定量醋酸菌,调节温度及摇床转速等条件,于恒温水浴摇床中震荡发酵至酸度不变(约7 d)[4]

    陈酿、过滤:完成醋酸发酵的果醋加入2%的食盐,存放于洁净密闭的罐体中,常温陈酿30 d。

    本研究对醋酸发酵影响较大的四因素即初始酒精度(0、2%、4%、6%、8%)、发酵温度(32、34、36、38、40℃)、醋酸菌接种量(6%、8%、10%、12%、14%)和震荡转速(120、130、140、150、160 r·min-1),先进行单因素,3重复试验基础上,再利用Design-Expert 8.5软件进行Box-Bebnken响应面试验来优化香瓜果醋发酵工艺条件, 试验设计见表 1

    表  1  Box-Behnken试验设计因素
    Table  1.  Variables and levels in Box-Behnken central composite design
    编码值 酒精添加量/% 接种量/% 发酵温度/℃ 摇床转速/(r·min-1)
    -1 4 8 34 140
    0 6 10 36 150
    +1 8 12 38 160
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    图 1可知,当接种量一定时,醋酸含量及其反应速度随起始酒精度增加而提高。但当起始酒精度达到一定值时,反应速度不再增加,继续增加底物浓度,反应速度反而下降。这是因为过高的乙醇浓度对醋酸菌有抑制作用,使产酸量下降,发酵周期延长[6]。因而选择6%~8%的起始酒精度比较合适。

    图  1  初始酒精度对醋酸发酵的影响
    注:D1~D7为发酵时间1~7 d,图 2~4同。
    Figure  1.  Effect of initial alcohol content on fermentation
    图  2  温度对醋酸发酵的影响
    Figure  2.  Effect of temperature on fermentation
    图  3  醋酸菌接种量对醋酸发酵的影响
    Figure  3.  Effect of inoculation of acetobacter on fermentation
    图  4  震荡转速对醋酸发酵的影响
    Figure  4.  Effect of mixer rotational speed on fermentation

    图 2知,在发酵初期(1~4 d),随发酵温度由32℃增加到40℃的过程中,发酵液酸度不断增高;发酵后期(5~7 d),温度对发酵液酸值的影响逐渐变小,特别是在36~40℃范围内差别趋小,且有下降趋势[7]。综合考虑发酵成本和香瓜果醋酸值、口感风味等因素,宜选择36℃进行后续醋酸发酵试验。

    图 3知,在发酵前期(1~4 d),体系酸值随醋酸菌接种量增加而增加,醋酸菌接种量对发酵反应速率影响较大;而在发酵后期(5~7 d),在低浓度范围内(6%~12%),加大醋酸菌接种量会使发酵液酸值增加;当醋酸菌接种量超过12%后,酸值趋于平缓或略有下降。这主要是由于随着接种量的增加,发酵体系中底物的减少和产物的增加,使得醋酸菌体细胞所处环境劣化,菌体细胞出现衰亡、和自溶现象[8-9]。因此,应选择醋酸菌的接种量为10%进行后续试验。

    图 4知,发酵初期(1~3 d),随摇床震荡转速增加,发酵液酸值增加较为显著;发酵后期(4~7 d),摇床转速较低时(120~140 r·min-1),酸值随当摇床转速增加显著增加,当转速在140~160 r·min-1范围内,酸值增加不大。这可能是由于转速增加能使发酵液中乙醇挥发、损耗速率上升,从而不能满足醋酸菌生长、繁殖和代谢的需求,使醋酸生成速率下降[10]。因此,选择摇床震荡的转速为140~150 r·min-1进行后续试验。

    在单因素试验基础上,以接种量(X1)、初始酒精度(X2)、发酵温度(X3)、摇床转速(X4)为自变量,香瓜汁发酵液醋酸含量为响应值(R),采用Box-Behnken设计,共29个试验点,其中1~24为分析因子,25~29为中心试验点(主要用于评估试验纯误差[11]),来优化香瓜果醋醋酸发酵工艺参数。试验设计及结果见表 2

    表  2  Box-Behnken试验设计及试验结果
    Table  2.  Arrangement and results of Box-Behnken central composite experiment
    试验号 因素 醋酸含量R/%
    X1 X2 X3 X4
    1 -1 -1 0 0 3.3
    2 -1 1 0 0 4.3
    3 1 -1 0 0 3.3
    4 1 1 0 0 4.5
    5 0 0 -1 -1 4.3
    6 0 0 -1 1 5.0
    7 0 0 1 -1 4.4
    8 0 0 1 1 4.9
    9 -1 0 0 -1 4.3
    10 -1 0 0 1 4.5
    11 1 0 0 -1 4.7
    12 1 0 0 1 5.2
    13 0 -1 -1 0 3.3
    14 0 -1 1 0 3.0
    15 0 1 -1 0 3.9
    16 0 1 1 0 4.3
    17 -1 0 -1 0 4.0
    18 -1 0 1 0 4.2
    19 1 0 -1 0 5.1
    20 1 0 1 0 4.4
    21 0 -1 0 -1 3.1
    22 0 -1 0 1 3.2
    23 0 1 0 -1 3.6
    24 0 1 0 1 4.3
    25 0 0 0 0 5.3
    26 0 0 0 0 5.5
    27 0 0 0 0 5.1
    28 0 0 0 0 5.2
    29 0 0 0 0 5.3
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    利用Design-Expert软件对表 2中试验数据进行二次线性回归拟合,得到数学模型:R1=5.28+0.22X1+0.47X2-0.025X3+0.23X4+0.05X1X2-0.20X1X3+0.075X1X4+0.17X2X3+0.15X2X4-0.050X3X4-0.29X12-1.26X22-0.41X32-0.34X42

    表 3知,模型的P<0.000 1显著,失拟项的P>0.05不显著,模型的决定系数R2= 0.958 1,调整决定系数RAdj2=0.916 2。说明所建模型的拟合程度较高,能在90%以上的范围内解释因变量与变量之间的关联,因此,可用此模型预测和分析香瓜汁的醋酸发酵工艺[12]。在所考察的因素中,一次项X1X2X4及二次项X22X32X42差异极显著,X12则显著,交互二次项则不显著,说明单独因子对响应值的影响较大,且并非简单的一次线性关系,两因子之间的交互作用对响应值影响相对较小[13]。各因子对响应值得影响主次顺序为:接种量>摇床转速>酒精添加量>发酵温度。

    表  3  回归统计分析结果
    Table  3.  ANOVA for response surface regression model
    系数来源 平方和 自由度 均方 F Prob>F 显著性
    模型 14.89 14 1.06 22.86 <0.0001 **
    X1 0.61 1 0.61 13.06 0.0028 **
    X2 2.71 1 2.71 58.20 <0.0001 **
    X3 <0.0001 1 <0.0001 0.16 0.6941
    X4 0.61 1 0.61 13.06 0.0028 **
    X1X2 <0.0001 1 <0.0001 0.21 0.6500
    X1X3 0.16 1 0.16 3.44 0.0849
    X1X4 0.022 1 0.022 0.48 0.4982
    X2X3 0.12 1 0.12 2.63 0.1270
    X2X4 0.090 1 0.090 1.93 0.1860
    X3X4 <0.0001 1 <0.0001 0.21 0.6500
    X12 0.53 1 0.53 11.39 0.0045 *
    X22 10.31 1 10.31 221.64 <0.0001 **
    X32 1.09 1 1.09 23.53 0.0003 **
    X42 0.73 1 0.73 15.72 0.0014 **
    残差 0.65 14 0.047
    失拟 0.56 10 0.056 2.56 0.1891 不显著
    净误差 0.088 4 0.022
    总离差 15.54 28
    相关系数(R2) 0.9581
    调整复相关系数(RAdj2) 0.9162
    注:“**”表示极显著(P<0.01),“*”表示显著(P<0.05)。
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    通过Design Expert 8.5软件对试验数据进行二次多元回归拟合,得响应曲面和等高线图(图 5~8)。各因素及其之间交互作用对响应值的影响可由响应曲面图和等高线图直观的反应出来,如两因子等高线呈椭圆形则表明两者交互作用显著,圆形则反之,等高线交点越密集,说明该因素对响应值的影响越显著[14-15]

    图  5  R1=(X1X2)的响应面
    Figure  5.  Response surface plot for fermentation under varied alcohol content and acetobacter inoculation
    图  6  R1=(X1X3)的响应面
    Figure  6.  Response surface plot for fermentation under varied temperature and alcohol content
    图  7  R1=(X1X4)的响应面
    Figure  7.  Response surface plot for fermentation under varied alcohol content and mixer rotational speed
    图  8  R1=(X3X4)的响应面
    Figure  8.  Response surface plot for fermentation under varied mixer rotational speed and temperature

    图 5~8知,当分别固定某一因素值时,发酵液酸值随另外两因素增加,先增加而后降低或趋于平缓,均存在一定极值区域[16]。因此,通过对所得回归方程求一阶偏导,得出优化极值条件为:X1= 0.48,X2= -0.21,X3=-0.15,X4= 0.44,此时R1= 5.45;利用编码公式X1=xjx0Δj, 将上述编码值转化为实际参数为酒精添加量6.96%,醋酸菌接种量9.58%,发酵温度35.70℃,摇床转速154.40 r·min-1[17]

    根据回归方程的最优解和实际情况确定香瓜醋的优化工艺参数为:初始酒精度7%、醋酸菌接种量9.5%、发酵温度36℃、摇床转速155 r·min-1,在此条件下,香瓜醋的酸值为(5.33±0.15)%,与预测值仅相差0.30%,说明该回归模型对香瓜醋酸发酵的拟合程度较好,具有较强的实用参考价值。

    本研究通过单因素和响应面优化试验得香瓜果醋发酵的最佳工艺分别为:醋酸菌接种量9.5%,发酵温度36℃,初始酒精度7%,摇床转速为155 r·min-1,发酵液酸量可达5.33%。利用香瓜果汁发酵所得的香瓜果醋香味浓郁,醇厚;富含膳食纤维、维生素以及有机酸等营养、活性组分,能满足消费者对日益多元化保健果醋的需求。此外,还能为香瓜产品的推广及果农增收起到一定促进作用,具有较好的发展推广前景。

    目前,对果酒、果醋发酵工艺进行研究的报道多集中于以酒精度和酸值等单一指标为响应值来评价其发酵工艺好坏。相对比较缺乏对果酒、果醋发酵营养基质代谢情况及其与发酵所产生的果酒和果醋等产品的酒精度、酸值以及其他相关评价指标进展综合优化考虑文献报道[18]。在今后果醋发酵的工艺研究中,可将果酒、果醋的感官鉴评、营养组分、风味等指标融入优化实验设计中综合筛选优化工艺参数和从代谢和风味等食品组学的角度来系统地研究果酒、果醋发酵与最终产物的关联。此外,近年来,有部分学者将菌种的共固定化技术用于果酒、果醋的发酵工艺优化过程中,并使其发酵周期缩短和产品风味浓郁[19]。因此,尚需进一步结合新型发酵技术来探明果酒、果醋发酵过程中微生物代谢途径和风味形成机制,来提高发酵产品的质量和消费者的可接受程度,而非通过发酵后期的简单调配。

  • 图  1   饥饿处理过程中拟环纹豹蛛体内蛋白酶活性的变化

    注:不同小写字母表示差异显著(P < 0.05);图 2同。

    Figure  1.   The change of lipase activity in P.pseudoannulata during starvation

    图  2   饥饿处理过程中拟环纹豹蛛体内脂肪酶活性的变化

    Figure  2.   The change of lipase activity in P.pseudoannulata during starvation

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出版历程
  • 收稿日期:  2018-10-11
  • 修回日期:  2018-11-29
  • 刊出日期:  2018-12-27

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