发明内容
针对目前技术的不足,本发明的目的是提供一种从螺旋藻中高效制备高纯度藻蓝蛋白的方法。高纯度藻蓝蛋白是指藻蓝蛋白的纯度(A620nm/A280nm)要达到4.0以上。
为实现本发明目的,采用如下技术方案:
一种从螺旋藻中分离纯化高纯度藻蓝蛋白的方法,步骤如下:
(1)将螺旋藻粉原料采用0.05~0.5M的磷酸缓冲液浸提法,使藻蓝蛋白从螺旋藻细胞中渗出,在4~12℃,离心收集上清液,得到藻蓝蛋白粗提液;
(2)向步骤(1)得到的藻蓝蛋白粗提液中加入水溶性壳聚糖,控制藻蓝蛋白溶液中壳聚糖质量浓度为0.1%~1%,搅拌均匀,调整溶液pH至6.5~7.5,继续搅拌3~15分钟后,在4~12℃,离心收集上清液;
(3)向步骤(2)所得的上清液加入活性炭,搅拌3~10分钟,离心收集上清液,再次向所得上清液中加入活性炭,搅拌3~10分钟,离心收集上清液;两次所用活性炭加入量的质量之比为1∶0.5~1∶2,活性炭质量与处理溶液体积之比均为50g/L~100g/L;
(4)将步骤(3)所得的藻蓝蛋白溶液,用质量浓度为30~60%硫酸铵沉淀,使藻蓝蛋白从溶液中沉淀下来,离心收集沉淀,再用pH6.5~7.5、5~50mM磷酸缓冲液溶解,并用10~50kDa超滤膜超滤,除去硫酸铵;
(5)在8~20℃,避光条件下,将步骤(4)制得的藻蓝蛋白溶液,用离子交换层析,并用含0.05~0.25M氯化钠的磷酸缓冲液梯度洗脱,获得高纯度的藻蓝蛋白溶液。
为进一步实现本发明目的,所述步骤(1)的磷酸缓冲液浸提法是指将螺旋藻粉用蒸馏水洗涤1~3次后,按固液质量比为1∶10~1∶20加入0.05~0.5M的磷酸缓冲液,以6000~13000r/min磁力搅拌2~6小时。
所述步骤(1)和步骤(2)的离心收集上清液是以6000~13000r/min离心6~20min,收集上清液。
所述步骤(1)和步骤(3)中调整溶液pH至6.5~7.5都是通过加入0.1~0.5M氢氧化钠或0.1~0.5M盐酸调整。
所述步骤(3)所用的活性炭为木质粉状活性炭,规格为100~800目。
所述步骤(5)的离子交换层析是将步骤(4)制得的藻蓝蛋白溶液上DEAESephadex A-25离子交换层析柱。
所述含0.05~0.25M氯化钠的磷酸缓冲液梯度洗脱是指用pH为6.5~7.5,含0.05~0.25M氯化钠的0.01~0.03M的磷酸缓冲液洗脱,洗脱速度为0.5~1.2mL/min。
所述步骤(1)、(4)和(5)中的磷酸缓冲液为磷酸钾缓冲液或磷酸钠缓冲液。
以上操作步骤如无特别说明,均按本领域常规操作。
本发明具有如下优点和有益效果:
(1)本方法采用缓冲液浸提法提取藻蓝蛋白,前处理简便,不需要超声破碎仪和高压均质设备,能耗小;
(2)使用价格低廉、来源广泛的活性炭和壳聚糖处理藻蓝蛋白粗提液,处理时间不足1小时,就可使藻蓝蛋白纯度达到2.5以上,具有耗时短,操作便捷的优点;
(3)采用一步色谱法就可制备出纯度大于4.0的藻蓝蛋白,可大大减少填料成本;
(4)本方法只需2天就可制备出高纯度藻蓝蛋白,不仅生产周期短,而且对设备要求简单,易于大量制备藻蓝蛋白,降低生产成本。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述,但具体实施方式不应理解为是对本发明保护范围的限定。
实施例1
从螺旋藻中高效分离纯化高纯度藻蓝蛋白的方法,步骤如下:
(1)取螺旋藻粉,用蒸馏水洗涤1次,然后按固液质量比1∶10加入0.05M的磷酸钾缓冲液,磁力搅拌6小时,在4℃,以6000r/min离心20min,取上清液,即为藻蓝蛋白粗提液。
(2)向步骤(1)的粗提液中加入水溶性壳聚糖,使其在藻蓝蛋白溶液中的质量浓度为0.1%,搅拌均匀,调整溶液pH至6.5,继续搅拌15分钟后,在4℃,以6000r/min离心20min,取上清液。
(3)向步骤(2)所得的上清液加入木质粉状活性炭,使活性炭质量与藻蓝蛋白溶液体积之比为100g/L,搅拌3分钟,离心收集上清液,向所得上清液中继续加入木质粉状活性炭,使活性炭质量与藻蓝蛋白溶液体积之比为50g/L,搅拌10分钟,离心收集上清液,得纯度高于2.5的藻蓝蛋白溶液(图1)。藻蓝蛋白纯度检测条件为:使用Unico UV2300紫外可见分光光度计于室温下测定,扫描速率为400nm/min,狭缝宽度为2nm,采用光径1cm的样品池,藻蓝蛋白的纯度为620nm和280nm处吸收值的比值(A620/A280)。
(4)将步骤(3)所得的藻蓝蛋白溶液,用质量浓度为30%硫酸铵沉淀法,使藻蓝蛋白从溶液中沉淀下来,离心收集沉淀,再用pH6.5、5mM磷酸钾缓冲液溶解,并用10kDa超滤膜超滤,除去硫酸铵。
(5)将步骤(4)制得的藻蓝蛋白溶液上DEAE Sephadex A-25离子交换层析柱,然后分别用pH为6.5,含0.05M氯化钠的0.01M、0.02M、0.03M的磷酸钾缓冲液以0.5mL/min的洗脱速度梯度洗脱,每2ml收集一管,用UnicoUV2300紫外可见分光光度计测定每管在280、620nm处的吸收值,收集A620/A280>4.0的洗脱液。整个柱层析包括洗脱过程均在8℃、避光条件下进行。
(6)将步骤(5)获得的藻蓝蛋白溶液,进行紫外可见全波长扫描和荧光发射光谱扫描,测试条件为:紫外可见全波长扫描检测条件与步骤(3)相同;荧光发射光谱扫描使用HITACHI F-4500荧光分光光度计测量,激发、发射光狭缝为5nm,扫描速率为240nm/min,激发波长为590nm。吸收光谱和荧光发射光谱分别如图2和图3所示,分别显示620nm处的藻蓝蛋白特征吸收峰和643nm处的藻蓝蛋白最大荧光发射峰。通过图2与图1相比,峰形更加明显,表明经过步骤(5)处理后藻蓝蛋白纯度更高,纯度620/280可达到4.3。使用SDS-PAGE方法进一步检测步骤(1)、(3)和(5)所得藻蓝蛋白的纯度,检测条件为:取40μL藻蓝蛋白溶液,加入等体积的上样缓冲液(含5%SDS、2%巯基乙醇和10%甘油的50mM Tris溶液,pH=6.8),混匀后沸水煮5min,10000g离心5min,取上清上样,样品在浓缩胶中电泳电压为80V,进入分离胶后电压为120V;剥胶后,以0.1%考马斯亮蓝R-250染色,用含30%甲醇的10%乙酸脱色。电泳使用Tris-甘氨酸缓冲体系,浓缩胶、分离胶的质量浓度分别为5%和15%。电泳仪为BIO-RAD mini3蛋白电泳仪,标准蛋白为SDS-PAGE低分子量标准蛋白(购自大连宝生物工程有限公司)。结果如图4所示,图中A、B、C和D分别表示蛋白marker、藻蓝蛋白粗提液、壳聚糖-活性炭处理后藻蓝蛋白和柱层析后藻蓝蛋白。与粗提液相比,经过步骤(3)和步骤(5)处理后,SDS-PAGE显示的杂条带逐渐减少,柱层析后所得的藻蓝蛋白样品在14kDa和20kDa之间出现清晰的两条藻蓝蛋白亚基条带,为α和β亚基,与藻蓝蛋白结构相符合。以上利用藻蓝蛋白的光谱特性和变性电泳结果证明用本发明方法制得的藻蓝蛋白为高纯度藻蓝蛋白。
为了比较本发明的方法和传统的螺旋藻藻蓝蛋白分离纯化方法,将已公开的多种螺旋藻藻蓝蛋白纯化方法总结如表1所示。
从表1可以看出,与各种传统藻蓝蛋白分离纯化方法相比,本发明实施例的方法具有成本低、操作简便和耗时短等优点,而且提取的藻蓝蛋白纯度高。由于本发明避开了传统的冻融法和超声破碎法,前处理操作简单,无需特殊设备,条件温和,对藻蓝蛋白的生物活性影响小。此外,本发明将价格低廉的活性炭和壳聚糖用于藻蓝蛋白纯化,不仅使藻蓝蛋白在不足1小时的处理时间里纯度提高到2.5以上,而且为一步柱层析法制备高纯度藻蓝蛋白创造了有利条件,使生产周期缩短,生产成本得到有效控制。
表1
实施例2
从螺旋藻中高效分离纯化高纯度藻蓝蛋白的方法,步骤如下:
(1)取螺旋藻粉,用蒸馏水洗涤3次,然后按固液质量比1∶20加入0.5M的磷酸钾缓冲液,磁力搅拌2小时,在8℃,以13000r/min离心6min,取上清液,即为藻蓝蛋白粗提液。
(2)向步骤(1)的粗提液中加入水溶性壳聚糖,使其在藻蓝蛋白溶液中的质量浓度为1%,搅拌均匀,调整溶液pH至7.5,继续搅拌3分钟后,在8℃,以13000r/min离心6min,取上清液。
(3)向步骤(2)所得的上清液加入木质粉状活性炭,使活性炭质量与藻蓝蛋白溶液体积之比为50g/L,搅拌10分钟,离心收集上清液,向所得上清液中继续加入木质粉状活性炭,使活性炭质量与藻蓝蛋白溶液体积之比为100g/L,搅拌3分钟,离心收集上清液,得纯度高于2.5的藻蓝蛋白溶液。藻蓝蛋白纯度检测条件为:使用Unico UV2300紫外可见分光光度计于室温下测定,扫描速率为400nm/min,狭缝宽度为2nm,采用光径1cm的样品池,藻蓝蛋白的纯度为620nm和280nm处吸收值的比值(A620/A280)。
(4)将步骤(3)所得的藻蓝蛋白溶液,用质量浓度为60%硫酸铵沉淀法,使藻蓝蛋白从溶液中沉淀下来,离心收集沉淀,再用pH7.5、50mM磷酸钾缓冲液溶解,并用50kDa超滤膜超滤,除去硫酸铵。
(5)将步骤(4)制得的藻蓝蛋白溶液上DEAE Sephadex A-25离子交换层析柱,然后分别用pH为7.5,含0.25M氯化钠的0.01M、0.02M、0.03M的磷酸钾缓冲液以1.2mL/min的洗脱速度梯度洗脱,每2ml收集一管,用UnicoUV2300紫外可见分光光度计测定每管在280、620nm处的吸收值,收集A620/A280>4.0的洗脱液。整个柱层析包括洗脱过程均在20℃,避光条件下进行。检测方法与结果基本同实施例1。
实施例3
从螺旋藻中高效分离纯化高纯度藻蓝蛋白的方法,步骤如下:
(1)取螺旋藻粉,用蒸馏水洗涤2次,然后按固液质量比1∶15加入0.2M的磷酸钠缓冲液,磁力搅拌4小时,在10℃,以8000r/min离心10min,取上清液,即为藻蓝蛋白粗提液。
(2)向步骤(1)的粗提液中加入水溶性壳聚糖,使其在藻蓝蛋白溶液中的质量浓度为0.5%,搅拌均匀,调整溶液pH至6.8,继续搅拌5分钟后,在10℃,以8000r/min离心10min,取上清液。
(3)向步骤(2)所得的上清液加入木质粉状活性炭,使活性炭质量与藻蓝蛋白溶液体积之比为80g/L,搅拌5分钟,离心收集上清液,向所得上清液中继续加入木质粉状活性炭,使活性炭质量与藻蓝蛋白溶液体积之比为80g/L,搅拌5分钟,离心收集上清液,得纯度高于2.5的藻蓝蛋白溶液。藻蓝蛋白纯度检测条件为:使用Unico UV2300紫外可见分光光度计于室温下测定,扫描速率为400nm/min,狭缝宽度为2nm,采用光径1cm的样品池,藻蓝蛋白的纯度为620nm和280nm处吸收值的比值(A620/A280)。
(4)将步骤(3)所得的藻蓝蛋白溶液,用质量浓度为60%硫酸铵沉淀法,使藻蓝蛋白从溶液中沉淀下来,离心收集沉淀,再用pH6.8、10mM磷酸钠缓冲液溶解,并用30kDa超滤膜超滤,除去硫酸铵。
(5)将步骤(4)制得的藻蓝蛋白溶液上DEAE Sephadex A-25离子交换层析柱,然后分别用pH为6.8,含0.1M氯化钠的0.01M、0.02M、0.03M的磷酸钠缓冲液以0.8mL/min的洗脱速度梯度洗脱,每2ml收集一管,用UnicoUV2300紫外可见分光光度计测定每管在280、620nm处的吸收值,收集A620/A280>4.0的洗脱液。整个柱层析包括洗脱过程均在10℃,避光条件下进行。检测方法与结果基本同实施例1。
实施例4
从螺旋藻中高效分离纯化高纯度藻蓝蛋白的方法,步骤如下:
(1)取螺旋藻粉,用蒸馏水洗涤2次,然后按固液质量比1∶13加入0.1M的磷酸钠缓冲液,磁力搅拌3小时,在12℃,以10000r/min离心8min,取上清液,即为藻蓝蛋白粗提液。
(2)向步骤(1)的粗提液中加入水溶性壳聚糖,使其在藻蓝蛋白溶液中的质量浓度为0.7%,搅拌均匀,调整溶液pH至7.0,继续搅拌4分钟后,在12℃,以10000r/min离心8min,取上清液。
(3)向步骤(2)所得的上清液加入木质粉状活性炭,使活性炭质量与藻蓝蛋白溶液体积之比为90g/L,搅拌4分钟,离心收集上清液,向所得上清液中继续加入木质活性炭,使活性炭质量与藻蓝蛋白溶液体积之比为60g/L,搅拌8分钟,离心收集上清液,得纯度高于2.5的藻蓝蛋白溶液。藻蓝蛋白纯度检测条件为:使用Unico UV2300紫外可见分光光度计于室温下测定,扫描速率为400nm/min,狭缝宽度为2nm,采用光径1cm的样品池,藻蓝蛋白的纯度为620nm和280nm处吸收值的比值(A620/A280)。
(4)将步骤(3)所得的藻蓝蛋白溶液,用质量浓度为50%硫酸铵沉淀法,使藻蓝蛋白从溶液中沉淀下来,离心收集沉淀,再用pH7.0、20mM磷酸钠缓冲液溶解,并用30kDa超滤膜超滤,除去硫酸铵。
(5)将步骤(4)制得的藻蓝蛋白溶液上DEAE Sephadex A-25离子交换层析柱,然后分别用pH为7.0,含0.15M氯化钠的0.01M、0.02M、0.03M的磷酸钠缓冲液以1.0mL/min的洗脱速度梯度洗脱,每2ml收集一管,用UnicoUV2300紫外可见分光光度计测定每管在280、620nm处的吸收值,收集A620/A280>4.0的洗脱液。整个柱层析包括洗脱过程均在15℃,避光条件下进行。检测方法与结果基本同实施例1。