CN102898516A - 一种用扩张床吸附技术从乳清中提纯乳铁蛋白的方法 - Google Patents

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姚善泾
杜巧燕
林东强
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Abstract

本发明提供了一种用扩张床吸附技术从乳清中提纯乳铁蛋白的方法。包括以下步骤:1)甜乳清粉加水溶解制成乳清溶液或采用市售液态乳清液,用NaOH调节pH;2)扩张床内装填阳离子交换层析介质,用磷酸盐缓冲液从下向上通过床层,平衡扩张床;3)通入步骤1)的溶液进行吸附,再用含NaCl的缓冲液进行洗脱,收集洗脱液;4)最后用NaOH清洗,并用缓冲液再生介质。本发明以扩张床吸附为核心分离方法,一步分离得到乳铁蛋白的纯度能达到88~93%之间,回收率在47%~86%之间,工艺简便高效,设备投资低,适合工业化生产。

Description

一种用扩张床吸附技术从乳清中提纯乳铁蛋白的方法
技术领域
本发明涉及一种用扩张床吸附技术从乳清中提纯乳铁蛋白的方法。
背景技术
牛奶分离出酪蛋白制备奶酪后,剩余溶液即为乳清液。乳清液作为副产物,其水含量高,运输不便,经常通过喷雾干燥等方法制成乳清粉。乳清粉中的主要成分为乳糖和乳清蛋白。
乳清蛋白中主要有β-乳球蛋白(β-Lg)、α-乳白蛋白(α-La)、牛血清白蛋白(BSA)、免疫球蛋白(IgG),以及乳铁蛋白(Lf)、乳过氧化酶、生长因子和许多生物活性因子及酶,这些物质均具有一定的生物活性,尤其是乳铁蛋白因其特有的功能备受关注。
乳铁蛋白等电点为8.0,分子质量80kDa,在乳清中含量约为0.5 g/L。乳铁蛋白具有抗菌、抗病毒、免疫调节等多种生物活性功能。
中国专利CN 1486989 A公开了一种从牛初乳中分离纯化乳铁蛋白的方法,首先对牛初乳进行脱脂处理,并除去酪蛋白和球蛋白,将清液透析6小时后,采用肝素-琼脂糖树脂进行亲和层析,提纯乳铁蛋白。中国专利CN 101362792 A中也是采用亲和层析分离乳铁蛋白。由于亲和层析介质成本较高以及洗脱比较困难,不太适宜工业化大规模应用。
中国专利CN 101724013 A和美国专利US 5,149,647均利用阳离子交换树脂提纯乳铁蛋白,首先制备乳清,然后对乳清进行微滤处理,再用阳离子交换层析从微滤的透过液中提纯乳铁蛋白。
上面所述的亲和层析和阳离子交换层析,都采用固定床的方式,由于固定床填充密度高,在进料前,必须对其进行微滤或者透析等预处理,以除去不溶性颗粒,否则会造成层析柱堵塞。预处理过程增加设备投入,操作时间长,还会造成乳铁蛋白的损失,降低生产率。同时,固定床层析操作中,流速不能太高,否则柱压太大,使介质变形,影响层析的顺利进行。
中国专利CN 1663961A提供了一种无需预处理料液的乳铁蛋白提取方法,把阳离子交换树脂在搅拌下直接与乳清溶液混合吸附,吸附完全后,再用滤布将树脂分离,并转移至NaCl溶液中浸泡以洗脱乳铁蛋白。该方法是典型的单级吸附,分离效率非常低,很难得到高纯度的乳铁蛋白,也难以进行工业化大规模生产。
欧洲专利EP1480524 (A1)采用混合模式扩张床介质FastLine SALTO 从牛乳中分离乳铁蛋白。先预处理除去牛乳中的酪蛋白,再把料液调节至pH4.5后上样;洗脱分为两步,先用50 mN 硼酸洗脱其他蛋白,再用0.02 M NaOH洗脱得到乳铁蛋白。由于FastLine SALTO介质同时具有阳离子交换和疏水作用基团,乳铁蛋白的吸附选择性较差,而牛乳中蛋白组分复杂,免疫球蛋白和牛血清白蛋白等都能吸附,所以需要比较复杂的洗脱步骤才能得到纯度大于90%的乳铁蛋白,操作相对繁琐,耗时较长。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷,提供一种操作简便、分离效率高、成本较低的用扩张床吸附技术从乳清中提纯乳铁蛋白的方法。
用扩张床吸附技术从乳清中提纯乳铁蛋白的方法包括以下步骤:
1)甜乳清粉加水溶解制成质量百分比浓度为20~80 g/L的乳清溶液或采用市售液态乳清液,用NaOH调节pH至7.0 ~8.0;
2)扩张床内装填阳离子交换层析介质,阳离子交换介质为Streamline SP,Streamline SP XL或Fastline SP;用pH7.0 ~8.0的磷酸盐缓冲液从下向上通过床层,平衡扩张床,床层稳定膨胀时,膨胀率介于1.8~2.6;
3)通入步骤1)的溶液进行吸附,然后通入步骤2)所用的缓冲液冲洗直至没有蛋白洗出,再用含0.1~1 M NaCl的pH7.0~10.0的磷酸盐缓冲液或者碳酸盐缓冲液洗脱,收集洗脱液,其纯度为88~93%,乳铁蛋白回收率为47%~86%;
4)最后用0.2~0.5 M NaOH在位清洗,并用pH7.0的磷酸盐缓冲液使介质再生。
所述的步骤3)中,通入步骤1)的溶液进行吸附时,保持操作流速与平衡扩张床时流速相同,或者保持床层的膨胀率相同。
本发明的有益效果如下:
(1)扩张床允许料液中含有不溶颗粒,无需微滤等预处理,节省固液分离设备投入,简化流程,减少乳铁蛋白的损失,提高收率。
(2)扩张床的操作流速比固定床方式要高得多,可提高生产效率。
(3)阳离子交换介质的选择性好,特异吸附乳铁蛋白,洗脱条件温和,步骤简单易行。
(4)仅需一步吸附洗脱就可从粗乳清中提纯得到纯度基本大于90%的乳铁蛋白,工艺简单,适于工业化生产。
(5)从廉价的乳清中高效提取高附加值的乳铁蛋白,具有较大的经济效益。
附图说明
图1是用扩张床吸附技术从乳清中提纯乳铁蛋白的方法的流程图;
图2是实施例1中收集组分的SDS-PAGE电泳图谱,其中泳道1为蛋白Marker ProteinRuler IV;2为20 g/L甜乳清粉(原料);3为穿透液;4为浓缩后的洗脱液;5为1 mg/mL标准乳铁蛋白(购自sigma);6为LMW-SDS Marker Kit(GE Healthcare);
图3是实施例5中梯度洗脱谱图;
图4是实施例6中梯度洗脱谱图。
具体实施方式
本发明采用扩张床阳离子交换吸附技术,只需一步层析,就能提纯乳铁蛋白,得到纯度在90%以上的乳铁蛋白。该方法无需对料液进行微滤等预处理,可直接上样至扩张床;介质的选择性好,能特异性吸附乳铁蛋白;洗脱条件温和,步骤简便。利用本发明的方法,一步分离就能直接从乳清中提纯乳铁蛋白,工艺简单,设备投资低,适合工业化生产,具有一定的经济效益。
用扩张床吸附技术从乳清中提纯乳铁蛋白的方法包括以下步骤:
1)甜乳清粉加水溶解制成质量百分比浓度为20~80 g/L的乳清溶液或采用市售液态乳清液,用NaOH调节pH至7.0 ~8.0;
2)扩张床内装填阳离子交换层析介质,阳离子交换介质为Streamline SP,Streamline SP XL或Fastline SP;用pH7.0 ~8.0的磷酸盐缓冲液从下向上通过床层,平衡扩张床,床层稳定膨胀时,膨胀率介于1.8~2.6;
3)通入步骤1)的溶液进行吸附,然后通入步骤2)所用的缓冲液冲洗直至没有蛋白洗出,再用含0.1~1 M NaCl的pH7.0~10.0的磷酸盐缓冲液或者碳酸盐缓冲液洗脱,收集洗脱液,其纯度为88~93%,乳铁蛋白回收率为47%~86%;
4)最后用0.2~0.5 M NaOH在位清洗,并用pH7.0的磷酸盐缓冲液使介质再生。
所述的步骤3)中,通入步骤1)的溶液进行吸附时,保持操作流速与平衡扩张床时流速相同,或者保持床层的膨胀率相同。
实施例1
1)甜乳清粉加水溶解制成质量百分比浓度为50g/L的乳清溶液1 L,用NaOH调节pH至7.0;
2)扩张床内装填阳离子交换层析介质,阳离子交换介质为Fastline SP;用pH7.0的磷酸盐缓冲液从下向上通过床层,平衡扩张床,床层稳定膨胀时,膨胀率为2.0;
3)通入步骤1)的溶液进行吸附,然后通入步骤2)所用的缓冲液冲洗直至没有蛋白洗出,再用含0.5 M NaCl的pH7.0的磷酸盐缓冲液洗脱,收集洗脱液,其纯度为90%,乳铁蛋白回收率为83%;
4)用0.2 M NaOH在位清洗介质,最后用pH7.0的磷酸盐缓冲液重新平衡介质。
步骤3)中,通入步骤1)的溶液进行吸附时,保持操作流速与平衡扩张床时流速相同。
步骤3)得到的洗脱液经超滤浓缩后与其他组分一起进行SDS-PAGE电泳检测,谱图结果如图2。
实施例2
1)甜乳清粉加水溶解制成质量百分比浓度为20g/L的乳清溶液1 L,用NaOH调节pH至8.0;
2)扩张床内装填阳离子交换层析介质,阳离子交换介质为Fastline SP;用pH8.0的磷酸盐缓冲液从下向上通过床层,平衡扩张床,床层稳定膨胀时,膨胀率为2.6;
3)通入步骤1)的溶液进行吸附,然后通入步骤2)所用的缓冲液冲洗直至没有蛋白洗出,再用含1 M NaCl的pH8.0的磷酸盐缓冲液洗脱,收集洗脱液,其纯度为93%,乳铁蛋白回收率为47%;
4)用0.2 M NaOH在位清洗介质,最后用pH7.0的磷酸盐缓冲液重新平衡介质。
步骤3)中,通入步骤1)的溶液进行吸附时,保持操作流速与平衡扩张床时流速相同。
实施例3
1)甜乳清粉加水溶解制成质量百分比浓度为80g/L的乳清溶液1 L,用NaOH调节pH至7.5;
2)扩张床内装填阳离子交换层析介质,阳离子交换介质为Streamline SP;用pH7.5的磷酸盐缓冲液从下向上通过床层,平衡扩张床,床层稳定膨胀时,膨胀率为1.8;
3)通入步骤1)的溶液进行吸附,然后通入步骤2)所用的缓冲液冲洗直至没有蛋白洗出,再用含0.5 M NaCl的pH10.0的碳酸盐缓冲液洗脱,收集洗脱液,其纯度为88%,乳铁蛋白回收率为86%;
4)用0.2 M NaOH在位清洗介质,最后用pH7.0的磷酸盐缓冲液重新平衡介质。
步骤3)中,通入步骤1)的溶液进行吸附时,保持操作流速与平衡扩张床时流速相同。
实施例4
1)市售液态乳清液2 L,用NaOH调节pH至7.5;
2)扩张床内装填阳离子交换层析介质,阳离子交换介质为Streamline SP XL;用pH7.5的磷酸盐缓冲液从下向上通过床层,平衡扩张床,床层稳定膨胀时,膨胀率为2.0;
3)通入步骤1)的溶液进行吸附,然后通入步骤2)所用的缓冲液冲洗直至没有蛋白洗出,再用含0.5 M NaCl的pH7.5的磷酸盐缓冲液洗脱,收集洗脱液,其纯度为91%,乳铁蛋白回收率为85%;
4)用0.5 M NaOH在位清洗介质,最后用pH7.0的磷酸盐缓冲液重新平衡介质。
所述的步骤3)中,通入步骤1)的溶液进行吸附时,保持膨胀率与平衡扩张床时膨胀率相同
实施例5
实施步骤同实施例1,不同的是洗脱条件改为含0.1~1 M NaCl的pH7.0磷酸盐缓冲液线性梯度洗脱,洗脱谱图如图3。洗脱液中乳铁蛋白纯度89%,回收率为84%。
实施例6
实施步骤同实施例1,不同的是洗脱条件改为含0.1~1 M NaCl的0.02 mol/L碳酸盐缓冲液(pH10.0)线性梯度洗脱,洗脱谱图如图4。洗脱液中乳铁蛋白纯度89%,回收率为85%。

Claims (2)

1.一种用扩张床吸附技术从乳清中提纯乳铁蛋白的方法,其特征在于包括以下步骤:
1)甜乳清粉加水溶解制成质量百分比浓度为20~80 g/L的乳清溶液或采用市售液态乳清液,用NaOH调节pH至7.0 ~8.0;
2)扩张床内装填阳离子交换层析介质,阳离子交换介质为Streamline SP,Streamline SP XL或Fastline SP;用pH7.0 ~8.0的磷酸盐缓冲液从下向上通过床层,平衡扩张床,床层稳定膨胀时,膨胀率介于1.8~2.6;
3)通入步骤1)的溶液进行吸附,然后通入步骤2)所用的缓冲液冲洗直至没有蛋白洗出,再用含0.1~1 M NaCl的pH7.0~10.0的磷酸盐缓冲液或者碳酸盐缓冲液洗脱,收集洗脱液,其纯度为88~93%,乳铁蛋白回收率为47%~86%;
4)最后用0.2~0.5 M NaOH在位清洗,并用pH7.0的磷酸盐缓冲液使介质再生。
2.根据权利要求1所述的一种用扩张床吸附技术从乳清中提纯乳铁蛋白的方法,其特征在于:所述的步骤3)中,通入步骤1)的溶液进行吸附时,保持操作流速与平衡扩张床时流速相同,或者保持床层的膨胀率相同。
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