CN104262476A - 一种虾原肌球蛋白的纯化方法 - Google Patents

一种虾原肌球蛋白的纯化方法 Download PDF

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吴子健
薛璐
胡志和
李洋
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Abstract

本发明公开了一种虾原肌球蛋白的纯化方法,而提供一种纯度高,有利于大规模生产的纯化方法。将虾原肌球蛋白粗品溶于pH值为3.2-3.6的平衡缓冲液中得到样品液,加入到阴离子层析柱中,用pH值为3.2-3.6的平衡缓冲液洗脱,收集穿柱峰所对应的溶液;调节穿柱峰所对应的溶液的pH值为5.8-6.0,加入到阳离子层析柱中,用pH值为5.8-6.0的平衡缓冲液洗脱,收集穿柱峰所对应的溶液,透析除盐、干燥,获得高纯度的虾原肌球蛋白。本发明的纯化方法通过阴离子交换层析和阳离子交换层析的结合,使得目的蛋白存在于穿柱峰中,能够很好的保持蛋白的活性,获得的蛋白纯度高,通过两步离子交换层析法,处理量大,操作简单,有利于大规模生产。

Description

一种虾原肌球蛋白的纯化方法
技术领域
本发明涉及蛋白提取技术领域,具体的说,是涉及一种虾原肌球蛋白的纯化方法。
背景技术
全世界有30%-40%的人受到食品过敏问题的困扰,其中由虾与蟹等甲壳类动物及其制品所引起的过敏尤为突出。而这些动物机体肌肉组织中的原肌球蛋白(Tropomyosin,TM)是最主要也是致敏性最强的过敏原蛋白。制备具有较高纯度的TM蛋白制品对于研究该蛋白的结构与致敏性,以及如何消减其过敏原性具有十分重要的意义。同时。高纯度TM蛋白对于过敏原的检验检测以及作为标准蛋白,也具有十分重要的应用价值。
目前从虾中分离纯化TM蛋白的工艺一般分为三个阶段:
第一阶段是制备虾纤维蛋白干粉,具体过程为:将对虾洗净,除去虾壳和虾肉表面的膜,然后将机体组织特别是肌肉组织置于一定体积的且具有一定离子强度的缓冲液(pH≈7.0)中,室温下匀浆,离心后收集沉淀,此时可以除去大部分的肌浆蛋白。所收集的沉淀中加入预冷的有机溶剂,如乙醇,乙醚或丙酮等,反复抽提并离心,利用有机溶剂除去沉淀中的脂质成分,脱脂后的沉淀再经自然风干就可得到纤维蛋白干粉。
第二阶段是KCl溶液浸提再结合硫酸铵盐析沉淀提取虾纤维蛋白粉中的TM蛋白,具体步骤为:将所获得的纤维蛋白干粉复溶于含有1mol/L KCl的中性缓冲液中,利用TM蛋白的盐溶性,获取原肌球蛋白粗提液,在提取过程中加入一些保护剂,如二硫苏糖醇、β-巯基乙醇等,防止晶体蛋白高分子形成聚合物,使蛋白质保持原有的构象,同时,加入低浓度的氯化钙可稳定原肌球蛋白结构保持其天然构象。然后加入一定量的(NH4)2SO4或NaCl等中性盐,混匀后静置一段时间再离心透析、冻干等步骤,获得一定纯度的TM蛋白粗品。
第三阶段通常是利用层析技术进行TM蛋白的纯化,如分子筛层析、离子交换层析、HPLC等技术,最终获得纯度较高的TM蛋白制品。
目前用于制备TM蛋白粗品的方法较为成熟,人们都是利用前面所述的方法来制备虾纤维蛋白粉以及盐溶液浸提,盐析沉淀分离得到有一定纯度的TM蛋白粗品。但是其纯化工艺仍然存在一定问题:
1、从动物机体提取分离得到的TM蛋白纯度不高,利用目前已有的纯化工艺路线,无论是分子筛、离子交换层析或HPLC所得样品的纯度均小于95%;
2、现有的纯化工艺中,HPLC纯化技术所用的仪器昂贵、耗材贵(无论是纯化柱材料还是洗脱溶剂)、制备规模小且样品不易回收;离子交换层析法的目的蛋白存在于洗脱峰中,所得样品的纯度也不高,需要再接一次分子筛层析法才能够将纯提高到90%以上,但是这种纯化工艺的处理量不高,分子筛的显著缺点就是其纯化工艺虽简单,由于处理量太小,不利于规模化处理纯化样品。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷,而提供一种纯度高,有利于大规模生产的虾原肌球蛋白的纯化方法。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是:
一种虾原肌球蛋白的纯化方法,包括下述步骤:
(1)将虾原肌球蛋白粗品溶于pH值为3.2-3.6的平衡缓冲液中得到样品液,将所得样品液加入到阴离子层析柱中,再用pH值为3.2-3.6的所述平衡缓冲液洗脱,收集穿柱峰所对应的溶液;
(2)调节步骤(1)收集到的穿柱峰所对应的溶液的pH值为5.8-6.0,然后加入到阳离子层析柱中,再用pH值为5.8-6.0的所述平衡缓冲液洗脱,收集穿柱峰所对应的溶液,于4℃下透析除盐、干燥,获得高纯度的虾原肌球蛋白。
所述平衡缓冲液为柠檬酸-柠檬酸钠平衡缓冲液或醋酸-醋酸钠平衡缓冲液。
所述阴离子层析柱所用树脂为DE52或QAE Sephadex A-25树脂。
所述阳离子层析柱所用树脂为D152或CM Sephrose CL-6B树脂。
所述柠檬酸-柠檬酸钠和醋酸-醋酸钠平衡缓冲液的浓度均为20mmol/L。
按照6.25mg/mL-12.5mg/mL柱体积上样。
所述虾为凡纳滨对虾。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明的纯化方法通过阴离子交换层析和阳离子交换层析的结合,并通过调节层析所用缓冲液及其pH值,使得目的蛋白存在于穿柱峰中,能够很好的保持蛋白的活性,获得的蛋白纯度高,而且,通过两步离子交换层析法,处理量大,操作简单,有利于大规模生产。
2、本发明的纯化方法所用仪器及所用的试剂等耗材价格低廉,降低了生产成本。
附图说明
图1所示为本发明按照实施例1的方法所得虾原肌球蛋白样品在检测波长为280nm下HPLC法纯度检测色谱图;
图2所示为按照实施例2所得虾原肌球蛋白蛋白样品在检测波长为280nm下HPLC法纯度检测色谱图;
图3所示为按照实施例3所得虾原肌球蛋白蛋白样品在检测波长为280nm下HPLC法纯度检测色谱图;
图4所示为按照实施例4所得虾原肌球蛋白蛋白样品在检测波长为280nm下HPLC法纯度检测色谱图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明中的虾原肌球蛋白粗品可以采用现有技术的方法获得,本发明的实施例中采用通过有机溶剂除去脂质以及盐析法技术获得虾原肌球蛋白粗品。
实施例1
(1)虾原肌球蛋白粗品的制备:
①取100g去头、去壳、去肠线的凡纳滨对虾,加入1000mL浓度为0.9%的氯化钠溶液后,匀浆;再按1:10(m/v)加入到1000mL pH值为7.5、浓度为20mmol/L的Tris-HCl缓冲液中,其中,浓度为20mmol/L的Tris-HCl缓冲液中含50mmol/L KCl。4000×g离心后弃去上清液,取沉淀物。将沉淀物再溶于pH值为7.5、浓度为20mmol/L的Tris-HCl缓冲液中,离心收集沉淀,重复3次。
②在上述沉淀中加入400倍体积的-20℃预冷过夜的冷丙酮200mL,封口,在0℃下用磁力搅拌器充分混匀30min,于4000×g离心10min,收集沉淀物,沉淀物重复“混匀-离心”步骤两次后将沉淀物转移至干净的滤纸上,在室温下空气中风干,得到虾纤维蛋白丙酮粉,约有10g。
③取5g所得的虾纤维蛋白丙酮粉,加入含1mol/L KCl、5mmol/L二硫苏糖醇(DTT)的抽提液75mL,在4℃条件下抽提过夜。之后4000×g离心30min,取上清液,所得沉淀物继续静提4h,离心弃沉淀取上清液。合并两次上清液得到虾原肌球蛋白粗提液。
④将虾原肌球蛋白粗提液稀释一倍后,加入硫酸铵粉末使硫酸铵饱和度达到18%,4000×g离心30min,弃沉淀取上清液继续加入硫酸铵粉末,使硫酸铵饱和度达到40%,4000×g离心30min,取沉淀用等体积的40%硫酸铵溶液洗涤,离心取沉淀,复溶于pH值为7.0-7.5、浓度为20mmol/L、含50mmol/L KCl的Tris-HCl缓冲液中,透析除盐后,冷冻干燥,得到凡纳滨对虾原肌球蛋白粗品。
(2)DE-52树脂阴离子交换层析:
所用层析柱规格为1.0cm×10cm,取4g阴离子交换树脂DE-52用平衡缓冲液浸泡,装柱,得到DE-52层析柱,柱体积为8mL,所述平衡缓冲液为pH值为3.4的20mmol/L的柠檬酸-柠檬酸钠平衡缓冲液。柱子使用前用所述平衡缓冲液平衡。按照6.25mg/mL柱体积上样。
将步骤(1)所得的凡纳滨对虾原肌球蛋白粗品50mg溶于pH值为3.4的浓度为20mmol/L的柠檬酸-柠檬酸钠平衡缓冲液中,配制成10mg/mL的蛋白溶液,然后以0.4mL/min的流速用恒流泵加所配蛋白溶液于上述DE-52层析柱内,再用pH值为3.4的浓度为20mmol/L的柠檬酸-柠檬酸钠平衡缓冲液洗脱,收集穿柱峰组分。
(3)D152阳离子交换层析:
所用层析柱规格为1.0cm×10cm,取阳离子交换树脂D1529g用平衡缓冲液浸泡,装柱,得到D152层析柱,柱体积为8mL,所述平衡缓冲液为pH为5.8的浓度为20mmol/L的柠檬酸-柠檬酸钠平衡缓冲液。柱子使用前用所述平衡缓冲液平衡。
将步骤(2)所得通过DE-52层析柱的穿柱峰组分,用柠檬酸钠溶液调节pH值为5.8,然后以0.4mL/min的流速使其通过上述D152层析柱,再用pH为5.8的浓度为20mmol/L的柠檬酸-柠檬酸钠平衡缓冲液洗脱,收集穿柱峰组分。
(4)步骤(3)所收集的穿柱峰组分于4℃下透析除盐、冷冻干燥,得到高纯度的凡纳滨对虾原肌球蛋白。所得原肌球蛋白样品在检测波长为280nm下HPLC法纯度检测色谱图如图1所示,所获样品的纯度为98.082%。
实施例2
(1)虾原肌球蛋白粗品的制备:
①取100g去头、去壳、去肠线的凡纳滨对虾,加入1000mL0.9%的氯化钠溶液后,匀浆,按1:10(m/v)加入1000mL浓度为20mmol/L、pH值为7.5含50mmol/L KCl的Tris-HCl缓冲液中,4000×g离心后弃去上清,将沉淀物再溶于上述缓冲液中,离心收集沉淀,重复3次。
②在上述沉淀中加入400倍体积的-20℃预冷过夜的冷丙酮200mL,封口,在0℃下用磁力搅拌器充分混匀30min,于4000×g离心10min,收集沉淀物,沉淀物重复“混匀-离心”的步骤两次后将沉淀物转移至干净的滤纸上,在室温下空气中风干,得到虾纤维蛋白丙酮粉,约有10g。
③取5g虾纤维蛋白丙酮粉,加入含1mol/L KCl、5mmol/L的二硫苏糖醇(DTT)的抽提液75mL,在4℃条件下抽提过夜。之后4000×g离心30min后取上清液,所得沉淀继续静提4h,离心取上清液。合并两次上清液即为虾原肌球蛋白粗提液。
④将虾原肌球蛋白粗提液稀释一倍后,加入硫酸铵粉末使其饱和度达到18%,4000×g离心30min,取上清液继续加入硫酸铵粉末,使其饱和度达到40%,4000×g离心30min,取沉淀用等体积的40%硫酸铵溶液洗涤,离心取沉淀,复溶于pH值为7.0-7.5、浓度为20mmol/L、含50mmol/L KCl的Tris-HCl缓冲液中,透析除盐后,冷冻干燥,得到凡纳滨对虾原肌球蛋白粗品。
(2)QAE Sephadex A-25阴离子交换层析:
所用层析柱规格为1.0cm×10cm,取阴离子树脂QAE Sephadex A-255g用平衡缓冲液浸泡,装柱,得到QAE Sephadex A-25层析柱,柱体积为8mL,所述平衡缓冲液为pH值为3.4的20mmol/L的醋酸/醋酸钠平衡缓冲液。柱子使用前用所述平衡缓冲液平衡。按照6.25mg/mL柱体积上样。
将步骤(1)得到的凡纳滨对虾原肌球蛋白粗品50mg溶于pH值为3.4的浓度为20mmol/L的醋酸-醋酸钠平衡缓冲液中,配制成10mg/mL的蛋白溶液,然后以0.4mL/min的流速用恒流泵加所配蛋白溶液于QAE Sephadex A-25层析柱内,再用pH值为3.4的20mmol/L的醋酸-醋酸钠平衡缓冲液洗脱,收集穿柱峰组分。
(3)CM Sephrose CL-6B阳离子交换层析:
层析柱规格为1.0cm×10cm,取CM Sephrose CL-6B阳离子交换树脂10mL用平衡缓冲液浸泡,装柱,得到CM Sephrose-6B层析柱,柱体积为8mL,所述平衡缓冲液为pH为5.8的20mmol/L的醋酸/醋酸钠平衡缓冲液。柱子使用前用所述平衡缓冲液平衡。
将步骤(2)通过QAE Sephadex A-25层析柱的穿柱峰组分,用醋酸钠溶液调节pH值为5.8,然后以0.4mL/min的流速使其通过CM Sephrose CL-6B层析柱,用pH为5.8的20mmol/L的醋酸/醋酸钠平衡缓冲液的洗脱,收集穿柱峰组分。于4℃下透析除盐、冷冻干燥,得到高纯度的凡纳滨对虾原肌球蛋白。所得原肌球蛋白样品在检测波长为280nm下HPLC法纯度检测色谱图如图2所示,所获样品的纯度为97.739%。
实施例3
(1)虾原肌球蛋白粗品的制备:
①取100g去头、去壳、去肠线的凡纳滨对虾,加入1000mL、浓度为0.9%的氯化钠溶液后,匀浆,按1:10(m/v)加入1000mL浓度为20mmol/L、pH值为7.5含50mmol/L KCl的Tris-HCl缓冲液中,4000×g离心后弃去上清,将沉淀物再溶于上述缓冲液中,离心收集沉淀,重复3次。
②在上述沉淀中加入400倍体积的-20℃预冷过夜的冷丙酮200mL,封口,在0℃下用磁力搅拌器充分混匀30min。于4000×g离心10min,收集沉淀物,沉淀物重复“混匀-离心”的步骤两次后将沉淀物转移至干净的滤纸上,在室温下空气中风干,得到虾纤维蛋白丙酮粉,约有10g。
③取5g虾纤维蛋白丙酮粉,加入含1mol/L KCl、5mmol/L的二硫苏糖醇(DTT)的抽提液75mL,在4℃条件下抽提过夜。之后4000×g离心30min后取上清液,沉淀继续静提4h,离心取上清。合并两次上清液即为虾原肌球蛋白粗提液。
④将虾原肌球蛋白粗提液稀释一倍后,加入硫酸铵粉末使其饱和度达到18%,4000×g离心30min,取上清液继续加入硫酸铵粉末,使其饱和度达到40%,4000×g离心30min,取沉淀用等体积的40%硫酸铵溶液洗涤,离心取沉淀,复溶于pH值为7.0-7.5、浓度为20mmol/L、含50mmol/L KCl的Tris-HCl缓冲液中,透析除盐后,冷冻干燥,得到虾原肌球蛋白粗品。
(2)DE-52阴离子交换层析纯化:
层析柱规格为1.0cm×10cm,取DE-52阴离子交换树脂9g用平衡缓冲液浸泡,装柱,得到DE-52层析柱,柱体积为8mL,所述平衡缓冲液为pH为3.4的20mmol/L的柠檬酸/柠檬酸钠平衡缓冲液。柱子使用前用所述平衡缓冲液平衡。按照12.5mg/mL柱体积上样。
将步骤(1)得到的凡纳滨对虾原肌球蛋白粗品100mg溶于pH值为3.4的20mmol/L的柠檬酸-柠檬酸钠平衡缓冲液中,配制成10mg/mL的蛋白溶液,然后以0.4mL/min的流速用恒流泵加所配蛋白溶液于DE-52层析柱内,再用pH值为3.4的20mmol/L的柠檬酸-柠檬酸钠平衡缓冲液洗脱,收集穿柱峰组分。
(3)CM Sephrose CL-6B阳离子交换层析纯化:
层析柱规格为1.0cm×10cm,取CM Sephrose CL-6B阳离子交换树脂10mL,用平衡缓冲液浸泡,装柱,得到CM Sephrose CL-6B层析柱,柱体积为8mL,所述平衡缓冲液为pH值为5.8的20mmol/L的柠檬酸/柠檬酸钠平衡缓冲液。柱子使用前用所述平衡缓冲液平衡。
将步骤(2)得到的通过DE-52层析柱的穿柱峰组分,用柠檬酸钠溶液调节pH值为5.8,然后以0.4mL/min的流速使其通过CM Sephrose CL-6B层析柱,用pH值为5.8的20mmol/L的柠檬酸/柠檬酸钠平衡缓冲液洗脱,收集穿柱峰组分。于4℃下透析除盐、冷冻干燥,得到高纯度的凡纳滨对虾原肌球蛋白。所得原肌球蛋白样品在检测波长为280nm下HPLC法纯度检测色谱图如图3所示,所获样品纯度为91.043%。
实施例4
①取100g去头、去壳、去肠线的凡纳滨对虾,加入1000mL浓度为0.9%的氯化钠溶液后,匀浆,按1:10(m/v)加入1000mL浓度为20mmol/L、pH值为7.5含50mmol/L KCl的Tris-HCl缓冲液中,4000×g离心后弃去上清,将沉淀物再溶于上述缓冲液中,离心收集沉淀,重复3次。
②在上述沉淀中加入400倍体积的-20℃预冷过夜的冷丙酮200mL,封口,在0℃下用磁力搅拌器充分混匀30min,于4000×g离心10min,收集沉淀物,沉淀物重复“混匀-离心”的步骤两次后将沉淀物转移至干净的滤纸上,在室温下空气中风干,得到虾纤维蛋白丙酮粉,约有10g。
③取5g虾纤维蛋白丙酮粉,加入含1mol/L KCl、5mmol/L的二硫苏糖醇(DTT)的抽提液75mL,在4℃条件下抽提过夜。之后4000×g离心30min后取上清液,沉淀继续静提4h,离心取上清。合并两次上清液即为虾原肌球蛋白粗提液。
④将虾原肌球蛋白粗提液稀释一倍后,加入硫酸铵粉末使其饱和度达到18%,4000×g离心30min,取上清液继续加入硫酸铵粉末,使其饱和度达到40%,4000×g离心30min,取沉淀用等体积的40%硫酸铵溶液洗涤,离心取沉淀,复溶于pH值为7.0-7.5、浓度为20mmol/L、含50mmol/L KCl的Tris-HCl缓冲液中,透析除盐后,冷冻干燥,得到虾原肌球蛋白粗品。
(2)QAE Sephadex A-25阴离子交换层析纯化:
层析柱规格为1.0cm×10cm,取QAE Sephadex A-25阴离子交换树脂5g用平衡缓冲液浸泡,装柱,得到QAE Sephadex A-25层析柱,柱体积为8mL,所述平衡缓冲液为pH值为3.4的20mmol/L的醋酸/醋酸钠平衡缓冲液。柱子使用前用所述平衡缓冲液平衡。按照12.5mg/mL柱体积上样。
将步骤(1)得到的凡纳滨对虾原肌球蛋白粗品100mg溶于pH值为3.4的20mmol/L的醋酸-醋酸钠平衡缓冲液中,配制成10mg/mL的蛋白溶液,然后以0.4mL/min的流速用恒流泵加所配蛋白溶液于QAE Sephadex A-25层析柱内,再用pH值为3.4的20mmol/L的醋酸-醋酸钠平衡缓冲液洗脱,收集穿柱峰组分。
(3)D152阳离子交换层析纯化:
层析柱规格为1.0cm×10cm,取阳离子交换树脂D1529g,用平衡缓冲液浸泡,装柱,得到D152层析柱,柱体积为8mL,所述平衡缓冲液为pH值为5.8的20mmol/L的醋酸/醋酸钠平衡缓冲液。柱子使用前用所述平衡缓冲液平衡。
将步骤(2)得到的通过QAE Sephadex A-25层析柱的穿柱峰组分,用醋酸钠溶液调节pH值为5.8,然后以0.4mL/min的流速使其通过D152层析柱,用pH值为5.8的20mmol/L的醋酸/醋酸钠平衡缓冲液洗脱,收集穿柱峰组分。于4℃下透析除盐、冷冻干燥,得到高纯度的凡纳滨对虾原肌球蛋白。所得原肌球蛋白样品在检测波长为280nm下HPLC法纯度检测色谱图如图4所示,所获样品纯度为90.187%。
因原肌球蛋白的等电点在4.6,在小于其等电点的pH条件下,带大量的正电荷,在同样pH条件下,通过阴离子交换层析柱时,带正电的蛋白质就会直接穿柱而出,等电点在pH4.6以下其它蛋白就会吸附在层析柱上;在大于其等电点pH的条件下,原肌球蛋白带负电荷,在同样pH条件下,通过阳离子交换层析柱时,带负电的蛋白质就会穿柱而出,等电点在pH4.6以上的带正电的蛋白会吸附在层析柱上。本发明通过层析,使杂蛋白吸附在层析柱上,而原肌球蛋白直接穿柱而出。本发明的纯化工艺从凡虾原肌球蛋白粗品出发,通过两步离子交换层析技术(一步为阴离子交换层析、一步为阳离子交换层析),纯化虾TM蛋白,该法操作简单,设备成本低廉,层析所用的树脂等耗材较为便宜,且常压下进行制备,最终所得样品纯度高(≥95%),对于研究该蛋白的结构与致敏性,以及如何消减其过敏原性具有十分重要的意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出的是,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种虾原肌球蛋白的纯化方法,其特征在于,包括下述步骤:
(1)将虾原肌球蛋白粗品溶于pH值为3.2-3.6的平衡缓冲液中得到样品液,将所得样品液加入到阴离子层析柱中,再用pH值为3.2-3.6的所述平衡缓冲液洗脱,收集穿柱峰所对应的溶液;
(2)调节步骤(1)收集到的穿柱峰所对应的溶液的pH值为5.8-6.0,然后加入到阳离子层析柱中,再用pH值为5.8-6.0的所述平衡缓冲液洗脱,收集穿柱峰所对应的溶液,于4℃下透析除盐、干燥,获得高纯度的虾原肌球蛋白。
2.根据权利要求1所述的虾原肌球蛋白的纯化方法,其特征在于,所述平衡缓冲液为柠檬酸-柠檬酸钠平衡缓冲液或醋酸-醋酸钠平衡缓冲液。
3.根据权利要求1所述的虾原肌球蛋白的纯化方法,其特征在于,所述阴离子层析柱所用树脂为DE52或QAE Sephadex A-25树脂。
4.根据权利要求1所述的虾原肌球蛋白的纯化方法,其特征在于,所述阳离子层析柱所用树脂为D152或CM Sephrose CL-6B树脂。
5.根据权利要求1所述的虾原肌球蛋白的纯化方法,其特征在于,所述柠檬酸-柠檬酸钠和醋酸-醋酸钠平衡缓冲液的浓度均为20mmol/L。
6.根据权利要求1所述的虾原肌球蛋白的纯化方法,其特征在于,按照6.25mg/mL-12.5mg/mL柱体积上样。
7.根据权利要求1所述的虾原肌球蛋白的纯化方法,其特征在于,所述虾为对虾。
8.根据权利要求7所述的虾原肌球蛋白的纯化方法,其特征在于,所述虾为凡纳滨对虾。
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