CN105505900B - 一种巯基蛋白酶的提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种巯基蛋白酶的提取方法。所述的提取方法包括以下步骤:(1)将木薯淀粉磁性微球,与含有巯基蛋白酶的溶液混合后进行振荡吸附;(2)将步骤(1)的反应液进行磁性分离后,将木薯淀粉磁性微球进行洗脱,即可。本发明的分离方法操作简单,时间短,设备要求简单,且平衡吸附量较高。
Description
技术领域
本发明涉及一种巯基蛋白酶的提取方法。
背景技术
木薯淀粉磁性微球是以磁性Fe3O4及天然高分子物质木薯淀粉为原材料的一种可生物降解功能材料。目前,国内外研究大多采用合成高分子材料为壳制备高分子磁性微球,而以天然高分子物质木薯淀粉为原材料,相对于合成高分子材料具有可降解性、无毒性、生物相容性、环境友好且来源丰富等特点。高分子磁性微球既具有高分子的特性,可通过交联、共聚、接枝、表面改性等赋予其多种性能。高分子磁性微球又因具有磁响应性,在外加磁场作用下可迅速分离,且操作简便,至今,在生物分离如细胞分离、标记、核酸排序等,生物医学如靶向给药、临床诊断,和生物工程如作为载体酶的固定化等方面得到快速的发展。近年来,磁性高分子微球的特殊性能和其显示的广阔应用前景受到人们的广泛关注,使得高分子磁性微球在多个领域显示出强大的生命力,已渗透到分离工程等许多领域。
巯基蛋白酶是指一类活性中心含有巯基(半胱氨酸),并且依靠巯基催化水解肽键的蛋白水解酶,包括溶菌酶、菠萝蛋白酶和木瓜蛋白酶等。以木瓜蛋白酶为例,其可水解多肽中赖氨酸、精氨酸和蛋白质的羧基端,是一种可食用的活性半胱氨酸蛋白酶。它具有天然、卫生安全、酶活高且热稳定性好等特点,不仅在广泛应用于食品、饲料、日化等方面,在医药、皮革及纺织等行业也有了一定的应用,目前主要应用于肉的嫩化和啤酒的澄清等。木瓜蛋白酶主要存在于番木瓜的根、茎、叶和果实中,其含量在未成熟的乳汁中最丰富。由于木瓜蛋白酶为天然产物,如何从植物中更快更好的分离成为科研工作者们的研究热点。
目前提取木瓜蛋白酶的技术多样,主要包括亲和层析法、超滤法、有机溶剂法、盐析法、絮凝法和喷雾干燥法等。亲和层析法分离得到的酶纯度高,但前处理液需进行初步纯化,且层析法操作过程繁琐,不易进行工业化生产;超滤法因木瓜蛋白酶为大分子物质,在超滤过程中易聚积在膜表面,产生浓差极化现象,导致超滤速率下降;有机溶剂法程序复杂,过程采用了大量的机物质,易产生有机溶剂残留和木瓜蛋白酶易变性等问题;盐析法使用大量的盐,产生较大灰分,易使酶变性,得到产品的活性较低;絮凝法由于其专一性不强,分离得到的木瓜蛋白酶含较多杂质,纯度不高;喷雾干燥法易发生木瓜蛋白酶粘结在容器壁导致活性降低等问题。
文献《功能纳米颗粒对木瓜蛋白酶吸附动力学及热力学研究》报道利用壳聚糖磁性微球吸附分离木瓜蛋白酶,但是其对木瓜蛋白酶的平衡吸附量较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中巯基蛋白酶分离过程复杂,步骤繁多,而提供了一种巯基蛋白酶的提取方法。本发明的分离方法操作简单,时间短,设备要求简单,且平衡吸附量较高。
发明人经过试验创造性地发现将木薯淀粉磁性微球应用于巯基蛋白酶的吸附分离,运用磁性分离技术,在短时间内实现快速分离,可将许多烦琐复杂的操作简单化,使传统测试的周期大大缩短。
本发明提供了一种巯基蛋白酶的提取方法,其包括以下步骤:(1)将木薯淀粉磁性微球,与含有巯基蛋白酶的溶液混合后进行振荡吸附;(2)将步骤(1)的反应液进行磁性分离后,将木薯淀粉磁性微球进行洗脱,即可。
本发明所述的巯基蛋白酶是指本领域中的一类活性中心含有巯基(半胱氨酸),并且依靠巯基催化水解肽键的蛋白水解酶,一般包括溶菌酶、菠萝蛋白酶或木瓜蛋白酶等。
步骤(1)中,所述的振荡吸附的方法优选静态吸附法。所述的振荡吸附优选采用恒温摇床进行振荡吸附。所述的振荡吸附的转速可参照本领域的常规进行选择,本发明优选100~200r/min,更优选150r/min。所述的振荡吸附的温度可参照本领域的常规进行选择,优选20~45℃,更优选25~40℃;进一步优选30~35℃。所述的振荡吸附的时间可为使所述的振荡吸附的吸附量趋于平衡,即可;例如当所述的木薯淀粉磁性微球的用量为0.2g,巯基蛋白酶为木瓜蛋白酶,且所述的含木瓜蛋白酶的溶液为20mL,所述的木瓜蛋白酶浓度为1mg/mL时,所述的振荡吸附的时间优选10~300min,例如:20min、30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、120min、150min、180min或240min,更优选60min;又如,当所述的木薯淀粉磁性微球的用量为1.2g,巯基蛋白酶为溶菌酶,且所述的含溶菌酶的溶液为20mL,所述的溶菌酶浓度为0.5mg/mL时,所述的振荡吸附的时间优选10~300min,例如:20min、30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、120min、150min、180min或240min,更优选180min。
步骤(1)中,所述的木薯淀粉磁性微球的用量可为本领域常规的可将所述的巯基蛋白酶吸附,即可;本发明中所述的木薯淀粉磁性微球与所述的巯基蛋白酶的质量比优选2.5:1~12.5:1,更优选5:1~12:1,进一步优选7.5:1~10:1。
步骤(1)中,所述的含有巯基蛋白酶溶液优选为将巯基蛋白酶溶于Tris-HCl缓冲液中得到的含有巯基蛋白酶溶液;所述的含有巯基蛋白酶溶液的pH值优选5~10,更优选6~9,进一步优选7~8.5,更进一步优选7~8;所述的含有巯基蛋白酶溶液中巯基蛋白酶的浓度优选0.5~1mg/mL。
步骤(2)中,所述的洗脱的洗脱液可以为本领域常规的可将巯基蛋白酶从木薯磁性微球上洗脱下来的洗脱液,本发明优选为:pH为4.5~6.5(更优选pH为5),且含0.9~1.1mol/L(优选1.0mol/L)NaCl的醋酸和醋酸盐缓冲液;所述的醋酸盐优选醋酸钠。
木薯淀粉磁性微球吸附含巯基蛋白酶的吸附原理可为:淀粉上裸露的活泼羟基的亲水性,和淀粉对蛋白酶的亲和性,木薯淀粉中含有0.07%-0.09%的磷,对酶具有亲和作用;淀粉磁性微球中的四氧化三铁磁性粒子中的铁带正电荷,能够与酶中巯基中孤对电子产生静电作用吸附,从而实现了蛋白酶的吸附分离。
在不违背本领域常识的基础上,上述各优选条件,可任意组合,即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于:(1)采用磁性分离技术,实现固液快速分离。木薯淀粉磁性微球可作为亲和吸附材料,通过静电作用或配位作用与木瓜蛋白酶结合,对木瓜蛋白酶的吸附率可以达到23.98~47.22%,采用磁性吸附进行快速分离。洗脱得到解吸率为88.56~91.48%,测得相对酶活为60.21%~69.7%。(2)利用木薯淀粉磁性微球吸附分离溶菌酶额的吸附量可为5.87mg/g,吸附率可为73.42%;(3)木薯淀粉磁性微球为环保型吸附剂,具有无毒、无污染,对环境友好。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,按照常规方法和条件,或按照商品说明书选择。
本发明具体实施方式部分涉及的木薯淀粉磁性微球均参照文献木薯淀粉磁性微球的制备及表征,食品科技,2014,39(6),242-246制备得到。
实施例1
步骤(1)以木薯淀粉磁性微球为吸附剂,木瓜蛋白酶为模型蛋白,采用静态吸附法进行吸附试验。准确称取0.05g木薯淀粉磁性微球置于100mL的具塞锥形瓶中,用pH值为7的Tris-HCl缓冲液配制20mL浓度为1mg/mL的木瓜蛋白酶溶液,于30℃、转速为150r/min的摇床振荡吸附60min后,经磁性分离取上清液,采用紫外分光光度计于波长275nm处对其进行光度测量,计算吸附量及吸附率。
步骤(2)用pH=5,0.05mol/L的含1.0mol/L NaCl的醋酸和醋酸钠缓冲液(0.05mol/L指醋酸钠占所述的缓冲液的摩尔体积比;1.0mol/L指NaCl占所述的缓冲液的摩尔体积比)分别洗脱步骤(1)中被吸附的木瓜蛋白酶,采用紫外分光光度计于波长275nm处对其进行光度测量,计算解吸率。
根据实施例1的操作步骤,分别调整步骤(1)中的木薯淀粉磁性微球的用量、PH值、温度和吸附时间得到了实施例2~30,并计算相应的吸附率及吸附量。具体的实验参数,吸附量及吸附率的数值如表1所示。
表1实施例2~33的实验参数,吸附率及吸附量
由实施例1~5可以看出,对于20mL浓度为1mg/mL的木瓜蛋白酶溶液,选择木薯淀粉磁性微球用量为0.25g时较经济且吸附率较高。
由实施例4、6~19比较可知:60min后木薯淀粉磁性微球表面活性位点几乎呈饱和状态,吸附量趋向于平衡。
由实施例4、20~24比较可知:温度为30℃时,木薯淀粉磁性微球的吸附量达到最高。
由实施例4、25~30比较可知:pH值为7时,木薯淀粉磁性微球的吸附量达到最高。
通过步骤(2),计算得实施例1~30的解吸率为88.56~91.48%。
效果实施例1木瓜蛋白酶相对酶活的测定
向5mL浓度为1mg/mL游离酶液(即实施例1~30制得的木瓜蛋白酶液)中加入5mL激活剂(2mmol/L的L-半胱氨酸和1mmol/L的乙二胺四乙酸,在pH=7.0的Tris-HCl缓冲液中的混合液),置于37℃水浴中10min,然后向混合液中加入5mL浓度为5g/L的底物酪蛋白溶液,反应5min后加入5mL的三氯乙酸溶液终止反应,离心分离后用紫外分光光度计在275nm处测定酪氨酸的浓度(根据预先在275nm处测定的酪氨酸标准曲线,相关系数为0.9945),从而计算得到实施例1~30的木瓜蛋白酶的相对活力为60.21%~69.7%。
实施例31
步骤(1)以木薯淀粉磁性微球为吸附剂,溶菌酶为模型蛋白,采用静态吸附法进行吸附试验。准确称取1.2g木薯淀粉磁性微球置于100mL的具塞锥形瓶中,用pH值为7的Tris-HCl缓冲液配制20mL浓度为0.5mg/mL的溶菌酶溶液,于25℃、转速为150r/min的摇床振荡吸附180min后,经磁性分离取上清液,采用紫外分光光度计于波长280nm处对其进行光度测量,吸附量为5.87mg/g,吸附率73.42%。
步骤(2)用pH=5,0.05mol/L的含1.0mol/L NaCl的醋酸/醋酸钠缓冲液(0.05mol/L指醋酸盐占所述的缓冲液的摩尔体积比;1.0mol/L指NaCl占所述的缓冲液的摩尔体积比)分别洗脱步骤(1)中被吸附的溶菌酶,采用紫外分光光度计于波长280nm处对其进行光度测量,计算解吸率为75.03%。
对比实施例1
以壳聚糖磁性微球为吸附剂,木瓜蛋白酶为模型蛋白,采用静态吸附法进行吸附试验。准确称取0.25g壳聚糖磁性微球置于100mL的具塞锥形瓶中,用pH值为7的Tris-HCl缓冲液配制20mL浓度为1mg/mL的木瓜蛋白酶溶液,于25℃、转速为150r/min的摇床振荡吸附180min后达到平衡,经磁性分离取上清液,采用紫外分光光度计于波长275nm处对其进行光度测量,吸附量为40.74mg/g。
所述的壳聚糖磁性微球按照文献:《功能纳米颗粒对木瓜蛋白酶吸附动力学及热力学研究》,宋明敏,聂华丽,朱利民,化学世界,2011,52(3),146-149进行制备。
通过对比实施例1与本发明的实施例21比较,发现本发明在微球用量较少,吸附时间缩短2/3的情况下能够达到与壳聚糖微球吸附几乎相近的效果。且本实验在60min时就能够达到吸附平衡,而壳聚糖微球吸附需要180min才可以达到平衡。
Claims (15)
1.一种巯基蛋白酶的提取方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)将木薯淀粉磁性微球,与含有巯基蛋白酶的溶液混合后进行振荡吸附;(2)将步骤(1)的反应液进行磁性分离后,将木薯淀粉磁性微球进行洗脱,即可;
所述的巯基蛋白酶为木瓜蛋白酶;所述的洗脱的洗脱液为:pH为4.5~6.5,且含0.9~1.1mol/L NaCl的醋酸和醋酸盐缓冲液;
所述的振荡吸附的温度为25~40℃;
所述的含有巯基蛋白酶溶液的pH值为7~8。
2.如权利要求1所述的提取方法,其特征在于,所述的振荡吸附为采用恒温摇床进行振荡吸附。
3.如权利要求1所述的提取方法,其特征在于,所述的振荡吸附的转速为100~200 r/min。
4.如权利要求3所述的提取方法,其特征在于,所述的振荡吸附的转速为150 r/min。
5.如权利要求1所述的提取方法,其特征在于,所述的振荡吸附的温度为30~35℃。
6.如权利要求1所述的提取方法,其特征在于,所述的木薯淀粉磁性微球与所述的巯基蛋白酶的质量比为2.5:1~12.5:1。
7.如权利要求6所述的提取方法,其特征在于,所述的木薯淀粉磁性微球与所述的巯基蛋白酶的质量比为5:1~12:1。
8.如权利要求6所述的提取方法,其特征在于,所述的木薯淀粉磁性微球与所述的巯基蛋白酶的质量比为7.5:1~10:1。
9.如权利要求1所述的提取方法,其特征在于,
所述的含有巯基蛋白酶溶液为将所述的巯基蛋白酶溶于Tris-HCl缓冲液中得到的含有巯基蛋白酶溶液。
10.如权利要求1所述的提取方法,其特征在于,所述的含有巯基蛋白酶溶液中所述的巯基蛋白酶的浓度为0.5~1mg/mL。
11.如权利要求1所述的提取方法,其特征在于,
当所述的木薯淀粉磁性微球的用量为0.2g,巯基蛋白酶为木瓜蛋白酶,且所述的含木瓜蛋白酶的溶液为20 mL,所述的木瓜蛋白酶浓度为1 mg/mL时,所述的振荡吸附的时间为10~300min。
12.如权利要求11所述的提取方法,其特征在于,
当所述的木薯淀粉磁性微球的用量为0.2g,巯基蛋白酶为木瓜蛋白酶,且所述的含木瓜蛋白酶的溶液为20 mL,所述的木瓜蛋白酶浓度为1 mg/mL时,所述的振荡吸附的时间为60 min。
13.如权利要求1所述的提取方法,其特征在于,
所述的洗脱液的pH为5。
14.如权利要求1所述的提取方法,其特征在于,所述的洗脱液中NaCl的浓度为1.0mol/L。
15.如权利要求1所述的提取方法,其特征在于,所述的醋酸盐为醋酸钠。
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