CN107488652B - 一种利用双水相体系萃取木瓜蛋白酶的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用双水相体系萃取木瓜蛋白酶的方法,属于生化分离技术领域。特别涉及用离子液体辅助聚乙二醇/磷酸二氢钠体系,具体包括:以咪唑类离子液体为辅助,加入到按照一定质量分数配制的聚乙二醇400/磷酸二氢钠双水相体系中,然后加入一定浓度的木瓜蛋白酶溶液,配制完成后放在涡旋震荡器上震荡5min混匀,随后放入25℃的恒温水浴锅中静置24h。待分相完成后,分别取上相和下相,用蒸馏水稀释至一定的浓度,测定每一相中木瓜蛋白酶的浓度。本发明能够显著提高聚合物/盐双水相体系萃取木瓜蛋白酶的萃取率,除此之外,还可以降低双水相体系的粘度,低能耗,操作简单等特点。
Description
技术领域
本发明属于生化分离技术领域,涉及一种利用双水相体系萃取木瓜蛋白酶的方法,尤其涉及用离子液体辅助聚合物/无机盐双水相体系萃取木瓜蛋白酶的方法。
背景技术
蛋白质是对生命活动至关重要的一类生物大分子物质,各种生命功能、生命现象、生命活动都和蛋白质有关。在生命有机体催化、运动、结构识别和调节等许多方面,起着关键的作用,其参与了细胞生命活动的每一个进程。因此,蛋白质被广泛的应用于医药、食品、添加剂和化妆品等行业,其需求量越来越大,质量要求越来越高,品种变换越来越快,生产工艺改革越来越新。由此可见,对蛋白质的定性定量分析显得尤其重要,这将会推动蛋白质工业化的进程。但是,首先得解决蛋白质的分离纯化问题。传统的蛋白质分离纯化方法主要有:凝胶层析,超滤凝胶层析,透析,等电点法,溶剂法,反胶团萃取,盐溶法及盐析法,高效液相分离技术法等等。虽然这几种方法能使目标蛋白质在一定程度上实现粗分离,但还存在诸多缺点,如操作步骤比较繁琐、分离过程中容易发生蛋白变性、提取率低、而且纯度不高,限制了产品应用范围的扩大。木瓜蛋白酶又称木瓜酶,是一类巯基蛋白酶,广泛地存在于番木瓜的根、茎、叶和果实内,其中在未成熟的乳汁中含量最丰富。它具有较强的蛋白酶水解和合成能力,还具有凝乳、解脂和溶菌活力。木瓜蛋白酶是一种从木瓜乳液中得到的内分解半胱氨酸蛋白酶,它可以催化水解蛋白质和肽键中的碱性氨基酸,如精氨酸或赖氨酸。作为最广泛使用的工业用酶之一,木瓜蛋白酶已被应用于细胞分离,洗涤剂,皮革,纺织品,医学,化妆品,食品和制药工业。由于此酶为纯天然产物,其开发前景越来越受到人们的重视。一些研究已经报道用经典的双水相体系萃取木瓜蛋白酶。
双水相萃取技术是一种新型的液液萃取技术,与传统的萃取技术相比,因其体积小、处理能力强、分相时间短、适合大规模化生产等特点,被广泛应用于物质的萃取、分离和纯化。双水相体系萃取虽然有上述诸多优势,但是双水相萃取蛋白的主要问题是聚合物粘度高,不利于目标分子的反萃取。近年来兴起的离子液体成为一个新的亮点。离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的,一般由含氮、磷的有机阳离子和无机阴离子所组成,也称为室温熔融盐(熔点一般<100℃)。离子液体(Ionic Liquid)具有液态范围宽、熔点低、蒸汽压小、不易挥发、电化学窗口大、酸性可调、粘度低和密度大,可以形成双水相等特点。改变阴阳离子的结构,可以合成具有特定性质的离子液体,即是“可设计的”,以达到相应的应用目的。离子液体(IL)与传统有机溶剂相比,突出的特殊性质和表现使其获得了“绿色溶剂”的称号,在电化学、溶剂萃取、有机反应、高分子合成、分离纯化和生物传感器等多个领域得到了广泛的研究与应用。因而受到越来越多研究者的关注。但是离子液体一般都比较昂贵,对食品还是有一定的污染和毒害作用,在萃取蛋白的体系中,想要回收离子液体比较困难。
离子液体辅助聚合物/无机盐双水相体系在这样的背景下提出,是保留双水相体系的优势,如生物相容性好,含水量很高;单级分离提纯效率高,能耗低;操作条件温和,所需设备简单;传质速率快,过程容易放大。聚合物/无机盐体系中聚合物粘度高,不利于目标分子的反萃取的缺点,克服离子液体/盐体系中离子液体会增加成本,不利于蛋白纯化的缺陷,这将会具有巨大的意义。其重要意义主要包括以下几个方面:1)离子液体辅助聚合物/无机盐双水相体系在保留双水相体系的优点的同时,可以增加扩大聚合物/无机盐体系的局限性(提取更多种类的蛋白),还可以促进蛋白在体系中的分区,2)构建体系用于工业化提取蛋白具有重要的意义,3)对深入探讨整个体系中蛋白分区的推动力,并对影响提取的各个因素(温度,成相组分浓度,pH,蛋白浓度等)进行研究,为后续其他蛋白的萃取打下基础,4)聚合物/无机盐双水相体系萃取蛋白,不利于后续蛋白的分离纯化,离子液体/盐体系所需成本过高或者离子液体的回收和重复利用比较困难。利用离子液体辅助聚合物/无机盐体系能够在提高萃取率的同时保持较低的成本,具有重要意义。5)木瓜蛋白酶是一种大规模生产的植物蛋白酶,由于大多纯度不高,主要应用于化妆品,食品等行业。而高纯度的木瓜蛋白酶主要用于医药行业,其来源主要依靠进口,现有的工业化制备木瓜蛋白酶技术存在酶活不稳定,工艺繁琐,因此研究用双水相体系萃取高纯度的蛋白具有重要的应用价值。
发明内容
本发明的目的是加入少量的离子液体到聚合物/无机盐双水相体系中提高木瓜蛋白酶在该体系中的萃取率,可以克服传统的聚合物/无机盐体系萃取率低,粘度高等缺点。该技术方法简单易行,分离效率高。在20wt%PEG400+24%NaH2PO4-2H2O+4wt%IL的体系中加入几种咪唑类离子液体,研究木瓜蛋白酶在其中的萃取率。
为了实现上述目的,一种利用双水相体系萃取木瓜蛋白酶的方法,按照下述步骤进行:
(1)聚合物/无机盐双水相体系的配制,配制一定浓度的无机盐溶液,一定浓度的离子液体溶液以及一定浓度的蛋白酶溶液,配制完成后,按照一定的质量比例组成,逐步加入到离心管中。
(2)体系组分均加入完毕以后,放在涡旋震荡器上震荡5min,保证无机盐完全溶解以及整个体系的均匀混合。震荡结束后放在25℃的恒温水浴锅中静置24h,待体系分相完成。
(3)分相完成后,分别取上相和下相溶液进行蛋白酶含量的测定,通过紫外分光光度计扫描蛋白酶的最大吸收波长,得到最大吸收波长为278nm,通过标准曲线计算出上相中蛋白酶的萃取率。
本发明中,步骤(1)中用作辅助聚合物/无机盐双水相体系中的离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑氯盐([C2mim]Cl),1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([C4mim]Cl),1-己基-3-甲基咪唑氯盐([C6mim]Cl),1-辛基-3-甲基咪唑氯盐([C8mim]Cl),1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐([C4mim]OAC),所配置离子液体浓度为40wt%。
本发明中,步骤(1)中聚合物/无机盐双水相体系中的无机盐为二水合磷酸二氢钠(NaH2PO4-2H2O),无机盐溶液质量浓度为60wt%。
本发明中,步骤(1)中聚合物/无机盐双水相体系中的聚合物为聚乙二醇400(PEG400)。
本发明中,步骤(1)中聚合物/无机盐双水相体系中所用的蛋白酶为木瓜蛋白酶,所配置的木瓜蛋白酶浓度为10mg/ml,加入10ml离心管中蛋白酶的体积为1ml。
本发明中,聚合物/无机盐双水相体系组成为20wt%PEG400+24%NaH2PO4-2H2O+4wt%IL。
本发明的优点在于:离子液体辅助聚合物/无机盐双水相体系萃取木瓜蛋白酶相比于传统的聚合物/无机盐双水相体系,萃取效率更高,分相时间更短,实验条件简单,整个过程容易操作,易于放大,有利于实现工业化。所用的离子液体化学稳定性好,对环境很友好。所用的五种离子液体,均能够促进蛋白酶在上相中萃取率的提高,尤其离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([C4mim]Cl)辅助的双水相体系,相比于不加离子液体的体系,萃取率由71.18%提高到了86.59%。
附图说明
图1是紫外分光光度计扫描木瓜蛋白酶溶液得到的图谱。
图2是双水相体系中不同的离子液体对木瓜蛋白酶在上相中萃取率的影响的柱状图。
具体实施方式
以下结合具体实例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1:
(1)向10ml的离心管中加入2g聚乙二醇400,然后加入4g预先已经配置好的质量浓度为60wt%的NaH2PO4-2H2O溶液,随后加入1g质量浓度为40wt%的[C2mim]Cl溶液,紧接着加入1ml预先配制好的质量浓度为10mg/ml的木瓜蛋白酶溶液,最后用蒸馏水补充到10g。
为了试验数据的准确性,每一样品配三组平行试验。
(2)双水相体系配制完成后,放在涡旋震荡器上震荡5min,保证整个体系的均匀混合,随后放入温度为25℃的恒温水浴锅中静置24h。待分相完成后,分别取上相和下相溶液进行木瓜蛋白酶浓度的测定。
(3)本发明中,木瓜蛋白酶浓度测定紫外分光光度法,根据扫描到的木瓜蛋白酶的最大紫外吸收波长为278nm,如图1所示,提前做好标准曲线(相关系数达到0.999方可使用)。空白样品:(1)中1ml质量浓度为10mg/ml的木瓜蛋白酶溶液替代为1ml蒸馏水,其他不变。用空白对照测定样品的吸光度值,根据标准曲线计算木瓜蛋白酶的含量,计算出萃取率。测得木瓜蛋白酶在上相中的萃取率为76.67%,如图2所示。
实施例2:
(1)向10ml的离心管中加入2g聚乙二醇400,然后加入4g预先已经配置好的质量浓度为60wt%的NaH2PO4-2H2O溶液,随后加入1g质量浓度为40wt%的[C4mim]Cl溶液,紧接着加入1ml预先配制好的质量浓度为10mg/ml的木瓜蛋白酶溶液,最后用蒸馏水补充到10g。为了试验数据的准确性,每一样品配三组平行试验。
(2)双水相体系配制完成后,放在涡旋震荡器上震荡5min,保证整个体系的均匀混合,随后放入温度为25℃的恒温水浴锅中静置24h。待分相完成后,分别取上相和下相溶液进行木瓜蛋白酶浓度的测定。
(3)本发明中,木瓜蛋白酶浓度测定紫外分光光度法,根据扫描到的木瓜蛋白酶的最大紫外吸收波长为278nm,如图1所示,提前做好标准曲线(相关系数达到0.999方可使用)。空白样品:(1)中1ml质量浓度为10mg/ml的木瓜蛋白酶溶液替代为1ml蒸馏水,其他不变。用空白对照测定样品的吸光度值,根据标准曲线计算木瓜蛋白酶的含量,计算出萃取率。测得木瓜蛋白酶在上相中的萃取率为86.58%,如图2所示。
实施例3:
(1)向10ml的离心管中加入2g聚乙二醇400,然后加入4g预先已经配置好的质量浓度为60wt%的NaH2PO4-2H2O溶液,随后加入1g质量浓度为40wt%的[C6mim]Cl溶液,紧接着加入1ml预先配制好的质量浓度为10mg/ml的木瓜蛋白酶溶液,最后用蒸馏水补充到10g。为了试验数据的准确性,每一样品配三组平行试验。
(2)双水相体系配制完成后,放在涡旋震荡器上震荡5min,保证整个体系的均匀混合,随后放入温度为25℃的恒温水浴锅中静置24h。待分相完成后,分别取上相和下相溶液进行木瓜蛋白酶浓度的测定。
(3)本发明中,木瓜蛋白酶浓度测定紫外分光光度法,根据扫描到的木瓜蛋白酶的最大紫外吸收波长为278nm,如图1所示,提前做好标准曲线(相关系数达到0.999方可使用)。空白样品:(1)中1ml质量浓度为10mg/ml的木瓜蛋白酶溶液替代为1ml蒸馏水,其他不变。用空白对照测定样品的吸光度值,根据标准曲线计算木瓜蛋白酶的含量,计算出萃取率。测得木瓜蛋白酶在上相中的萃取率为79.00%,如图2所示。
实施例4:
(1)向10ml的离心管中加入2g聚乙二醇400,然后加入4g预先已经配置好的质量浓度为60wt%的NaH2PO4-2H2O溶液,随后加入1g质量浓度为40wt%的[C8mim]Cl溶液,紧接着加入1ml预先配制好的质量浓度为10mg/ml的木瓜蛋白酶溶液,最后用蒸馏水补充到10g。为了试验数据的准确性,每一样品配三组平行试验。
(2)双水相体系配制完成后,放在涡旋震荡器上震荡5min,保证整个体系的均匀混合,随后放入温度为25℃的恒温水浴锅中静置24h。待分相完成后,分别取上相和下相溶液进行木瓜蛋白酶浓度的测定。
(3)本发明中,木瓜蛋白酶浓度测定紫外分光光度法,根据扫描到的木瓜蛋白酶的最大紫外吸收波长为278nm,如图1所示,提前做好标准曲线(相关系数达到0.999方可使用)。空白样品:(1)中1ml质量浓度为10mg/ml的木瓜蛋白酶溶液替代为1ml蒸馏水,其他不变。用空白对照测定样品的吸光度值,根据标准曲线计算木瓜蛋白酶的含量,计算出萃取率。测得木瓜蛋白酶在上相中的萃取率为76.50%,如图2所示。
实施例5:
(1)向10ml的离心管中加入2g聚乙二醇400,然后加入4g预先已经配置好的质量浓度为60wt%的NaH2PO4-2H2O溶液,随后加入1g质量浓度为40wt%的[C4mim]OAC溶液,紧接着加入1ml预先配制好的质量浓度为10mg/ml的木瓜蛋白酶溶液,最后用蒸馏水补充到10g。为了试验数据的准确性,每一样品配三组平行试验。
(2)双水相体系配制完成后,放在涡旋震荡器上震荡5min,保证整个体系的均匀混合,随后放入温度为25℃的恒温水浴锅中静置24h。待分相完成后,分别取上相和下相溶液进行木瓜蛋白酶浓度的测定。
(3)本发明中,木瓜蛋白酶浓度测定紫外分光光度法,根据扫描到的木瓜蛋白酶的最大紫外吸收波长为278nm,如图1所示,提前做好标准曲线(相关系数达到0.999方可使用)。空白样品:(1)中1ml质量浓度为10mg/ml的木瓜蛋白酶溶液替代为1ml蒸馏水,其他不变。用空白对照测定样品的吸光度值,根据标准曲线计算木瓜蛋白酶的含量,计算出萃取率。测得木瓜蛋白酶在上相中的萃取率为83.49%,如图2所示。
实施例6(对比例):
(1)向10ml的离心管中加入2g聚乙二醇400,然后加入4g预先已经配置好的质量浓度为60wt%的NaH2PO4-2H2O溶液,紧接着加入1ml预先配制好的质量浓度为10mg/ml的木瓜蛋白酶溶液,最后用蒸馏水补充到10g。为了试验数据的准确性,每一样品配三组平行试验。
(2)双水相体系配制完成后,放在涡旋震荡器上震荡5min,保证整个体系的均匀混合,随后放入温度为25℃的恒温水浴锅中静置24h。待分相完成后,分别取上相和下相溶液进行木瓜蛋白酶浓度的测定。
(3)本发明中,木瓜蛋白酶浓度测定紫外分光光度法,根据扫描到的木瓜蛋白酶的最大紫外吸收波长为278nm,如图1所示,提前做好标准曲线(相关系数达到0.999方可使用)。空白样品:(1)中1ml质量浓度为10mg/ml的木瓜蛋白酶溶液替代为1ml蒸馏水,其他不变。用空白对照测定样品的吸光度值,根据标准曲线计算木瓜蛋白酶的含量,计算出萃取率。测得木瓜蛋白酶在上相中的萃取率为71.18%,如图2所示。
所用的五种离子液体,均能够促进蛋白酶在上相中萃取率的提高,尤其离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([C4mim]Cl)辅助的双水相体系,相比于不加离子液体的体系,萃取率由71.18%提高到了86.59%。
Claims (1)
1.一种利用双水相体系萃取木瓜蛋白酶的方法,其特征在于,按照下述步骤进行:
(1)聚合物/无机盐双水相体系的配制,配制一定浓度的无机盐溶液,一定浓度的离子液体溶液以及一定浓度的蛋白酶溶液,配制完成后,按照一定的质量比例组成,逐步加入到离心管中;
(2)体系组分均加入完毕以后,放在涡旋震荡器上震荡5min,保证无机盐完全溶解以及整个体系的均匀混合;震荡结束后放在25℃的恒温水浴锅中静置24h,待体系分相完成;
(3)分相完成后,分别取上相和下相溶液进行蛋白酶含量的测定,通过紫外分光光度计扫描蛋白酶的最大吸收波长,得到最大吸收波长为278nm,通过标准曲线计算出上相中蛋白酶的萃取率,即可达到萃取木瓜蛋白酶的目的;
所述步骤(1)中双水相体系成相聚合物为分子量为400的聚乙二醇(PEG400);
所述步骤(1)中双水相体系成相无机盐为二水合磷酸二氢钠(NaH2PO4-2H2O),无机盐溶液质量浓度为60wt%;
所述步骤(1)中用作辅助聚合物/无机盐双水相体系中的离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑氯盐([C2mim]Cl),1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([C4mim]Cl),1-己基-3-甲基咪唑氯盐([C6mim]Cl),1-辛基-3-甲基咪唑氯盐([C8mim]Cl)或1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐([C4mim]OAC)中的一种,所配置离子液体浓度为40wt%;所述步骤(1)中聚合物/无机盐双水相体系中所用的蛋白酶为木瓜蛋白酶,所配置的木瓜蛋白酶浓度为10mg/ml,加入10ml离心管中蛋白酶的体积为1ml;
所述步骤(1)中聚合物/无机盐双水相体系组成为20wt%PEG400+24wt%NaH2PO4-2H2O+4wt%IL。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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