一种鲟鱼精蛋白及鲟鱼精蛋白多肽的制备方法
技术领域
本发明涉及蛋白及蛋白多肽领域,具体涉及一种鲟鱼精蛋白及鲟鱼精蛋白多肽的制备方法。
背景技术
鱼精蛋白是一种多聚阳离子肽,主要存在于各类动物成熟的精巢组织中,与DNA紧密结合在一起。鱼精蛋白具有较强的抑菌特性,在食品中主要用作防腐剂。与一般的化学合成防腐剂相比,鱼精蛋白具有许多优点,如安全性高、防腐性能好、热稳定性好等。而且,作为精氨酸含量丰富的蛋白类物质,鱼精蛋白具有很高的营养性和功能性,因此在食品应用研究范围广泛。鱼精蛋白也可与肝素的葡萄糖胺聚糖结合,是唯一与肝素形成拮抗作用的药物,可以快速有效地抵抗肝素或人工合成的抗凝血剂的抗凝作用,其在心脏直视手术和心导管介入治疗中有较大应用。鱼精蛋白多肽是鱼精蛋白的酶解产物,具有更小的分子量和异源性,可显著降低机体过敏风险,有效解决鱼精蛋白直接作用与机体时产生的过敏反应、免疫反应甚至休克的突发风险,使鱼精蛋白的应用更安全放心。而相比于鱼精蛋白,鱼精蛋白多肽具有更好的抑菌性,吸水持水性。通过辐照辅助酶解,得到更小分子量的天然活性蛋白肽类,具有高溶解性,高功能性等优点,有广阔的应用前景。
目前,市场上的鱼精蛋白主要提取自鲱、鲑科鱼等海水鱼,而且得率较低,而我国这类海鱼资源缺乏。鲟鱼具有高营养价值,蛋白含量高,而鲟鱼养殖业产量大,废弃物精巢组织原料充足。鱼类精巢除作为养鱼饲料及一部分腌制食品利用外,其它用途很少,价值低。如果从中分离出鱼精蛋白,利用蛋白酶抑制剂提高其提取得率,并在适当的领域应用则有望提高其附加价值,同时减少资源浪费和环境污染。
发明内容
本发明的目的是针对等问题,旨在提供一种原材料丰富,天然无污染,抑菌性能强,且具有高持水保水性和抗氧化性;分子量小的鲟鱼精蛋白及鲟鱼精蛋白多肽的制备方法。
本发明目的的实现方式为,一种鲟鱼精蛋白的制备方法,具体步骤如下:
1)取除杂处理后的鲟鱼白切碎成浆状,加0.14mol/L NaCl,0.05mol/L NaEDTA和0.001mol/L PMSF的混合溶液,均质匀浆搅拌1~3min,于0℃搅拌20min,静置10min,0℃低温离心,弃去上清液,重复3次,得沉淀物;
2)取步骤1)所得沉淀物按体积比1:5~1:8加入浓度为0.8mol/L~1.2mol/L的硫酸溶液,温度25~65℃,提取15min~60min,在0℃低温离心10min,过滤,取滤液,滤渣再重复用硫酸提取2~6次,合并滤液;
3)取步骤2)所得滤液用NaOH调节pH至7.0,透析除盐后用其体积三倍的95%冷乙醇沉淀,沉淀物分别用丙酮和乙醚各洗2次,真空冷冻干燥24h,得鲟鱼粗蛋白;
所述真空冷冻干燥条件为温度-50℃,压力10Pa;
4)将步骤3)所得鲟鱼粗蛋白经过两步纯化,得鲟鱼精蛋白;
所述两步纯化为Sephadex G-50葡聚糖凝胶层析和CM Sepharose Fast Flow离子交换层析纯化;
每步分离纯化前都加入0.5mol/L NaEDTA和0.1mol/L PMSF的混合溶液;
步骤4)所得鲟鱼精蛋白,分子量为10.8ku,属于三鱼精蛋白,赖氨酸、组氨酸和精氨酸三种碱性氨基酸含量达57.4%,占氨基酸总量的81.1%;所述鲟鱼精蛋白结构中主要为无规则卷曲结构,无规则卷曲构象占64.70%,α-螺旋占7.05%,β-折叠15.55%,β-转角15.55%;所述鲟鱼精蛋白具有高结合水能力,其吸水率达88.8±0.13%,持水力达75.7±0.08%;
鲟鱼精蛋白相变温度可达92.5℃。
一种鲟鱼精蛋白多肽的制备方法,具体步骤如下,
1)取除杂处理后的鲟鱼白切碎成浆状,加0.14mol/L NaCl,0.05mol/L NaEDTA和0.001mol/L PMSF的混合溶液,均质匀浆搅拌1~3min,于0℃搅拌20min,静置10min,0℃低温离心,弃去上清液,重复3次,得沉淀物;
2)取步骤1)所得沉淀物按体积比1:6加入浓度为0.8mol/L~1.2mol/L的硫酸溶液,温度35℃,提取30min,在0℃低温离心10min,过滤,取滤液,滤渣再重复用硫酸提取4次,合并滤液;
3)取步骤2)所得滤液用NaOH调节pH至7.0,透析除盐后用其体积三倍的95%冷乙醇沉淀,沉淀物分别用丙酮和乙醚各洗2次,真空冷冻干燥24h,得鲟鱼粗蛋白;
所述真空冷冻干燥条件为温度-50℃,压力10Pa;
4)将步骤3)所得鲟鱼粗蛋白经过两步纯化,得鲟鱼精蛋白;
所述两步纯化为Sephadex G-50葡聚糖凝胶层析和CM Sepharose Fast Flow离子交换层析纯化;
每步分离纯化前都加入0.5mol/L NaEDTA和0.1mol/L PMSF的混合溶液;
步骤4)所得鲟鱼精蛋白,分子量为10.8ku,属于三鱼精蛋白,赖氨酸、组氨酸和精氨酸三种碱性氨基酸含量达57.4%,占氨基酸总量的81.1%;所述鲟鱼精蛋白结构中主要为无规则卷曲结构,无规则卷曲构象占64.70%,α-螺旋占7.05%,β-折叠15.55%,β-转角15.55%;所述鲟鱼精蛋白具有高结合水能力,其吸水率达88.8±0.13%,持水力达75.7±0.08%;
鲟鱼精蛋白相变温度可达92.5℃;
5)将步骤4)所得鲟鱼精蛋白以体积比1:30~1:50加入pH为6~8的磷酸盐缓冲液匀浆,得鲟鱼精蛋白溶液;
6)将步骤5)所得鲟鱼精蛋白溶液移入透明玻璃杯并向其中加入其体积的3%~8%木瓜蛋白酶,然后置于60Co辐照场中通过γ射线辐照,取出后在50~60℃水浴中加热酶解6~9h,得酶解液;
所述60Co辐照场中通过γ射线辐照的辐照方法为:透明玻璃杯距地面高40cm,距离60Co辐照源1.4m,辐照剂量率为33Gy/min,辐照时间120min,辐照不均匀度小于1.0,辐照环境温度18℃;
7)取步骤6)所得酶解液,沸水灭酶10min,冷却;加入与酶解液等体积的,百分浓度为20%的三氯乙酸溶液,于0℃下离心15min,取上清液,真空冷冻干燥24h,即得鲟鱼精蛋白多肽;
所述真空冷冻干燥条件温度-50℃,压力10Pa。
本发明原材料丰富,天然无污染,所制备的鲟鱼精蛋白属于体外异源性物质,可解决临床上依然存在的鱼精蛋白产生过敏反应、免疫反应甚至休克的突发风险;容易不被机体识别导致过敏反应,热稳定性高,相变温度可达92.5℃。鱼精蛋白经酶解后得到的鲟鱼精蛋白有更小的分子量和异源性,可大大降低过敏风险;具有高持水保水性,吸水率达106.0±0.09%,持水率为81.3±0.05%;且对大肠杆菌、金黄色葡萄糖球菌、酵母菌和黄曲霉都有较好的抑菌效果。
本发明制备的鱼精蛋白及鱼精蛋白多肽可广泛用于食品、化妆品、药品领域。特别可作为抗肝素剂用于体外心脏手术中。
附图说明
图1为DSC吸热峰图。
具体实施方式
本发明是除杂处理后的鱼白切碎成浆状,加NaCl,NaEDTA和PMSF混合液均质匀浆搅拌,离心分离,沉淀物加硫酸提取,低温离心分离,滤液用NaOH调pH,透析除盐后用乙醇沉淀,用丙酮和乙醚洗,真空冷冻干燥得鱼精粗蛋白;经过2步纯化,得精鱼精蛋白。鱼精蛋白用磷酸盐缓冲液匀浆,得鱼精蛋白溶液;加酶,γ射线辐照,酶解得酶解液;酶解液沸水灭酶,冷却。加三氯乙酸溶液,离心分离,真空冷冻干燥得鲟鱼精蛋白多肽。
步骤4)中的,Sephadex G-50葡萄糖凝胶层析条件为:紫外检测波长220nm,恒流泵流速480mL/h,上样3~4mL,每3min收集1管,收集各紫外吸收峰内的试管合并,旋蒸浓缩;CMSepharose Fast Flow离子交换层析的条件为:紫外检测波长为220nm,将上一步纯化的有效组分,每次以4~6mL的量上样,1mol/L的NaCl溶液梯度洗脱,每3min收集1管,合并有效组分,鉴定后乙醇沉淀分离,-50℃冷冻干燥24h,得精鱼精蛋白。
所述鲟鱼精蛋白多肽分离过程为:经截流分子量为10ku、5ku、3ku、2ku的超滤膜分离后,得到了5ku-10ku、3ku-5ku、和小于2ku的3个分子量段的组分;条件为:将制得的鲟鱼精蛋白酶解液过截留分子量为1000u的超滤管,将其透过液过截留分子量为5000u的超滤管,然后将其透过液过截留分子量为3000u的超滤管,再将其透过液过截留分子量为2000u的超滤管收集各个分子量段的鲟鱼精蛋白多肤液,-50℃冷冻干燥24h后保存。
步骤7)所得鱼精蛋白多肽含有分子量为1.6ku,3.4ku和9.3ku的三种蛋白组分;所得鱼精蛋白多肽吸水率达106.0±0.09%,持水率为81.3±0.05%。
步骤2)中离心分离转速为4000r/min;步骤(7)离心分离转速为5000r/min。步骤1)所取鱼白为来自成熟的鲟鱼-甲骨板,其精巢组织发育至第Ⅴ期。
下面结合实例及附图对本发明的技术方案进一步描述
实施例1
1)取除杂处理后的鲟鱼白切碎成浆状,加0.14mol/L NaCl,0.05mol/L NaEDTA和0.001mol/L PMSF的混合溶液,均质匀浆搅拌1min,于0℃搅拌20min,静置10min,0℃低温离心,弃去上清液,重复3次,得沉淀物;转速为4000r/min;
2)取步骤1)所得沉淀物按体积比1:8加入浓度为1.2mol/L的硫酸溶液,温度35℃,提取60min,在0℃低温离心10min,过滤,取滤液,滤渣再重复用硫酸提取2次,合并滤液;
3)取步骤2)所得滤液用NaOH调节pH至7.0,透析除盐后用其体积三倍的95%冷乙醇沉淀,沉淀物分别用丙酮和乙醚各洗2次,真空冷冻干燥24h,得鲟鱼粗蛋白;
所述真空冷冻干燥条件为温度-50℃,压力10Pa;
4)将步骤4)所得鲟鱼粗蛋白经过两步纯化,得鲟鱼精蛋白;鲟鱼精蛋白得率8.90%。
所述两步纯化为Sephadex G-50葡聚糖凝胶层析和CM Sepharose Fast Flow离子交换层析纯化;
每步分离纯化前都加入0.5mol/L NaEDTA和0.1mol/L PMSF的混合溶液。
实施例2,同实施例1,不同的是,
1)取除杂处理后的鲟鱼白切碎成浆状,加0.14mol/L NaCl,0.05mol/L NaEDTA和0.001mol/L PMSF的混合溶液,均质匀浆搅拌2min,于0℃搅拌20min,静置10min,0℃低温离心,弃去上清液,重复3次,得沉淀物;转速为4000r/min;
2)取步骤1)所得沉淀物按体积比1:6加入浓度为1.2mol/L的硫酸溶液,温度35℃,提取60min,在0℃低温离心10min,过滤,取滤液,滤渣再重复用硫酸提取4次,合并滤液。
鲟鱼精蛋白得率10.12%。
实施例3,同实施例1,不同的是,
1)取除杂处理后的鲟鱼白切碎成浆状,加0.14mol/L NaCl,0.05mol/L NaEDTA和0.001mol/L PMSF的混合溶液,均质匀浆搅拌3min,于0℃搅拌20min,静置10min,0℃低温离心,弃去上清液,重复3次,得沉淀物;转速为4000r/min;
2)取步骤1)所得沉淀物按体积比1:6加入浓度为0.8mol/L的硫酸溶液,温度35℃,提取30min,在0℃低温离心10min,过滤,取滤液,滤渣再重复用硫酸提取4次,合并滤液。
鲟鱼精蛋白得率11.28%。
实施例4,同实施例1,不同的是,
1)取除杂处理后的鲟鱼白切碎成浆状,加0.14mol/L NaCl,0.05mol/L NaEDTA和0.001mol/L PMSF的混合溶液,均质匀浆搅拌1min,于0℃搅拌20min,静置10min,0℃低温离心,弃去上清液,重复3次,得沉淀物;转速为4000r/min;
2)取步骤1)所得沉淀物按体积比1:7加入浓度为1.0mol/L的硫酸溶液,温度35℃,提取60min,在0℃低温离心10min,过滤,取滤液,滤渣再重复用硫酸提取6次,合并滤液。
鲟鱼精蛋白得率8.08%。
实施例5,同实施例1,不同的是,
1)取除杂处理后的鲟鱼白切碎成浆状,加0.14mol/L NaCl,0.05mol/L NaEDTA和0.001mol/L PMSF的混合溶液,均质匀浆搅拌1min,于0℃搅拌20min,静置10min,0℃低温离心,弃去上清液,重复3次,得沉淀物;转速为4000r/min;
2)取步骤1)所得沉淀物按体积比1:5加入浓度为1.1mol/L的硫酸溶液,温度25℃,提取15min,在0℃低温离心10min,过滤,取滤液,滤渣再重复用硫酸提取3次,合并滤液。
鲟鱼精蛋白得率7.73%。
实施例6
1)取除杂处理后的鲟鱼白切碎成浆状,加0.14mol/L NaCl,0.05mol/L NaEDTA和0.001mol/L PMSF的混合溶液,均质匀浆搅拌1min,于0℃搅拌20min,静置10min,0℃低温离心,弃去上清液,重复3次,得沉淀物;转速为4000r/min;
2)取步骤1)所得沉淀物按体积比1:6加入浓度为0.8mol/L的硫酸溶液,温度35℃,提取30min,在0℃低温离心10min,过滤,取滤液,滤渣再重复用硫酸提取4次,合并滤液;
3)取步骤2)所得滤液用NaOH调节pH至7.0,透析除盐后用其体积三倍的95%冷乙醇沉淀,沉淀物分别用丙酮和乙醚各洗2次,真空冷冻干燥24h,得鲟鱼粗蛋白;
所述真空冷冻干燥条件为温度-50℃,压力10Pa;
4)将步骤4)所得鲟鱼粗蛋白经过两步纯化,得鲟鱼精蛋白;鲟鱼精蛋白得率8.90%。
所述两步纯化为Sephadex G-50葡聚糖凝胶层析和CM Sepharose Fast Flow离子交换层析纯化;
每步分离纯化前都加入0.5mol/L NaEDTA和0.1mol/L PMSF的混合溶液。
5)将步骤4)所得鲟鱼精蛋白以体积比1:30加入pH为7的磷酸盐缓冲液匀浆,得鲟鱼精蛋白溶液;
6)将步骤5)所得鲟鱼精蛋白溶液移入透明玻璃杯并向其中加入其体积的3%的木瓜蛋白酶,然后置于60Co辐照场中通过γ射线辐照,取出后在60℃水浴中加热酶解8h,得酶解液;
所述60Co辐照场中通过γ射线辐照的辐照方法为:透明玻璃杯距地面高40cm,距离60Co辐照源1.4m,辐照剂量率为33Gy/min,辐照时间120min,辐照不均匀度小于1.0,辐照环境温度18℃;
7)取步骤6)所得酶解液,沸水灭酶10min,冷却;加入与酶解液等体积的,百分浓度为20%的三氯乙酸溶液,于0℃下离心15min,离心分离转速为5000r/min。取上清液,-50℃,10Pa条件下真空冷冻干燥24h,得鲟鱼精蛋白多肽。
鱼精蛋白多肽得率10.2%。
实施例7,同实施例6,不同的是,
5)将步骤4)所得鲟鱼精蛋白以体积比1:30加入pH为8.0的磷酸盐缓冲液匀浆,得鲟鱼精蛋白溶液;
6)将步骤5)所得鲟鱼精蛋白溶液移入透明玻璃杯并向其中加入其体积的4%的木瓜蛋白酶,然后置于60Co辐照场中通过γ射线辐照,取出后在55℃水浴中加热酶解8h,得酶解液。
鱼精蛋白多肽得率8.01%。
实施例8,同实施例6,不同的是,
5)将步骤4)所得鲟鱼精蛋白以体积比1:40加入pH为7.0的磷酸盐缓冲液匀浆,得鲟鱼精蛋白溶液;
6)将步骤5)所得鲟鱼精蛋白溶液移入透明玻璃杯并向其中加入其体积的3%的木瓜蛋白酶,然后置于60Co辐照场中通过γ射线辐照,取出后在55℃水浴中加热酶解8h,得酶解液。
鱼精蛋白多肽得率8.91%。
实施例9,同实施例6,不同的是,
5)将步骤4)所得鲟鱼精蛋白以体积比1:50加入pH为8.0的磷酸盐缓冲液匀浆,得鲟鱼精蛋白溶液;
6)将步骤5)所得鲟鱼精蛋白溶液移入透明玻璃杯并向其中加入其体积的6%的木瓜蛋白酶,然后置于60Co辐照场中通过γ射线辐照,取出后在60℃水浴中加热酶解6h,得酶解液。
鱼精蛋白多肽得率6.53%。
实施例10,同实施例6,不同的是,
5)将步骤4)所得鲟鱼精蛋白以体积比1:30加入pH为6.0的磷酸盐缓冲液匀浆,得鲟鱼精蛋白溶液;
6)将步骤5)所得鲟鱼精蛋白溶液移入透明玻璃杯并向其中加入其体积的8%的木瓜蛋白酶,然后置于60Co辐照场中通过γ射线辐照,取出后在50℃水浴中加热酶解9h,得酶解液。
鲟鱼鱼精蛋白多肽得率7.38%。
本申请人用实施例3所得的鲟鱼精蛋白及实施例6所得的鲟鱼精蛋白多肽作了抑菌性实验,具体情况如下:
将鲟鱼精蛋白配置成系列浓度梯度的溶液,通过滤纸片法得到各种浓度鲟鱼精蛋白溶液对菌落的抑制作用,结果如表1所示。
表1:不同浓度鲟鱼精蛋白对不同菌种的抑菌圈分析
从表1可见鲟鱼精蛋白对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌,酿酒酵母均有较好的抑菌效果,且随着鲟鱼精蛋白浓度增大,不同菌种的抑菌圈直径增大。
将鲟鱼精蛋白多肽,配置成浓度为2.0%的鲟鱼精蛋白多肽溶液,浸泡滤纸,进行抑菌圈测试。结果如表2所示
表2:鱼精蛋白多肽抑菌测试
从表2可见鲟鱼精蛋白多肽对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、酵母菌和黄曲霉均有抑制作用。
本申请人用实施例6所得的鲟鱼精蛋白多肽作了抗氧化性实验,实验情况如下:
鱼精蛋白多肽经分离纯化后,得到分子量为1.6ku,3.4ku和9.3ku三种组分,溶解后,评价清除超氧阴离子自由基活性。结果如表3所示
表3:鱼精蛋白多肽抗氧化性测试
从表3可见鲟鱼精蛋白多肽分子量越小,抗氧化性越好。
本申请人用实施例3所得的鲟鱼精蛋白作了热稳定性实验,实验结果见图1。
如图1所示,1.1~1.4分别为鲟鱼鱼白原料,粗提鱼精蛋白,市售鲑鱼精蛋白和精鲟鱼精蛋白(本发明所述鲟鱼精蛋白)的示差扫描量热分析(DSC)图谱。蛋白的热稳定性表现在该吸热峰的相变温度和变性热焓值上,相变温度和变性热焓值越高,则表示蛋白热稳定性越高。粗提鱼精蛋白、鲑鱼精蛋白和精制鲟鱼精蛋白,相变温度分别为84.1℃、89.6℃和92.5℃,表明纯度越高,鱼精蛋白稳定性越高,
从图1可见,本发明所制备的鲟鱼精蛋白稳定性高于市售鲑鱼精蛋白,具有更高的高温加工稳定性。