CN109735525B - 一种交联酶聚体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交联酶聚体的制备方法，所述为：将酶水溶液调节pH至2.5‑4.5，加入丙酮或乙醇，搅拌均匀后，室温静置1‑3h，排出酶水溶液与丙酮或乙醇总体积50‑70％的上清液后，在60‑100转/分钟搅拌下加入磷酸盐水溶液，继续搅拌20‑40分钟，室温静置1.5‑3.5小时，过滤，滤液与排出的上清液合并后蒸馏回收丙酮或乙醇；滤饼用去离子水洗涤，然后真空干燥，得到交联酶聚体；本发明方法制备得到的交联酶聚体酶活回收率达到94.3‑97.6％，比现有方法提高27‑36％；在45℃水中90分钟，酶活力保持率达到84.3‑88.7％，比游离酶酶活力保持率提高126.6‑158.6％。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种交联酶聚体的制备方法，特别一种以磷酸盐为交联剂的交联酶聚体的制备方法。
(二)背景技术
2000年荷兰Delfe大学的Sheldondx提出一种酶的制剂新方法，在酶的水溶液中加入硫酸铵或乙醇沉淀酶蛋白，分离出酶蛋白后加入交联剂戊二醛水溶剂，制备得到酶聚集体。这种新型的酶制剂制备成本低，酶活稳定性高，耐热，耐有机溶剂，耐酸碱的性能均优于游离酶，可多次重复使用，成为开发的热点。近20年来，许多酶种均研制了酶聚集体，但是在制备中发现，以戊二醛作为交联剂，共价交联酶蛋白，制得的酶聚集体虽然机械强度较好，但戊二醛交联酶活力损失较大。一方面戊二醛分子尺寸小，可进入酶聚集体内部交联酶活性位点的基团，另一方面共价交联使酶聚集体比较紧密，阻碍部分酶活性位点。为此，国内外科技人员也探索了乙二醇双(N，N-羟基琥珀酰亚胺)作为交联剂，将琼脂，壳聚糖，葡聚糖，阿拉伯胶用高碘酸钾氧化，得到两个或多个交联基团，作为酶的交联剂，这些交联剂与酶蛋白的交联机理与戊二醛相似，只是分子尺寸变大，对酶活影响减少，但交联紧密依然影响酶活。采用磷酸盐作为酶蛋白交联剂，是磷酸根与酶蛋白的氨基、羟基之间的离子交联，磷酸盐分子尺寸较小，可以与酶聚集体内部的基团交联，形成的酶聚集体较稳定，仍保持聚集体的优点。而离子交联的强度明显低于共价交联，因而可较好的避免共价交联影响酶活性位点基团及交联紧密阻碍酶活的问题，使制备的酶聚集体活力保持更好。
(三)发明内容
本发明目的是提供一种以磷酸盐为交联剂，以离子交联方式制备的交联酶聚集体，与国内外现有制备方法比较，可更好的保持酶催化活力，并具有酶聚集体的相应优点。磷酸盐作为交联剂的酶聚集体，用于食品加工，安全性有保障。
本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种交联酶聚体的制备方法，所述方法为：将酶水溶液调节pH至2.5-4.5，加入丙酮或乙醇，搅拌均匀后，室温静置1-3h，排出酶水溶液与丙酮或乙醇总体积50-70％的上清液后，在60-100转/分钟搅拌下加入磷酸盐水溶液，继续搅拌20-40分钟，室温静置1.5-3.5小时，过滤，滤液与排出的上清液合并后蒸馏回收丙酮或乙醇；滤饼用去离子水洗涤(优选3次)，然后真空干燥(优选在0.1大气压真空烘箱中45℃干燥3小时)，得到交联酶聚体；所述丙酮或乙醇体积用量以酶水溶液体积比为2-4:1；所述磷酸盐水溶液中磷酸盐与酶水溶液中酶的重量比为2～65：1。
进一步，所述酶水溶液浓度为1.0-20mg/mL，优选用0.5M磷酸调节酶液的pH至2.5-4.5。
进一步，所述乙醇优选体积浓度95％乙醇水溶液。
进一步，所述酶为脂肪酶或蛋白酶，更优选黑曲霉脂肪酶(深圳绿微康生物工程有限公司生产，30万单位/克)、假丝酵母脂肪酶(北京凯泰新世纪生物技术有限公司生产，13万单位/克)、中性蛋白酶(山东巨荣生物工程有限公司生产，5-20万单位/克，南宁东恒华道生物科技有限公司生产，20万单位/克)。
进一步，所述磷酸盐水溶液浓度为0.10-0.25g/mL，所述磷酸盐为三聚磷酸钠(Na5P3O10)、三偏磷酸钠(Na3(PO3)3)或六偏磷酸钠(Na6(PO3)6)。
与现有技术相比，本发明有益效果主要体现在：
本发明以磷酸盐作为离子交联剂，交联酶蛋白制备交联酶聚体，对酶活的影响较常用的交联剂戊二醛小，酶活回收率更高。磷酸盐为国内外均批准用于食品加工的添加剂，可保证食用安全，故用磷酸盐制备的交联酶用于食品工业，安全有保障。本发明方法制备得到的交联酶聚体酶活回收率达到94.3-97.6％，比现有方法提高27-36％；在45℃水中90分钟，酶活力保持率达到84.3-88.7％，比游离酶酶活力保持率提高126.6-158.6％。
(四)附图说明
图1酪氨酸标准曲线。
(五)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
本发明所述室温是指25-30℃。
实施例1
将黑曲霉脂肪酶(深圳绿微康生物工程有限公司生产，30万单位/克)1.0g溶解在100mL去离子水中，搅拌均匀使脂肪酶充分溶解，得到10mg/mL的脂肪酶水溶液100mL。用0.5M磷酸调节酶液pH至3.5，加入300mL丙酮，搅拌均匀，室温静置2h，倾出上清液250mL。余下的酶液在80转/分搅拌下，加入0.15g/mL浓度的三聚磷酸钠(Na5P3O10食品级，淄博越洋化工科技有限公司生产)水溶液50mL，加完三聚磷酸钠水溶液后再搅拌30分钟，静置2.5h，过滤，沉淀以100mL去离子水分三次洗涤，然后在0.1大气压真空烘箱中45℃干燥3小时，得到离子交联脂肪酶(即黑曲霉脂肪酶交联酶聚体)4.5g。滤液与排出的上清液合并，蒸馏回收丙酮。黑曲霉脂肪酶交联酶聚集体与原酶比较，酶活回收率为97.6％。将黑曲霉脂肪酶交联酶聚集体与黑曲霉脂肪酶游离酶均用去离子水配成10mg/mL的样液，放入45℃水中90分钟，交联酶聚集体的酶活力保持率为88.5％，黑曲霉脂肪酶游离酶的酶活力保持率为36.2％。
脂肪酶酶活检测依据国标GB/T23535-2009脂肪酶制剂检测方法。
脂肪酶交联酶聚集体酶活的检测按国标GB/T23535-2009脂肪酶制剂检测方法进行。
脂肪酶交联酶聚集体酶活回收率的测定及酶活保持率的检测，均按酶活测定数据计算。
脂肪酶交联酶聚集体的酶活回收率：交联酶聚集体酶活力与用于交联制备的游离酶活力的百分比。
脂肪酶交联酶聚集体的酶活保持率：经加热的交联酶聚集体酶活力与原交联酶聚集体酶活力的百分比。
脂肪酶游离酶的酶活保持率：经加热的游离酶酶活力与原游离酶酶活力的百分比。
实施例2
将假丝酵母脂肪酶(北京凯泰新世纪生物技术有限公司生产，13万单位/克)1.5g溶解在100mL去离子水中，搅拌均匀使脂肪酶充分溶解，得到15mg/mL的脂肪酶水溶液100mL。用0.5M磷酸调节酶液pH至4.5，加入200mL丙酮，搅拌均匀，室温静置3h，倾出上清液150mL。余下的酶液在60转/分搅拌下，加入0.10g/mL浓度的三偏磷酸钠(Na3(PO3)3食品级，济南光辉化工有限公司生产)水溶液50mL，加完三偏磷酸钠水溶液后再搅拌20分钟，静置3.5h，过滤，沉淀以100mL去离子水分三次洗涤，然后在0.1大气压真空烘箱中45℃干燥3小时，得到离子交联脂肪酶4.1g。滤液与排出的上清液合并，蒸馏回收丙酮。
按实施例1确定方法测定脂肪酶酶活。假丝酵母脂肪酶交联酶聚集体与原酶比较，酶活回收率为95.8％。将假丝酵母脂肪酶交联酶聚集体与假丝酵母脂肪酶游离酶均用去离子水配成10mg/mL的样液，放入45℃水中90分钟，交联酶聚集体的酶活力保持率为87.7％，假丝酵母脂肪酶游离酶的酶活力保持率为35.4％。
实施例3
将黑曲霉脂肪酶(南宁庞博生物工程有限公司生产，30万单位/克)0.2g溶解在200mL去离子水中，搅拌均匀使脂肪酶充分溶解，得到1mg/mL的脂肪酶水溶液200mL。用0.5M磷酸调节酶液pH至4.0，加入800mL95％乙醇，搅拌均匀，室温静置3h，倾出上清液650mL。余下的酶液在100转/分搅拌下，加入0.25g/mL浓度的六偏磷酸钠(Na6(PO3)6食品级，吴江市鑫茂精细化工有限公司生产)水溶液50mL，加完六偏磷酸钠水溶液后再搅拌40分钟，室温静置1.5h，过滤，以100mL去离子水分三次洗涤，然后在0.1大气压真空烘箱中45℃干燥3小时，得到离子交联脂肪酶3.8g。滤液与排出的上清液合并，蒸馏回收乙醇。
按实施例1确定方法测定脂肪酶酶活。黑曲霉脂肪酶交联酶聚集体与原酶比较，酶活回收率为97.1％。将黑曲霉脂肪酶交联酶聚集体与黑曲霉脂肪酶游离酶均用去离子水配成10mg/mL的样液，放入45℃水中90分钟，交联酶聚集体的酶活力保持率为88.3％，黑曲霉脂肪酶游离酶的酶活力保持率为37.2％。
实施例4
将黑曲霉脂肪酶(深圳绿微康生物工程有限公司生产，30万单位/克)0.5g溶解在100mL去离子水中，搅拌均匀使脂肪酶充分溶解，得到5mg/mL的脂肪酶水溶液100mL。用0.5M磷酸调节酶液pH至2.5，加入300mL95％乙醇，搅拌均匀，室温静置1h，倾出上清液250mL。余下的酶液在90转/分搅拌下，加入0.2g/mL浓度的三聚磷酸钠(Na5P3O10食品级，滨州市德盛化工有限公司生产)水溶液50mL，加完三聚磷酸钠水溶液后再搅拌30分钟，静置2h，过滤，以100mL去离子水分三次洗涤，然后在0.1大气压真空烘箱中45℃干燥3小时，得到离子交联脂肪酶4.8g。滤液与排出的上清液合并，蒸馏回收乙醇。
按实施例1确定方法测定脂肪酶酶活。黑曲霉脂肪酶交联酶聚集体与原酶比较，酶活回收率为97.3％。将黑曲霉脂肪酶交联酶聚集体与黑曲霉脂肪酶游离酶均用去离子水配成10mg/mL的样液，放入45℃水中90分钟，交联酶聚集体的酶活力保持率为88.7％，黑曲霉脂肪酶游离酶的酶活力保持率为36.5％。
实施例5
1、将中性蛋白酶(山东巨荣生物工程有限公司生产，5万单位/克)2.0g溶解在100mL去离子水中，搅拌均匀使蛋白酶充分溶解，得到20mg/mL的蛋白酶水溶液100mL。用0.5M磷酸调节酶液pH至3.0，加入200mL丙酮，搅拌均匀，室温静置3h，倾出上清液150mL。余下的酶液在100转/分搅拌下，加入0.1g/mL浓度的三聚磷酸钠(Na5P3O10食品级，淄博越洋化工科技有限公司生产)水溶液50mL，加完三聚磷酸钠水溶液后再搅拌40分钟，静置1.5h，过滤，以100mL去离子水分三次洗涤酶聚集体，然后在0.1大气压真空烘箱中45℃干燥3小时，得到离子交联蛋白酶4.7g。滤液与排出的上清液合并，蒸馏回收丙酮。
2、蛋白酶酶活测定
蛋白酶酶活采用福林酚法进行测定，依据国标GB/T 23527-2009蛋白酶制剂检测方法，酶活定义：每分钟水解酪蛋白产生1μg酪氨酸为1个蛋白酶活力单位。
1)L-酪氨酸标准曲线制作：
称取L-酪氨酸0.1000g，用1mol/L盐酸60mL溶解后再用蒸馏水定容至100mL，即为1mg/mL的L-酪氨酸标准溶液；吸取1mg/mL的L-酪氨酸标准溶液10.00mL，用0.1mol/L盐酸定容至100mL，即得到100ug/mL的L-酪氨酸标准储备溶液，按表1进行酪氨酸标准溶液的配置。
表1L-酪氨酸标准溶液
分别取上述溶液各1.00ml，各加0.4mol/L碳酸钠水溶液5.00ml、福林试剂1.00ml，振荡均匀，置于30℃水浴中显色20min，取出冷却至常温，用分光光度计于波长680nm，以0号管为空白测定其吸光度(A)，以吸光度A为纵坐标，酪氨酸的浓度c为横坐标，绘制标准曲线，结果见图1所示。标准曲线拟合方程为：Y＝0.0104x+0.001；拟合度R2＝0.9998。
2)游离酶酶活的测定
先将质量浓度1％酪蛋白水溶液放入30℃恒温水浴锅中，预热5min。样品管加入游离蛋白酶用去离子水溶解制备的10mg/mL待测蛋白酶液1.00mL，保温2min，再加入预热的质量浓度1％酪蛋白水溶液1.00mL，摇匀，反应10min，再加入0.4mol/L的三氯乙酸水溶液2.00mL，摇匀，过滤，取1.00ml上清液，加入0.4mol/L的碳酸钠水溶液5.0mL，再加入福林酚试剂1.00mL，30℃下显色20min，取出冷却至常温，用分光光度计于波长680nm测定其吸光度(A)；以0号管为空白对照，先加入待测蛋白酶液1.00mL，保温2min，再加入0.4mol/L的三氯乙酸水溶液2.00mL，摇匀，加预热的质量浓度1％酪蛋白水溶液1.00mL，摇匀，静置10min，过滤，取1.00mL上清液，加入0.4mol/L的碳酸钠水溶液5.0mL，再加入福林酚试剂1.00mL，30℃下显色20min，取出冷却至常温，用分光光度计于波长680nm测定其吸光度(A)。
3)交联酶聚集体的酶活测定
向锥形瓶中加入质量浓度1％的酪蛋白水溶液10.00mL和pH 7.0去离子水9.00mL，于30℃水浴保温5min，再加入1.00ml(酶活范围为10～15u/mL)交联酶聚集体在去离子水中的搅拌分散液，混匀，于30℃水浴保温10min后，取2.00mL置于试管中，再加入0.4mol/L的三氯乙酸水溶液2.00mL，摇匀，过滤，取1.00ml上清液，加入0.4mol/L的碳酸钠水溶液5.0mL，再加入福林酚试剂1.00mL，30℃下显色20min，取出冷却至常温，以0号管为空白对照，用分光光度计于波长680nm测定其吸光度(A)。
根据吸光值从标准曲线上读出酪氨酸的浓度，根据酶活的定义，转换为最终稀释液的酶活力，单位为u/mL。样品的酶活力按下式计算：
X——样品的酶活，u/g；
A——由标准曲线得出的样品最终稀释液的活力，u/mL；
n——样品的稀释倍数；
m——样品的质量，单位为克(g)
蛋白酶交联酶聚集体酶活回收率的测定及酶活保持率的检测，均按酶活测定数据计算。
蛋白酶交联酶聚集体的酶活回收率：交联酶聚集体酶活力与用于交联制备的游离酶活力的百分比。
蛋白酶交联酶聚集体的酶活保持率：经加热的交联酶聚集体酶活力与原交联酶聚集体酶活力的百分比。
蛋白酶游离酶的酶活保持率：经加热的游离酶酶活力与原游离酶酶活力的百分比。
按上述方法测定蛋白酶酶活。中性蛋白酶交联酶聚集体与原酶比较，酶活回收率为94.3％。将中性蛋白酶交联酶聚集体与中性蛋白酶游离酶均用去离子水配成10mg/mL的样液，放入45℃水中90分钟，交联酶聚集体的酶活力保持率为85.4％，中性蛋白酶游离酶的酶活力保持率为34.6％。
实施例6
将中性蛋白酶(南宁东恒华道生物科技有限公司生产，20万单位/克)1.0g溶解在100mL去离子水中，搅拌均匀使蛋白酶充分溶解，得到10mg/mL的蛋白酶水溶液100mL。用0.5M磷酸调节酶液pH至3.5，加入300mL丙酮，搅拌均匀，室温静置2h，倾出上清液200mL。余下的酶液在80转/分搅拌下，加入0.15g/mL浓度的三偏磷酸钠(Na3(PO3)3食品级，济南光辉化工有限公司生产)水溶液50mL，加完三偏磷酸钠水溶液后再搅拌30分钟，静置2.5h，过滤，以100mL去离子水分三次洗涤，然后在0.1大气压真空烘箱中45℃干燥3小时，得到离子交联蛋白酶4.3g。滤液与排出的上清液合并，蒸馏回收丙酮。
按实施例5方法测定蛋白酶酶活。中性蛋白酶交联酶聚集体与原酶比较，酶活回收率为95.1％。将中性蛋白酶交联酶聚集体与中性蛋白酶游离酶均用去离子水配成10mg/mL的样液，放入45℃水中90分钟，交联酶聚集体的酶活力保持率为85.7％，中性蛋白酶游离酶的酶活力保持率为35.3％。
实施例7
将中性蛋白酶(山东巨荣生物工程有限公司生产，10万单位/克)0.2g溶解在200mL去离子水中，搅拌均匀使蛋白酶充分溶解，得到1mg/mL的蛋白酶水溶液100mL。用0.5M磷酸调节酶液pH至4.0，加入800mL95％乙醇，搅拌均匀，室温静置1h，倾出上清液700mL。余下的酶液在60转/分搅拌下，加入0.25g/mL浓度的三聚磷酸钠(Na5P3O10食品级，淄博越洋化工科技有限公司生产)水溶液50mL，加完三聚磷酸钠水溶液后再搅拌20分钟，静置3.5h，过滤，以100mL去离子水分三次洗涤，然后在0.1大气压真空烘箱中45℃干燥3小时，得到离子交联蛋白酶4.0g。滤液与排出的上清液合并，蒸馏回收乙醇。
按实施例5方法测定蛋白酶酶活。中性蛋白酶交联酶聚集体与原酶比较，酶活回收率为94.8％。将中性蛋白酶交联酶聚集体与中性蛋白酶游离酶均用去离子水配成10mg/mL的样液，放入45℃水中90分钟，交联酶聚集体的酶活力保持率为84.7％，中性蛋白酶游离酶的酶活力保持率为35.1％。
实施例8
将中性蛋白酶(山东巨荣生物工程有限公司生产，20万单位/克)0.7g溶解在100mL去离子水中，搅拌均匀使蛋白酶充分溶解，得到7mg/mL的蛋白酶水溶液100mL。用0.5M磷酸调节酶液pH至4.5，加入300mL95％乙醇，搅拌均匀，室温静置2h，倾出上清液250mL。余下的酶液在70转/分搅拌下，加入0.2g/mL浓度的六偏磷酸钠(Na6(PO3)6食品级，吴江市鑫茂精细化工有限公司生产)水溶液50mL，加完六偏磷酸钠水溶液后再搅拌30分钟，静置3h，过滤，以100mL去离子水分三次洗涤，然后在0.1大气压真空烘箱中45℃干燥3小时，得到离子交联蛋白酶4.4g。滤液与排出的上清液合并，蒸馏回收乙醇。
按实施例5方法测定蛋白酶酶活。中性蛋白酶交联酶聚集体与原酶比较，酶活回收率为94.5％。将中性蛋白酶交联酶聚集体与中性蛋白酶游离酶均用去离子水配成10mg/mL的样液，放入45℃水中90分钟，交联酶聚集体的酶活力保持率为84.3％，中性蛋白酶游离酶的酶活力保持率为34.9％。
对比例1
将黑曲霉脂肪酶(深圳绿微康生物工程有限公司生产，30万单位/克)1.0g溶解在100mL去离子水中，搅拌均匀使脂肪酶充分溶解，得到10mg/mL的脂肪酶水溶液100mL。加入硫酸铵(食品级，江苏科伦多食品配料有限公司生产)35克，搅拌使硫酸铵完全溶解，室温静置3小时，加入质量浓度1％戊二醛(化学纯，山东攀泽化工科技有限公司生产)水溶液10mL，搅拌40分钟，静置3小时，过滤，以100mL去离子水分三次洗涤，然后在0.1大气压真空烘箱中45℃干燥3小时，得到戊二醛交联脂肪酶1.7g。滤液真空蒸发脱水，回收硫酸铵。
按实施例1确定的方法测定脂肪酶酶活。黑曲霉脂肪酶交联酶聚集体与原酶比较，酶活回收率为73.8％。将黑曲霉脂肪酶交联酶聚集体与黑曲霉脂肪酶游离酶均用去离子水配成10mg/mL的样液，放入45℃水中90分钟，交联酶聚集体的酶活力保持率为88.2％，黑曲霉脂肪酶游离酶的酶活力保持率为35.7％。
对比例2
将中性蛋白酶(山东巨荣生物工程有限公司生产，10万单位/克)1.0g溶解在100mL去离子水中，搅拌均匀使脂肪酶充分溶解，得到10mg/mL的脂肪酶水溶液100mL。加入硫酸铵(食品级，江苏科伦多食品配料有限公司生产)35克，搅拌使硫酸铵完全溶解，静置3小时，加入质量浓度1％戊二醛(化学纯，山东攀泽化工科技有限公司生产)水溶液10mL，搅拌40分钟，室温静置3小时，过滤，以100mL去离子水分三次洗涤，然后在0.1大气压真空烘箱中45℃干燥3小时，得到戊二醛交联脂肪酶1.6g。滤液真空蒸发脱水，回收硫酸铵。
按实施例5方法测定蛋白酶酶活。中性蛋白酶交联酶聚集体与原酶比较，酶活回收率为71.7％。将中性蛋白酶交联酶聚集体与中性蛋白酶游离酶均用去离子水配成10mg/mL的样液，放入45℃水中90分钟，交联酶聚集体的酶活力保持率为85.6％，中性蛋白酶游离酶的酶活力保持率为34.3％。
Claims (3)
1.一种交联酶聚体的制备方法，其特征在于所述方法为：将1.0-20mg/mL酶水溶液调节pH至2.5-4.5，加入丙酮或乙醇，搅拌均匀后，室温静置1-3h，排出酶水溶液与丙酮或乙醇总体积50-70％的上清液后，在60-100转/分钟搅拌下加入0.10-0.25g/mL磷酸盐水溶液，继续搅拌20-40分钟，室温静置1.5-3.5小时，过滤，滤液与排出的上清液合并后蒸馏回收丙酮或乙醇；滤饼用去离子水洗涤，然后真空干燥，得到交联酶聚体；所述丙酮或乙醇体积用量以酶水溶液体积比为2-4:1；所述磷酸盐水溶液中磷酸盐与酶水溶液中酶的重量比为2～65：1；所述磷酸盐水溶液中的磷酸盐为三聚磷酸钠、三偏磷酸钠或六偏磷酸钠；所述酶为黑曲霉脂肪酶、假丝酵母脂肪酶或中性蛋白酶。
2.如权利要求1所述交联酶聚体的制备方法，其特征在于所述乙醇为体积浓度95％乙醇水溶液。
3.如权利要求1所述交联酶聚体的制备方法，其特征在于所述真空干燥是在0.1大气压真空烘箱中45℃干燥3小时。
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