CN114657228A - 一种单环刺螠中提取ace抑制肽的方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物资源综合利用领域,具体涉及一种单环刺螠中提取ACE抑制肽的方法及应用。将单环刺螠预处理后,加入优化后的复合蛋白酶酶解,灭酶后过滤收集上清;通过梯级透析获得粗溶液后,利用柱层析精细纯化,低温干燥得ACE抑制肽干粉。通过本方法制备得到的单环刺螠ACE抑制肽活性好,成本低,易于大量生产,可用于食品的组方生产。同时实现了单环刺螠的综合高值利用,具有良好的经济和社会效益。
Description
技术领域
本发明属于生物资源综合利用领域,具体涉及一种单环刺螠中提取ACE抑制肽的方法及应用。
背景技术
单环刺螠,又称海肠或海肠子,是生活在海边潮间带泥性底质或珊瑚礁区中的管状螠虫动物,因其营养组成和海参有较多相似之处,故有“裸体海参”的美称。单环刺螠蛋白质含量为22.84%,且富含多种人类必需氨基酸,粗脂肪含量低至4.24%。其体内含有多糖、多肽、功能蛋白等多种活性成分,在抗凝血、抗肿瘤、降血压、降血脂、降血糖等方面具有较好的开发前景。因此探究单环刺螠深加工工艺,提取和利用单环刺螠营养成分具有良好的现实意义。但由于原材料生产及深加工技术工艺的缺乏,单环刺螠的综合利用,特别是有关单环刺螠体内活性物质的规模制备尚未实现,极大限制了该类活性物质的运用。
血管紧张素转化酶(ACE)又称激肽酶Ⅱ,是一种血管内皮细胞膜结合酶,其可将人体中的血管紧张素I转化为血管紧张素II,导致人体血管收缩,促使血压升高,目前认为ACE与高血压症密切相关。
现阶段使用最广泛的处方合成类降压药如:阿米洛利、卡托普利等,均旨在抑制血管紧张素I转化酶活性。但长期服用处方类降压药,会随之产生副作用。而天然食物来源的ACE抑制肽具有安全、易被人体吸收、产生的不良影响少等优势,已成为新药研发和替代治疗的可选择途径。如将食源性蛋白通过不同的酶酶解后,再利用多种分离纯化方法,从动植物中获得天然的ACE抑制活性肽片段,其主要来源于牛奶、大豆、鸡蛋、大蒜、玉米等。海洋生物来源的ACE抑制肽也有陆续报道,目前已从贝类、甲壳类、以及各种鱼中提取到多种类型的ACE抑制肽。与陆生动、植物来源相比,海洋生物来源的ACE抑制肽因与人体存在较远的亲缘关系,基本不存在人畜共患疾病的风险。同时由于结构较为新颖,活性相对较高,具有较高的市场应用价值。但目前报道的ACE抑制肽的制备工艺繁琐,来源相对局限,生产成本较高,难以实现大量生产。本发明利用前期开发制备的单环刺螠自溶酶进行单环刺螠的复合酶解,制备出较高活性的ACE抑制肽。生产成本降低,可用于大量生产。目前,尚未有单环刺螠来源ACE抑制活性肽分离纯化的报道。
发明内容
根据上述现有技术,本发明公开一种单环刺螠中提取ACE抑制肽的方法及应用。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种单环刺螠中提取ACE抑制肽的方法,将单环刺螠预处理后,加入蛋白酶进行酶解,灭酶后过滤收集上清;通过梯级透析获得粗溶液后,利用柱层析精细纯化,低温干燥得ACE抑制肽干粉;其中,所述酶为单环刺螠自溶酶、地衣芽孢杆菌蛋白酶、胶原蛋白酶、枯草芽孢杆菌蛋白酶、碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶中的一种或多种。
所述收集的上清液依次经10kDa、3kDa、1kDa进行梯度透析,收集1kDa以下截留组分。
进一步的说:
(1)将-20--10℃冷冻储存的单环刺螠置于20-30℃解冻3-5h,去杂质后,加入其5-10倍体积的处理液对其浸泡20-40min,匀浆;
(2)在步骤(1)得到的匀浆液中添加其质量1-3%的酶,调节温度至30-55℃,pH为4-11,酶解1-5h,80-100℃灭酶10-20min。冷却至15-25℃,6000—10000 r/min离心10-30min,过滤收集上清液;
(3)将步骤(2)所得的上清液依次装入截留分子量10kDa、3kDa、1kDa的透析袋进行梯度透析,每次透析于4-10℃的透析液中透析10-20h,得到1kDa以下截留组分粗溶液;
(4)将步骤(3)所得的ACE抑制肽粗溶液,通过葡聚糖凝胶柱层析进行精细纯化,用含有0.01-0.05mol/L的Zn离子的无菌水洗脱,收集洗脱液经228nm测定吸光度,将吸光度为228nm的洗脱液低温干燥,得ACE抑制肽。
所述步骤(1)处理液为:每100mL处理液中含氯化钠0.9g、氯霉素0.05-0.1g、青霉素0.05-0.1g、EDTA·2Na 0.05-0.5g,余量为无菌水。
所述步骤(3)透析液为0.9%的生理盐水、pH7.0的磷酸盐缓冲液、无菌水中的一种或几种。
所述纯化后的ACE抑制肽经低温烘干、低温喷雾干燥、低温减压干燥、旋转蒸发干燥中一种或几种方式进行干燥处理。
所述低温干燥时采用的助干剂为海藻糖、菊粉、麦芽糊精、β-环糊精、玉米淀粉、脱脂奶粉中的一种或几种;其中,助干剂添加量为所含固形物总体质量的8-200%,干燥温度为30-55℃。
优选地,纯化后的液体选择菊粉作为助干剂,30-55℃低温喷雾干燥制备。
一种所述方法获得的单环刺螠ACE抑制肽,按所述方法获得分子量为1000Da以下的单环刺螠ACE抑制肽。
一种所述单环刺螠ACE抑制肽的应用,所述单环刺螠ACE抑制肽在制备作为调理高血压症的食品中的应用,进一步的,该食品为保健食品或医学配方食品。
本发明方法通过最优酶解法由单环刺螠中提取获得ACE抑制肽,并且进一步的优化方法确定了ACE抑制肽活性最强的肽段区间,并选择合适的干燥助剂,利用低温喷雾干燥法进行生产。由此可见本发明所得ACE抑制肽活性好,活性肽肽段相对集中,生产成本低,易于大量生产。进而可用于食品的组方生产。同时实现了单环刺螠的综合高值利用,具有良好的经济和社会效益。
附图说明
图1为本发明中制备的单环刺螠自溶酶蛋白电泳图,其中,M为蛋白marker,1为经透析所得的单环刺螠自溶酶,2为层析后所得的单环刺螠自溶酶。
图2为5种蛋白酶酶解单环刺螠制备ACE抑制肽的ACE抑制效果对比图。
图3为不同干燥温度对ACE抑制率的影响,其中,1为120℃,2为80℃,3为30℃,4为55℃,5为100℃。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的具体实施方式做进一步说明,应当指出的是,此处所描述的具体实施方式只是为了说明和解释本发明,并不局限于本发明。
实施例1:单环刺螠自溶酶的制备
1.1单环刺螠自溶酶粗酶溶液的制备:
(1)取-20--10℃冷冻储存的单环刺螠废弃内脏常温解冻,待彻底解冻后,用无菌水清洗,去除杂质。加入PBS(0.1mol/l,pH8 .0)进行匀浆,并置于4℃环境下过夜,5000r/min条件离心8min,收集上清液;
(2)向上述收集的上清液中加入硫酸铵至20%饱和度,置于4℃环境下4h;8000r/min条件离心10min,收集上清液,向上清液中加入硫酸铵至70%饱和度,置于4℃环境下4h;8000r/min条件离心10min,取沉淀,向沉淀中加入其10倍体积的PBS缓冲液,用截留分子量是8KD-14KD的透析袋透析,得到自溶酶粗酶溶液。
1.2柱层析分离纯化自溶酶:
(1)透析后得到的自溶酶粗酶溶液进行离心12000r/min,离心10min得到上清;
(2)将步骤(1)所得到上清通过Sephadex G-100柱层析进行分离纯化,用含有0.015mol/L的Zn离子的PBS洗脱,酶标仪在340nm下测定吸光度并收集得到自溶酶溶液;
(3)将步骤(2)所得的自溶酶溶液经过SDS-PAGE鉴定,显示自溶酶的大小为8-10KD,如图1所示。
同时单环刺螠自溶酶的获得可参见申请号为CN201911388353.2,发明名称为“一种单环刺螠自溶酶的制备及应用”的中国专利文献中记载的方式获得。
实施例2:ACE抑制肽酶解目标蛋白酶的筛选
2.1原料的预处理:称取单环刺螠冷冻品1kg,静置于20℃解冻3h,而后加入其5倍体积的处理液中浸泡30min,处理液组成为氯化钠4.5g、氯霉素0.25g、青霉素0.25g、EDTA·2Na 0.25g、无菌水4.09475kg。匀浆。
2.2原料的离心:匀浆液中添加其质量2%的酶,最适条件下酶解,100℃灭酶15min;酶解后冷却至20℃,8000 r/min离心20 min,过滤收集上清液。
2.3蛋白酶筛选:在浆液中分别加入5种蛋白酶,料液比为1:2,其中,2% 单环刺螠自溶酶,PH 7.5,2%的地衣芽孢杆菌蛋白酶,PH 7.0 ;2%的枯草芽孢杆菌蛋白酶,PH 7.0 ;2%的碱性蛋白酶,PH 8.5 ;风味蛋白酶,PH7;搅拌条件下加入酶使其充分混合。
2.4酶解:
单环刺螠自溶酶37℃酶解2h后,在95℃条件下,作用15min高温灭酶;
地衣芽孢杆菌蛋白酶50℃酶解2h后,在95℃条件下,作用15min高温灭酶;
枯草芽孢杆菌蛋白酶53℃酶解2h后,在95℃条件下,作用15min高温灭酶;
碱性蛋白酶50℃酶解2h后,在95℃条件下,作用15min高温灭酶;
风味蛋白酶53℃酶解2h后,在95℃条件下,作用15min高温灭酶。
2.5离心:将酶解液冷却至20℃,8000转/min离心10min,收集上清液,在0.45 μm的滤膜中过滤上清液。
2.6测定ACE抑制率:ACE抑制率的检测参照文献(CN 113444145 A)中的方法进行。配置HHL溶液和ACE溶液:将ACE和HHL分别溶解在pH8.3,0.1 mol/L的硼酸钠缓冲溶液(含0.3 mol/L的NaCl)中,获得酶活力为0.1 U/mL的ACE溶液和浓度为5.82 mmol/L HHL溶液。ACE抑制率检测:取酶解液50 μL于1.5 ml离心管中(对照组加入50 μL的硼酸钠缓冲液),加入5.82 mmol/L HHL溶液100 μL,混匀。在37℃水浴锅中放置5 min,分别加入10 μL ACE溶液,混匀。在37℃水浴锅中放置30 min,分别加入150 μL、浓度为1 mol/L的HCl溶液,混匀至反应终止。分别加入1 mL的乙酸乙酯,振荡30 s,离心(4000 r/min,10 min)。静置,完全分离有机相和水相,移取0.8 mL上层有机相至2 mL离心管,在85℃水浴锅中将乙酸乙酯完全挥发。加入1 mL的蒸馏水使其充分溶解,测定该溶液在228 nm处的吸光度值(A228)。
其中: I 为ACE 抑制率;A0 为对照组的吸光度值;A1 为供试品的吸光度值。
结果如图2显示利用酶解法制备ACE抑制肽,各酶类所得产物的活性依次为:单环刺螠自溶酶>碱性蛋白酶>风味蛋白酶>地衣芽孢杆菌蛋白酶>枯草芽孢杆菌蛋白酶。
实施例3:ACE抑制肽酶解工艺的优化。
根据实施例2所选的单环刺螠自溶酶,进行单因素及响应面工艺优化。
3.1原料的预处理:称取单环刺螠冷冻品1kg,静置于20℃解冻3h,而后加入其5倍体积的处理液中浸泡30min,处理液组成为氯化钠4.5g、氯霉素0.25g、青霉素0.25g、EDTA·2Na 0.25g、无菌水4.09475kg。匀浆。
3.2原料的离心:匀浆液中添加其质量2%的酶,最适条件下酶解,100℃灭酶15min;酶解后冷却至20℃,8000 r/min离心20 min,过滤收集上清液。
3.3单因素实验:分别测定料液比(1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3),加酶量(1%、1.5%、2%、2.5%、3%),酶解时间(0 h、1.5 h、1 h、1.5 h、2 h、2.5 h)对该蛋白酶酶解单环刺螠ACE抑制肽活性的影响。水解完成后于100 ℃保温10 min灭酶,以4000 r/min离心10 min,收集上清液进行ACE抑制活性测定。
3.4响应面优化:确定料液比、加酶量和酶解时间3个单因素的水平分别为:料液比(1∶1.5,1∶2和1∶2.5 g/mL)、加酶量(2%,2.5%和3%)、酶解时间(0.5,1和1.5 h)。以料液比、加酶量和酶解时间三个实验因素为自变量,水解度为响应值,用Design Expert 8.0软件,采用Box-Behnken设计进行响应面优化实验,分析研究这3个因素对提取工艺的影响,以ACE抑制率为指标,确定单环刺螠ACE抑制肽的最佳酶解工艺。单环刺螠自溶酶酶用量 ≥2500U/mg,加酶量3%,料液比1:1.68,温度 37℃下酶解1.5 h,酶解产物 ACE 抑制率最高可达52%。
实施例4:ACE抑制肽的分离纯化。
根据实施例3所优化的酶解工艺,制得粗酶解液,进行纯化。
4.1原料的预处理:称取单环刺螠冷冻品1kg,静置于20℃解冻3h,而后加入其5倍体积的处理液中浸泡30min,处理液组成为氯化钠4.5g、氯霉素0.25g、青霉素0.25g、EDTA·2Na 0.25g、无菌水4.09475kg。匀浆。
4.2原料的离心:匀浆液中添加其质量2%的酶,最适条件下酶解,100℃灭酶15min;酶解后冷却至20℃,8000 r/min离心20 min,过滤收集上清液。
4.3酶解:使用实施例3所优化的单环刺螠自溶酶,酶解条件为:料液比1:1.68、加酶量3%、酶解时间1.5h。
4.4纯化:根据最佳酶解工艺,制备ACE抑制肽,将上述获得酶解液依次通过10kDa、3 kDa、1 kDa,超滤离心,1 kDa以下的组分,检测其ACE抑制率;同时选择超滤离心截留1-3kDa的组分作为对比。
将上述收集1 kDa以下的组分,以及作为对比为1-3kDa的组分用G-25葡聚糖凝胶柱,过滤层析。
将纯化后的酶解液用超低温冷冻干燥,将所得的小于1 kDa冻干粉取出,以50 mg/mL的浓度上样3 mL,洗脱(0.2 mL/min),测吸收值(220 nm),收集样品,每管约3 mL,冻干,配置成50 mg/ml,检测ACE抑制率。采用5%浓缩胶和18%分离胶对最佳酶解条件下制备的ACE抑制肽的分子量进行测定,上样7μL,跑胶。用考马斯亮蓝蛋白快速染液染色观察。
4.5测定ACE抑制率:ACE抑制率的检测参照实施例2进行。
结果可知,所制备的活性最好的ACE抑制肽分子量小于1kDa,且条带较为均一,ACE抑制率在小于1 kDa分子量区间最强,可达83.27±0.53%;同时,作为对比为1-3kDa的组分的抑制率为52.64±3.14%。
实施例5:ACE抑制肽的低温干燥
5.1 干燥载体的选择:按照实施例4大量制备小于1 kDa分子量ACE抑制肽。将纯化累积得到0.6L样品平均分为2份,取1份80℃彻底烘干后测得固形物含量为0.8g/100mL。另一份按每100mL添加1.5g菊粉为助干剂,采用低温喷雾干燥机干燥温度为80℃进行喷雾干燥;两种干燥方式进行比较,采用低温喷雾干燥机干燥的效果突出,其喷雾效果和产物得率为所得粉末为淡黄色或白色,有单环刺螠特殊气味,得率平均为每100mL 2.5-3.5g。同时,也可按每100mL分别添加0.1-2.5g的海藻糖、菊粉、麦芽糊精、β-环糊精、玉米淀粉、脱脂奶粉做为助干剂和载体,而后采用低温喷雾干燥机干燥温度为80℃进行喷雾干燥。
5.2 干燥温度对活性影响的分析:将纯化累积得到0.5L样品平均分为5份,按照上述低温喷雾干燥机干燥条件进行,进调整干燥室温度分别为30、55、80、100、120℃,据出粉效果调整流速。将收集得到的干燥样品溶解后,按照实施例2进行ACE抑制率的测定。结果可知,低温干燥制备的ACE抑制肽效果较好。与冷冻干燥(温度-10—-40摄氏度,压力1.3-13帕,抑制率为49~62%)所得的样品相比,低温喷雾干燥机在30-55℃干燥的样品ACE抑制率可保持在45-60%,由此可见低温喷雾干燥机干燥方式可用于大量生产,并且所得产物可常温保存。
Claims (9)
1.一种单环刺螠中提取ACE抑制肽的方法,其特征在于:将单环刺螠预处理后,加入蛋白酶进行酶解,灭酶后过滤收集上清;通过梯级透析获得粗溶液后,利用柱层析精细纯化,低温干燥得ACE抑制肽干粉;其中,所述酶为单环刺螠自溶酶、地衣芽孢杆菌蛋白酶、胶原蛋白酶、枯草芽孢杆菌蛋白酶、碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶中的一种或多种。
2.按权利要求1所述的单环刺螠中提取ACE抑制肽的方法,其特征在于:所述收集的上清液依次经10kDa、3kDa、1kDa进行梯度透析,收集1kDa以下截留组分。
3.按权利要求1或2所述的单环刺螠中提取ACE抑制肽的方法,其特征在于:
(1)将-20--10℃冷冻储存的单环刺螠置于20-30℃解冻3-5h,去杂质后,加入其5-10倍体积的处理液对其浸泡20-40min,匀浆;
(2)在步骤(1)得到的匀浆液中添加其质量1-3%的酶,调节温度至30-55℃,pH为4-11,酶解1-5h,80-100℃灭酶10-20min,冷却至15-25℃,6000—10000 r/min离心10-30 min,过滤收集上清液;
(3)将步骤(2)所得的上清液依次装入截留分子量10kDa、3kDa、1kDa的透析袋进行梯度透析,每次透析于4-10℃的透析液中透析10-20h,得到1kDa以下截留组分粗溶液;
(4)将步骤(3)所得的ACE抑制肽粗溶液,通过葡聚糖凝胶柱层析进行精细纯化,用含有0.01-0.05mol/L的Zn离子的无菌水洗脱,收集洗脱液经228nm测定吸光度,将吸光度为228nm的洗脱液低温干燥,得ACE抑制肽。
4.按权利要求3所述的单环刺螠中提取ACE抑制肽的方法,其特征在于:所述步骤(1)处理液为:每100mL处理液中含氯化钠0.9g、氯霉素0.05-0.1g、青霉素0.05-0.1g、EDTA·2Na0.05-0.5g,余量为无菌水。
5.按权利要求3所述的单环刺螠中提取ACE抑制肽的方法,其特征在于:所述步骤(3)透析液为0.9%的生理盐水、pH7.0的磷酸盐缓冲液、无菌水中的一种或几种。
6.按权利要求3所述的单环刺螠中提取ACE抑制肽的方法,其特征在于:所述纯化后的ACE抑制肽经超低温冷冻干燥、低温烘干、低温喷雾干燥、低温减压干燥、旋转蒸发干燥中一种或几种方式进行干燥处理。
7.按权利要求6所述的单环刺螠中提取ACE抑制肽的方法,其特征在于:所述低温干燥时采用的助干剂为海藻糖、菊粉、麦芽糊精、β-环糊精、玉米淀粉、脱脂奶粉中的一种或几种;其中,助干剂添加量为所含固形物总体质量的8-200%,干燥温度为30-55℃。
8.一种权利要求1所述方法获得的单环刺螠ACE抑制肽,其特征在于:按权利要求1方法获得分子量为1000Da以下的单环刺螠ACE抑制肽。
9.一种权利要求8所述单环刺螠ACE抑制肽的应用,其特征在于:所述单环刺螠ACE抑制肽在制备作为调理高血压症的食品中的应用。
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