CN116114787A - 一种高效脱除蛋白原料中苯丙氨酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效脱除蛋白原料中苯丙氨酸的方法,属于食品领域。本发明所述的方法可脱除蛋白原料中90%的苯丙氨酸,具有用于制备针对苯丙酮尿症患者的特殊医学用途配方食品或保健品的潜力。本发明所述的方法包括:以天然大米蛋白、乳清蛋白等廉价原料为酶解底物,利用蛋白酶对其进行酶解,得到的酶解物经离心除去不溶物后,收集到的上清液中含有游离的苯丙氨酸,再利用苯丙氨酸解氨酶酶解即得低苯丙氨酸蛋白。本发明通过酶法水解蛋白、脱除苯丙氨酸该方法具有产品原料营养价值高、成本低、制备方法简单、苯丙氨酸脱除率高等优点,是一种有效的低苯丙氨酸蛋白制备方法。
Description
技术领域
本发明属于特医食品领域,具有涉及一种高效脱除蛋白原料中苯丙氨酸的方法。
背景技术
苯丙酮尿症是一种氨基酸代谢障碍性疾病,属于常染色体隐性遗传病,由苯丙氨酸羟化酶编码基因的变异或辅酶四氢生物蝶呤的缺乏导致苯丙氨酸无法正常代谢,从而导致严重且不可逆转的智力障碍、行为障碍和临床特征,例如获得性小头畸形、癫痫、心理症状和皮肤(包括头发和眼睛)的普遍色素沉着不足等。治疗苯丙酮尿症最安全、有效的干预方法是给患者提供低苯丙氨酸含量的食品,从而限制血液中苯丙氨酸含量。然而目前市场上的苯丙酮尿症特医用途配方食品仍存在种类少、营养价值低、价格昂贵、口感差、不能满足各个年龄段患者的需求等问题。因此,针对苯丙酮尿症患者开发一种低成本、易操作、苯丙氨酸脱除率高的方法尤为重要。
目前,制备低苯丙氨酸蛋白主要涉及两大步骤,一是蛋白酶解,二是脱除酶解游离出的苯丙氨酸。在第二个步骤中,已报道的方法主要是使用活性炭、大孔树脂和秸秆粉等吸附剂吸附,但其成本高、选择性差,甚至可能造成环境负担,因此,有必要开发适用于脱除苯丙氨酸的新方法。发明专利申请号CN 112080542A,发明名称为“一种低苯丙氨酸蛋清蛋白肽的制备方法”,该方法使用活性炭作为吸附剂除去苯丙氨酸,其成本高、效率低、操作复杂、选择性差,且具有污染环境的风险。发明专利申请号US08295784,发明名称为“Methodforremoving phenylalanine from proteinaceous compositions,a product soobtained and use thereof”,该方法使用吸附树脂除去苯丙氨酸,成本较高。发明专利申请号CN115386614A,发明名称为“一种两步酶解结合秸秆粉吸附制备低苯丙氨酸乳清蛋白肽的方法”,该方法使用秸秆粉作为吸附剂除去苯丙氨酸,操作复杂且专一性较差。
苯丙氨酸解氨酶是植物体内次生代谢的关键酶和限速酶,可催化L-Phe脱氨生成反式肉桂酸和氨,该酶解方法具有绿色环保、低成本、效率高、专一性强等优势,在保健和食品工业等领域的研究具有较大的应用前景。然而,目前尚未有此应用报道。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种高效脱除蛋白原料中苯丙氨酸的方法,采用本发明的方法不仅可有效脱除蛋白中90%以上的苯丙氨酸,而且可较大程度地保留其它氨基酸,该方法在一定程度克服了现有技术过程复杂、成本高、污染环境等缺陷。同时,制得的低苯丙氨酸植物蛋白可为苯丙酮尿症特殊医学用途配方食品等提供良好蛋白质来源,在特医食品、保健食品等领域有极大的应用价值。
一种高效脱除蛋白原料中苯丙氨酸的方法,其特征在于具体步骤如下:
(1)将蛋白原料进行溶解、超声细胞粉碎处理,得到预处理液;
(2)将预处理液加入中性蛋白酶,得到酶解液;
(3)将酶解液高温灭活后离心处理,得到上清液;
(4)将获得的上清液加入苯丙氨酸解氨酶酶液中进行酶解,从而脱除蛋白原料中的苯丙氨酸。
所述的一种高效脱除蛋白原料中苯丙氨酸的方法,其特征在于,
所述的蛋白原料指的是乳清蛋白或大米蛋白。
所述的一种高效脱除蛋白原料中苯丙氨酸的方法,其特征在于,步骤(1)
中所述的超声细胞粉碎处理的条件为150-170W,5-7min。
所述的一种高效脱除蛋白原料中苯丙氨酸的方法,其特征在于,当蛋白原料指的是乳清蛋白时,步骤(2)中所述加入中性蛋白酶的酶添加量为1000-1200U/g,酶解条件为pH6.9-7.1、49-51℃,恒温49-51℃水解4.8-5.2h。
所述的一种高效脱除蛋白原料中苯丙氨酸的方法,其特征在于,当蛋白原料指的是大米蛋白时,步骤(2)中所述加入中性蛋白酶的酶添加量为4000-4200U/g,酶解条件为pH6.9-7.1、49-51℃,恒温49-51℃水解4.8-5.2h;
所述的一种高效脱除蛋白原料中苯丙氨酸的方法,其特征在于,
步骤(3)中所述的高温灭活的条件为88-92℃下水浴18-20min;
步骤(3)中所述的离心处理的条件为4000-4200r/min下离心18-20min。
所述的一种高效脱除蛋白原料中苯丙氨酸的方法,其特征在于,步骤(4)中所述的苯丙氨酸解氨酶为Nostocsp.ATCC 53789来源;步骤(4)中所述的苯丙氨酸解氨酶在NCBI数据库中的编号为WP_114081775。
所述的一种高效脱除蛋白原料中苯丙氨酸的方法,其特征在于,步骤(4)中所述的苯丙氨酸解氨酶的制备方法包括:根据苯丙氨酸解氨酶编码基因构建重组质粒,将重组质粒热激转化进入大肠杆菌宿主,得到表达苯丙氨酸解氨酶的基因工程菌,将基因工程菌于36-38℃下培养,当菌液OD600值达到0.7-0.8时,降温至17-19℃,在此温度下,使用异丙基硫代吡喃半乳糖苷IPTG诱导11-13h,用高压均质法破碎菌体,将菌液上清依次经亲和层析柱和分子筛分离纯化,即得苯丙氨酸解氨酶酶液。
所述的一种高效脱除蛋白原料中苯丙氨酸的方法,其特征在于,步骤(4)中所述加入苯丙氨酸解氨酶进行酶解条件为pH7.5-8.5、54-57℃,苯丙氨酸解氨酶添加量为70-80μg/mL,恒温54-57℃水解22-24h。
本发明的第一个目的是提供了一种高效脱除蛋白原料中苯丙氨酸的方法,主要包括以下步骤:
(1)将大米蛋白进行溶解、超声细胞粉碎处理,得到预处理液;
(2)将步骤(1)获得的预处理液加入中性蛋白酶,得到酶解液;
(3)将步骤(2)中的酶解液高温灭活后离心处理,得到上清液;
(4)将步骤(3)获得的上清液加入苯丙氨酸解氨酶,从而高效脱除蛋白原料中的苯丙氨酸。
在本发明的一种实施方式中,步骤(1)中大米蛋白溶解后苯丙氨酸的含量为4.2%。
在本发明的一种实施方式中,步骤(1)中所述超声细胞粉碎处理的条件为150W,5min。
在本发明的一种实施方式中,步骤(2)中所述加入中性蛋白酶的酶解条件为pH7.0、50℃,酶添加量为4000U/g,恒温50℃水解5h。
在本发明的一种实施方式中,步骤(3)中所述高温灭活酶的条件为90℃水浴20min。
在本发明的一种实施方式中,步骤(3)中所述离心条件为4000r/min,20min。
在本发明的一种实施方式中,步骤(4)中所述的苯丙氨酸解氨酶为Nostocsp.ATCC53789来源。
在本发明的一种实施方式中,步骤(4)中所述的苯丙氨酸解氨酶在NCBI数据库中的编号为WP_114081775。
在本发明的一种实施方式中,步骤(4)中所述的苯丙氨酸解氨酶的制备方法包括:根据苯丙氨酸解氨酶编码基因构建重组质粒,将重组质粒热激转化进入大肠杆菌宿主,得到表达苯丙氨酸解氨酶的基因工程菌,将基因工程菌于37℃培养,当菌液OD600值达到0.8时,降温至18℃,在18℃条件下,使用异丙基硫代吡喃半乳糖苷(IPTG)诱导12h,用高压均质法破碎菌体,将菌液上清依次经亲和层析柱和分子筛分离纯化,得苯丙氨酸解氨酶酶液。
在本发明的一种实施方式中,步骤(4)中所述加入苯丙氨酸解氨酶的酶解条件为pH 8.0、55℃,酶添加量为75μg/mL,恒温55℃水解24h。
本发明的第二个目的是提供了一种高效脱除乳清蛋白中苯丙氨酸的方法,主要包括以下步骤:
(1)将乳清蛋白进行溶解、超声细胞粉碎处理,得到预处理液;
(2)将步骤(1)获得的预处理液加入中性蛋白酶,得到酶解液;
(3)将步骤(2)中的酶解液高温灭活后离心处理,得到上清液;
(4)将步骤(3)获得的上清液加入苯丙氨酸解氨酶,从而高效脱除乳清蛋白中的苯丙氨酸。
在本发明的一种实施方式中,步骤(1)中乳清蛋白溶解后苯丙氨酸的含量为4.2%。
在本发明的一种实施方式中,步骤(1)中所述超声细胞粉碎处理的条件为150W,5min。
在本发明的一种实施方式中,步骤(2)中所述加入中性蛋白酶的酶解条件为pH7.0、50℃,酶添加量为1000U/g,恒温50℃水解5h。
在本发明的一种实施方式中,步骤(3)中所述高温灭活酶的条件为90℃水浴20min。
在本发明的一种实施方式中,步骤(3)中所述离心条件为4000r/min,20min。
在本发明的一种实施方式中,步骤(4)中所述的苯丙氨酸解氨酶为Nostocsp.ATCC53789来源。
在本发明的一种实施方式中,步骤(4)中所述的苯丙氨酸解氨酶在NCBI数据库中的编号为WP_114081775。
在本发明的一种实施方式中,步骤(4)中所述的苯丙氨酸解氨酶的制备方法包括:根据苯丙氨酸解氨酶基因构建重组质粒,将重组质粒热激转化进入大肠杆菌宿主,得到表达苯丙氨酸解氨酶的基因工程菌,将基因工程菌于37℃培养,当菌液OD600值达到0.8时,降温至18℃,在18℃条件下,使用异丙基硫代吡喃半乳糖苷(IPTG)诱导12h,用高压均质法破碎菌体,将菌液上清依次过亲和层析柱和分子筛,得苯丙氨酸解氨酶酶液。
在本发明的一种实施方式中,步骤(4)中所述加入苯丙氨酸解氨酶的酶解条件为pH 8.0、55℃,酶添加量为75μg/mL,恒温55℃水解24h。
本发明的有益效果为:
(1)本发明中采用中性蛋白酶酶解的主要作用是降解大分子大米蛋白、乳清蛋白,尽可能将苯丙氨酸游离出来;采用高温灭活的方法使中性蛋白酶失去活性,以免对后续酶解实验产生影响;采用离心的目的是为了去除酶解液中的不溶性杂质,提高最终产品纯度;采用苯丙氨酸解氨酶酶解的目的是脱除底物中游离态的苯丙氨酸。
(2)采用本发明使用的苯丙氨酸解氨酶的酶解方法,与现有针对苯丙氨酸的生物吸附剂如活性炭和大孔树脂相比,酶解的方法具有成本低、绿色环保、操作简单、效率高、专一性强等优势,有望缓解针对苯丙酮尿症患者的特殊医学用途配方食品价格昂贵的现状。
(3)采用本发明的方法获得的产品中苯丙氨酸含量约为0.6%~1.0%(占蛋白当量),易于吸收,且具有为苯丙酮尿症患者制备特殊医学用途配方食品的潜力,为植物蛋白在低苯丙氨酸产品中的应用提供了途径。
附图说明
图1为实施例1中RCJ的蛋白表达纯化凝胶过滤层析结果图;
图2为实施例其中RCJ凝胶过滤层析结果对应的SDS-PAGE蛋白胶图,目的条带以黑色矩形框突出显示;
图3为以大米蛋白、乳清蛋白为底物苯丙氨酸脱除率显示图。
具体实施方法
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
苯丙氨酸解氨酶酶活测定及方法:将50μL酶溶液加入450μL Tris-HCL缓冲液中(pH:8.5)预孵育5min后加入50μL L-phe(2mM),反应5min后,在310nm下测定产物吸光值。将每分钟生成1μL的水解产物所需的酶量定义为一个酶活单位U。以灭活的酶液执行相同方法作为空白对照。
反式肉桂酸产物的检测方法:采用高效液相色谱(HPLC)检测反应体系反式肉桂酸的量。色谱条件为:WatersAtlantis d C18色谱柱,柱温为:25℃,流动相溶液为:水(0.1%甲酸)和甲醇(0.1%甲酸),比例为:70:30(v/v),流速:1ml/min,检测波长为:310nm。采用外标法,根据保留时间和峰面积确定相应反式肉桂酸的量。
苯丙氨酸底物的检测方法:采用氨基酸分析仪检测反应体系苯丙氨酸的量。样品前处理:取样品5ml,加入5mL 5%磺基水杨酸溶液混匀,6000g离心力离心10min,吸取全部上清液在旋转蒸发仪中蒸干,加入1mL柠檬酸钠缓冲液溶解后用0.45um膜过滤上样。实验条件:分离柱Na型阳离子树脂层析柱(200mm*4.6mm),紫外检测波长570nm、440nm;柱温:55-65-77℃程序升温,反应槽温度138℃,进样量50μL,缓冲液流速:20mL/h,反应流速:10mL/h。
苯丙氨酸脱除率:采用氨基酸分析仪,具体是:苯丙氨酸含量测定如上所述,苯丙氨酸脱除率按照下式进行计算:
蛋白质含量测定:参照GB5009.5-2016通过凯氏定氮法测得蛋白含量。
实施例1:一种高效脱除大米蛋白中苯丙氨酸的方法,包括以下步骤:
1.苯丙氨酸解氨酶的制备
将以苯丙氨酸解氨酶基因构建的重组质粒pET-28b-RCJ热激转化进入Escherichia coli Transetta(DE3)宿主,构建表达苯丙氨酸解氨酶的基因工程菌。将上述基因工程菌于37℃培养,当菌液OD600值达到0.8时,在18℃条件下,使用异丙基硫代吡喃半乳糖苷(IPTG)诱导14h,后经高压均质法破碎菌体后,将菌液上清依次过亲和层析柱(镍柱)、阴离子交换柱和凝胶过滤层析(Superdex200)后制得苯丙氨酸解氨酶酶液(5.1mg/mL),凝胶过滤层析结果图如图1所示,对应的SDS-PAGE如图2所示。苯丙氨酸解氨酶在NCBI数据库中的编号为LWSY01000099。
2.蛋白酶解
(1)大米蛋白的溶解及粉碎处理
称取0.5g大米蛋白溶于10ml水中,震荡混匀,用超声细胞粉碎处理,得到预处理液。
(2)中性蛋白酶处理
将预处理液中加入100U/mg中性蛋白酶0.02g,于pH 7.0、50℃下水解5h,90℃酶灭活20min,冷却后于4000rpm离心20min获得上清液,通过氨基酸分析仪测得苯丙氨酸的含量。
(3)苯丙氨酸解氨酶酶解
向上述所得上清液中加入7.5μg/mL苯丙氨酸解氨酶,在50℃水浴锅中反应24h,获得低苯丙氨酸的酶解液。以灭活的酶液执行相同方法作为空白对照,通过氨基酸分析仪测得苯丙氨酸的含量。
3.苯丙氨酸脱除率分析:经氨基酸分析仪分析,苯丙氨酸最大脱除率可达85%。
4.产物反式肉桂酸分析:经HPLC分析,产物中含反式肉桂酸4.7mg。
实施例2:一种高效脱除乳清蛋白中苯丙氨酸的方法,包括以下步骤:
1.苯丙氨酸解氨酶的制备
将以苯丙氨酸解氨酶基因构建的重组质粒pET-28b-RCJ热激转化进入Escherichia coli Transetta(DE3)宿主,构建表达苯丙氨酸解氨酶的基因工程菌。将上述基因工程菌于37℃培养,当菌液OD600值达到0.8时,在18℃条件下,使用异丙基硫代吡喃半乳糖苷(IPTG)诱导14h,后经高压均质法破碎菌体后,将菌液上清依次过亲和层析柱(镍柱)、阴离子交换柱和分子筛(Superdex200)后制得苯丙氨酸解氨酶酶液(5.1mg/mL)。苯丙氨酸解氨酶在NCBI数据库中的编号为LWSY01000099。
2.蛋白酶解
(1)乳清蛋白的溶解及粉碎处理
称取0.5g乳清蛋白溶于10ml水中,震荡混匀,用超声细胞粉碎处理,得到预处理液。
(2)中性蛋白酶处理
将预处理液中加入1000U/g中性蛋白酶2g,于pH 7.0、50℃下水解5h,90℃酶灭活20min,冷却后于4000rpm离心20min获得上清液,通过氨基酸分析仪测得苯丙氨酸的含量。
(3)苯丙氨酸解氨酶酶解
向上述所得上清液中加入7.5μg/mL苯丙氨酸解氨酶,在50℃水浴锅中反应24h,获得低苯丙氨酸的酶解液。以灭活的酶液执行相同方法作为空白对照,通过氨基酸分析仪测得苯丙氨酸的含量。
3.苯丙氨酸脱除率分析:经氨基酸分析仪分析,苯丙氨酸最大脱除率可达90%。其中以大米蛋白、乳清蛋白为底物苯丙氨酸脱除率由图3显示;
4.产物反式肉桂酸分析:经HPLC分析,产物中含反式肉桂酸4.7mg。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。
Claims (9)
1.一种高效脱除蛋白原料中苯丙氨酸的方法,其特征在于具体步骤如下:
(1)将蛋白原料进行溶解、超声细胞粉碎处理,得到预处理液;
(2)将预处理液加入中性蛋白酶,得到酶解液;
(3)将酶解液高温灭活后离心处理,得到上清液;
(4)将获得的上清液加入苯丙氨酸解氨酶酶液中进行酶解,从而脱除蛋白原料中的苯丙氨酸。
2.根据权利要求1所述的一种高效脱除蛋白原料中苯丙氨酸的方法,其特征在于,所述的蛋白原料指的是乳清蛋白或大米蛋白。
3.根据权利要求1所述的一种高效脱除蛋白原料中苯丙氨酸的方法,其特征在于,
步骤(1)中所述的超声细胞粉碎处理的条件为150-170W,5-7min。
4.根据权利要求1所述的一种高效脱除蛋白原料中苯丙氨酸的方法,其特征在于,当蛋白原料指的是乳清蛋白时,步骤(2)中所述加入中性蛋白酶的酶添加量为1000-1200U/g,酶解条件为pH6.9-7.1、49-51℃,恒温49-51℃水解4.8-5.2h。
5.根据权利要求1所述的一种高效脱除蛋白原料中苯丙氨酸的方法,其特征在于,当蛋白原料指的是大米蛋白时,步骤(2)中所述加入中性蛋白酶的酶添加量为4000-4200U/g,酶解条件为pH6.9-7.1、49-51℃,恒温49-51℃水解4.8-5.2h。
6.根据权利要求1所述的一种高效脱除蛋白原料中苯丙氨酸的方法,其特征在于,
步骤(3)中所述的高温灭活的条件为88-92℃下水浴18-20min;
步骤(3)中所述的离心处理的条件为4000-4200r/min下离心18-20min。
7.根据权利要求1所述的一种高效脱除蛋白原料中苯丙氨酸的方法,其特征在于,
步骤(4)中所述的苯丙氨酸解氨酶为Nostocsp.ATCC53789来源;
步骤(4)中所述的苯丙氨酸解氨酶在NCBI数据库中的编号为WP_114081775。
8.根据权利要求1所述的一种高效脱除蛋白原料中苯丙氨酸的方法,其特征在于,步骤(4)中所述的苯丙氨酸解氨酶的制备方法包括:根据苯丙氨酸解氨酶编码基因构建重组质粒,将重组质粒热激转化进入大肠杆菌宿主,得到表达苯丙氨酸解氨酶的基因工程菌,将基因工程菌于36-38℃下培养,当菌液OD600值达到0.7-0.8时,降温至17-19℃,在此温度下,使用异丙基硫代吡喃半乳糖苷IPTG诱导11-13h,用高压均质法破碎菌体,将菌液上清依次经亲和层析柱和分子筛分离纯化,即得苯丙氨酸解氨酶酶液。
9.根据权利要求1所述的一种高效脱除蛋白原料中苯丙氨酸的方法,其特征在于,步骤(4)中所述加入苯丙氨酸解氨酶进行酶解条件为pH7.5-8.5、54-57℃,苯丙氨酸解氨酶添加量为70-80μg/mL,恒温54-57℃水解22-24h。
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