HU231308B1 - Method for separating major protein fractions in milk by hplc - Google Patents

Method for separating major protein fractions in milk by hplc Download PDF

Info

Publication number
HU231308B1
HU231308B1 HUP2100384A HUP2100384A HU231308B1 HU 231308 B1 HU231308 B1 HU 231308B1 HU P2100384 A HUP2100384 A HU P2100384A HU P2100384 A HUP2100384 A HU P2100384A HU 231308 B1 HU231308 B1 HU 231308B1
Authority
HU
Hungary
Prior art keywords
milk
eluent
casein
separation
beta
Prior art date
Application number
HUP2100384A
Other languages
Hungarian (hu)
Inventor
Henrietta Buzás
Szafner Gábor Dr.
Original Assignee
Magyar Tejgazdasági Kísérleti Intézet Kft.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Magyar Tejgazdasági Kísérleti Intézet Kft. filed Critical Magyar Tejgazdasági Kísérleti Intézet Kft.
Priority to HUP2100384A priority Critical patent/HU231308B1/en
Publication of HUP2100384A1 publication Critical patent/HUP2100384A1/en
Publication of HU231308B1 publication Critical patent/HU231308B1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography
    • G01N30/26Conditioning of the fluid carrier; Flow patterns
    • G01N30/28Control of physical parameters of the fluid carrier
    • G01N30/34Control of physical parameters of the fluid carrier of fluid composition, e.g. gradient
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A23FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23CDAIRY PRODUCTS, e.g. MILK, BUTTER OR CHEESE; MILK OR CHEESE SUBSTITUTES; MAKING THEREOF
    • A23C9/00Milk preparations; Milk powder or milk powder preparations
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A23FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23LFOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L33/00Modifying nutritive qualities of foods; Dietetic products; Preparation or treatment thereof
    • A23L33/10Modifying nutritive qualities of foods; Dietetic products; Preparation or treatment thereof using additives
    • A23L33/17Amino acids, peptides or proteins
    • A23L33/19Dairy proteins
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/02Food
    • G01N33/04Dairy products

Description

Eljárás tejben lévő fő fehérjefrakciók elválasztására HPLC segítségével

A TALÁLMÁNY SZAKTERÜLETE

A találmány tárgya javított eljárás tejfehérjék frakcionálására, amely lehetővé teszi a tejben lévő fő fehérjefrakciók egyidejű minőségi és mennyiségi elválasztását, különösen a béta-kazein frakció A1 és A2 genetikai variánsainak elválasztását.

TECHNIKA ÁLLÁSA

A tejipar világszerte sok ember számára jelentős bevételi forrást jelent, a tejtermékek pedig jelentős táplálékforrást jelentenek például tej, sajt, joghurt és egyéb termékek formájában. Az emberiség fehérjeellátásában a tejnek, mint olyan állati terméknek, amely jó hatásfokkal és nagy mennyiségben állítható elő, jelentős szerepe van. A tej tartalmazza az ember számára nélkülözhetetlen fehérjéket, esszenciális aminosavakat, zsírokat, oly mértékben, hogy 0,3 liter tej az ember napi szükségletének 20-60%-át fedezni tudja ezekből a tápanyagokból. A tejet termelő tehén, kecske, juh és kanca jórészt olyan takarmányokból állítja elő az ember számára szinte nélkülözhetetlen élelmiszert, amelyek humán fogyasztásra alkalmatlanok, a kérődzők és a ló kivételével pedig más gazdasági állatfaj nehezen hasznosítaná azokat. A tejipar sikerének legalább egy része a különböző szarvasmarhafajták tejtermelésének fokozott hatékonyságának, valamint a tejfeldolgozási képességek javított hatékonyságának köszönhető.

Az ember tápanyagszükségletének kielégítéséhez feltétlenül szükség van állati eredetű élelmiszerekre is, mert a növényi táplálékok az ember számára esszenciális aminosavakból, zsírsavakból, makro- és mikroelemekből rendszerint keveset vagy nem a megfelelő arányban tartalmaznak. A tej állandó, az emberi szervezet tápanyagellátása szempontjából kiegyensúlyozott összetétele eleget tesz azoknak a kívánalmaknak, hogy a növényi eredetű élelmiszereket megfelelő módon kiegészítse.

Az anyatej speciális helyet foglal el az élelmiszerek között, mert a születés utáni első időszakban szinte az egyedüli tápláléka az újszülöttnek. Az anyatej minden olyan fontos tápanyagot tartalmaz, különösen a fehérje és az ásványi anyagok vonatkozásában, amelyre az újszülöttnek a növekedéséhez és fejlődéséhez szüksége van. Amennyiben a csecsemő táplálása nem megoldható anyatejjel akkor különböző - jellemzően tehéntej alapú - tápszerekkel lehetséges a táplálás. Bár a csecsemőkor után az anyatej (vagy tehéntej alapú tápszer) már nem kizárólagos tápláléka a gyermeknek, a táplálkozásba belépő tehéntej vagy tejtermékek a továbbiakban is fontos szerepet töltenek be a fiatal szervezet tápanyagellátásában, tápanyagigényének kielégítésében. A tej és tejtermékek a felnőttek táplálkozásában is fontos szerepet töltenek be nem csupán azért, mert minden fontos tápanyagot tartalmaznak, hanem azért is, mert gazdagok azokban a komponensekben, amire a felnőtt szervezetnek szüksége lehet. Tej és tejtermékek nélkül szinte lehetetlen a szervezet megfelelő tápanyagellátását biztosítani. Érdemes megemlíteni, hogy a különböző élelmiszerek megfelelő arányban kombinálva képesek egymást kiegészíteni, és egy kiegyensúlyozott, ideális tápanyagösszetételt adni. E szempontból is jelentős a tej, hisz a zöldségeket képes megfelelően kiegészíteni.

A tej összetétele, az alkotórészek aránya sok tényezőtől függ, és természetesen alapvetően eltérő lehet az állatfajtól, fajtától függően is.

A fehérjék aránya a tehéntejben kb. 3,1-3,4%. Általában 0,3-0,5%-kal mindig kevesebb a fehérjetartalom, mint a zsírtartalom. A tejben kétféle nagy fehérjecsoportot különböztetünk meg, amelyek további összetevőkre oszthatók: (i) a kazeinfehérjék (aS1-, aS2-, β-, κ-kazein): foszfortartalmú fehérjék, az összes fehérjetartalom kb. 80%-át adják, jellemzőjük, hogy sav (4,6 pH-nál) és oltó hatására denaturálódnak, ezzel a tej alvadását okozzák, amelyre épül a savanyú készítmények és részben a túró- és sajtfélék gyártásának technológiája, valamint a (ii) a savófehérjék, amelyek a legtöbbje sav és oltó hatására nem denaturálódik, hőre viszont érzékenyek, amely hődenaturáció kb. 60 °C-tól kezdődik, 90 °C felett válik jelentősebb mértékűvé, fő összetevői:- vérszérum albumin,- laktalbumin (hő hatására könnyen kicsapódik),α-, β-laktoglobulin,- immunglobulinok, valamint (iii) egyéb fehérjék, membrán és burokfehérjék, amelyek az összes fehérje mindössze 1%-át adják, globulárisak, oltó hatására nem, de 100 °C-on Ca-ionok jelenlétében és sav hatására (4,6 pH alatt) kicsapódnak és fontosak mint másodlagos emulgeátorok is.

A tejfehérje különböző frakciókból áll, amelyek közül a kazein a tejfehérje 80, míg a savófehérjék a tejfehérje 20%-át teszik ki. A kazein négy frakcióra bontható: aS1-, aS2-, β- és κ-kazeinre. Az egyes kazeinfrakciók jelentős mértékben különböznek a foszfortartalomban. Az αés β-kazein 1,0 és 0,6% foszfort tartalmaz, míg a κ- és γ-kazein foszfortartalma 0,2 és 0,1%. A foszfortartalom a micella stabilitásában játszik jelentős szerepet. A tej fő savófehérje-frakciója a szérumalbumin, a β-laktoglobulin, az α-laktalbumin és a globulinok. A proteóz-pepton frakció, amely 11% szénhidrátot tartalmaz, és ellentétben a többi savófehérje-frakcióval, nem csapódik ki 100 °C-ra felmelegítve, miután pH=4,7-re savanyították, szintén a savófehérje részének tekinthető. Az ismertetett fehérjefrakciókon kívül sok változat és genotípus fordul elő, amelyek aminosav-összetételükben és egyes tulajdonságaikban különböznek egymástól, így a tejfehérjekomponensek száma több, mint 50-re tehetők. Néhány fehérjeváltozatot genetikai variánsnak tekintenek, mert a különböző populációkban különböző mennyiségben fordulnak elő, és vannak olyan genetikai variánsok is, amelyek egyes populációkban egyáltalán nem is fordulnak elő. Ezen variánsok egy részéről azt feltételezik, hogy genetikailag egy másik tejkomponenssel vagy tejtulajdonsággal vannak kapcsolatban, mint amilyen pl. a hőstabilitás, az oltós alvadási készség vagy a tőgygyulladással szembeni ellenálló képesség.

1. táblázat. A tej fehérjefrakciói

Fehérjefrakció Variánsok % a tejfehérjében % a kazeinben ill. a savófehérjében Átlag (%) Szélsőértékek (%) Átlag (%) Szélsőértékek (%) Kazein frakciók αs-kazein A, B, C, D 43,5 35-63 54,2 48-60 κ-kazein A, B 10,7 8-15 13,3 7-21 β-kazein A1, A2, A3 B, Bz, (B12) 24,2 19-35 30,1 26-40 C, D, E Savófehérje frakciók Szérumalbumin 0,9 0,5-1,3 4,6 2-8 β-laktoglobulin A, B, C, D, Dr 9,6 7-14 48,7 44-59 α-laktalbumin A, B, C 3,7 2-5 18,8 17-22 Globulinok IgG, IgM, IgA 2,2 1-4 11,2 8-17 Proteóz-pepton 4 frakció 3,3 2-6 16,8 10-19

Az 1. táblázat a tej fehérjefrakcióit, azok átlagos koncentrációját és szélsőértékeit mutatja. Az adatok nagyszámú irodalmi adat átlagai. A táblázatban a fő fehéijefrakciók variánsai is megtalálhatók.

A nyerstej egyes fehérjefrakcióinak meghatározására számos módszer ismert a technika állásában. Az US 6096870A (Sepragen Corporation, 2000-08-01) számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás például eljárást ismertet a tejsavó fehérjék egymás utáni kromatográfiás elválasztására. A fehérjéket kationcserélő oszlopon kötik meg kimosva a laktózt, ásványi anyagokat, tejsavat és nitrogént nem tartalmazó komponenseket. Ezt követően eluálják az immunglobulint és a béta-laktoglobulint, majd ettől elkülönítve külön-külön frakciókban az alfalaktalbumint, szérum albumint, laktoferrint, laktoperoxidázt. A szabadalmi leírás további bonyolult kétoszlopos eljárást ismertet a fenti fehérjék elválasztására. A szabadalmi leírás csak a tejsavó fehérjék elválasztását ismerteti, így a tejben megtalálható további fehérjékről és azok elválasztásáról nem esik szó, így a kazein nagyfelbontású elválasztásáról sem esik szó. Az elválasztási eljárás több egymás utáni elválasztási lépésből áll, így gyorsnak sem mondható.

Az ES 2144356 B1 (Universidad de Alcalá, 2000-06-01) számú spanyol szabadalmi leírás eljárást ismertet tehéntej tejsavó fehérjéinek gyors HPLC-s elválasztására. Az elválasztási eljárás három lépéses lineáris és bináris gradienst alkalmaz acetonitril-víz-trifluorecetsav elegyét tartalmazó eluenssel. Az áramlási sebesség 3 ml/perc. Az alkalmazott gradiens során 1,7 perc alatt a B% 5-ről 25%-ra növekszik, 0,3 perc alatt a B% 25-ről 34%-ra növekszik, 3 perc alatt a B% 34-ről 41%-ra nő, majd végül 1 perc alatt a B% 5%-ra csökken és újabb 1 perc szükséges a kiegyenlítéshez. Összességében az elválasztás 7 percet vesz igénybe. Az oszlop hőmérséklete 60°C, a detektálás 254 nm hullámhosszon történik. Az eljárás lehetővé teszi a tehéntej tejsavó fehérjéinek gyors kimutatását tejtermékekből. A szabadalmi leírás azonban csak a tejsavó fehérjék elválasztását ismerteti, így a tejben megtalálható további fehérjékről és azok elválasztásáról nem esik szó, így a kazein nagyfelbontású elválasztását sem ismertetik.

Az CN 105044222 A (UNIV SHANGHAI JIAOTONG, 2015-11-11) kínai szabadalmi irat eljárást ismertet bioaktív polipeptidek azonosítására fermentált tejben. A bioaktív polipeptidek azonosítása genetikai információ feltérképezésén alapul és az eljárási lépések HPLC elválasztási eljárástól eltérő bonyolult vizsgálatokat tartalmaznak.

A Bobe és mtsai. Separation and Quantification of Bovine Milk Proteins by ReversePhase High-Performance Liquid Chromatography, J. Agric. Food Chem. 1998, 46, 458-463 publikáció analitikai eljárást ismertet tejfehérjék elválasztására és mennyiségi meghatározására a hat legfontosabb tehéntej-fehérje és azok genetikai variánsaira vonatkozóan, ahol HPLC-s elválasztási eljárás szűrési lépés elhagyásával 2 óra alatt elvégezhető. A mintaelőkészítés során a vizsgálandó tejmintát 1:1 térfogatarányban hígítják az A mintapufferrel, szobahőmérsékleten inkubálva 1 órán keresztül a mintát, majd 16000 g-n 5 percig centrifugálják. A zsírréteg eltávolítása után a mintát 1:3 arányban hígítják a mintapufferrel, majd szűrés nélkül injektálják az oszlopra. Az A mintapuffer összetétele: 0,1M BisTRis puffer, 6M Guanidin-hidroklorid, 5,37 mM nátrium-citrát, 19,5 mM ditiotreitol. A B mintapuffer összetétele: 4,5 M guanidinhidroklorid A az A eluensben oldva. Az A eulens összetétele: 100:900:1 térfogatarányú acetonitril:víz:trifluorecetsav. A B eluens összetétele: 900:100:1 térfogatarányú acetonitril:víz: trifluorecetsav. A HPLC elválasztáshoz C-18 kolonna szobahőmérsékleten üzemel, a minta áramlási sebessége 1,2 ml/perc, a detektálási hullámhossz 220 nm. Az elválasztási eljárás gradiens elúcióval történik, amely 27 B% értékről indul, majd 2 perc alatt 32 B%-ra emelkedik. Ezt követően lassú lineáris emelkedés következik a B eluens arányában, 34,9 perc alatt 48,4 B%ra emelkedik, majd 4 perc alatt 50,2 B%-ra emelkedik, miután 2,1 perc alatt visszaáll a kiindulási értékre és 9 percig tart az oszlop újbóli egyensúlyba hozatala, amely végső soron 52 perces futási időt eredményez. A publikációban ismertetett információk alapján a tejfehérjék egyes genetikai variánsai nem választhatók szét teljes egészében, így például a béta-kazein A1 és A2 variánsai egy csúcs alatt, egyszerre eluálódnak az oszlopról, így e két fontos genetikai variáns elválasztása nem lehetséges e módszerrel. A fehérjék elválasztására szolgáló idő nem elég rövid ahhoz, hogy kiszolgálja azt az igényt, hogy tömeges tejminta tejfehérje vizsgálata megtörténhessen egy napon belül.

A Ma és mtsai. A rapid analytical method of major milk proteins by reversed-phase highperformance liquid chromatography, Animal Science Journal (2017) című publikáció gyors és automatizált vizsgálati eljárást ismertet a legfontosabb tehéntej-fehérjék HPLC-s elválasztására. Az eljárás futási ideje 30 perc. A mintaelőkészítő oldatok és eluensek megegyeznek az előző dokumentum szerintivel, míg az eluens gradiens eltér: 10 perc alatt a B% 10-ről 50%-ra emelkedik, majd 20 perc alatt B% 50%-ról 80%-ra emelkedik. A detektálási hullámhossz 214 nm és a termosztát hőmérséklete 40°C. Az eljárás, jóllehet a legfontosabb tejfehérjék gyors és automatizált elválasztását eredményezi, annak felbontása elmarad az előző dokumentum szerinti megoldásétól és a kromatogramról is jól látható, hogy az egyes genetikai variánsok, különösen a béta-kazein A1 és A2 variánsainak szétválasztását nem teszi lehetővé.

A Yüksel és mtsai. Detection of the milk proteins by RP-HPLC GIDA / The Journal of FOOD 2010, Vol. 35, Issue 1, p5-11 című publikáció a legfontosabb tejfehérjék elválasztását ismerteti RP-HPLC segítségével. A mintaelőkészítő oldatok és eluensek megegyeznek a Bobe és mtsai. publikáció szerintivel, a teljes futási idő 30 perc, az oszlop hőmérséklete 25°C, az áramlási sebesség 1,0 ml/perc, a detektálás hullámhossza 220 nm. Az eluens gradiens 20% B%-ról indul, amely 27,8 perc alatt emelkedik 46% B% értékre, majd 2,4 perc alatt áll vissza a kiindulási értékre. Azon túl, hogy az elválasztási paraméterek egy része eltér, a B% végső értéke 46%-ra emelkedik. A leírásban azonban nem derül ki egyértelműen, hogy ezt az értéket első pillanattól ezen az értéken tartják, vagy folyamatos emelkedéssel érik el ezt az értéket az elúció végére. Az ismertetett eljárás hátránya az, hogy a tejfehérjék genetikai variánsainak, különösen a béta-kazein A1 és A2 variánsainak elválasztása nem történik meg ezzel a módszerrel.

A Vincent és mtsai. Quantitation and identification of intact major milk proteins for High-Throughput LC-ESI-Q-TOF MS Analyses PLOS ONE, 2016.10.17. DOI:10.1371/journal.pone.0163471 című publikáció HPLC és MS elválasztási módszer fejlesztését ismerteti a legfontosabb tejfehérjék és genetikai variánsaik elválasztására. A módszerfejlesztés vizsgálata során számos a technika állásában is ismertetett paramétert vizsgálnak az elválasztással kapcsolatban, ahol a HPLC-s elválasztási lépésnél a Bobe és mtsai. dokumentumban ismertetett oldatokat és paramétereket veszik alapul és vizsgálják különböző gradiens elúciós arányok hatását is a felbontásra. A módszerfejlesztés eredményeként kimondható, hogy önmagában az RP-HPLC elválasztás nem volt elégséges a tejfehérjék genetikai variánsainak, különösen a béta kazein A1 és A2 variánsainak tökéletes szétválasztására és mennyiségi meghatározására. Ennek elérése csak a szétválasztott minták MS analízisével volt megvalósítható, amely jelentősen növeli a vizsgálat költségeit és a vizsgálati időt.

A Rotkaja és mtsai. Reversed-Phase High-Performance Liquid Chromatography Analysis of beta-Lactoglobulin and alpha Lactalbumin in Different Types of milk Material Science and Applied Chemistry, 2016.10.08, doi: 10.1515/msac-2016-0007, 2016/33, 36-39 című publikáció alfa-laktalbumin és béta laktoglobulin tejsavó fehérjék szétválasztására szolgáló HPLC eljárást ismertet. A vizsgálat nem terjed ki a tejfehérjék összes frakciójának és variánsaiknak a gyors elválasztására.

Napjainkban számos kutatás foglalkozik az egyes tejfehérje frakciók és azok variánsainak, elsősorban a béta-kazein A1 és A2 variánsainak az élettani tulajdonságokra gyakorolt hatásának vizsgálatával.

Az A1-es típusú béta-kazeint összefüggésbe hozzák - mind ember-, mind egérkísérletben - bélgyulladásokkal, az irritábilis bélszindrómával (IBS), 1-es típusú cukorbetegség kialakulásával (Robert Elliott 1993 Új Zéland és Bryndis Eva Birgisdottir 2006 Izland), megnövekedett emésztési idővel, szérumban emelkedett gyulladás markerekkel. Kínában, 2014ben végeztek el egy kutatást/klinikai kísérletet 104 jelentkezőn, amelyekből 23 laktóz intoleranciával rendelkezett, 45 pedig bevallottan tehéntej intoleranciával rendelkezett. A két csoport dupla vak kísérletben vett részt, ahol az egyik csoportban a jelentkezők csak A2 bétakazeint tartalmazó tejet kaptak, míg a kettes csoportban a jelentkezők vegyesen A1 és A2 bétakazeint tartalmazó (60-40 %) tejet kaptak. A kutatók hipotézise az volt, hogy az olyan tej fogyasztása, ami tartalmaz A1 béta-kazeint, emésztőrendszeri panaszokat okoz, a gyulladást jelző markerek nagyobb koncentrációját eredményezi a vérszérumban. A feltételezés beigazolódott, mert a kutatásban bebizonyosodott, hogy az A1 béta-kazeint és A2 béta-kazeint is tartalmazó tej (60-40%) esetében súlyosbodtak az emésztőrendszeri panaszok, megnőtt a felszívódási idő, megnövekedtek a vérben a gyulladást jelző markerek koncentrációi, csökkent a széklet összes rövid láncú zsírsav tartalma, míg a csak A2 béta-kazeint tartalmazó tej esetében semmilyen negatív hatást nem tudtak kimutatni, ami azt igazolta, hogy a mindkét kazein fajtát tartalmazó tej esetében csak az A1 béta-kazein okozhatta az erősödő negatív hatásokat.

A laktóz intoleráns betegek esetében kimutatható volt, hogy a mindkét béta-kazeint tartalmazó tej nagyobb mértékben súlyosbította a betegek emésztőrendszeri panaszait, az emésztőrendszeri áthaladási időt (gastrointestinal transit time), mint a laktóz toleráns betegek esetében, viszont a csak A2 béta-kazeint tartalmazó tej nem növelte a laktóz intoleráns csoportban a panaszokat. Ebből arra lehet következtetni, hogy a laktóz intoleráns betegek esetében a panaszok erősödését vélhetően az A1 béta-kazein okozta.

A WO 2015/187795 A1 (Abbott Laboratories, 2015-12-10) számú nemzetközi PCT közzétételi irat eljárást és készítményeket ismertet a fogyasztók metabolikus egészségének javítására. Azt feltételezik, hogy a béta-kazein A1 genetikai variánsa összefüggésben lehet az 1típusú cukorbetegséggel. A találmány tárgya olyan készítmények biztosítása, amelyek tehéntej béta-kazein A2 genetikai variánsát tartalmazzák lipofil anyagokkal együtt. A szabadalmi leírás nem ismerteti a tejfehérjék gyors és nagy felbontású frakcionálását, amely alapján a fehérjék és azok genetikai variánsai elválaszthatók lennének.

Az US 2003/0017250 A1 (Elliott et al., 2003-01-23) amerikai egyesült államokbeli irat eljárást ismertet nem diabetogén tejtermékek kiválasztására, feldolgozására, valamint nem diabetogén tejet termelő tehenek fajtanemesítésére. A diabetogén fehérje variánsok elválasztását SDS PAGE gélelektroforézises vizsgálattal végzik, amelynek kivitelezése hosszú és bonyolult.

A fent felsorolt publikációk mellett azonban a szakirodalomban több olyan publikáció is ismert, amelyekben a kutatók ellentétes megállapításokat tettek. Truswell 2005-ös rewiev cikkében nem talált összefüggést a béta-kazein A1 és A2 variánsa, valamint a diabétesz, kardiovaszkuláris vagy egyéb emésztési betegségek között.

Daniloski és munkatársai (2021) szintén nem találták egyértelműen megalapozottnak a béta-kazein A1 és A2 variánsa, valamint a különböző diabetogén hajlandóság és más egyéb emésztőrendszeri zavar közti összefüggést.

A bemutatott szakirodalmakból is jól látható, hogy az egyes fehérjefrakciók variánsai jelen esetben a béta-kazein A1 és A2 - jelenleg a kutatók által nagy érdeklődésre számottevő téma, azonban a tudomány jelenlegi álláspontja nem egységes, mégis igény mutatkozik olyan elválasztási módszerrel, ahol a két variáns elválasztása jól elhatároltan megtörténik.

A technika állása szerinti dokumentumokat és azok tartalmát a leírás részének tekintjük, különös tekintettel az alkalmazott definíciók ismertetését illetően.

A fentiek alapján tehát számos szabadalmi irat ismertet olyan eljárást, amely a tej fehérjefrakcióinak elválasztására szolgál. Ezek egy része HPLC folyadékkromatográfiás eljárás, ahol az eljárások továbbfejlesztésének egyik célja a gyors analitikai elválasztás, míg a másik cél a gyors futtatási idő mellett a minél jobb felbontású analitikai vizsgálat, a fehérjefrakció minél pontosabb szétválasztása.

A technika állásának feltárásából szakember számára nyilvánvaló, hogy továbbra is nagy igény mutatkozik olyan elválasztási módszerekre, amelyek lehetővé teszik a tej fehérjefrakciójának minél megfelelőbb elválasztását, valamint azok pontosabb mennyiségi elemezhetőségét.

A találmány célja az eddigi megoldások hibáinak kiküszöbölése, és egy eljárás biztosítása, amely az eddigieknél gyorsabban, de nagyobb felbontás mellett képes a tej fehérjefrakcióinak szétválasztására. A találmány szerinti megoldással olyan elválasztási eljárást sikerült kidolgozni, amely képes a tej fő fehérjefrakcióinak rövid időn belüli minőségi és mennyiségi elválasztására oly módon, hogy a fehéijefrakciók, különösen a β-kazein A1 és A2 variánsaira vonatkozóan is minőségi és mennyiségi adatokkal szolgál.

A TALÁLMÁNY ÁLTALÁNOS ISMERTETÉSE

MŰSZAKI PROBLÉMA

Továbbra is igény mutatkozik tehát olyan eljárásra, amely gyors és nagyon pontos elválasztási módszert biztosít a tej fő fehérjefrakcióinak minőségi és mennyiségi szétválasztására. A technika állása szerinti megoldások nem biztosítanak olyan módszereket, amelyek alkalmasak lennének az olyan nagy felbontású gyors elválasztásra, amelyben a tej fő fehérjefrakciói, különösen a β-kazein A1 és A2 variánsai minőségileg és mennyiségileg elválaszthatók lennének.

A PROBLÉMA MEGOLDÁSA

Kutatásaink során azt találtuk, hogy az eddig ismert módszerek továbbfejlesztésével meghatározott rendszerfeltételek mellett specifikus elúciós gradiens alkalmazásával a tej fehérjefrakciói rövid időn belül jó felbontással minőségileg és mennyiségileg elválaszthatók. Ennek eredményeképpen bármely tejminta fehérjefrakcióinak összetétele gyorsan, például 20 perc és 1 óra közötti időtartam alatt meghatározhatók. A tej fő fehérjefrakcióinak elválasztása mellett a β-kazein A1 és A2 genetikai variánsai is jól elválaszthatók a találmány szerinti eljárással.

Találmányi felismerésünk, tehát az, hogy kidolgoztunk egy gradiens elúciót alkalmazó, nagy hatékonyságú, HPLC eljárást, amely képes az előzőekben ismertetett problémák kiküszöbölésére.

A TALÁLMÁNY RÖVID ISMERTETÉSE

A találmány tárgya eljárás tejfehérjék frakcionálására, amely lehetővé teszi a tejben lévő fő fehérjefrakciók egyidejű minőségi és mennyiségi meghatározását, továbbá a béta-kazein frakció A1 és A2 genetikai variánsainak elválasztását, amely eljárás a következő lépéseket tartalmazza:

a) előkészítjük a mintát,

b) az előkészített mintát szűrés nélkül injektáljuk az oszlopra,

c) A és B eluensek alkalmazásával gradiens elúciót végzünk,

d) a fő fehérjefrakciókat a kromatogramon megjelenő csúcsok alapján különítjük el, azzal jellemezve, hogy a c) lépésben az oszlop hőmérséklete 35-45°C-on, előnyösen 40°C-on termosztált, az áramlási sebesség 1,0-1,2 ml/perc, előnyösen 1,1 ml/perc, és a gradiens elúció az alábbi:

- 0,5 percig 70,9% A eluens és 29,1% B eluens, majd

- 20 perc alatt az A eluens mennyisége egyenletesen 54,0%-ra csökken, míg a B eluens mennyisége 46,0 %-ra nő, és

- 0,1 perc alatt az A eluens mennyisége 70,9%-ra nő és a B eluens mennyisége 29,1%-ra csökken.

A találmány tárgya továbbá az eljárás alkalmazása a béta-kazein A1 és A2 genetikai variánsainak azonosítására.

A TALÁLMÁNY RÉSZLETES ISMERTETÉSE

DEFINÍCIÓK

A tejben lévő fehérjefrakciókat és azok variánsait az 1. táblázatban foglaltuk össze. A tej fő fehérjefrakcióinak tekinthetők azok a fehérjék, amelyeknek az átlagos mennyisége a tejfehérjék közül 3%-nál nagyobb. Ide tartoznak, nem korlátozó jelleggel az αs1- és αs2-kazein, βkazein, előnyösen annak A1 ésA2 genetikai variánsai, κ-kazein, a β-laktoglobulin A és B és az αlaktalbumin.

A HPLC vagy nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia kifejezések a biokémiában és analitikai kémiában vegyületek elválasztására, azonosítására és mennyiségi meghatározására gyakran használt kromatográfiás eljárás. A HPLC rendszer a következő alkotórészekből áll: a kromatográfiás töltetet (állófázist) tartalmazó oszlopból (kolonnából), a mobil fázist (mozgó fázist, eluenst) az oszlopon átnyomó pumpából, valamint a molekulák retenciós (visszatartási) idejét jelző detektorból. A retenciós idő az álló fázis, a vizsgált molekula és a mozgó fázis közötti kölcsönhatásoktól függ. A vizsgálandó mintát feloldjuk és az oldat kis térfogatát az áramló mozgó fázisba vezetjük (injektáljuk). A minta, miközben keresztülhalad a kolonnán, az álló fázissal való specifikus kémiai vagy fizikai kölcsönhatások révén visszamarad a folyadékáramhoz képest (retardálódik). A visszatartás mértéke a vizsgálandó anyag és az állófázis tulajdonságaitól, valamint a mozgó fázis összetételétől függ. Azt az időtartamot, mely alatt egy adott anyag eluálódik (megjelenik a kolonna végén) retenciós időnek nevezzük. Egy adott rendszerben a retenciós idő az egyes vizsgált vegyületek viszonylag egyedi jellemzője. Nagyobb nyomást alkalmazva megnövelhető a lineáris áramlási sebesség, így a komponenseknek kevesebb idejük marad a kolonnán belüli diffúzióra, ami javítja az egyes anyagok közötti elválást. Mozgó fázisként általában vizet és különböző szerves folyadékokat, leggyakrabban metanolt ill. acetonitrilt használnak. A minta komponenseinek jobb elválasztását segíthetik a vízhez adott pufferek vagy sók, vagy egyéb anyagok, mint például az ionpár képzőként alkalmazott trifluorecetsav.

További lehetőséget jelent a HPLC technikánál a mozgó fázis összetételének mérés közbeni változtatása, amit gradiens elúciónak nevezünk.

A fordított fázisú HPLC (Reversed phase HPLC, RP-HPLC vagy RPC) esetén az állófázis felülete apoláris, míg a mozgó fázis poláris, jellemzően víz és valamely szerves oldószer elegye. Gyakran használt álló fázis az RMe2SiCl-dal kezelt szilika, ahol R valamilyen egyenes szénláncú alkilcsoport, pl. C18H37 vagy C8H17. Ilyen álló fázisokat alkalmazva az apolárosabb molekulák retenciós ideje hosszabb, míg a poláros molekulák gyorsabban eluálódnak. Apoláros oldószert adva a mozgó fázishoz csökkenthetjük, míg hidrofilebb oldószer hozzáadásával pedig növelhetjük a retenciós időt. Az RP-HPLC a hidrofób kölcsönhatások elvén működik, mely a poláris mozgó fázis, a viszonylag apoláris vizsgálandó anyag és az apoláris állófázis között működő repulzív erők eredménye. A vizsgálandó anyag kötődése az állófázishoz arányos a vizsgált molekula apoláris szegmense körül a vizes mozgó fázisban a ligandummal való kölcsönhatásban kialakuló érintkező felület területével. A retenció csökkenthető, ha kevésbé poláros oldószert (metanolt, acetonitrilt) adva a mozgó fázishoz csökkentjük a víz felületi feszültségét.

Az elválasztást befolyásolhatja az alkalmazott HPLC rendszerben lévő elválasztáshoz használt oszlop típusa, hőmérséklete, a mozgó fázis összetétele, gradiense, áramlási sebessége és a detektálás hullámhossza is.

A mintaelőkészítés során a vizsgálandó tejmintát 1:0,5-1:2 (v/v) arányban, előnyösen 1:1 arányban hígítjuk az A mintapufferrel, szobahőmérsékleten inkubáljuk körülbelül 1 órán keresztül, majd 12000-16000g-n, előnyösen 14000g-n rövid ideig, előnyösen 2-10 percig, előnyösebben 5 percig centrifugáljuk és eltávolítjuk a zsírréteget. A mintaelőkészítés részeként az előkészített mintát 1:3-4 arányban, előnyösen 1:3 arányban (v/v) hígítjuk a B mintapufferrel. Az

A mintapuffer 0.1 M BisTris puffért, 6 M Guanidin-hidrokloridot, 5.37 mM nátrium-citrátot és 19.5 mM ditiotreitolt tartalmaz nagy tisztaságú vízben, míg a B mintapuffer 4.5 M Guanidinhidrokloridot tartalmaz az A eluensben oldva.

A használt oszlop állófázisának szerkezete előnyösen C18, de lehet C8 szerkezetű is. A használt oszlop nagypórusú, 3,6 μm-es átlagos átmérőjű, héjszerkezetű szemcsékkel van töltve, mint például a Phenomenex Aeris WIDEPORE XB-C18 és C4 folyadékkromatográfiás töltetek, amelyek a kereskedelemben is kaphatók.

A használt oszlop hőmérséklete az elválasztás során 24-50°C, előnyösen 40°C körüli.

A gradiens elúció során a következő mozgó fázisokat használtuk: az A eluens 100:900:1 térfogatarányban tartalmaz acetonitrilt:vizet:trifluorecetsavat, a B eluens 900:100:1 térfogatarányban tartalmaz acetonitrilt:vizet:trifluorecetsavat.

A mozgó fázis áramlási sebessége 1,0 és 1,2 között lehet, előnyösen 1,1 ml/perc.

A detektálás hullámhossza 214 nm-en történik.

A mozgó fázis gradiense előnyösen az alábbi:

- 0,5 percig 70,9% A eluens és 29,1% B eluens, majd

- 20 perc alatt az A eluens mennyisége egyenletesen 54,0%-ra csökken, míg a B eluens mennyisége 46,0 %-ra nő, és

- 0,1 perc alatt az A eluens mennyisége 70,9%-ra nő és a B eluens mennyisége 29,1%-ra csökken.

A szabadalmi leírásban megadott értékek ±5%-ban, előnyösen ±1%-ban eltérhetnek, amely értékeket is a szabadalom oltalmi körébe tartozónak tekintünk.

AZ ÁBRÁK RÖVID ISMERTETÉSE

A továbbiakban a találmány példaképpeni előnyös kiviteli alakjait rajzokkal ismertetjük, ahol az

1. ábra mutatja tehéntej fő fehérjefrakciói standardjeinek RP-HPLC kromatogramját.

2. ábra mutatja a Minta 14_ENAR 8104 számú tehéntej A1 béta-kazein variánst tartalmazó RP-HPLC kromatogramját.

3. ábra mutatja a Minta 2_ENAR 8111 számú tehéntej A1 és A2 béta-kazein variánst tartalmazó RP-HPLC kromatogramját.

4. ábra mutatja a Minta 6_ENAR 7869 számú tehéntej A2 béta-kazein variánst tartalmazó RP-HPLC kromatogramját.

KIVITELI PÉLDÁK

1. PÉLDA

Anyagok

Az acetonitril (Molar Chemicals Kft.) HPLC minőségű, az alkalmazott víz ionmentesített és desztillált volt. Minden más vegyszer analitikai minőségű volt. Az elválasztáshoz BisTris puffert (VWR Life Science, lot 0715), DL-ditiotreitolt >99% (DTT, G-5545, Sigma-Aldrich), Guanidin-hidrokloridot >99% (GdnHCl, G4505, Sigma-Aldrich), nátrium-citrátot >99% (S4641) trifluorecetsavat >99.0% (302031, Sigma-Aldrich) használtunk.

A tisztított feherjefrakció standardek a következők voltak (zárójelben a tisztaságuk): κkazein (>70%,1), as1-kazein és as2-kazein (>70%, 3 és 2), β-kazein (>98%, 4,5), α-laktalbumin (>85%, 6), β-laktoglobulin A (>90%, 7) β-laktoglobulin B (>90%, 8) (mind Sigma-Aldrich).

Mintaelő készítés

A mintaelőkészítés során a vizsgálandó szobahőmérsékletű tejmintát 1:1 (v/v) arányban hígítottuk az A mintapufferrel, szobahőmérsékleten inkubáltuk 1 órán keresztül, majd 14000g-n 5 percig centrifugáltuk és spatulával eltávolítottuk a zsírréteget. Az így előkészített és zsírtalanított mintát 1:3-4 arányban (v/v) hígítottuk a B mintapufferrel, majd szűrés nélkül injektáltuk C-18 RP-HPLC kolonna Aeris Widepore XB-C18, 250 mm x 4.6 mm oszlopra. Az A mintapuffer 0.1 M BisTris puffert, 6 M Guanidin-hidrokloridot, 5.37 mM nátrium-citrátot és 19.5 mM ditiotreitolt tartalmazott vízben oldva, míg a B mintapuffer 4.5 M Guanidin-hidrokloridot tartalmazott az A eluensben oldva. Az A eluens 100:900:1 térfogatarányban tartalmazott acetonitrilt:vizet:trifluorecetsavat, és a B eluens 900:100:1 térfogatarányban tartalmazott acetonitrilt:vizet:trifluorecetsavat. Az A és B eluensek alkalmazásával gradiens elúciót végeztünk, ahol az oszlop hőmérséklete 40°C-on termosztált, az áramlási sebesség 1,1 ml/perc, a detektálás hullámhossza 214 nm volt.

A gradiens elúciót az alábbiak szerint végeztük:

- 0,5 percig 70,9% A eluens és 29,1% B eluens, majd

- 20 perc alatt az A eluens mennyiségét egyenletesen 54,0%-ra csökkentettük, míg a B eluens mennyiségét 46,0 %-ra növeltük, és

- 0,1 perc alatt az A eluens mennyiségét 70,9%-ra növeltük és a B eluens mennyiségét 29,1%-ra csökkentettük. Az egyes fehéijefrakciókat és genetikai variánsokat a kromatogramon megjelenő csúcsok alapján különítettük el. A standard-eket tartalmazó minta kromatogramját az 1. ábra mutatja be.

RS HPLC rendszer elemei

A HPLC rendszer két HPLC-pumpából (Flexar FX-15 UHPLC Pump) egy automata mintaadagolóból (Flexar FX Peltier UHPLC Autosampler), egy abszorbancia detektorból Flexar FX-PDA UHPLC Detector) és egy feldolgozó és prezentáló egységből állt. A berendezést egy szoftveren (Chromera Software) keresztül működtettük, amely szabályozta az oldószer gradienst, adatgyűjtést, és adatfeldolgozást. A fehérjék elválasztásához C-18 RP-HPLC kolonna Aeris Widepore XB-C18, 250 mm x 4.6 mm oszlopot alkalmaztunk. Az oldatokat szűrőn szűrtük.

Eluens gradiens

Az elválasztási eljárás során az alábbi gradienst alkalmaztuk:

- 0,5 percig 70,9% A eluens és 29,1% B eluens, majd

- 20 perc alatt az A eluens mennyisége egyenletesen 54,0%-ra csökken, míg a B eluens mennyisége 46,0 %-ra nő, és

- 0,1 perc alatt az A eluens mennyisége 70,9%-ra nő és a B eluens mennyisége 29,1%-ra csökken.

Tehéntej fehérjefrakcióinak kromatogramja standardokkal ellenőrizve (1. ábra)

Nyers tehéntej minta esetében a módszer validálása során bizonyítottuk, hogy a módszer teljesítményjellemzői kielégítik az analitikai módszerrel szemben támasztott követelményeket. A módszer validálása során a találmány szerinti eljárást hajtottuk végre a validálási protokolloknak megfelelően. Esetünkben tehát vizsgáltuk a találmány szerinti eljárás linearitását, ismételhetőségét és reprodukálhatóságát.

Az tejfehérje frakciók azonosítását kereskedelmi forgalomban kapható kazein- és savófehérje standardok (as-kazein, β-kazein, κ-kazein, β-laktoglobulin A és β-laktoglobulin B) alapján végeztük. Az egyes kazein és savófehérje frakciókat tartalmazó minta oldatok vizsgálata során kapott kromatográfiás csúcsok retenciós idejét összehasonlítottuk a standard fehérje oldatok elemzésével kapott csúcsok retenciós idejével. A β-kazein A1 és A2 frakciókat standard hiányában, genetikailag igazolt béta-kazein státuszú tejminták vizsgálatával kapott retenciós időkkel azonosítottuk.

A mennyiségi információt a csúcsok (elúciós görbék) idő szerinti integrálja által megadott csúcs alatti területből kapjuk. A különböző fehérjefrakciókra általunk felvett kalibrációs mérőgörbék 6 ismert koncentrációjú standard oldat csúcs alatti terület koncentrációfüggését tartalmazzák. Az erre illesztett görbék alapján meghatározható a mintában lévő fehérjefrakció koncentrációja. Az egyes fehérjefrakciók kalibrációs mérőgörbéjének korrelációs koefficiense minden esetben r >0,99.

Linearitás

Azonos tehéntej mintából különböző térfogat mennyiségeket (5, 10, 20, 40 és 80 μl) injektáltunk az oszlopra, három ismétléssel. Az elvégzett mérések alapján az egyes frakciókra felvett mérőgörbék a vizsgált tartományban egyenesnek volt tekinthető. A frakciók mérőgörbéjének korrelációs koefficiense r >0,99.

Ismételhetőség

Azonos injektálási térfogattal (20 μl) ugyanazon tehéntej mintát vizsgáltunk tíz párhuzamos méréssel, majd ebből kiszámoltuk az egyes frakciókra a retenciós idők és a csúcs alatti RSD% értékét.

Reprodukálhatóság

Azonos injektálási térfogattal (20 μl) 10 egyedi tehéntej mintát vizsgáltunk három párhuzamos méréssel négy napon keresztül.

Az egyes frakciókra meghatároztuk a retenciós idők és a csúcs alatti területek RSD% értékét. A kapott eredmények alapján azt kaptuk, hogy a találmány szerinti eljárás egy megbízható módszer a tejfehérje fő frakcióinak és genetikai variánsainak, különösen a β-kazein A1 és A2 variánsainak elválasztására és mennyiségi meghatározására.

Béta kazein variánsok vizsgálata egyedi tej mintákban.

db tejmintát vizsgáltunk a béta-kazein A1 és A2 genetikai variánsainak jelenlétével kapcsolatban. A megrendelő minden tejmintára vonatkozóan megadta, hogy az adott tejminta az

A1 és A2 variánsok közül melyik béta-kazein fehérjét tartalmazza. A találmány szerinti módszerrel ellenőriztük, hogy a tejminták az A1 és A2 variánsok közül melyik béta kazein fehérjét tartalmazta (2-4. ábrák). Az eredményeket a 2. táblázatban foglaltuk össze.

A mérések eredményeként igazoltuk, hogy a vizsgált tejminták tartalmazzák-e az A1 és/vagy A2 béta-kazein variánsokat. Igazoltuk, hogy az 1-4. minták csak az A1 variánst, az 5-10. minták mind az A1, mind az A2 variánst, míg a 11-16 minták csak az A2 variánst tartalmazták. Az egyes variánsok retenciós idejénél található csúcsok alatti terület arányos az adott variáns mennyiségével.

A fenti kiviteli példákkal igazoltuk, hogy az általunk kifejlesztett eljárás alkalmas a fő tejfehérjefrakciók elválasztására, valamint a béta kazein A1 és A2 variánsainak azonosítására. Igazoltuk továbbá, hogy a találmány szerinti eljárás ismételhető és reprodukálható, így tejminták vizsgálati módszereként validálható.

2. táblázat. Igazolt béta-kazein státuszú egyedtejek vizsgálatának eredményei

Sorszám ENAR szám Minta szám Feltételezett Béta-kazein státusz Igazolt Béta-kazein státusz HPLC Béta-kazein A1 tRA1 (min) Béta-kazein A2 tRA2 (min) 1. 8028 10 A1A1 A1A1 13,656 — 2. 8041 17 A1A1 A1A1 13,619 — 3. 8068 13 A1A1 A1A1 13,650 — 4. 8104 14 A1A1 A1A1 13,629 — 5. 8111 2 A1A2 A1A2 13,726 14,123 6. 8010 19 A1A2 A1A2 13,748 14,140 7. 8107 15 A1A2 A1A2 13,675 14,071 8. 7886 18 A1A2 A1A2 13,373 14,135 9. 7950 4 A1A2 A1A2 13,746 14,142 10. 8122 8 A1A2 A1A2 13,770 14,276 11. 7869 6 A2A2 A2A2 — 13,972 12. 7902 5 A2A2 A2A2 — 14,005 13. 8008 12 A2A2 A2A2 — 14,014 14. 8092 7 A2A2 A2A2 — 14,076 15. 8152 16 A2A2 A2A2 — 14,013 16. 8212 9 A2A2 A2A2 — 14,060

Method for separating the main protein fractions in milk by HPLC

FIELD OF THE INVENTION

The subject of the invention is an improved method for the fractionation of milk proteins, which enables the simultaneous qualitative and quantitative separation of the main protein fractions in milk, in particular the separation of the A1 and A2 genetic variants of the beta-casein fraction.

POSITION OF TECHNIQUE

The dairy industry is a significant source of income for many people around the world, and dairy products are a significant source of food in the form of milk, cheese, yogurt and other products. Milk, as an animal product that can be produced efficiently and in large quantities, plays a significant role in the protein supply of mankind. Milk contains proteins, essential amino acids, and fats that are essential for humans, to such an extent that 0.3 liters of milk can cover 20-60% of a person's daily need for these nutrients. Cows, goats, sheep and mares that produce milk produce almost indispensable food for humans from forages that are unfit for human consumption, and with the exception of ruminants and horses, it would be difficult for other farm animals to utilize them. At least part of the success of the dairy industry is due to the increased efficiency of milk production by various breeds of cattle, as well as the improved efficiency of milk processing capabilities.

Foods of animal origin are absolutely necessary to satisfy human nutritional needs, because plant foods usually contain little or not the right proportion of essential amino acids, fatty acids, macro- and micro-elements for humans. The constant composition of milk, which is balanced in terms of the nutritional supply of the human body, meets the requirements to supplement plant-based foods in an appropriate way.

Breast milk occupies a special place among foods, because it is almost the only food for a newborn in the first period after birth. Breast milk contains all the important nutrients, especially protein and minerals, that a newborn baby needs for growth and development. If it is not possible to feed the baby with breast milk, it is possible to feed it with different - typically cow's milk-based - formulas. Although breast milk (or cow's milk-based formula) is no longer the child's exclusive food after infancy, cow's milk or dairy products entering the diet will continue to play an important role in supplying the young body with nutrients and meeting its nutritional needs. Milk and milk products also play an important role in the nutrition of adults, not only because they contain all important nutrients, but also because they are rich in the components that the adult body may need. Without milk and milk products, it is almost impossible to ensure adequate nutrition for the body. It is worth mentioning that, when combined in the right proportion, different foods can complement each other and provide a balanced, ideal nutritional composition. From this point of view, milk is also important, because it can properly complement the vegetables.

The composition of milk and the ratio of its components depend on many factors, and of course it can be fundamentally different depending on the animal species and breed.

The proportion of proteins in cow's milk is approx. 3.1-3.4%. In general, the protein content is always 0.3-0.5% less than the fat content. Two large groups of proteins can be distinguished in milk, which can be further divided into components: (i) casein proteins (aS1-, aS2-, β-, κ-casein): phosphorus-containing proteins, the total protein content is approx. 80%, they are characterized by the fact that they denature under the influence of acid (at pH 4.6) and quencher, thereby causing the coagulation of milk, which is the basis of the technology for the production of sour preparations and partly curds and cheeses, as well as (ii) the whey proteins, most of which do not denature under the influence of acid and quencher, but are sensitive to heat, which heat denaturation approx. It starts at 60 °C and becomes more significant above 90 °C, its main components are: - blood serum albumin, - lactalbumin (precipitates easily due to heat), α-, β-lactoglobulin, - immunoglobulins, and (iii) other proteins, membrane and coat proteins, which account for only 1% of all proteins, are globular, do not precipitate under quenching, but precipitate at 100 °C in the presence of Ca ions and under the action of acid (below pH 4.6) and are also important as secondary emulsifiers.

Milk protein consists of different fractions, of which casein makes up 80% of milk protein, while whey proteins make up 20% of milk protein. Casein can be divided into four fractions: aS1-, aS2-, β- and κ-casein. The individual casein fractions differ significantly in their phosphorus content. α and β-casein contain 1.0 and 0.6% phosphorus, while κ- and γ-casein contain 0.2 and 0.1% phosphorus. The phosphorus content plays a significant role in the stability of the micelle. The main whey protein fractions of milk are serum albumin, β-lactoglobulin, α-lactalbumin and globulins. The proteose-peptone fraction, which contains 11% carbohydrates and, unlike the other whey protein fractions, does not precipitate when heated to 100 °C after being acidified to pH=4.7, is also considered part of the whey protein. In addition to the described protein fractions, there are many variants and genotypes that differ from each other in their amino acid composition and certain properties, so the number of milk protein components can be put at more than 50. Some protein variants are considered genetic variants because they occur in different amounts in different populations, and there are genetic variants that do not occur at all in some populations. Some of these variants are assumed to be genetically related to another milk component or milk property, such as e.g. heat stability, grafting ability or resistance to mastitis.

Table 1. Protein fractions of milk

Protein fraction Variants % in milk protein % in casein or in whey protein Average (%) Outliers (%) Average (%) Outliers (%) Casein fractions αs-casein A B C D 43.5 35-63 54.2 48-60 κ-casein A, B 10.7 8-15 13.3 7-21 β-casein A1, A2, A3 B, Bz, (B12) 24.2 19-35 30.1 26-40 C, D, E Whey protein fractions Serum albumin 0.9 0.5-1.3 4.6 2-8 β-lactoglobulin A, B, C, D, Dr 9.6 7-14 48.7 44-59 α-lactalbumin A, B, C 3.7 2-5 18.8 17-22 Globulins IgG, IgM, IgA 2.2 1-4 11.2 8-17 Proteose peptone 4 factions 3.3 2-6 16.8 10-19

Table 1 shows the protein fractions of milk, their average concentration and extreme values. The data are averages of a large number of literature data. Variants of the main protein fractions can also be found in the table.

Several methods are known in the state of the art for determining individual protein fractions of raw milk. For example, US Patent No. US 6096870A (Sepragen Corporation, 2000-08-01) describes a process for successive chromatographic separation of whey proteins. The proteins are bound on a cation exchange column, washing out the components that do not contain lactose, minerals, lactic acid and nitrogen. After that, immunoglobulin and beta-lactoglobulin are eluted, and alpha-lactalbumin, serum albumin, lactoferrin, and lactoperoxidase are separated from this in separate fractions. The patent description describes an additional complicated two-column process for the separation of the above proteins. The patent description only describes the separation of whey proteins, so there is no mention of additional proteins found in milk and their separation, so there is no mention of the high-resolution separation of casein either. The separation procedure consists of several successive separation steps, so it cannot be said to be fast either.

The Spanish patent description No. ES 2144356 B1 (Universidad de Alcalá, 2000-06-01) describes a process for the rapid HPLC separation of cow's milk whey proteins. The separation procedure uses a three-step linear and binary gradient with an eluent containing a mixture of acetonitrile-water-trifluoroacetic acid. The flow rate is 3 ml/min. During the applied gradient, B% increases from 5 to 25% in 1.7 minutes, B% increases from 25 to 34% in 0.3 minutes, B% increases from 34 to 41% in 3 minutes increases to , and finally in 1 minute the B% decreases to 5% and another 1 minute is required to equalize. In total, separation takes 7 minutes. The temperature of the column is 60°C, the detection takes place at a wavelength of 254 nm. The procedure enables the rapid detection of cow's milk whey proteins from dairy products. However, the patent description only describes the separation of whey proteins, so there is no mention of additional proteins found in milk and their separation, so the high-resolution separation of casein is not described either.

Chinese patent document CN 105044222 A (UNIV SHANGHAI JIAOTONG, 2015-11-11) describes a method for identifying bioactive polypeptides in fermented milk. The identification of bioactive polypeptides is based on the mapping of genetic information and the procedural steps include complex tests other than the HPLC separation procedure.

The Bobe et al. Separation and Quantification of Bovine Milk Proteins by ReversePhase High-Performance Liquid Chromatography, J. Agric. The publication Food Chem. 1998, 46, 458-463 describes an analytical procedure for the separation and quantification of milk proteins for the six most important cow's milk proteins and their genetic variants, where the HPLC separation procedure can be performed in 2 hours by omitting the filtration step. During sample preparation, the milk sample to be tested is diluted 1:1 by volume with sample buffer A, the sample is incubated at room temperature for 1 hour, and then centrifuged at 16,000 g for 5 minutes. After removing the fat layer, the sample is diluted 1:3 with the sample buffer and then injected onto the column without filtration. Composition of sample buffer A: 0.1 M BisTRis buffer, 6 M Guanidine hydrochloride, 5.37 mM sodium citrate, 19.5 mM dithiothreitol. Composition of sample buffer AB: 4.5 M guanidine hydrochloride A dissolved in eluent A. The composition of A eulens: 100:900:1 volume ratio acetonitrile:water:trifluoroacetic acid. AB eluent composition: 900:100:1 volume ratio acetonitrile:water:trifluoroacetic acid. For HPLC separation, a C-18 column operates at room temperature, the sample flow rate is 1.2 ml/min, and the detection wavelength is 220 nm. The separation procedure is carried out by gradient elution, which starts at 27 B% and then rises to 32 B% in 2 minutes. After that, there is a slow linear increase in the proportion of eluent B, rising to 48.4 B% in 34.9 min, then to 50.2 B% in 4 min, after which it returns to the initial value in 2.1 min and for 9 min takes to re-equilibrate the column, which ultimately results in a run time of 52 minutes. Based on the information presented in the publication, some genetic variants of milk proteins cannot be completely separated, so for example the A1 and A2 variants of beta-casein elute from the column under one peak at the same time, so the separation of these two important genetic variants is not possible with this method. The time for the separation of proteins is not short enough to meet the demand that a bulk milk sample can be tested for milk protein within a day.

Ma et al. The publication rapid analytical method of major milk proteins by reversed-phase highperformance liquid chromatography, Animal Science Journal (2017) describes a rapid and automated test procedure for the HPLC separation of the most important cow's milk proteins. The duration of the procedure is 30 minutes. The sample preparation solutions and eluents are the same as in the previous document, while the eluent gradient is different: B% increases from 10 to 50% in 10 minutes, then B% increases from 50% to 80% in 20 minutes. The detection wavelength is 214 nm and the temperature of the thermostat is 40°C. Although the procedure results in the rapid and automated separation of the most important milk proteins, its resolution falls short of the solution according to the previous document, and it is also clear from the chromatogram that it does not allow the separation of the individual genetic variants, especially the A1 and A2 variants of beta-casein.

The Yüksel et al. Detection of the milk proteins by RP-HPLC The publication GIDA / The Journal of FOOD 2010, Vol. 35, Issue 1, p5-11 describes the separation of the most important milk proteins using RP-HPLC. The sample preparation solutions and eluents are the same as Bobe et al. according to the publication, the total run time is 30 minutes, the column temperature is 25°C, the flow rate is 1.0 ml/min, and the detection wavelength is 220 nm. The eluent gradient starts at 20% B%, which rises to 46% B% in 27.8 minutes and then returns to the starting value in 2.4 minutes. In addition to the fact that some of the separation parameters differ, the final value of B% rises to 46%. However, it is not clearly stated in the description whether this value is kept at this value from the first moment, or whether this value is reached by a continuous increase until the end of the elution. The disadvantage of the described method is that the genetic variants of the milk proteins, especially the A1 and A2 variants of beta-casein, are not separated using this method.

The Vincent et al. Quantitation and identification of intact major milk proteins for High-Throughput LC-ESI-Q-TOF MS Analyzes PLOS ONE, 17.10.2016. The publication DOI:10.1371/journal.pone.0163471 describes the development of an HPLC and MS separation method for the separation of the most important milk proteins and their genetic variants. During the examination of the method development, a number of parameters described in the state of the art are examined in connection with the separation, where in the HPLC separation step, Bobe et al. the solutions and parameters described in the document are used as a basis and the effect of different gradient elution ratios on the resolution is also investigated. As a result of the method development, it can be said that the RP-HPLC separation alone was not sufficient for the perfect separation and quantification of the genetic variants of milk proteins, especially the A1 and A2 variants of beta casein. This could only be achieved by MS analysis of the separated samples, which significantly increases the costs of the test and the test time.

The Rotkaja et al. Reversed-Phase High-Performance Liquid Chromatography Analysis of beta-Lactoglobulin and alpha Lactalbumin in Different Types of milk Material Science and Applied Chemistry, 08.10.2016, doi: 10.1515/msac-2016-0007, 2016/33, 36-39 describes an HPLC procedure for the separation of alpha-lactalbumin and beta-lactoglobulin whey proteins. The test does not cover the rapid separation of all milk protein fractions and their variants.

Nowadays, many researches are devoted to the investigation of the effect of individual milk protein fractions and their variants, primarily the A1 and A2 variants of beta-casein, on the physiological properties.

Type A1 beta-casein is associated - both in human and mouse experiments - with intestinal inflammation, irritable bowel syndrome (IBS), the development of type 1 diabetes (Robert Elliott 1993 New Zealand and Bryndis Eva Birgisdottir 2006 Iceland), increased digestion time , with elevated inflammation markers in serum. In China, in 2014, a research/clinical trial was conducted on 104 applicants, of which 23 had lactose intolerance and 45 admittedly had cow's milk intolerance. The two groups took part in a double blind experiment, where the applicants in one group received only milk containing A2 beta casein, while in the second group the applicants received milk containing a mixture of A1 and A2 beta casein (60-40 %). The researchers' hypothesis was that the consumption of milk containing A1 beta-casein causes digestive system complaints and results in a higher concentration of inflammatory markers in the blood serum. The assumption was confirmed, because the research proved that in the case of milk containing both A1 beta-casein and A2 beta-casein (60-40%), digestive tract complaints worsened, the absorption time increased, the concentrations of inflammatory markers in the blood increased, decreased the total short-chain fatty acid content of the feces, while no negative effects could be detected in the case of milk containing only A2 beta-casein, which proved that in the case of milk containing both types of casein, only A1 beta-casein could cause the increasing negative effects.

In the case of lactose-intolerant patients, it was shown that milk containing both beta-caseins aggravated the patients' digestive system complaints and gastrointestinal transit time to a greater extent than in the case of lactose-tolerant patients, whereas milk containing only A2 beta-casein it did not increase complaints in the lactose intolerant group. From this, it can be concluded that, in the case of lactose intolerant patients, the intensification of complaints was probably caused by A1 beta-casein.

International PCT Publication No. WO 2015/187795 A1 (Abbott Laboratories, 2015-12-10) describes a method and compositions for improving the metabolic health of consumers. It is hypothesized that the beta-casein A1 genetic variant may be associated with type 1 diabetes. The object of the invention is to provide preparations which contain the genetic variant of cow's milk beta-casein A2 together with lipophilic substances. The patent description does not describe the rapid and high-resolution fractionation of milk proteins, on the basis of which the proteins and their genetic variants could be separated.

US 2003/0017250 A1 (Elliott et al., 2003-01-23) describes a process for the selection and processing of non-diabetogenic milk products and the breeding of non-diabetogenic milk-producing cows. Diabetogenic protein variants are separated by SDS PAGE gel electrophoresis, which is long and complicated.

In addition to the publications listed above, however, several publications are known in the literature in which the researchers made opposite findings. Truswell's 2005 review article found no association between the A1 and A2 variants of beta-casein and diabetes, cardiovascular or other digestive diseases.

Daniloski et al. (2021) also did not find the correlation between the A1 and A2 variants of beta-casein and different diabetogenic propensities and other digestive disorders to be clearly established.

It is also clear from the presented literature that the variants of the individual protein fractions in this case are beta-casein A1 and A2 - currently a topic of great interest to researchers, however, the current position of science is not uniform, yet there is a need for a separation method where the two variants separation takes place in a well-defined manner.

The state-of-the-art documents and their content are considered part of the description, especially regarding the description of the definitions used.

Based on the above, a number of patent documents describe a process used to separate the protein fractions of milk. Some of these are HPLC liquid chromatography processes, where one of the goals of the further development of the processes is fast analytical separation, while the other goal, in addition to fast run time, is analytical testing with the highest possible resolution and the most accurate separation of the protein fraction.

From the exploration of the state of the art, it is obvious to a specialist that there is still a great demand for separation methods that enable the most appropriate separation of the protein fraction of milk, as well as their more accurate quantitative analysis.

The purpose of the invention is to eliminate the errors of the previous solutions and to provide a process that is capable of separating the protein fractions of milk faster than before, but with a higher resolution. With the solution according to the invention, it was possible to develop a separation process capable of qualitatively and quantitatively separating the main protein fractions of milk in a short time in such a way that it also provides qualitative and quantitative data for the protein fractions, especially β-casein A1 and A2 variants.

GENERAL DESCRIPTION OF THE INVENTION

TECHNICAL PROBLEM

There is therefore still a need for a process that provides a fast and very accurate separation method for the qualitative and quantitative separation of the main protein fractions of milk. State-of-the-art solutions do not provide methods suitable for high-resolution rapid separation in which the main protein fractions of milk, especially the A1 and A2 variants of β-casein, can be qualitatively and quantitatively separated.

SOLVING THE PROBLEM

In the course of our research, we found that the protein fractions of milk can be qualitatively and quantitatively separated with good resolution within a short time, under the system conditions determined by further development of the previously known methods, by using a specific elution gradient. As a result, the composition of the protein fractions of any milk sample can be determined quickly, for example, within a period of 20 minutes to 1 hour. In addition to the separation of the main protein fractions of milk, the genetic variants A1 and A2 of β-casein can also be well separated with the method according to the invention.

Our inventive realization is, therefore, that we have developed a high-efficiency HPLC method using gradient elution, which is able to eliminate the problems described above.

BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

The subject of the invention is a method for the fractionation of milk proteins, which enables the simultaneous qualitative and quantitative determination of the main protein fractions in milk, as well as the separation of the A1 and A2 genetic variants of the beta-casein fraction, which method includes the following steps:

a) prepare the sample,

b) inject the prepared sample onto the column without filtering,

c) gradient elution is performed using eluents A and B,

d) the main protein fractions are separated based on the peaks appearing in the chromatogram, characterized by the fact that in step c) the temperature of the column is thermostated at 35-45°C, preferably 40°C, the flow rate is 1.0-1.2 ml /min, preferably 1.1 ml/min, and the gradient elution is as follows:

- 70.9% eluent A and 29.1% eluent B for 0.5 minutes, then

- in 20 minutes, the amount of eluent A decreases evenly to 54.0%, while the amount of eluent B increases to 46.0%, and

- In 0.1 minutes, the amount of eluent A increases to 70.9% and the amount of eluent B decreases to 29.1%.

The subject of the invention is also the use of the method for the identification of genetic variants A1 and A2 of beta-casein.

DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

DEFINITIONS

The protein fractions in milk and their variants are summarized in Table 1. The main protein fractions of milk are proteins whose average amount is greater than 3% of the milk proteins. These include, but are not limited to, αs1- and αs2-casein, βcasein, preferably its A1 and A2 genetic variants, κ-casein, β-lactoglobulin A and B and αlactalbumin.

The terms HPLC or high-performance liquid chromatography is a chromatographic procedure often used in biochemistry and analytical chemistry for the separation, identification, and quantification of compounds. The HPLC system consists of the following components: the column containing the chromatographic charge (stationary phase), the pump pushing the mobile phase (mobile phase, eluent) through the column, and the detector indicating the retention time of the molecules. The retention time depends on the interactions between the stationary phase, the tested molecule and the mobile phase. The sample to be tested is dissolved and a small volume of the solution is introduced (injected) into the flowing mobile phase. As the sample travels through the column, it lags behind the liquid stream (retarded) through specific chemical or physical interactions with the stationary phase. The degree of retention depends on the properties of the material to be tested and the stationary phase, as well as the composition of the mobile phase. The period during which a given substance elutes (appears at the end of the column) is called the retention time. In a given system, the retention time is a relatively unique characteristic of each tested compound. By applying a higher pressure, the linear flow rate can be increased, so that the components have less time to diffuse within the column, which improves the separation between the individual materials. The mobile phase is usually water and various organic liquids, most often methanol or acetonitrile is used. Better separation of the components of the sample can be helped by buffers or salts added to the water, or other substances, such as trifluoroacetic acid used as an ion pair generator.

Another possibility for the HPLC technique is to change the composition of the mobile phase during measurement, which is called gradient elution.

In the case of reversed phase HPLC (RP-HPLC or RPC), the surface of the stationary phase is apolar, while the mobile phase is polar, typically a mixture of water and an organic solvent. A frequently used stationary phase is silica treated with RMe2SiCl, where R is some straight-chain alkyl group, e.g. C18H37 or C8H17. Using such stationary phases, the retention time of more apolar molecules is longer, while polar molecules elute faster. Adding an apolar solvent to the mobile phase can reduce it, while adding a more hydrophilic solvent can increase the retention time. RP-HPLC works on the principle of hydrophobic interactions, which are the result of repulsive forces between the polar mobile phase, the relatively apolar substance to be tested and the apolar stationary phase. The binding of the substance to be tested to the stationary phase is proportional to the area of the contact surface formed in the interaction with the ligand in the aqueous mobile phase around the apolar segment of the tested molecule. Retention can be reduced if the surface tension of water is reduced by adding a less polar solvent (methanol, acetonitrile) to the mobile phase.

The separation can be influenced by the type and temperature of the column used for the separation in the HPLC system used, the composition of the mobile phase, gradient, flow rate and the detection wavelength.

During sample preparation, the milk sample to be tested is diluted with sample buffer A at a ratio of 1:0.5-1:2 (v/v), preferably at a ratio of 1:1, incubated at room temperature for approximately 1 hour, then at 12,000-16,000g, preferably at 14,000g centrifuge for a short time, preferably for 2-10 minutes, more preferably for 5 minutes, and remove the fat layer. As part of sample preparation, the prepared sample is diluted with sample buffer B in a ratio of 1:3-4, preferably 1:3 (v/v). The

Sample buffer contains 0.1 M BisTris buffer, 6 M Guanidine hydrochloride, 5.37 mM sodium citrate and 19.5 mM dithiothreitol in high purity water, while sample buffer B contains 4.5 M Guanidine hydrochloride dissolved in eluent A.

The structure of the stationary phase of the column used is preferably C18, but it can also have a C8 structure. The column used is packed with large-pore, 3.6 μm average diameter, shell-structured particles, such as Phenomenex Aeris WIDEPORE XB-C18 and C4 liquid chromatography cartridges, which are also commercially available.

The temperature of the column used during the separation is 24-50°C, preferably around 40°C.

The following mobile phases were used during the gradient elution: eluent A contains acetonitrile:water:trifluoroacetic acid in a volume ratio of 100:900:1, eluent B contains acetonitrile:water:trifluoroacetic acid in a volume ratio of 900:100:1.

The flow rate of the mobile phase can be between 1.0 and 1.2, preferably 1.1 ml/min.

The detection wavelength is 214 nm.

The gradient of the mobile phase is preferably the following:

- 70.9% eluent A and 29.1% eluent B for 0.5 minutes, then

- in 20 minutes, the amount of eluent A decreases evenly to 54.0%, while the amount of eluent B increases to 46.0%, and

- In 0.1 minutes, the amount of eluent A increases to 70.9% and the amount of eluent B decreases to 29.1%.

The values given in the patent description may differ by ±5%, preferably ±1%, which values are also considered to be within the scope of patent protection.

BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Hereinafter, exemplary preferred embodiments of the invention are described with drawings, where

Figure 1 shows the RP-HPLC chromatogram of the main protein fraction standards of cow's milk.

Figure 2 shows the RP-HPLC chromatogram of Sample 14_ENAR 8104 cow's milk containing the A1 beta-casein variant.

Figure 3 shows the RP-HPLC chromatogram of Sample 2_ENAR 8111 cow's milk containing A1 and A2 beta-casein variants.

Figure 4 shows the RP-HPLC chromatogram of Sample 6_ENAR 7869 cow's milk containing A2 beta-casein variant.

EXECUTION EXAMPLES

EXAMPLE 1

Materials

Acetonitrile (Molar Chemicals Kft.) was of HPLC grade, and the water used was deionized and distilled. All other chemicals were of analytical grade. For separation, BisTris buffer (VWR Life Science, lot 0715), DL-dithiothreitol >99% (DTT, G-5545, Sigma-Aldrich), Guanidine hydrochloride >99% (GdnHCl, G4505, Sigma-Aldrich), sodium citrate >99% (S4641) trifluoroacetic acid >99.0% (302031, Sigma-Aldrich) was used.

Purified protein fraction standards were as follows (purity in parentheses): κcasein (>70%,1), as1-casein and as2-casein (>70%, 3 and 2), β-casein (>98%, 4.5 ), α-lactalbumin (>85%, 6), β-lactoglobulin A (>90%, 7) β-lactoglobulin B (>90%, 8) (all Sigma-Aldrich).

Sample preparation

During sample preparation, the room temperature milk sample to be tested was diluted 1:1 (v/v) with sample buffer A, incubated at room temperature for 1 hour, then centrifuged at 14,000g for 5 minutes and the fat layer was removed with a spatula. The thus prepared and degreased sample was diluted 1:3-4 (v/v) with sample buffer B, then injected without filtration onto a C-18 RP-HPLC column Aeris Widepore XB-C18, 250 mm x 4.6 mm column. Sample buffer A contained 0.1 M BisTris buffer, 6 M Guanidine hydrochloride, 5.37 mM sodium citrate, and 19.5 mM dithiothreitol dissolved in water, while sample buffer B contained 4.5 M Guanidine hydrochloride dissolved in eluent A. Eluent A contained acetonitrile:water:trifluoroacetic acid in a volume ratio of 100:900:1, and eluent B contained acetonitrile:water:trifluoroacetic acid in a volume ratio of 900:100:1. A gradient elution was performed using eluents A and B, where the temperature of the column was thermostated at 40°C, the flow rate was 1.1 ml/min, and the detection wavelength was 214 nm.

Gradient elution was performed as follows:

- 70.9% eluent A and 29.1% eluent B for 0.5 minutes, then

- in 20 minutes, the amount of eluent A was uniformly reduced to 54.0%, while the amount of eluent B was increased to 46.0%, and

- In 0.1 minutes, the amount of eluent A was increased to 70.9% and the amount of eluent B was reduced to 29.1%. The individual protein fractions and genetic variants were separated based on the peaks appearing on the chromatogram. The chromatogram of the sample containing the standards is shown in Figure 1.

Components of RS HPLC system

The HPLC system consisted of two HPLC pumps (Flexar FX-15 UHPLC Pump), an automatic sample feeder (Flexar FX Peltier UHPLC Autosampler), an absorbance detector (Flexar FX-PDA UHPLC Detector) and a processing and presentation unit. The equipment was operated through a software (Chromera Software) which controlled the solvent gradient, data collection and data processing. A C-18 RP-HPLC column Aeris Widepore XB-C18, 250 mm x 4.6 mm column was used to separate the proteins. The solutions were filtered through a filter.

Eluent gradient

The following gradient was used during the separation procedure:

- 70.9% eluent A and 29.1% eluent B for 0.5 minutes, then

- in 20 minutes, the amount of eluent A decreases evenly to 54.0%, while the amount of eluent B increases to 46.0%, and

- In 0.1 minutes, the amount of eluent A increases to 70.9% and the amount of eluent B decreases to 29.1%.

Chromatogram of cow's milk protein fractions checked with standards (Figure 1)

In the case of a raw cow's milk sample, during the validation of the method, we proved that the performance characteristics of the method satisfy the requirements of the analytical method. During the validation of the method, the method according to the invention was carried out in accordance with the validation protocols. In our case, we therefore examined the linearity, repeatability and reproducibility of the method according to the invention.

The milk protein fractions were identified based on commercially available casein and whey protein standards (as-casein, β-casein, κ-casein, β-lactoglobulin A and β-lactoglobulin B). The retention time of the chromatographic peaks obtained during the examination of the sample solutions containing individual casein and whey protein fractions was compared with the retention time of the peaks obtained by the analysis of the standard protein solutions. The β-casein A1 and A2 fractions, in the absence of a standard, were identified by the retention times obtained by examining milk samples with genetically confirmed beta-casein status.

The quantitative information is obtained from the area under the peak given by the time integral of the peaks (elution curves). The calibration curves we recorded for the different protein fractions contain the concentration dependence of the area under the peak of 6 standard solutions with known concentrations. Based on the fitted curves, the concentration of the protein fraction in the sample can be determined. The correlation coefficient of the calibration curve of each protein fraction is always r>0.99.

Linearity

Different volumes (5, 10, 20, 40 and 80 μl) of the same cow's milk sample were injected onto the column, with three repetitions. Based on the measurements, the measurement curves taken for each fraction were considered to be straight in the examined range. The correlation coefficient of the measuring curve of the fractions is r>0.99.

Repeatability

We tested the same cow's milk sample with the same injection volume (20 μl) with ten parallel measurements, and then calculated the retention times and the RSD% below the peak for the individual fractions.

Reproducibility

With the same injection volume (20 μl), 10 individual samples of cow's milk were examined with three parallel measurements over four days.

The RSD% values of the retention times and the areas under the peak were determined for each fraction. Based on the obtained results, we found that the method according to the invention is a reliable method for the separation and quantitative determination of the main fractions and genetic variants of milk protein, especially β-casein A1 and A2 variants.

Examination of beta casein variants in individual milk samples.

We examined milk samples for the presence of beta-casein A1 and A2 genetic variants. For each milk sample, the customer specified that the given milk sample is

Which of the A1 and A2 variants contains beta-casein protein. Using the method according to the invention, we checked which of the A1 and A2 variants of beta casein protein the milk samples contained (Figures 2-4). The results are summarized in Table 2.

As a result of the measurements, we verified whether the examined milk samples contain the A1 and/or A2 beta-casein variants. We proved that 1-4. samples only the A1 variant, the 5-10. samples contained both the A1 and A2 variants, while samples 11-16 contained only the A2 variant. The area under the peaks found at the retention time of each variant is proportional to the amount of the given variant.

With the above examples, we proved that the method we developed is suitable for the separation of the main milk protein fractions and the identification of the A1 and A2 variants of beta casein. We have also proven that the method according to the invention can be repeated and reproduced, so it can be validated as a test method for milk samples.

Table 2. Results of the examination of cows' milk with certified beta-casein status

Serial number ENAR number Sample number Presumed Beta-casein status Confirmed Beta-casein status HPLC Beta-casein A1 tRA1 (min) Beta-casein A2 tRA2 (min) 1. 8028 10 A1A1 A1A1 13.656 — 2. 8041 17 A1A1 A1A1 13.619 — 3. 8068 13 A1A1 A1A1 13,650 - 4. 8104 14 A1A1 A1A1 13.629 - 5. 8111 2 A1A2 A1A2 13.726 14.123 6. 8010 19 A1A2 A1A2 13.748 14.140 7. 8107 15 A1A2 A1A2 13.675 14.071 A1A2 A1A2 13,746 14,142 10. 8122 8 A1A2 A1A2 13.770 14.276 11. 7869 6 A2A2 A2A2 - 13.972 12. 7902 5 A2A2 A2A2 - 14.005 13. 8008 12 A2A2 A2A2 - 14.014 14. 8092 — 14,013 16. 8212 9 A2A2 A2A2 — 14,060

Claims (1)

SZABADALMI IGÉNYPONTOKPATENT CLAIMS 1. Eljárás a tejben lévő fő fehérjefrakciók és azok genetikai variánsainak frakcionálására, ahol az eljárás a következő lépéseket tartalmazza:1. A method for the fractionation of the main protein fractions in milk and their genetic variants, where the method includes the following steps: a) előkészítjük a mintát;a) prepare the sample; b) az előkészített mintát szűrés nélkül injektáljuk egy C-18 RP-HPLC oszlopra;b) the prepared sample is injected without filtration onto a C-18 RP-HPLC column; c) A és B eluensek alkalmazásával gradiens elúciót végzünk, ahol az A eluens 100:900:1 térfogatarányban tartalmazott acetonitrilt:vizet:trifluorecetsavat, és a B eluens 900:100:1 térfogatarányban tartalmazott acetonitrilt:vizet:trifluorecetsavat; ésc) A gradient elution is performed using eluents A and B, where eluent A contained acetonitrile:water:trifluoroacetic acid in a volume ratio of 100:900:1, and eluent B contained acetonitrile:water:trifluoroacetic acid in a volume ratio of 900:100:1; and d) a fő fehérjefrakciókat a kromatogramon megjelenő csúcsok alapján különítjük el, azzal jellemezve, hogyd) the main protein fractions are separated based on the peaks appearing in the chromatogram, characterized by - a tejben lévő fő fehérjefrakciók és azok genetikai variánsainak frakcionálása egyidejűleg történik és magában foglalja a béta-kazein frakció A1 és A2 genetikai variánsainak az elválasztását is,- the fractionation of the main protein fractions in milk and their genetic variants takes place simultaneously and includes the separation of the A1 and A2 genetic variants of the beta-casein fraction, - a c) lépésben az oszlop hőmérséklete 35-45°C-on, előnyösen 40°C-on termosztált, az áramlási sebesség 1,0-1,2 ml/perc, előnyösen 1,1 ml/perc, és- in step c), the temperature of the column is thermostated at 35-45°C, preferably 40°C, the flow rate is 1.0-1.2 ml/min, preferably 1.1 ml/min, and - a gradiens elúció az alábbi:- the gradient elution is as follows: - 0,5 percig 70,9% A eluens és 29,1% B eluens, majd- 70.9% eluent A and 29.1% eluent B for 0.5 minutes, then - 20 perc alatt az A eluens mennyisége egyenletesen 54,0%-ra csökken, míg a B eluens mennyisége 46,0 %-ra nő, és- in 20 minutes, the amount of eluent A decreases evenly to 54.0%, while the amount of eluent B increases to 46.0%, and - 0,1 perc alatt az A eluens mennyisége 70,9%-ra nő és a B eluens mennyisége 29,1%-ra csökken.- In 0.1 minutes, the amount of eluent A increases to 70.9% and the amount of eluent B decreases to 29.1%.
HUP2100384A 2021-11-05 2021-11-05 Method for separating major protein fractions in milk by hplc HU231308B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HUP2100384A HU231308B1 (en) 2021-11-05 2021-11-05 Method for separating major protein fractions in milk by hplc

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HUP2100384A HU231308B1 (en) 2021-11-05 2021-11-05 Method for separating major protein fractions in milk by hplc

Publications (2)

Publication Number Publication Date
HUP2100384A1 HUP2100384A1 (en) 2022-05-28
HU231308B1 true HU231308B1 (en) 2022-11-28

Family

ID=89993455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
HUP2100384A HU231308B1 (en) 2021-11-05 2021-11-05 Method for separating major protein fractions in milk by hplc

Country Status (1)

Country Link
HU (1) HU231308B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
HUP2100384A1 (en) 2022-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Goulding et al. Milk proteins: An overview
Rafiq et al. Chemical composition, nitrogen fractions and amino acids profile of milk from different animal species
van Lieshout et al. How processing may affect milk protein digestion and overall physiological outcomes: A systematic review
Simos et al. Antioxidant and anti-platelet properties of milk from goat, donkey and cow: An in vitro, ex vivo and in vivo study
Tacoma et al. Characterization of the bovine milk proteome in early-lactation Holstein and Jersey breeds of dairy cows
Shamsia Nutritional and therapeutic properties of camel and human milks.
Park et al. Physico-chemical characteristics of goat and sheep milk
Alichanidis et al. Composition and properties of non-cow milk and products
Ahmad et al. Composition and physico-chemical characteristics of buffalo milk with particular emphasis on lipids, proteins, minerals, enzymes and vitamins.
Almaas et al. In vitro digestion of bovine and caprine milk by human gastric and duodenal enzymes
Benmeziane–Derradji Evaluation of camel milk: gross composition—a scientific overview
Król et al. Lactoferrin, lysozyme and immunoglobulin G content in milk of four breeds of cows managed under intensive production system
Konuspayeva Camel milk composition and nutritional value
Greenwood et al. Symposium review: Characterization of the bovine milk protein profile using proteomic techniques
D’Alessandro et al. Major whey proteins in donkey’s milk: effect of season and lactation stage. Implications for potential dietary interventions in human diseases
Tacoma et al. Ratio of dietary rumen degradable protein to rumen undegradable protein affects nitrogen partitioning but does not affect the bovine milk proteome produced by mid-lactation Holstein dairy cows
Yasmin et al. Characterization and comparative evaluation of milk protein variants from pakistani dairy breeds
Greppi et al. Protein components of goat’s milk
Tripaldi et al. Content of taurine and other free amino acids in milk of goats bred in Italy
Pesic et al. The distributions of major whey proteins in acid wheys obtained from caprine/bovine and ovine/bovine milk mixtures
Jelinek et al. Relationship between selected indicators of milk and blood in sheep
Gubić et al. Comparison of the protein and fatty acid fraction of Balkan donkey and human milk
Scuderi et al. Comparative analysis of the skim milk and milk fat globule membrane proteomes produced by Jersey cows grazing pastures with different plant species diversity
HU231308B1 (en) Method for separating major protein fractions in milk by hplc
Li et al. Change in chemical composition of Simmental crossbred cattle milk improved its physicochemical, nutritional, and processed properties