CN107840883B - 牛乳酪蛋白3种主要组分同时分离的方法 - Google Patents
牛乳酪蛋白3种主要组分同时分离的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种牛乳酪蛋白3种主要组分同时分离制备的方法,旨在提供一种以牛乳酪蛋白为原料,以DEAE离子交换柱为分离设备,通过一次分离同时获得α‑酪蛋白、β‑酪蛋白和κ‑酪蛋白,即酪蛋白3种主要单体组分的分离方法;本发明只需一步分离即可获得3种酪蛋白单体组分,分离步骤少,分离工艺简单易操作,分离条件温和易实现,分离设备简易,分离过程中化学试剂用量少,既降低了酪蛋白单体分离成本,又降低了环境污染,符合低碳环保新理念;通过本发明分离酪蛋白单体平均得率高,其中α‑酪蛋白平均得率可达75%以上,β‑酪蛋白平均得率可达80%以上,κ‑酪蛋白平均得率可达85%以上;通过本发明所获酪蛋白单体纯度高,3种单体纯度均可达到95%以上;该方法既能满足实验室制备3种高纯度酪蛋白单体组分的需求,也可用于工业化制备酪蛋白主要单体,应用范围广泛。
Description
技术领域
本发明属于蛋白质分离制备领域,涉及一种牛乳及牛乳制品中酪蛋白3种主要单体组分,即α-酪蛋白、β-酪蛋白和κ-酪蛋白的一次性分离制备方法,同时还涉及牛乳3种酪蛋白主要组分在食品及化学工业中的应用。
背景技术
乳经脱脂、酸沉淀、脱水、干燥后制成粉末状制品即为酪蛋白,是一类含磷蛋白质,在乳中形成胶束态。酪蛋白产品具有良好的功能性质,适合作为稳定剂、增稠剂和胶凝剂;又由于酪蛋白具有相对集中的亲水区和疏水区,所以有良好的发泡性和乳化性。酪蛋白中含有人体必需的8种氨基酸,而且能促进人体对于钙、磷、铁等的吸收,因此被广泛应用于各类食品、保健食品作为营养强化剂。酪蛋白为乳中主要蛋白质,其营养价值极高,作为廉价易得的蛋白质,在食品及化学工业中具有广泛的用途。
酪蛋白主要组成为αs-酪蛋白、β-酪蛋白和κ-酪蛋白3种酪蛋白单体组分,其中αs-酪蛋白对钙离子极为敏感,而κ-酪蛋白中唯一对钙不敏感且含有糖成分的蛋白质。在乳中,α-酪蛋白、β-酪蛋白、κ-酪蛋白3种单体质量比约为5:4:1。酪蛋白磷酸化的肽段都具有0~3个亲水性区域,可结合磷酸钙。其中,β-CN有1个,αs-酪蛋白有3个。由于富含脯氨酸和谷氨酰胺,电荷相对集中,酪蛋白分子表现出两亲特性。β-酪蛋白具有亲水性的N-端“头”含有磷酸化中心和中心两侧的序列,疏水性的“尾”包含富含脯氨酸和谷氨酰胺的序列。β-CN和κ-CN的自聚行为表现为其尾部之间通过疏水性相互作用而结合,形成肥皂状分子。众多研究指出,酪蛋白不同单体除了在氨基酸组成及结构上具有差异性外,其生理活性(如抗氧化性、抑菌性等),和理化及功能性质方面具有显著的差异。
牛乳的营养价值和乳酪蛋白的理化及功能性质虽已被广大学者进行了深入研究,但是酪蛋白单体的相关研究较少,因此难以从分子层面揭示其表现出良好特性的机理。乳中酪蛋白以胶束态存在,主要粒径分布在100~200nm。胶束中酪蛋白单体间主要以磷酸钙相互结合而形成钙桥,从而形成稳定的胶束。因此,酪蛋白单体的分离较为困难,导致对其性质的研究较少。
随着社会经济的发展和人们环保意识的增强,低碳环保的工艺被大力推崇,节能减排的技术被广泛重视。在该理念的推动下,分离技术日新月异,各类陈旧技术被不断更新。为了顺应时代发展,酪蛋白分离技术也突显出迫切被更新的需求。目前,关于酪蛋白单体的分离技术主要为多次分离技术,即根据3种单体性质差异,通过3~5次分离,最终获得3种单体。另外,还有一些技术只提供了其中一种单体的分离工艺,其他单体在分离过程中要么损失,要么结构被破坏,难以回收。已有的酪蛋白单体分离技术普遍存在工艺复杂、分离周期长、所用化学试剂种类繁多、分离设备要求高等问题,而且一次分离只能获得1种单体,多次分离后虽能得到3种单体,但回收率低,成本高,只能满足实验室研究需求,难以实现工业化。
综上所述,无论是实验室研究,还是工业生产,都迫切需要一种酪蛋白单体分离新技术,以实现酪蛋白单体的高效分离,且符合低碳环保的理念,达到保护生态环境的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的牛乳酪蛋白主要单体分离工艺,实现3种酪蛋白单体的一次性高效分离,以解决目前酪蛋白单体分离工艺复杂、技术落后、成本高、化学试剂消耗量大、回收率低、难以实现工业化等问题。
为实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:牛乳酪蛋白3种主要组分同时分离的方法,工艺过程如下:
(1)将酪蛋白按1:20~1:50的料液质量比溶于含有3.3mol/L的尿素、pH为8.5的三羟甲基氨基甲烷盐酸水溶液中,并加入0.2%(体积比)β-巯基乙醇,搅拌至其充分溶解,得到酪蛋白溶液;
(2)按照酪蛋白与树脂的质量比为1:40~1:70的比例称取DEAE离子交换树脂,用蒸馏水冲洗,去除杂质;加入0.5mol/LNaOH浸泡2h,用蒸馏水洗至中性;再加入0.5mol/LHCl浸泡2h,用蒸馏水洗至中性,备用;
(3)将处理后的离子交换树脂倒入层析柱中,使其缓慢沉降。用蠕动泵将pH8.5的三羟甲基氨基甲烷盐酸缓冲液(含3.3mol/L尿素)以1~1.5mL/min的流速输送至层析柱顶端,直至流出液的pH值与平衡缓冲液的pH值一致时,层析柱达到平衡;
(4)将酪蛋白溶液采用蠕动泵以0.2~0.5mL/min流速输送至层析柱上端;
(5)洗脱剂A液为20mmol/L的三羟甲基氨基甲烷盐酸水溶液(含3.3mol/L的尿素),B液为20mmol/L三羟甲基氨基甲烷盐酸盐水溶液(含3.3mol/L的尿素,0.3mol/L的NaCl);采用蠕动泵以1.8mL/min的流速输送洗脱剂A,以0.2mL/min的流速输送洗脱液B,每隔30~35min将B液流速增加0.1mL/min,同时将A液流速降低0.1mL/min,即确保总流速和单位时间洗脱液量不变,直至B液终含量为100%,历时约540min~630min;洗脱过程中采用自动收集器收集洗脱液,每5mL洗脱液收集至同一样品瓶;采用紫外可见分光光度计在280nm波长下测定样品瓶洗脱液的吸光度值,以吸光度值为纵坐标,以洗脱液体积为横坐标作图,得到酪蛋白单体组分分离曲线;
(6)采用标准品通过液相色谱鉴定得知,上述分离曲线中第2、3个峰为κ-酪蛋白,第4、5、6个峰为β-酪蛋白,第7、8、9个峰为α-酪蛋白;按照上图个峰对应的洗脱液体积合并对应的洗脱液,分别冷冻干燥得酪蛋白3种主要单体组分,冷冻干燥的温度为-50℃,压强为500~600Pa,时间为24h,使用钢制托盘进行冷冻干燥。
本发明具有下述技术效果:
1、本发明工艺简单,只需一次分离,即在分离柱上上样一次就可实现酪蛋白单体的分离,获得3种酪蛋白单体,克服了酪蛋白单体分离工艺复杂,步骤繁多的问题,大幅度缩减了分离周期,可作为工业化分离制备酪蛋白单体的工艺进行推广,利于实现酪蛋白单体的产业化制备。
2、本发明简化了酪蛋白单体分离步骤,大大缩减了分离过程所用化学试剂,降低了试剂成本和设备成本,降低了环境污染,符合低碳环保新理念,适合工业化推广。
3、本发明的分离工艺不但能实现3种酪蛋白单体的一次性分离,而且分离过程中单体损失少,回收率高,能够为实验室研究或工业化生产提供低成本的酪蛋白单体原料。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明详细说明。
实施例1
称取1.0g酸沉淀牛乳酪蛋白,将其溶解于20mL含有3.3mol/L的尿素、pH为8.5的三羟甲基氨基甲烷盐酸水溶液中,并加入2μLβ-巯基乙醇,去离子水中,磁力搅拌至蛋白质完全溶解。
称取40gDEAE离子交换树脂,用适量蒸馏水冲洗,去除杂质;加入0.5mol/LNaOH浸泡2h,用蒸馏水洗至中性;再加入0.5mol/LHCl浸泡2h,用蒸馏水洗至中性。将处理后的离子交换树脂倒入层析柱中,使其缓慢沉降。
用蠕动泵将pH8.5的三羟甲基氨基甲烷盐酸缓冲液(含3.3mol/L尿素)以1.0mL/min的流速输送至层析柱顶端,以平衡层析柱;当流出液的pH值与平衡缓冲液的pH值一致时,层析柱达到平衡。
将酪蛋白溶液采用蠕动泵以0.2mL/min流速输送至层析柱上端。
配制洗脱剂A液:20mmol/L的三羟甲基氨基甲烷盐酸水溶液(含3.3mol/L的尿素),配制洗脱B液:20mmol/L三羟甲基氨基甲烷盐酸盐水溶液(含3.3mol/L的尿素,0.3mol/L的NaCl);采用蠕动泵以1.8mL/min的流速输送洗脱剂A,以0.2mL/min的流速输送洗脱液B,每隔30min将B液流速增加0.1mL/min,同时将A液流速降低0.1mL/min,即确保总流速和单位时间洗脱液量不变,直至洗脱A液流速将为0mL/min,B液流速达到2.0mL/min,历时540min。每5mL洗脱液收集至同一样品瓶,用紫外可见分光光度计在280nm波长下测定样品瓶洗脱液的吸光度值,以吸光度值为纵坐标,以洗脱液体积为横坐标作图,得到酪蛋白单体组分分离曲线,如附图1所示。
合并第2、3个峰对应的洗脱液,即为κ-酪蛋白;合并第4、5、6个峰对应的洗脱液,即为β-酪蛋白;合并第7、8、9个峰对应的洗脱液,即为α-酪蛋白;分别冷冻干燥3份合并后的洗脱液,即得酪蛋白3种主要单体组分,冷冻干燥的温度为-50℃,压强为500~600Pa,时间为24h,使用钢制托盘进行冷冻干燥。
称重,经计算κ-酪蛋白回收率为85.05%,β-酪蛋白回收率为80.56%,α-酪蛋白回收率为70.66%;经液相色谱鉴定,各酪蛋白单体纯度均达到95%以上。
实施例2
称取1.0g酸沉淀牛乳酪蛋白,将其溶解于50mL含有3.3mol/L的尿素、pH为8.5的三羟甲基氨基甲烷盐酸水溶液中,并加入2μLβ-巯基乙醇,去离子水中,磁力搅拌至蛋白质完全溶解。
称取70gDEAE离子交换树脂,用适量蒸馏水冲洗,去除杂质;加入0.5mol/LNaOH浸泡2h,用蒸馏水洗至中性;再加入0.5mol/LHCl浸泡2h,用蒸馏水洗至中性。将处理后的离子交换树脂倒入层析柱中,使其缓慢沉降。
用蠕动泵将pH8.5的三羟甲基氨基甲烷盐酸缓冲液(含3.3mol/L尿素)以1.5mL/min的流速输送至层析柱顶端,以平衡层析柱;当流出液的pH值与平衡缓冲液的pH值一致时,层析柱达到平衡。
将酪蛋白溶液采用蠕动泵以0.5mL/min流速输送至层析柱上端。
配制洗脱剂A液:20mmol/L的三羟甲基氨基甲烷盐酸水溶液(含3.3mol/L的尿素),配制洗脱B液:20mmol/L三羟甲基氨基甲烷盐酸盐水溶液(含3.3mol/L的尿素,0.3mol/L的NaCl);采用蠕动泵以1.8mL/min的流速输送洗脱剂A,以0.2mL/min的流速输送洗脱液B,每隔35min将B液流速增加0.1mL/min,同时将A液流速降低0.1mL/min,即确保总流速和单位时间洗脱液量不变,直至洗脱A液流速将为0mL/min,B液流速达到2.0mL/min,历时630min。每5mL洗脱液收集至同一样品瓶,用紫外可见分光光度计在280nm波长下测定样品瓶洗脱液的吸光度值,以吸光度值为纵坐标,以洗脱液体积为横坐标作图,得到酪蛋白单体组分分离曲线,如附图2所示。
合并第2、3个峰对应的洗脱液,即为κ-酪蛋白;合并第4、5、6个峰对应的洗脱液,即为β-酪蛋白;合并第7、8、9个峰对应的洗脱液,即为α-酪蛋白;分别冷冻干燥3份合并后的洗脱液,即得酪蛋白3种主要单体组分,冷冻干燥的温度为-50℃,压强为500~600Pa,时间为24h,使用钢制托盘进行冷冻干燥。称重,经计算κ-酪蛋白回收率为88.98%,β-酪蛋白回收率为85.22%,α-酪蛋白回收率为75.76%;经液相色谱鉴定,各酪蛋白单体纯度均达到95%以上。
实施例3
称取1.0g酸沉淀牛乳酪蛋白,将其溶解于30mL含有3.3mol/L的尿素、pH为8.5的三羟甲基氨基甲烷盐酸水溶液中,并加入2μLβ-巯基乙醇,去离子水中,磁力搅拌至蛋白质完全溶解。
称取50gDEAE离子交换树脂,用适量蒸馏水冲洗,去除杂质;加入0.5mol/LNaOH浸泡2h,用蒸馏水洗至中性;再加入0.5mol/LHCl浸泡2h,用蒸馏水洗至中性。将处理后的离子交换树脂倒入层析柱中,使其缓慢沉降。
用蠕动泵将pH8.5的三羟甲基氨基甲烷盐酸缓冲液(含3.3mol/L尿素)以1.2mL/min的流速输送至层析柱顶端,以平衡层析柱;当流出液的pH值与平衡缓冲液的pH值一致时,层析柱达到平衡。
将酪蛋白溶液采用蠕动泵以0.3mL/min流速输送至层析柱上端。
配制洗脱剂A液:20mmol/L的三羟甲基氨基甲烷盐酸水溶液(含3.3mol/L的尿素),配制洗脱B液:20mmol/L三羟甲基氨基甲烷盐酸盐水溶液(含3.3mol/L的尿素,0.3mol/L的NaCl);采用蠕动泵以1.8mL/min的流速输送洗脱剂A,以0.2mL/min的流速输送洗脱液B,每隔33min将B液流速增加0.1mL/min,同时将A液流速降低0.1mL/min,即确保总流速和单位时间洗脱液量不变,直至洗脱A液流速将为0mL/min,B液流速达到2.0mL/min,历时594min。每5mL洗脱液收集至同一样品瓶,用紫外可见分光光度计在280nm波长下测定样品瓶洗脱液的吸光度值,以吸光度值为纵坐标,以洗脱液体积为横坐标作图,得到酪蛋白单体组分分离曲线,如附图3所示。
合并第2、3个峰对应的洗脱液,即为κ-酪蛋白;合并第4、5、6个峰对应的洗脱液,即为β-酪蛋白;合并第7、8、9个峰对应的洗脱液,即为α-酪蛋白;分别冷冻干燥3份合并后的洗脱液,即得酪蛋白3种主要单体组分,冷冻干燥的温度为-50℃,压强为500~600Pa,时间为24h,使用钢制托盘进行冷冻干燥。
称重,经计算κ-酪蛋白回收率为86.33%,β-酪蛋白回收率为83.75%,α-酪蛋白回收率为72.87%;经液相色谱鉴定,各酪蛋白单体纯度均达到95%以上。
附图4所示为实施例中3种酪蛋白单体的液相色谱鉴定结果。
Claims (2)
1.牛乳酪蛋白3种主要组分同时分离的方法,以牛乳酪蛋白为原料,其特征在于,α-酪蛋白、β-酪蛋白和κ-酪蛋白由下述方法实现一次分离制备而成:
步骤1:将酪蛋白按1:20~1:50的料液质量比溶于含有3.3mol/L的尿素、pH为8.5的三羟甲基氨基甲烷盐酸水溶液中,并加入体积比为0.2%的β-巯基乙醇,搅拌至其充分溶解,得到酪蛋白溶液;
步骤2:按照酪蛋白与树脂的质量比为1:40~1:70的比例称取DEAE离子交换树脂,用蒸馏水冲洗,去除杂质;加入0.5mol/L NaOH浸泡2h,用蒸馏水洗至中性;再加入0.5mol/L HCl浸泡2h,用蒸馏水洗至中性,备用;
步骤3:将处理后的离子交换树脂倒入层析柱中,使其缓慢沉降;用蠕动泵将含3.3mol/L的尿素、pH为8.5的三羟甲基氨基甲烷盐酸缓冲液以1~1.5mL/min的流速输送至层析柱顶端,直至流出液的pH值与平衡缓冲液的pH值一致时,层析柱达到平衡;
步骤4:将酪蛋白溶液采用蠕动泵以0.2~0.5mL/min流速输送至层析柱上端;
步骤5:洗脱剂A液为含3.3mol/L的尿素且浓度为20mmol/L的三羟甲基氨基甲烷盐酸水溶液,B液为含3.3mol/L的尿素、0.3mol/L的NaCl且浓度为20mmol/L三羟甲基氨基甲烷盐酸盐水溶液;采用蠕动泵以1.8mL/min的流速输送洗脱剂A,以0.2mL/min的流速输送洗脱液B,每隔30~35min将B液流速增加0.1mL/min,同时将A液流速降低0.1mL/min,即确保总流速和单位时间洗脱液量不变,直至B液终含量为100%,历时540~630min;洗脱过程中采用自动收集器收集洗脱液,每5mL洗脱液收集至同一样品瓶;采用紫外可见分光光度计在280nm波长下测定样品瓶洗脱液的吸光度值,以吸光度值为纵坐标,以洗脱液体积为横坐标作图,得到酪蛋白单体组分分离曲线;
步骤6:采用标准品通过液相色谱鉴定得知,步骤5中所得分离曲线中第2、3个峰为κ-酪蛋白,第4、5、6个峰为β-酪蛋白,第7、8、9个峰为α-酪蛋白;按照上述峰对应的洗脱液体积合并对应的洗脱液,分别冷冻干燥得酪蛋白3种主要单体组分,冷冻干燥的温度为-50℃,压强为500~600Pa,时间为24h,使用钢制托盘进行冷冻干燥。
2.根据权利要求1所述牛乳酪蛋白3种主要组分同时分离的方法,其特征在于,所述步骤1中,牛乳酪蛋白是市售牦牛乳或荷斯坦牛乳干酪素、自制牦牛乳或荷斯坦牛乳酸沉淀酪蛋白、牦牛乳或荷斯坦牛乳超高速离心酪蛋白。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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