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胶原蛋白的分离纯化及氨基酸组成分析

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维普资讯 http://www.cqvip.com 鳓镑舞簿 磬 |_ _ l ■工艺技】Ic 胶原蛋白的分离纯化及氨基酸 组成分析 李燕 ,王川 ,蓝蔚青 (1.上海水产大学食品学院,上海200090; 2.上海市食品研究所,上海200235) 摘要:以新鲜猪皮为原料,用酶法提取胶原蛋白。对提取物用超滤、盐析等方法进行分离纯化,超 滤方法较合适。通过电泳方法确定胃酶提取物中胶原蛋白的分子量分布范围在8-10ku,胰酶提取物 中胶原蛋白的分子量分布范围在3-5ku。氨基酸分析表明胶原蛋白中Hyp含量达8.5%。 关键词:胶原蛋白;羟脯氨酸;分离;纯化;氨基酸组成 中图分类号:Ts 文献标志码:A 文章编号:1005—9989(2007)10—0137—04 Isolation and purification of collagen frOm porcine skin and analysis of amino acid composition LI Yan ,WANG Chuan2,LAN Wei-qing 收稿日期:2007—04—26 作者简介:李燕(1965一),女,硕士,副教授,研究方向为生物活性物质的提取和应用。 6%、水解温度34℃、pH值为3、水解时间为7h。 3结论 [2】Guan-Hong El,Guo-Wei IB Yong-Hui Shi,et aL Angiotensin I—converting enzyme inhibitory peptides derived from food proteins and their physiological and pharmacological effects.Nutrition Research,2004,24:469—486 胃蛋白酶水解河蚌肉可以得到具有较高ACE抑 制率的水解物。 采用胃蛋白酶水解河蚌肉,水解产物的ACE抑 [3】 Ferreira S H_A bradykinin—potentiating factor present in the venom of Bothrops jararaca.British Journal of Pharma— cology,1965,24:163—169 制率与E:S、温度、pH值、时间的回归方程为Y: 83.43429—5.6X2+1、2X3+1.6X4—3.908571X1。+3.6X1X4— [4】曹文红,章超桦、食品蛋白降血压肽及其酶法制备(一)、食 品科技,2002,(4):9—10 9.008571X ̄一1.8X2X3—11.7X2X4—9.908571X32-2.4x3)(4— 3.608571X42。 [5】 曹文红,章超桦.食品蛋白降血压肽及其酶法制备(二).食 品科技,2002,(5):1 1-13 [6】Cushman D W,Cheung H S、Spectrophotometric assay and properties of the angiotensin converting enzyme of rabbit lung.Biochem.Pharmacol,1971,20:1637—1648 利用回归模型预测河蚌肉水解物的ACE抑制率 与E:S、温度、pH值、时间的相关性是可行的。 胃蛋白酶的最优水解条件为E:S 6%,水解体系 温度34℃,pH值为3,水解时间为7h。 参考文献: [7】Sigma quality control test procedure—Enzymatic Assay of angiotensin converting enzyme(EC 3.4、15、1)、Saint Louis,Missouri,USA:sigma,1998 『1】胡子毫,钟立人.食源性血管紧张素转换酶抑制, ̄(ACEIP) 的研究进展.食品安全监督与法制建设国际研讨会暨第 二届中国食品研究生论坛论文集(上),2005:534—539 『81郝记明.酶法水解马氏珠母贝肉制备血管紧张素转换酶 抑制肽的研究[D】.北京:中国农业大学,2005 互 维普资讯 http://www.cqvip.com

≯》舞蕊 工艺技市■ j赫 。 0 “ 镳瓤 (1.College of Food Science,Shanghai Fisheries University,Shanghai 200090; 2.Shanghai Food Research Institute,Shanghai 200235) Abstract:The collagen of porcine skin was extracted by means of enzyme-digest method.The extract was purified further by ultrafiltration,malting out.The result showed that the method of ultrafiltration was fit.Polyacylamide gel electrophoresis(PAGE)indicated that collagen molecular weights were 8 ̄1 0ku,3 ̄5ku respectively in the extract obtained after the pepsin and trypsin hydrolysis.Amino acid composition of collagen indicated that the content of Hyp was 8.5%. Key words:collagen;hydroxyproline;isolation;purification;amino acid composition 胶原蛋白又名胶原质,是由动物细胞合成的一 种生物性高分子,是构成动物结缔组织的主要蛋白 质,广泛存在于骨、腱、软骨、皮肤等结缔组织中, 在脊椎动物中约占总蛋白的l/3。最常见的3种胶原 是I型、Ⅱ型、Ⅲ型胶原,其中I型胶原是成年动物 皮中的主要胶原形式。胶原蛋白中脯氨酸和羟脯氨 酸的含量是各种蛋白质中含量最高的Ilj 蛋白质是一切生命体必不可少的组成部分,胶原 作为一大类蛋白质.在生物体内起着重要作用。由于 胶原蛋白有诸多优良性质,使这类生物高分子化合物 用途非常广泛,遍及医药、化工、食品等领域 。胶原 蛋白具有巨大的开发潜力和利用价值。 随着科学技术的发展.人们对胶原的应用越来越广 泛,对胶原蛋白的需求越来越大,如何既经济又快速获 得胶原蛋白已成为人们关注的课题。本文对胶原蛋白分 离纯化方法进行研究,并确定其中氨基酸的组成和含量。 1材料与方法 1.1实验原料 选用经检疫合格的生猪,屠宰后生剥皮,水温 控制在40℃以下,然后去除表皮层和毛发。在试验 之前,把猪皮清洗干净,去除残留脂肪组织,切成小 颗粒或细条状,一18 ̄C冻藏备用,实验时4 ̄C解冻。 1.2仪器设备 Beckman LG10—2.4A冷冻离心机:Unico UV一 2102紫外分光光度计;ALPH AL一2冻干机:DYY一 Ⅲ电泳仪:北京六一仪器厂;自动定氮仪: KTJELTEC,Autol030 Analyzer:835—50型氨基酸分 析仪:日立:WR一2001溶剂过滤器:上海嘉鹏科技 有限公司。 1-3试剂材料 胃蛋白酶、胰酶:苏州东吴医用生化制药厂, 三氯乙酸,对二甲氨基苯甲醛,氯氨T,高氯酸,巯 基乙醇,柠檬酸缓冲液等。所有试剂均为分析纯; 超滤膜:TS一100,CXA一50,上海医药工业研究院。 砸 丽 1.4实验方法 1.4.1 酶法提取胶原蛋白本实验选用胰酶、胃蛋白 酶进行酶解,提取猪皮中的胶原蛋白。去脂去杂蛋 白的猪皮,按原料:缓冲液(pH8~9)1:3匀浆,加入胰 酶搅拌均匀,在45℃酶解4h,沸水浴灭酶lOmin, 5000r/min离心15min,取上清液,将上清液冷冻干 燥保存。去脂去杂蛋白的猪皮,按原料:缓冲液(pH2) l:7匀浆,加入胃蛋白酶搅拌均匀.在37℃酶解6h, 沸水浴灭酶lOmin,7000r/min离心15min,取上清 液,将上清液冷冻干燥保存。 1.4.2蛋白质的测定用自动凯氏定氮仪测定。 1.4-3提取物的分离 1.4.3.1超滤超滤(简称ur)是以压力为推动力,利 用超滤膜不同孔径对液体进行分离的物理筛分过程[31。 实验选用了分子量截留值为l0万和5万的超滤膜 取一定量的用胰酶提取的胶原蛋白冻干粉溶解 于pH 8-9的缓冲液中,放入超滤器中,先后用分子 量截留值为l0万和5万的超滤膜超滤。得到3个组 分的样品:被分子量截留值为l0万的超滤膜截留的 胰酶提取物,被分子量截留值为l0万的超滤膜滤过 同时被截留值为5万的超滤膜截留的胰酶提取物,被 截留值为5万的超滤膜滤过的胰酶提取物。 取一定量的用胃酶提取的胶原蛋白冻干粉溶解 于pH2的缓冲液中,放入超滤器中,用分子量截留 值为l0万的超滤膜超滤。得到2个组分的样品:被 截流和滤过的胃蛋白酶提取物。 1.4.3.2盐析工艺流程见图1。 1.4.3-3提取物的透析将分离后的3个胰酶提取物和 2个胃蛋白酶提取物分别装入透析袋中,放入装有蒸 馏水的容器中进行透析,将透析后的产物冷冻干燥。 1.4.4电泳实验对冻干的胶原蛋白样品进行SDS— PAGE聚丙烯酰胺凝胶不连续电泳。分离胶浓度为 l5%(或12%),浓缩胶浓度为3%。 l。4。5氨基酸分析将样品在6mol/L的HCt溶液中 于1 10℃条件下水解18h,通过氨基酸分析仪测定其 维普资讯 http://www.cqvip.com 嘲谚 蓐 l l粗提物 液 用4.4mol/L NaCI/0.05mol/L Tris—HCI(pH7 搅拌过夜,离 l ̄'(14000r/min×30min×4 淀 上清液 用2.4mol/L NaC1/0.05mol/L Tris-HCl(pH7 抽提2~3次,搅拌1~2h后离心,再 离 I ̄'(14000dmin×30min×4T:) 图1盐析工艺流程 氨基酸组成和含量。 2结果与讨论 2.1酶法提取胶原蛋白 胶原蛋白是由三股螺旋组成的,分子量在30万1一1. 每条肽链的分子量大约为10万1= ∥ 1。因胶原蛋白酶对 胶原蛋白的水解主要破坏胶原的螺旋区,使胶原蛋 白水解为小分子肽类及游离氨基酸,而其他蛋白酶 对胶原蛋白的酶解促溶,只是切除胶原蛋白的尾肽. 使其变为可溶[41,所以用胃蛋白酶促溶的胶原蛋白溶 液,同原胶原具有相同的形状、大小及氨基酸组成,一一 一爹 一  同酸溶性胶原蛋白在性质上无显著不同[51,胃蛋白酶 水解胶原蛋白是在37℃,胶原蛋白没有变性同,从图 1第4泳道的谱带可确定所提出的胶原蛋白为天然的、 未变性的大分子胶原蛋白。 胃蛋白酶提出的胶原蛋白粗品分子量在7.8 ̄10 ~ 9.9x104u范围内,如图1所示,说明样品的结构保持 了肽链的完整性。然而,当胃蛋白酶提取物被截留值 为10万的超滤膜分离之后,样品却被分解,形成了 小分子量片段,反而破坏了胃蛋白酶提取的胶原蛋白 的结构。从被分离的两组分样品的分子量测定结果可 以看出胃蛋白酶提取物无法被超滤膜完全分离 这 可能因为胃蛋白酶提取物的冻干粉溶解于pH2的缓 冲液中,形成了十分黏稠的液体,无法穿透超滤膜, 不利于超滤:并且胃蛋白酶提取的胶原蛋白粗品从 电泳图谱来看分子量相差不大,因此,用胃蛋白酶 提取的胶原蛋白不需再进一步分离。 根据电泳结果,胰酶提取得到的胶原蛋白样品 分子量分布在3.2x104-5.1xl0 11之间,说明胰酶的水 解力较强,已经把胶原蛋白水解为小分子片段。分 别用截留值为10万和5万的超滤膜进行分离,不同 工艺技市 2 4 ≮ #。 3、.0ku— 嘲懒 20.1ku———’ 14.4ku— i 1.标准蛋白;2.被截留值为1O万的超滤膜截流的胶原蛋白提取物 (组分1);3.被截留值为1O万的超滤膜滤过的胶原蛋白提取物(组分 2):4.胃酶水解后提取物。 图1 胃蛋白酶提取胶原蛋白的电泳图谱 组分收集到的产物用SDS—PAGE电泳测得的分子量 结果相近,都在2~3万11之间。 2.2酶法提取胶原蛋白的得率 脚;表1 酶解提取胶原蛋白的含量(凯氏定氨法) 3 从表1可看出.用胰酶提取胶原蛋白的样品中 蛋白质含量高于用胃蛋白酶提取的样品中蛋白质的 ∞ 含量,说明用胰酶提取的样品中蛋白质的得率较高, 6 1 2 但胰酶提取的胶原蛋白色泽偏黄,而胃蛋白酶提取 的胶原蛋白为纯净的白色。 6 2.3氨基酸组成分析 表2胶原蛋白中氨基酸组成及含量 胶原蛋白供酶提 胶原蛋白f胃酶提 5 取怆量 aa仝数 gz)f- ̄,%aa个数 互 兰 卫 圳叭 犍 2昌8犍 跎 2 维普资讯 http://www.cqvip.com 工艺技市■ 用酶法提取出的胶原蛋白其氨基酸组成和含量 与Sigma胶原蛋白标准品比较,结果如表2所示。 对表2的数据进行分析可以看出,在用胰酶和 胃蛋白酶提取出的胶原蛋白中,甘氨酸的含量分别 为19.76%和16.41%,而sigma胶原蛋白标准品中甘 氨酸的含量是1 1.14%。胶原蛋白I是由两条 1(I)和一 条 2组合而成的三股螺旋.一级结构表明, 肽链 的96%都是按三联体的重复顺序(Gly—x—y)n排列而成 的,Gly数目占残基总数的1/3[·1。表2的数据显示,胰 酶和胃蛋白酶提取出的胶原蛋白中每100个氨基酸 中Gly的残基数分别为29.63和24.73个,而Sigma 胶原蛋白标准品中甘氨酸的残基数为26.10个。 Sigma胶原蛋白标准品中氨基酸的总量仅占60.03%, 其余为一些盐类杂质,这从SDS—PAGE的电泳图谱 中也得到了验证,但在它的蛋白组成中,胶原蛋白 的含量占95%,达到了较高的纯度。本实验用胰酶 和胃蛋白酶提取 的胶原蛋白中,蛋白含量分别为 98.72%和98.89%.蛋白含量都高于sigma胶原蛋白 标准品,但纯度略低,分别为81%和84%。若经过 适当的纯化处理,可提高其纯度。如本实验中用胰 酶提取的胶原蛋白用截留值为5万的超滤膜分离, 在滤过组分的蛋白中胶原蛋白的含量达87%。 2.4盐析 盐析的原理是在蛋白质溶液中加入大量的中性 盐.使蛋白质沉淀析出。取一定量的用胃酶提取的 胶原蛋白冻干粉经过盐析、透析,最后冷冻干燥后 得到0.0821g冻干粉,盐析物的得率是0.24%。盐析 物的电泳图谱见图2。从谱带的迁移率可以看出,盐 析后获得的胶原蛋白的分子量在10万U,但经过盐 析的整个过程,最终获得的产品极少。 97.4ku——-+ 嘲 醣 66.2ku—— 镤 擎 1标准蛋r_1;2.盐析后的胃蛋白酶提取物。 图2盐析后胶原蛋白电泳图谱 2.5胶原蛋白的微生物、理化指标检测 通过一系列提取T艺条件及纯化方法的探索,确 .日目 囹 =委 定用胃蛋白酶和胰酶从猪皮中提取胶原蛋白。所得样 品各项指标如下:色泽与形状:白色絮状(胃蛋白酶提 取),淡黄色粉末(胰酶提取);pH值(水溶液)7.37;铅 0.46mg/kg;砷<0.1mg/kg;细菌总数9cfu/mL;大肠菌 群<3MPN/100mL;致病菌(沙门氏菌、志贺氏菌、金黄 色葡萄球菌、溶血性链球菌):未检出(注:检测样品为 胶原蛋白的水溶液(10mg样品/250mL水):氨基酸分 析(冻干粉):胶原蛋白中羟脯氨酸占总氨基酸 8.5% 3结论 电泳实验结果表明,胰酶的水解能力较强,把 胶原蛋白分解成分子量为3~5ku的小分子片段;而 胃蛋白酶提取的胶原蛋白的分子量在8~10ku.保持 了肽链的完整性。 羟脯氨酸测定结果表明,胰酶提取的胶原蛋白 的含量与胃蛋白酶提取的胶原蛋白的含量相当,但氮 的测定结果显示胰酶提取物中蛋白质的含量明显高 于胃蛋白酶提取物中蛋白质的含量。但冻干后的胶原 蛋白样品色泽偏黄.胃蛋白酶提取的胶原蛋白冻干后 的样品色泽洁白。 电泳实验和羟脯氨酸测定结果表明.胃蛋白酶 提取的胶原蛋白不需要进一步的分离;而胰酶提取的 胶原蛋白只需用截留值为5万的超滤膜进行分离。 在本实验中.不适用葡聚糖凝胶分离酶解提取 物。选择使用超滤膜来分离提取物(超滤膜可能会使 长链的胶原蛋白断裂)。 胰酶和胃蛋白酶提取的胶原蛋白在分子量和得 率、纯度等方面存在差异。因此根据需要决定选用何 种酶来提取胶原蛋白。 参考文献: 【1]王镜岩,朱圣庚,徐长法.生物化学IM].北京:高等教育出版 社.2002:215—218 【二 P Kittiphattanabawon, S Benjakul, W Visessanguan, et a1. Characterization of acid-soluble collagen from skin and bone of bigeye snapper(Priacanthus tayenus)[]j.Food Chem,2005, 89:363—372 【3] 苏拔贤.生物化学制备技术【M].北京:科学出版社,1986: 189-218 【4】永井裕,藤本大三郎.胶原蛋白试验方法【M】.上海:上海中 医学院出版社.1988 『5] JMoralea PMontem Amoral Isolation and partial charac— tefization of twotypes of musclecol1ageninsome cephalo- pods[J].JAgric Food Chem,2000,48:2142-2148 【6】李开雄,赵志远,刘霞.猪皮中胶原蛋白的提取及其应用 叭肉类研究,l996,(4):43-48 

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