卵类粘蛋白的分离纯化及其胰蛋白酶抑制活性研究

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随着食品科学的发展与进步,诸多研究发现蛋清中的多种高丰度蛋白不仅可以作为食品加工助剂以改善食物的感官品质,在生物医疗方面也有着广泛的应用。而得到这些蛋白前都需要对蛋清进行多次的分离和纯化,虽然关于蛋清蛋白的提取研究已经积累了很多方法,但目前能够对多种蛋清蛋白进行联合提取的可参考方案并不多见。因此本研究以蛋清卵类粘蛋白的提取为基础,为了能够实现高效工业化生产,结合前人的研究,进一步完善优化了蛋清中多种高丰度蛋白的分离提取工艺的参数。卵类粘蛋白是蛋清中高丰度蛋白之一,具有胰蛋白酶抑制活性,同时也是蛋清中最主要的致敏源。虽然基本结构、基本性质已经为人所知,但关于该蛋白的胰酶抑制机制、以及抑制活性稳定性研究却鲜有报道。因此,接下来本研究主要围绕卵类粘蛋白的胰蛋白酶抑制活性展开研究,为了探究不同条件下该蛋白的抑制活性稳定性,分别从食品加工中涉及到的物理处理以及在复杂的食品体系中分子间相互作用两个方面对其抑制活性的变化进行了探讨。研究内容和结果如下:为了能够提高蛋白提取方法在工业生产上的可行性,以及考虑到提取工艺的高效性,本方案采取多种大规模化提取方法对蛋白进行了分离。以蛋白SDS-PAGE为指标,通过单因素实验比较了不同处理条件下目的蛋白的纯度,从而筛选出最佳处理参数:当pH为6时,蛋清上清液CaCl2浓度为25 mmol/L时,卵粘蛋白具有较好的纯度(75.4%)与提取率(72.4%);当SDS的添加浓度降至1 mmol/L时,卵转铁蛋白具有更高的提取率,进一步调节pH至5.0后沉淀的蛋白纯度较高,最终该蛋白的纯度和提取率分别为90.3%、82.1%。然后通过50℃加热除去转铁蛋白杂质后,采用25%终浓度的乙醇溶液继续分离得到卵类粘蛋白和卵白蛋白,其纯度分别是96.7%和95.1%,提取率分别为77.4%和77.5%。二级结构以及免疫印迹实验表明,除卵白蛋白外,其他四种蛋白均保持了天然状态下较稳定的二级结构,并且基本保留了蛋白的生物活性。以卵类粘蛋白的胰酶抑制活性为研究中心,通过从头测序构建了该蛋白的空间立体结构,并采用分子对接技术分析了卵类粘蛋白与胰酶的相互作用机制。抑制动力学实验表明卵类粘蛋白对胰酶的半抑制浓度约为3×10-5 mmol/L,抑制常数Ki约为3.7×10-8 mol/L,这说明该蛋白对胰酶具有较强抑制作用,且为非竞争性抑制模式。其次,对接模拟结果表明卵类粘蛋白主要通过Lys48与胰蛋白酶的Ser195、Asp189、Gly193等氨基酸以氢键结合,并辅以疏水相互作用维持结构的稳定。此外,不同加工方式对蛋白胰酶抑制活性的影响结果发现仅在超声(600 W,40 min)和高温加热(100℃,120 min)时才能降低蛋白的抑制活性,且分别降低至32.00%和61.80%。以上一章超声降低卵类粘蛋白抑制活性为中心,通过探究不同功率(100 W、200 W、400 W)超声前后蛋白结构、稳定性等指标进一步论述了超声对卵类粘蛋白抑制活性的影响机制。Zeta电位和粒径结果表明,超声有助于提高蛋白分子之间的静电作用力,从而有效降低蛋白的平均粒径。圆二色谱表征发现超声可以显著降低β-折叠构型含量,并使蛋白整体结构的无序性升高。紫外光谱以及外源荧光峰强度的增加说明超声后卵类粘蛋白的空间结构部分展开,导致原本处于蛋白内部的芳香族、脂肪族等非极性氨基酸残基暴露,致使蛋白疏水性逐渐增大。此外,通过对比不同功率超声处理的卵类粘蛋白对消化酶的抗消化能力以及热变性温度变化,可以得知超声处理不仅会破坏蛋白质的高级结构,可能还导致其氨基酸分子间化学键的断裂。探讨了食品体系中常见的两种多酚EGCG与GA对卵类粘蛋白抑制稳定性的影响,对比了小分子与蛋白摩尔比分别在0、5、10、20和100时的条件下蛋白体系的结构变化。研究发现,EGCG对蛋白抑制活性影响最大,摩尔比为20时,蛋白的抑制活性下降至62.34%,而GA在同等浓度下抑制活性并无明显下降。粒径和zeta电位分析表明多酚可以显著降低蛋白的粒径大小,相应的电位绝对值也随之升高。二级结构结果发现EGCG 比 GA对蛋白的β-结构影响更大,起初随多酚的升高降低0,而多酚浓度达到最大时,又迅速升高,可能是由于二级结构发生了重排所致。综合红外光谱以及荧光猝灭分析可知,两种多酚与蛋白主要通过疏水相互作用结合,且都属于静态猝灭。
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