菠萝蛋白酶纯化方法总结

菠萝蛋白酶的提取方法：
（1）沉淀法
沉淀法是粗提酶蛋白的方法之一，主要用于前期酶的初步分离和浓缩，常用的方法有
盐析法，有机溶剂沉淀法，聚乙二醇沉淀法，等电点沉淀法等。

用新型吸附洗涤沉淀法和
单宁沉淀法也可以提取菠萝蛋白酶，操作简单，产率也较高，但酶的产量与单宁的用量密
切相关，而且所含单宁有毒，导致这种方法逐渐被淘汰了。

以酒精为沉淀剂提取菠萝蛋白
酶时，酒精的加入量会对菠萝蛋白酶产生较大的影响，酒精的浓度太低时，不能使菠萝蛋
白酶沉淀下来，浓度太高容易使酶变性失活。

酒精的浓度为80%时，酶的收率最高。

从茶叶中提取的多酚类物质茶多酚也可用于菠萝蛋白酶的分离，用0.5%的茶多酚提取物对菠萝汁中菠萝
蛋白酶进行沉淀最多可达78%，其最大沉淀率明显比单宁法高。

（2）离子交换色谱法
离子交换色谱层析法是蛋白质研究领域内比较高效的纯化技术，目前国外用于分离菠萝蛋
白酶常用的离子交换剂有Sephacryl S-200柱、Mono S阳离子交换剂、S-Sepharose、弱酸性阳离子交换树脂、CM-纤维素阳离子交换柱、Q阴离子交换柱。

国内常用的有羧甲基纤
维素（CMC）、二乙胺乙基纤维素（DEAE），酶的纯化过程通常是将若干色谱纯化技术联
合使用来实现的。

Ota最早用SephadexG-75结合CM-SephadexC-25柱层析分离得到5种茎酶的组分。

用DEAE-52离子交换柱层析结合Sephadex G-75分子筛柱层析色谱法纯化果酶，能
获得比活力为12.5U/mg的单一电泳纯酶制剂。

（3）固定化金属离子亲和色谱法
固定化金属离子亲和色谱法是以普通凝胶作为载体，连接上合适的螯合配体和足够暴露的
金属离子，制成亲和吸附剂，进行分离纯化蛋白质的方法。

此法介于高特异性的生物亲和
分离法和低特异性的离子交换色谱法之间，对组氨酸基团有特异性。

Huali Nie 等（2008）首次应用固定化金属亲和膜（IMAM）—肽-尼龙膜，这是一种将七肽共价固定到复合膜上作为配体的新型尼龙膜，用其从菠萝中分离和提纯菠萝蛋白酶，可使菠萝蛋白酶纯化15.4 倍，回收率达94.6%，而且不会造成任何变性。

固定化金属亲和层析技术正逐渐被采用，Pawan Gupta等（2007）将菠萝蛋白酶成功固定在亚氨基二乙酸载体琼脂糖凝胶6B 型中。

Cu2+
与亚氨基二乙酸（IDA）的络合被用来作为螯合配体将单个组氨酸结合到菠萝酶上。

固定
化高亲和性载体的制备是试图将可溶性交联菠萝蛋白酶制剂固定到铜-亚氨基二乙酸-琼脂
糖凝胶上。

（4）超滤法
超滤法是在离心力或较高的压力作用下，选择适当孔径的超滤膜，使水和其他小分子物质
通过，而使所需酶蛋白截留的方法。

利用超滤法提取酶蛋白，具有无相变、生物活性不易
丧失、得率较高，不会改变溶液糖酸比等特点。

用超滤法浓缩有机溶剂提取的菠萝蛋白酶
产品质量好，对环境污染少，可以实现清洁生产，酶粉得率比高岭土工艺高出47%。

超滤法分离提取的粗酶比活力较单宁沉淀法高2.7倍，也比酒精沉淀法高。

用超滤法浓缩提取
菠萝蛋白酶需要对操作条件进行研究，尽最大可能提高超滤效果，促进工业化生产。

杨辉
等研究认为压力差在300kPa，透过液通量为50L/m2·h时即能保持较大的流量，又不会对酶活造成损失。

在对菠萝汁进行超滤的过程中，料液透过通量随压力差增加和循环速度的
增大逐渐上升并趋于稳定。

用超滤法浓缩提取生物大分子时因不同膜材料的透过通量和截
留率不同，而导致不同的分离特性。

用聚丙烯腈膜（PAN）膜浓缩工艺较适合对菠萝蛋白酶进行超滤浓缩，可使果菠萝酶回收率达93.3%，截留率达97.8%。

用PSA膜超滤菠萝皮汁制得的菠萝蛋白酶酶活总回收率为65.7%。

李兴，林哲甫用二氧化钛吸附菠萝果汁中的
菠萝蛋白酶再用截留值2万和5万的超滤膜超滤浓缩，能获得较高比活的果酶。

得到的果酶活力回收率为54%，比活力为911单位/mg。

目前将纳米氧化锌吸附、陶瓷膜超滤浓缩
和冷冻干燥法结合的综合性技术已达到国际先进水平，创新性较好。

(5) 双水相萃取法
利用两种多聚物，或多聚物与盐在水相中的不相容性，可以从细胞破碎后的细胞碎片中直接分离、纯化并浓缩蛋白质。

该方法的优点是比较温和可在室温下进行，一般不造成酶的变性失活，还可提高其稳定性。

与其它分离纯化方法相比，利用双水相萃取法有很多优点，如易于放大、成本低、可以连续操作、并且是环境友好的。

这就使其成为分离纯化生物分子的诱人的替代方法，在国外进行了大量的应用。

B.Ravindra Babu等（2008）首次使用该法从菠萝中分离纯化菠萝蛋白酶和多酚氧化酶的混合物，结果使菠萝蛋白酶的纯度提高4.0倍，得到约228%的活性回收率。

双水相萃取法提供了一种有效的、经济上可行的分离纯
化菠萝蛋白酶的方法。

在双水相体系中用PEO–PPO–PEO 嵌段共聚物分离纯化菠萝蛋白酶，其活性回收范围为7.5%~79.5%，纯化倍数0.1~1.25倍。

在双水相体系中，各种参数如聚合物的分子质量、聚合物和形成相的盐浓度和分离体系的pH对分离纯化的结果影响较大。

(6) 反胶团萃取法
生物技术的发展为重要生物分子的生产开辟了一条新的途径，在选择性提取的生物分子中，逆胶束有机相很有潜力发展为液液萃取的生物分离技术。

反胶团是表面活性剂，使水滴稳定分散在有机溶剂中，这种表面活性剂是双亲性的有机复合物，既亲脂也亲水。

反胶团萃取法有如下一些优点：不会造成原有功能或活性的损失、界面张力较低、易于规模化、有连续运作的潜力。

H.Umesh Hebbar等（2008）用溴化十六烷基三甲铵/异辛烷/正己醇/正丁醇和磺酸钠/异辛烷的反胶束体系从菠萝废料的水提物中提取和初步纯化菠萝蛋白酶。

用反向阳离子表面活性剂（CTAB）胶束体系能使菠萝蛋白酶获得一个较好的活性回收率可达106%，纯化5.2 倍，而采用阴离子表面活性剂（AOT）则没有获得较好的产率。

(7) 新型纳米吸附剂法
随着一种以氧化铁纳米粒子为核心，聚丙烯酸为离子交换组的新型磁性纳米吸附剂的开发，其在生物分离和生物医学领域已经被广泛应用。

它具有高的离子交换容量和快速的吸附/解吸率。

这种纳米粒子用于菠萝蛋白酶的分离是很有效的。

近年来，纳米纤维膜由于其非常大的表面积和体积比、优越的机械性能引起人们的广泛关注，Haitao Zhang 等（2010）通过一步静电纺丝技术以二甲基乙酰胺为溶剂制备出超细聚丙烯腈（PAN）纳米纤维膜，用化学的方法连接到壳聚糖的表面，共价连接到染料配体辛巴蓝上制成染料固定化亲和膜，而且可以重复使用，膜的再生显示出良好的机械性和化学稳定性。

这种新开发的染料亲和膜首次用于菠萝蛋白酶的吸附，批次试验揭示出它具有一个很高的吸附菠萝蛋白酶的能力，可以实现高效率的大规模的吸附，这种低非特异性结合的亲和膜对于纯化高纯度的菠萝蛋白酶是很有效的。

供试酶液的制备（纳米二氧化钛吸附法分离纯化效果明显好于高岭土吸附法和超滤浓缩有机溶剂提取法，所得酶的比活力分别是后两者的1.94倍和3.81倍）清洗后菠萝茎在4℃冷室中预冷12h，组织捣碎机捣碎，加 1 倍0.05mol/L，pH6.0 磷酸缓冲液（含 5 mmol/L 的EDTA）浸提，缓慢搅拌，浸提10min，4 层纱布过滤，离（4000rpm，15min），上清液即为供试酶液，蛋白质含量为 1.62 mg/mL。

（菠萝果、皮中酶供试液制备方法同上）操作要点：选取干净的菠萝茎，除杂，清水中漂洗三次，沥干，放入4℃冷室中
预冷备用。

预冷后茎用高速组织捣碎机打浆，加0.05 mol/L，pH6.0 磷酸缓冲液浸提
10min，4 层纱布过滤，滤液在4000 rpm 条件下，离心15min，取上清液，放入4℃冷室中备用。

供试酶液中加纳米TiO2搅拌均匀→离心（4000 rpm，15min）→取沉淀用柠檬酸缓冲液洗
脱→搅拌（30min）→离心（4000 rpm，15min）→取上清液→超滤浓缩→冷冻干燥→酶制品。

操作要点：
①吸附、洗脱：供试酶液置于玻璃或不锈钢容器中，加入纳米TiO2搅拌均匀，吸
20~30min，离心弃上清，沉淀用柠檬酸缓冲液洗脱，离心取上清。

②超滤：洗脱液先用
截留分子量为40KD 的超滤膜除去较大分子量的杂蛋白，再用截留分子量为20KD 的超
滤膜除去较小分子量的杂蛋白及其它小分子杂质，采用加去离子水多次超滤。

③冷冻干燥：据共晶点确定干燥参数。

④纳米TiO2吸附能力再生：纳米二氧化钛吸附洗脱后，采用
0.1mol/LNaOH 溶液浸泡，再用去离子水洗涤至中性，干燥后进行重吸附实验，吸附效果
可恢复90%以上。

通过正交试验得影响实验效果的因素主次为：纳米TiO2用量＞吸附液pH＞吸附时间＞
吸附温度
2 高岭土吸附法（高岭土吸附法生产工艺和操作都比较复杂，原材料消耗多，所需设备也多，酶活总回收率及纯化倍数都较低，投资较大。

）
供试酶液→加4%高岭土，搅20min，10℃吸附30~60min→静置→吸出上清→沉淀用16%NaOH 调pH6.5~7.0→加7%~9%NaCl，搅30min→压滤，滤液用1:3（体积比）盐酸
调pH5.0→搅拌→加滤液量25%（NH4）2SO4→溶解→4℃静置过夜→离心→沉淀→干燥（王平诸等，2002）。

操作要点：
①吸附：将供试酶液加入吸附槽中搅拌，同时加入4%的高岭土，搅拌约20min，在
10℃吸附30~60min，用虹吸排掉上清液，收集高岭土吸附物。

②洗脱：用16%的NaOH 溶液调节吸附物的pH 至7.0 左右，再加入吸附质量为
7%~9%的工业食盐，搅拌30min 进行洗脱，然后迅速压滤，收集滤液。

③盐析：将压滤液收集在盐析槽中，用1:3 的盐酸调节pH 至 5.0 左右，搅拌加入压滤
液质量25%的硫酸铵，待完全溶解后，4℃过夜；然后离心，收集沉淀盐析物，干燥即为
粗酶。

3. 超滤浓缩有机溶剂沉淀提取
供试酶液→超滤浓缩→有机溶剂沉淀→干燥→酶制品。

操作要点：①超滤：供试酶液先用截留分子量为40KD 的超滤膜除去较大分子量
的杂蛋白，再用截留分子量为20KD 的超滤膜除去较小分子量的杂蛋白及
其它小分子杂质。

②有机溶剂沉淀：将浓缩液降温至0~4℃，边搅拌边加入-20℃的95%
乙醇，直至混合液中乙醇浓度为50%，静置，使酶沉淀，移出上清液，即
为湿酶。

③干燥：将湿酶在0℃下减压干燥即得菠萝蛋白酶制品。

2.4.4.5 离子交换层析条件的确定（D.R.马歇克等，1999.）
pH：配制pH5.0，5.5，6.0，6.5，7.0，7.5，8.0 的0.01 mol/L Tris-磷酸盐缓冲液（含0.01 mol/LNaCl及1 mmol/LEDTA）。

量取离子交换树脂1mL，用蒸馏水充分冲洗，定量到
10mL 悬浆。

取7 个2mL 离心管，每管加入1mL 离子树脂悬浆，分别用上述缓冲液平衡。

去掉多余缓冲液。

按纳米二氧化钛吸附法最佳条件制得供试酶样品，配成一定浓度酶液。

取1mL 样品与相应缓冲液等量加入离子树脂中，混匀，离心取上清液，测酶活性。

离子强度：取 4 支2mL 离心管各加入1mL 离子树脂悬浆，分别用含
0.1mol/L、0.5mol/L、1.0mol/L、1.5mol/L NaCl 的初始pH6.0 的0.01 mol/LTris 缓冲液充分润洗1~4 号试管，使离子树脂与相应缓冲液平衡，去掉多余缓冲液，向各管中加入
1mL 样品及等量缓冲液。

混匀，静置10min，离心取上清，测酶活性。

吸附容量：取4
支2mL离心管加入同初始缓冲液平衡后的离子交换树脂0.2mL。

用离心管处理样品，于1、2、3、4号管中各加入1mL、2mL、3mL、4mL的样品。

混匀，离心取上清液，测酶活性。

离子交换层析：（1）PH的确定pH6.0的0.01mol/LTris-磷酸盐缓冲液（2）洗脱液的浓度采用 1.5mol/L 的NaCl 溶液作为梯度洗脱的上限浓度。

（3）吸附容量的测定为保证柱层析效率和菠萝蛋白酶的回收率拟选择1mL 为最佳吸附容量。

离子交换法的详细步骤
.1 离子交换介质处理与转型
用初始缓冲液替换倾倒澄清掉20%乙醇，并用初始缓冲液配成凝胶匀浆（凝胶占75%，缓冲液占25%），作真空脱气处理备用。

2 装柱与平衡
将所有材料和试剂平衡至室温，配制初始缓冲液为20mM pH4.0 的醋酸缓冲液（含0.01%的EDTA）和洗脱液为1M NaCl~20mM pH4.0 醋酸缓冲液（含0.01%EDTA）。

根据试验中柱子（1.1cm×30.0cm）的类型取所需量的凝胶，打开层析柱顶部，关闭出口，用
20mM pH4.0 的醋酸缓冲液润湿层析柱柱内及柱子底端并保持一小段液位，略高出滤膜，仔细驱除底端气泡。

将凝胶匀浆用玻璃棒引导边搅拌边沿着柱内壁按同一方向连续倾倒入柱内，防止空气泡的产生，同时用缓冲液填充柱子的剩余部分。

打开柱下口出水口夹子，使凝胶在柱内自由沉降，装上层析柱顶端柱头，连接好洗脱液。

打开蠕动泵，调节流速，让缓冲液按一定的流速
通过，稳定柱子。

用3~4 倍柱体积的缓冲液平衡柱子，直至流出的平衡液和初始平衡液pH 相等时表示已达到平衡。

同时连接紫外检测仪，等流出液在检测仪上绘出的基线稳定后平直即可。

3 加样
略微增大层析柱出口的流速，排除凝胶床表面缓冲液。

打开层析柱顶塞，用移液管将透析至无SO42-的酶蛋白溶液沿管壁从凝胶床表面上数毫米处缓慢流下。

加样时应先沿柱内壁转动一周，然后移至中心缓慢小心地将样品溶液加到凝胶表面，最好避免破坏凝胶，以保持凝胶表面平坦。

打开层析柱出口，让蛋白质样品溶液进入凝胶柱床内，待液面重合时，可用少许起始缓冲液洗柱内壁和床表面，关上层析柱出口。

.4 洗脱
加样后用足够量的起始缓冲液淋洗，使未吸附的物质被洗出，并达到充分平衡，在凝胶表
面缓慢滴加洗脱液，加至洗脱液表面与柱口形成凸面，加入1MNaCl~20mM pH4.0 醋酸缓冲液（含0.01%EDTA）以1mL/min 流速，开始洗脱，同时连接紫外检测仪，调整横流泵为1mL/min，同时以自动部分收集器收集，每5min 收集一管，分别测定每管的蛋白浓度
及酶活。

二．蛋白含量测定方法
采用考马斯亮兰G-250 法（George R，1973）测定蛋白质含量：①标准蛋白溶液的配制：称取10mg 牛血清白蛋白溶于去离子水并定容至100mL，配成0.1mg/mL 的标准蛋白溶液。

②考马斯亮兰G-250 染料试剂：称100mg 考马斯亮兰G-250，溶于50mL 95%的乙
醇后，再加入120mL 85%的磷酸，用水稀释至1L，过滤后贮于棕色瓶中。

③标准曲线的
绘制：取7 支试管，编号后如表1，混匀，放置2min后，在595nm 波长下比色测定
（应在1h 内完成），以牛血清白蛋白含量（μg）为横坐标，以吸光度为纵坐标。

根据表
1 不同蛋白质浓度样品液分别测定吸光度，以蛋白含量为横坐标，吸光度值为纵坐标绘制
标准曲线：：y＝0.0028x+0.0743；R2=0.9996；式中：y 为吸光度，x 为蛋白质浓度
μg/mL。

酶的活力测定：精密移取PH7.0的干酪酸溶液5ml与15ml 的具塞试管中，置于37摄氏度恒温水浴中保温十分钟，准确取一定量的的供试菠萝蛋白酶液，用酶液激活液
（ph4.5L-cys胱氨酸和EDTA-2Na配置）稀释至1ml，加入上述底物溶液中，摇匀，立即置入37摄氏度的恒温水浴中，准确反应10min，加入5ml三氯乙酸溶液中，终止反应，用力混匀，在37摄氏度恒温水浴中静置保温30min，待蛋白
凝聚沉淀，然后冷却至室温于3500rpm离心10min，取上清液于275nm波长下测为其吸光度A。

另取等体积的供试酶
液，按上述步骤操作，对换酶液和三氯乙酸的加入顺序，测得吸光度A0。

菠萝蛋白酶活性的单位定义：一个酶活力单位（U）定义为特定条件下（PH7.0 ,37加减1摄氏度）酶作用于干酪素底物1min产生1ug酪氨酸所需酶量。