分离生物活性肽的膜工艺设备
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1996年,西班牙的Bautista等人用肌动蛋白酶和 Kerase中性蛋白酶酶解葵花浓缩蛋白,制取高F值寡肽, 产率为24.8%,F值为20.47,AAA含量为1.01%。王梅 也在1992年首次采用碱性蛋白酶和木瓜蛋白酶降解玉米 黄粉;成功地研制出高F值寡肽混合物,产率为7.9%, F值为31.00,AAA含量为0.06%,完全符合高F值制剂 的要求,为解决玉米湿法淀粉厂副产品──黄粉的综合 利用开创了新路子。 高F值寡肽具有消除或减轻肝性脑病症状、改善肝 功能和改善多种病人蛋白质营养失常状态及抗疲劳等功 能,除可制作治疗肝疾药品外,还可广泛用作保肝、护 肝功能食品,烧伤、外科手术、脓毒血症等高付出病人 及消化酶缺乏患者的蛋白营养食品和肠道营养剂,高强 度劳动者和运动员食品营养强化剂等。
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(GSH)与一些卤化有机物、环氧化等结合, 降低环氧化物的毒性,对基体起保护作用。
抗菌多肽(Antimicrobial peptides)
抗菌肽是生物体经诱导产生的一种具有生物
活性的小分子肽,可分为环状肽、唐肽和脂 肽3类。在动植物防御病原微生物的感染中起 到重要的防御作用。
抗菌肽的抗菌作用机理
我国对乳肽的研究不多,主要是进行蛋白酶的筛选 和酶解工艺的优化,如1991年,肖安乐等人筛选出胰蛋 白酶的胰酶是水解变性乳清蛋白质的最佳酶种;1994年, 王凤翼等人对胰蛋白酶控制水解α-酪蛋白的最佳条件 进行了优选;张和平等人采用胰蛋白酶水解热敏性乳清 蛋白,获得热稳定好、易溶解的多肽,并以此开发出稳 定性良好的乳清饮料;1995年,于江虹也从牛乳酪蛋白 中分离提纯获得酪蛋白磷酸肽,证实了其在小肠中可与 钙、铁等矿物质形成可溶性络合物,促进人体对钙、铁 的吸收;广州市轻工研究所生产的酪蛋白磷酸肽CPP含 量达85%以上,易溶于水,加工性能稳定,已在我国市 场上推出。最近,我国生物工作者开发了采用微生物发 酵控制、蛋白转化率高的乳肽产品,其中氨态氮占20% 左右、肽态氮占80%左右,产品无不良气味,已获专利; 湖北工学院吴思方等人进行了固定化胰蛋白酶生产酪蛋 白磷酸肽的研究,CPP得率为21.3%,产品中CPP总含 量为15%,此工艺中酶可重复多次使用,既降低了成本, 又有利于产品分离和生产自动化。
④谷胱甘肽(GSH) 谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸经 肽键缩合而成的活性三肽,广泛存在于动物肝脏、 血液、酵母和小麦胚芽中,各种蔬菜等植物组织 中也有少量分布。谷胱甘肽具有独特的生理功能, 被称为长寿因子和抗衰老因子。日本在50年代开 始研制并应用于食品,现已在食品加工领域得到 广泛应用。我国对谷胱甘肽的研究尚处于起步阶 段。 谷胱甘肽的生产方法主要有溶剂萃取法、化 学合成法、微生物发酵法和酶合成法等4种,其 中利用微生物细胞或酶生物合成谷胱甘肽极具发 展潜力,目前即以酵母发酵法生产为主。
20世纪70年代初,美国首先研制出大豆肽,D.S公司建成了 年产5000吨食用大豆肽装置;日本于80年代开始研制大豆肽,不 二制油公司首先采用酶法规模化生产出3种大豆肽,雪印和森永 等乳业公司应用大豆肽生产食品。 我国近几年也开展了大豆肽的生产和应用研究。江西省科学 院高科技中心李雄辉等人采用ASI389中性蛋白酶和木瓜蛋白酶双 酶水解生产大豆肽,使大豆肽生成率为62.9%,肽态氮含量大于 85%,游离氨基酸含量小于8%,平均肽键长度5~8,分子质量 2000左右。双酶水解工艺既缩短了酶解时间、提高了蛋白质水解 度,又减轻了产品苦味。华南理工大学黄惠华等人用木瓜蛋白酶 对大豆分离蛋白进行水解试验,测得木瓜蛋白酶的动力学常数。 另外,无锡轻工大学的葛文光对大豆肽的生理功能及作用效果进 行了研究;郭敏亮采用豆粕生产出大豆肽饮料等。 根据大豆肽的理化特性,可用大豆肽为基本素材,开发肠胃 功能不良者和消化道手术病人康复的肠道营养食品的流态食品、 降胆固醇、降血压、预防心血管疾病的保健食品,增强肌肉和消 除疲劳的运动员食品、婴幼儿及老年人保健食品、促进脂肪代谢 的减肥食品、酸性蛋白饮料和用作促进微生物生长、代谢的发酵 促进剂等。
1.2
生物活性肽定义
定义1:生物活性肽是蛋白质中25个天然氨基酸以不同组成 和排列方式构成的从二肽到复杂的线性、环形结构的不同肽类的 总称,是源于蛋白质的多功能化合物。 定义2:生物活性肽指的是一类分子量小于6000D,具有多种 生物学功能的多肽。其分子结构程度不一,可从简单的二肽到环 形大分子多肽,而且这些多肽可通过磷酸化、糖基化或酰基化而 被修饰。 功能 活性肽具有多种人体代谢和生理调节功能,易消化吸收,有 促进免疫、激素调节、抗菌、抗病毒、降血压、降血脂等作用, 食用安全性极高,是当前国际食品界最热门的研究课题和极具发 展前景的功能因子。 特性 ①它有良好的吸收性,它的吸收效率比氨基酸和蛋白质都高。 ②它有独特的生理调节功能,胰岛素调节血糖就是一个例子。 ③肽的活性很高,往往很小的量就能起到很大的作用。
1.3 生物活性肽的分类
1.3 重要活性肽研究简介
①乳肽 早在20世纪50年代,某公司即以乳酪蛋白酶解制取了 第一代的酪蛋白肽和氨基酸混合物,含5~8个氨基酸组 成的肽和70%以上的游离氨基酸,用于低抗原性防过敏 牛奶粉,在市场上行销40多年;60~70年代,开发出第 二代的高度水解乳清蛋白肽混合物,含10~12个氨基酸 组成的肽和40%~60%的游离氨基酸。以上两代产品的 游离氨基酸含量过高,影响了产品的风味和生物效价; 90年代,推出了低度水解乳清蛋白肽混合物,含10~15 个氨基酸组成的肽和20%以下的游离氨基酸,产品风味 明显改善,生物效价提高。 1992年,Haque.Z.U和Mozffar.Z研究了胰蛋白酶、凝 乳蛋白酶等酶的固定化反应器制取乳肽的工艺,可以通 过调节流速来控制反应程度,并通过重复使用酶来降低 成本。1989年,Maubois.J.D.和Ieonil.j.研究了带超滤膜 的酶反应器,在反应器内加入钙和磷酸根离子,用于制 备酪蛋白磷酸肽和去磷酸化酪蛋白多肽。
③高F值寡肽 高F值寡肽即是由动、植物蛋白酶解后制得的具有 高支链、低芳香族氨基酸组成的寡肽,以低苯丙氨酸寡 肽为代表,具有独特的生理功能。F值是指支链氨基酸 (BCAA)与芳香族氨基酸(AAA)的摩尔比值。 1976年,Yamashita等人首次利用胃蛋白酶和链霉 蛋白酶从鱼蛋白和大豆分离蛋白酶解中制得含低苯丙氨 酸的寡肽混合物,产率分别为69.3%和60.9%,苯丙氨 酸含量分别为0.05%和0.23%。1982年,Nakhost等人用 α-胰凝乳蛋白酶和羧肽酶A酶解大豆蛋白,也制得相 似的产物。1986年,Soichi等人进行了多种酶分别酶解 乳清蛋白制取低苯丙氨酸寡肽的多种工艺、方法试验, 结果以胃蛋白酶-链霉蛋白酶两步水解法为佳,产品得 率为81.0%、苯丙氨酸含量为0.30%。1991年,Shinya 等人用嗜碱蛋白酶和肌动蛋白酶水解玉米醇溶蛋白,制 取了无苦味高F值寡肽,产率为56.0%,F值20.00, AAA含量为1.86%。
由于谷胱甘肽分子有一个特异的γ-肽键,决 定了它在人机体中的许多重要生理功能,如蛋白 质和核糖核酸的合成、氧及营养物质的运输、内 源酶的活力、代谢和细胞保护、参与体内三羧酸 循环及糖代谢,具有抗氧化、抗疲劳、抗衰老、 清除体内过多自由基、解毒护肝、预防糖尿病和 癌症等功效,因此而成为机体防御功能肽的代表。 谷胱甘肽除可在临床上用作治疗眼角膜疾病,解 除丙烯酯、氟化物、重金属、一氧化碳、有机溶 剂等中毒症状的解毒药物外,还可用于运动营养 食品和功能食品添加剂等。
分离生物活性肽的膜 处理工艺和设备
专业:化学工艺 姓名: 朱道学
第一部分
生物活性肽
主要内容
1.1 生物活性肽研究简史
1.2 生物活性肽定义、功能、特性、作用 1.3 重要活性肽研究简介
1.4 生物活性肽生产方法
1.5 生物活性肽产品
1.1 生物活性肽研究简史
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1.5 作用机理
谷胱甘肽(Glutathione,简称GSH)
谷胱甘肽(GSH)清除自由基的作用机理
GSH中有1个活泼的琉基-SH,易被氧化脱分
子的GSH失氢后转变为氧化型的谷胱甘肽 (GSSG),但在生物体中起着重要作用的 是还原型的GSH
谷胱甘肽结合反应
谷胱甘肽-S-转移酶能催化还愿型谷胱甘肽
首先结合在质膜上。 接着其分子中的疏水段
和两亲性a-螺旋也插入 到质膜中。 最终通过膜内分子间的 相互位移,抗菌肽分子 聚集形成离子性通道, 使细胞失去膜势而死亡。
作用
人体肽物质来源于蛋白质营养,主要是两个方面, 一是食物在消化过程中蛋白质产生肽,被身体吸收;二 是体内细胞利用蛋白质的降解物氨基酸直接合成。 如果由于营养、消化、疾病等原因,体内肽物质的 缺乏,将会使人体的健康受到影响,例如:免疫能力降 低、消化不良、代谢异常、生长发育障碍等等。进而使 健康人产生疾病,使病人难以康复。 科学家已在人体中发现了100多种生物活性肽,这 些肽具有传递生理信息,调节生理功能的作用,对于人 体的神经、消化、生殖、生长、运动、代谢、循环等系 统的正常生理活动的维持非常重要,所有疾病的发生、 发展、治疗、康复都与肽有关系。 因此,科学家建议,针对身体需求,在满足了人体 的基本营养摄入后,适当补充肽营养,对于健康和疾病 康复是大有好处的。
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70年代神经肽的研究进入高潮,脑啡肽及阿片样肽相 继发现,进入了多肽影响生物胚胎发育的研究。 1975年Hughes和Kosterlitz从人和动物的神经组织中分 离出内源性肽,丰富了生物制药内容,开拓了“细胞 生长调节因子”这一生物制药的新领域。 80年代多肽研究逐渐发展为独立的专业,它包含了生 命科学最新的分子生物学、生物合成、免疫化学、神 经生理、临床医学等多个学科。 90年代人类基因组计划启动。随着科学家们解密一个 个基因,多肽研究及其应用出现了空前繁荣的局面。 迄今为止,多肽的研究已经取得了惊人的成果。人们 发现,存在于生物体的多肽有数万种之多,所有的细 胞都能合成多肽,几乎所有的细胞都受多肽的调节。
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1902年伦敦大学医学院的两位生理学家Bayliss和 Starling在动物胃肠里发现了一种能刺激胰液分泌的神 奇物质。他们把它称为胰泌素。这是人类第一次发现 的多肽物质。 1931年一种命名为P物质的多肽被发现,它能兴奋平滑 肌并能舒张血管而降低血压。科学家们从此开始关注 多肽类物质对神经系统的影响,并把这类物质称为神 经肽。 1953年由Vigneand领导的生化小组第一次完成了生物 活性肽催产素的合成。 50年代末Merrifield发明了多肽固相合成法并因此荣获 诺贝尔化学奖。 60年代初期多肽的研究出现了惊人的发展,多肽的结 构分析、生物功能等都相继取得成果。 1965年我国科学家完成了牛结晶胰岛素的合成,这是 世界上第一次人工合成多肽类生物活性物质。
②大豆肽 大豆肽是大豆蛋白质经酸法或酶法水解后分离、精 制而得到的多肽混合物,以3~6个氨基酸组成的小分子 肽为主,还含有少量大分子肽、游离氨基酸、糖类和无 机盐等成分,分子质量在1000以下。大豆肽的蛋白质含 量为85%左右,其氨基酸组成与大豆蛋白质相同,必需 氨基酸的平衡良好,含量丰富。大豆肽与大豆蛋白相比, 具有消化吸收率高、提供能量迅速、降低胆固醇、降血 压和促进脂肪代谢的生理功能以及无豆腥味、无蛋白变 性、酸性不沉淀、加热不凝固、易溶于水、流动性好等 良好的加工性能,是优良的保健食品素材。 大豆肽的生产有酸法水解和酶法水解。酸法因水解 程度不易控制、生产条件苛刻、氨基酸受到损害而很少 采用;酶法水解易控制、条件温和、不损害氨基酸而大 多被采用。酶的选择至关重要。通常选用胰蛋白酶、胃 蛋白酶等动物蛋白酶,也可选用木瓜和菠萝等植物蛋白 酶。但应用较广的主要是放线菌166、枯草芽孢杆菌 1389、栖土曲霉3942、黑曲霉3350和地衣型芽杆菌2709 等微生物蛋白酶。