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  • 資訊 > 編輯推薦 > 藻藍(lán)蛋白提取、純化及穩(wěn)態(tài)化研究現(xiàn)狀

    2021-07-07 來(lái)源:
    藻藍(lán)蛋白是螺旋藻中一種主要功能性蛋白質(zhì),含量占螺旋藻干基的20%。

    藻藍(lán)蛋白是螺旋藻中一種主要功能性蛋白質(zhì),含量占螺旋藻干基的20%。藻藍(lán)蛋白在食品工業(yè)可作為天然著色劑和營(yíng)養(yǎng)保健品原料;在化妝品行業(yè)可作為添加劑開(kāi)發(fā);在制藥工業(yè)也具有巨大開(kāi)發(fā)潛力,但藻藍(lán)蛋白的光、熱易敏性,以及不耐受酸堿的特性,造成藻藍(lán)蛋白的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用尚未普及。不過(guò),近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,藻藍(lán)蛋白分離純化技術(shù)不斷更新迭代,其產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性提升迅速,使開(kāi)發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域漸受各方產(chǎn)業(yè)和學(xué)者關(guān)注。藻藍(lán)蛋白具有抗氧化活性,研究表明,藻藍(lán)蛋白能夠調(diào)節(jié)由自由基的清除和產(chǎn)生引起的代謝紊亂,而自由基與許多疾病的發(fā)生有直接或間接的聯(lián)系。


    藻藍(lán)蛋白提取研究


    藻藍(lán)蛋白的含量與螺旋藻的養(yǎng)殖條件和加工工藝有關(guān)。不同氮源培養(yǎng)基得到的螺旋藻藻藍(lán)蛋白含量不同,紅光照射的螺旋藻藻藍(lán)蛋白含量比藍(lán)光照射的螺旋藻藻藍(lán)蛋白含量高,春季和夏季培養(yǎng)的螺旋藻比秋季養(yǎng)殖螺旋藻的藻藍(lán)蛋白含量高。螺旋藻常見(jiàn)的干燥方式有陰涼干燥、太陽(yáng)曬干、烘箱干燥、微波干燥、真空烘干、冷凍干燥、噴霧干燥等,其中冷凍干燥、陰涼干燥和噴霧干燥有助于藻藍(lán)蛋白的穩(wěn)定性。


    藻藍(lán)蛋白是胞內(nèi)蛋白,提取效果與細(xì)胞破壁方法、提取工藝參數(shù)有關(guān)。常見(jiàn)的機(jī)械破壁方法有溶脹法、反復(fù)凍融法、超聲波輔助破壁法、高壓均質(zhì)法、組織研磨法等,還有化學(xué)溶劑法、生物酶法等。脈沖電場(chǎng)、電阻加熱法也在近年來(lái)應(yīng)用在細(xì)胞破壁提取藻藍(lán)蛋白的應(yīng)用中。但在實(shí)際操作中為了達(dá)到理想的破壁效果通常將幾種破壁方法耦合使用。


    溶脹法是將螺旋藻干粉浸泡在水溶液中,由于細(xì)胞內(nèi)外滲透壓不同,水進(jìn)入細(xì)胞,撐破細(xì)胞壁,藻藍(lán)蛋白溶出,溶脹法所需設(shè)備簡(jiǎn)單,操作性強(qiáng),但缺點(diǎn)是時(shí)間長(zhǎng)。


    反復(fù)凍融法是利用低溫冷凍環(huán)境使螺旋藻懸浮液結(jié)冰,常溫環(huán)境解凍,反復(fù)幾次達(dá)到破碎細(xì)胞的效果,細(xì)胞破碎、藻藍(lán)蛋白溶出,反復(fù)凍融法操作容易,缺點(diǎn)是規(guī)?;a(chǎn)時(shí)間長(zhǎng),難以實(shí)現(xiàn)。


    超聲波輔助破壁法主要是通過(guò)超聲波傳輸過(guò)程中空穴效應(yīng)產(chǎn)生的剪切力和沖擊波,使細(xì)胞壁充分破裂并釋放胞內(nèi)蛋白質(zhì)。超聲波破壁法實(shí)驗(yàn)周期短,細(xì)胞破碎率高,缺點(diǎn)是工廠生產(chǎn)能耗高,超聲波破壁過(guò)程產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致物料溫度升高,容易造成蛋白變性。


    高壓均質(zhì)法是利用高壓均質(zhì)機(jī)中的物料通過(guò)高壓均質(zhì)閥時(shí),在加壓和驟然失壓過(guò)程產(chǎn)生的高速剪切和沖擊現(xiàn)象使互不相溶的液-液或液-固等實(shí)驗(yàn)材料形成極細(xì)的、均勻的乳化物態(tài),以便藻藍(lán)蛋白的溶出。


    高速剪切法是利用高速旋轉(zhuǎn)刀片產(chǎn)生的強(qiáng)大剪切力使破碎物料與溶劑介質(zhì)在高速流動(dòng)中充分進(jìn)行物質(zhì)傳遞,促進(jìn)可溶性物質(zhì)溶出。


    化學(xué)試劑[2-(N-嗎啉)乙基磺酸、氯化鈣等可以直接破壞細(xì)胞壁的組織結(jié)構(gòu),提高通透性,使蛋白質(zhì)從胞內(nèi)流出。處理后的樣品中細(xì)胞雜質(zhì)少,但化學(xué)試劑的引入,不利于后續(xù)的純化,且化學(xué)試劑容易引起蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞。


    此外,生物酶法是利用生物酶處理細(xì)胞壁,促進(jìn)胞內(nèi)物質(zhì)溶出。


    脈沖電場(chǎng)法是將細(xì)胞暴露在脈沖電場(chǎng)中,細(xì)胞內(nèi)外形成跨膜電壓,造成細(xì)胞膜破壞,從而使胞內(nèi)物質(zhì)溶出。一般而言細(xì)胞破碎越完全,藻藍(lán)蛋白溶出率越高,但螺旋藻細(xì)胞鞘多糖等的溶出使后續(xù)的藻藍(lán)蛋白分離純化難度加大。


    藻藍(lán)蛋白純化研究


    根據(jù)純度,藻藍(lán)蛋白可分為食品級(jí)(P>0.7)、試劑級(jí)(0.7<P<3.9)和分析級(jí)(P>4.0)等多種規(guī)格。螺旋藻粗提液中成分眾多,既包括多糖、蛋白質(zhì)、礦物鹽等,還包括其他功能性成分(葉綠素、胡蘿卜素、維生素、γ-亞麻酸等),粗提液中的藻藍(lán)蛋白需純化到一定純度方可滿足不同的需求。常見(jiàn)的藻藍(lán)蛋白純化方法有鹽析沉淀法、膜過(guò)濾法、雙水相萃取法、自由流電泳法、柱層析法等,幾種純化方法的聯(lián)合使用可以獲得高純度藻藍(lán)蛋白。


    低濃度的硫酸銨溶液(飽和度小于25%)可以沉淀核酸、葉綠素、部分雜蛋白等雜質(zhì),高濃度的硫酸銨溶液(飽和度大于40%)可以沉淀藻藍(lán)蛋白,既可以用高濃度硫酸銨溶液一步沉淀藻藍(lán)蛋白,也可以用低濃度硫酸銨溶液和高濃度硫酸銨溶液分級(jí)多步沉淀純化藻藍(lán)蛋白,第一步先除去粗提液中的部分雜質(zhì),第二步收集藻藍(lán)蛋白沉淀。但是用硫酸銨純化藻藍(lán)蛋白時(shí),藻藍(lán)蛋白溶液中引入的硫酸銨,會(huì)為后續(xù)的處理帶來(lái)麻煩。膜過(guò)濾工藝,已經(jīng)在水處理、植物提取物、食品加工等領(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用,運(yùn)用膜過(guò)濾法可以獲得食品級(jí)以上的藻藍(lán)蛋白。雙水相萃取法可以有效分離藻藍(lán)蛋白和雜質(zhì),但是雙水相物料的成本限制了其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用,且整個(gè)體系容易乳化,不易控制,另外,藻藍(lán)蛋白中新引入的雜質(zhì)為后續(xù)分離

    藻藍(lán)蛋白穩(wěn)態(tài)化研究。


    藻藍(lán)蛋白有液體藻藍(lán)蛋白、藻藍(lán)蛋白粉、藻藍(lán)蛋白片、藻藍(lán)蛋白微膠囊等制劑形式。藻藍(lán)蛋白生理活性的維持與其存在狀態(tài)密切相關(guān)。目前提高藻藍(lán)蛋白理化穩(wěn)定性的方法有調(diào)節(jié)pH、添加穩(wěn)定劑或防腐劑、制作藻藍(lán)蛋白微膠囊或納米顆粒等。


    藻藍(lán)蛋白具有光、熱不穩(wěn)定的特性,在室溫下光照保存10d,100mg/L 藻藍(lán)蛋白水溶液中的色素保存率僅為19.34%,在40 ℃避光保存10 d,藻藍(lán)蛋白的色素保存率僅為24.89%。在50 ℃以下熱穩(wěn)定性較好,溫度達(dá)到或超過(guò)60 ℃,熱穩(wěn)定性明顯下降;溫度升至70 ℃時(shí),藻藍(lán)蛋白溶液立即褪成無(wú)色,并出現(xiàn)藍(lán)灰色絮狀沉淀。藻藍(lán)蛋白對(duì)pH 比較敏感,在pH 3 和pH 5 條件下,藻藍(lán)蛋白溶解性比較低,在pH 5~9 條件下能較好的抑制油脂氧化,但是藻藍(lán)蛋白在pH 3 和pH 11 條件下乳化穩(wěn)定性比較好。


    研究發(fā)現(xiàn)藻藍(lán)蛋白溶液在中性條件下,低于40℃避光保存時(shí),添加葡萄糖、氯化鈉和山梨酸鉀后放置72 h,藻藍(lán)蛋白的保存率分別提高53.4%、31.7%和35.7%。隨著保存時(shí)間的延長(zhǎng)藻藍(lán)蛋白溶液的顏色逐漸損失、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,加入蔗糖的藻藍(lán)蛋白溶液,藻藍(lán)蛋白更穩(wěn)定。在65 ℃條件下存放1 h,70%濃度蔗糖溶液中的藻藍(lán)蛋白比20%和40%的蔗糖溶液中的藻藍(lán)蛋白更穩(wěn)定。


    利用電霧化制備藻藍(lán)蛋白膠囊,保護(hù)藻藍(lán)蛋白活性,制備成的藻藍(lán)蛋白-聚乙烯醇超細(xì)顆??梢允乖逅{(lán)蛋白的耐受溫度提高到216 ℃。以純海藻糖/海藻糖和麥芽糊精混合粉、藻藍(lán)蛋白(含量0.5%)為原料,采用凍干法、噴霧干燥法制備藻藍(lán)蛋白微膠囊,發(fā)現(xiàn)凍干法制備的微膠囊,藻藍(lán)蛋白含有率89%,噴霧干燥法藻藍(lán)蛋白77%,海藻糖含量越多,對(duì)藻藍(lán)蛋白的保護(hù)作用越好。一般來(lái)說(shuō),粉末藻藍(lán)蛋白比液體藻藍(lán)蛋白穩(wěn)定,微膠囊化藻藍(lán)蛋白和化學(xué)修飾的藻藍(lán)蛋白更穩(wěn)定。目前,藻藍(lán)蛋白一般包括液體藻藍(lán)蛋白和粉體藻藍(lán)蛋白兩類(lèi)劑型,粉體藻藍(lán)蛋白一般是通過(guò)噴霧干燥工藝或冷凍干燥工藝制作而成,產(chǎn)品中的主要輔料有海藻糖、葡萄糖和麥芽糊精等。


    藻藍(lán)蛋白作為一種稀有的天然藍(lán)色素,在食品、藥品、化妝品等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。藻藍(lán)蛋白色澤獨(dú)特、營(yíng)養(yǎng)豐富,具有抗氧化,抗炎等多種生理功能,開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景廣闊。但從目前開(kāi)發(fā)來(lái)看,藻藍(lán)蛋白純化技術(shù)還有待提高,雖然近年來(lái)藻藍(lán)蛋白的分離純化已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展,但適用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)仍有待解決。此外,其穩(wěn)定性問(wèn)題也一直沒(méi)有得到很好的解決,嚴(yán)重制約了該色素的廣泛應(yīng)用,因此,藻藍(lán)蛋白的制備以及穩(wěn)定化技術(shù)還需要深入的研究與探索。


    參考文獻(xiàn):


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    [2]任順成,曹悅,李林政,潘天義.天然食用色素藻藍(lán)蛋白研究進(jìn)展[J].食品研究與開(kāi)發(fā),2021,42(07):203-208.


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    關(guān)鍵詞:藻藍(lán)蛋白  提取  純化  穩(wěn)定性


    作者簡(jiǎn)介:小泥沙,食品科技工作者,食品科學(xué)碩士,現(xiàn)就職于國(guó)內(nèi)某大型藥物研發(fā)公司,從事?tīng)I(yíng)養(yǎng)食品的開(kāi)發(fā)與研究。

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