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蛋白胨的制备

发布日期:2019/2/13 13:43:43

背景及概述[1][3]

蛋白胨是由蛋白质经酶、酸、碱水解而获得的一种胨、胨肽氨基酸组成的水 溶性混合物。它可以作为微生物培养基的主要原料,在抗生素、医药工业、发酵 工业、生化制品及微生物学科研等领域中的用量均很大。一般来说,蛋白胨包括 动物蛋白胨和植物蛋白胨两种。

蛋白胨是不同来源的蛋白质经部分酶解或酸水解后,得到的可溶性产物混合物,一般分子量分布为500~3000Da。蛋白胨是一种外观呈淡黄色或黄色或棕黄色的粉剂,具有肉香的特殊气息。其作为培养基最重要的原材料之一,主要由胨,多肽,小肽(寡肽),氨基酸,生长因子等组成,被广泛用于现代生物医学研究、临床细菌检验、卫生防疫、基因工程、细胞工程以及微生物发酵领域。

蛋白质的降解途径一般有酸碱水解法和生物酶水解法,传统的酸水解多用盐酸、硫酸、磷酸等作为水解试剂,但此类方法使色氨酸几乎全部破坏,部分丝氨酸和苏氨酸也被破坏。而且色氨酸分解后转变成一种腐黑质,严重影响成品的色泽。碱水解多采用氢氧化钠溶液,在高压下进行水解,这种方法几乎使所有氨基酸产生外消旋及部分脱氨作用,精氨酸转化成鸟氨和尿素;胱氨酸、半胱氨酸、丝氨酸、苏氨酸均分解,通酸解法一样产生灰分含量高,产品色泽不好,且会对环境带来污染问题。

理化性质及结构[1]

蛋白胨为蛋白质经酶、酸或碱水解而得到的一种由月示、胨、肽和氨基酸组成的水溶性混合物,是培养大多数微生物的主要营养氮源。传统制备蛋白胨的原料有很多种,如畜血、畜骨、鱼粉和胶渣等。

目前研究表明,不同原料制备的蛋白胨产品中,鱼类蛋白资源的酶解产物具有蛋白质含量高、水溶性好、多肽和游离氨基酸丰富等特点,因此鱼蛋白胨可以作为发酵工业和实验室中微生物培养所选用的最佳蛋白胨。我国的渔业发展迅速,但是对于鱼加工下脚料的开发利用较少,大部分用于加工饲料、鱼粉或被当做废弃物丢弃,附加值较低且污染环境。

开发利用鱼加工下脚料中的蛋白,不仅可以提高鱼业加工的附加价值,扩大蛋白胨的原料来源;而且可以有效地解决环保问题,具有很好的经济效益和社会效益。

传统制备蛋白胨的方法有酸水解法、碱水解法和酶水解法。酸水解法一般采用盐酸、硫酸和磷酸等酸性试剂作为水解剂。酸水解对设备管路要求高;易破坏色氨酸,产品颜色较深、分子量分布广、灰分含量高;工艺上需考虑去酸、脱色问题。碱水解法通常采用稀NaOH、氨水、碳酸铵和石灰水等碱性试剂作为水解剂。许多氨基酸都受到不同程度的破坏,产物发生消旋化,其产物是D-型和L-型氨基酸的混合物。酶水解法条件温和,不破坏氨基酸,不发生消旋化。


蛋白胨

制备[2]

方法一:

将鲜牛骨除去脂肪等杂物,取100kg切成小块,加入180kg水,在球形旋转蒸煮器中蒸煮,蒸汽压力为3kg/cm 2 ,蒸煮时间为2.5h,冷却、静置后取中层骨胶液;将中层骨胶液温度调整至50℃,pH值调整至6.5,加入由5份胰酶、8份木瓜蛋白酶和3中性蛋白酶组成的复合蛋白酶2kg进行酶解5h;酶解结束后,向中层骨胶液中加入盐酸,调整pH值至5.2,并将浆液升温至95℃进行灭酶,灭酶时间为12min,之后冷却沉淀1h,取中层清液为蛋白胨一级液。

蛋白胨一级液经板框过滤机滤除大颗粒杂质,得到蛋白胨二级液;蛋白胨二级液经过精度为0.15μm的超滤机滤除大分子量骨蛋白等细微杂质,得到蛋白胨三级液;蛋白胨三级液经过三效蒸发器浓缩后得到蛋白胨四级液;将蛋白胨四级液经高压均质机均质后,得到蛋白胨五级液。

将蛋白胨五级液输入喷雾干燥塔干燥,设置干燥塔进风口温度为150℃,出风口温度为80℃,得到蛋白胨粉末14.26kg。按照每百公斤鲜牛骨含蛋白质15kg计算,蛋白胨粉末中蛋白质的理论产率为95%;对蛋白胨粉末中的蛋白质实际含量进行测定后,确定蛋白胨粉末中蛋白质的含量为98.2%,平均分子量为3150Da,本方案的蛋白胨粉末为工业型蛋白胨。

方法二:

将鲜牛骨出去脂肪等杂物,取50kg切成小块,加入75kg水,在球形旋转蒸煮器中蒸煮,蒸汽压力为2kg/cm 2 ,蒸煮时间为5h,冷却、静置后取中层骨胶液;将中层骨胶液温度调整至52℃,pH值调整至6.9,加入由12份胰酶、6份木瓜蛋白酶和5中性蛋白酶组成的复合蛋白酶1.5kg进行酶解3h;酶解结束后,向中层骨胶液中加入盐酸,调整pH值至5.0,并将中层骨胶液升温至100℃进行灭酶,灭酶时间为15min,之后冷却沉淀1h,取中层清液为蛋白胨一级液。

蛋白胨一级液经板框过滤机滤除大颗粒杂质,得到蛋白胨二级液;蛋白胨二级液经过精度为0.15μm的超滤机滤除大分子量骨蛋白等细微杂质,得到蛋白胨三级液;蛋白胨三级液经过三效蒸发器浓缩后得到蛋白胨四级液;将蛋白胨四级液经高压均质机均质后,得到蛋白胨五级液。

将蛋白胨五级液输入喷雾干燥塔干燥,设置干燥塔进风口温度为180℃,出风口温度为60℃,得蛋白胨粉末14.68kg。按照每百公斤鲜牛骨含蛋白质15kg计算,蛋白胨粉末中蛋白质的理论产率为95%;对蛋白胨粉末中的蛋白质实际含量进行测定后,确定蛋白胨粉末中蛋白质的含量为96.3%,平均分子量为2800Da,本方案的蛋白胨粉末为试剂型蛋白胨。

主要参考资料

[1]石丹, 王彩云, 云战友, & 高海燕. (2011). 风味酶水解乳清蛋白生产蛋白胨的工艺条件. 中国乳品工业, 39(10), 4-7.

[2]李云龙. (1997). 蛋白胨的生产. 明胶科学与技术(1), 32-34.

[3]李娟, 李文波, 张耀庭, & 郑晓丽. (1999). 几种常用蛋白胨的氨基酸含量分析. 中国生物制品学杂志(3), 172-173.