分組製備鹼性、酸性和中性功能胺基酸組的方法
2023-05-13 20:44:01 1
專利名稱：分組製備鹼性、酸性和中性功能胺基酸組的方法
技術領域：
本發明主要涉及一種對蛋白質水解產物中的功能胺基酸進行分組製備的工藝；尤其涉及將蛋白質水解成胺基酸化合物，然後將這些化合物分離為三組，即酸性、中性和鹼性的功能胺基酸組。
背景技術：
蛋白質是由許多胺基酸通過肽鍵連接在一起組成的。蛋白質的水解是在肽鍵破壞時發生的。蛋白質的水解產物是蛋白質被水解或分解成其各個胺基酸組分。有許多水解蛋白質的方法；最常用的是在強酸或強鹼中長時間煮沸，或者用酶來促進自然發生的水解過程。已有專利分別講述了如何在鹼性條件下和酸性條件下水解蛋白。另外專利講述了如何選用酶來水解蛋白。現有技術還公開了許多分離和純化胺基酸化合物的方法。例如，已有專利通過陽離子交換樹脂塔從蛋白水解產物中分離單胺基酸或鹼性胺基酸；另有專利提供了一種純化胺基酸的方法，包括將含有雜質的胺基酸溶液與離子交換樹脂接觸以選擇性地將胺基酸吸附到樹脂上；另有專利涉及一種純化胺基酸的工藝，尤其是一種通過電滲析將胺基酸分離的工藝；另有專利講述了一種分離胺基酸的方法，尤其是通過在丙酮溶液中分解胺基酸化合物來從蛋白水解產物中分離胺基酸；另有專利講述了將所選擇的胺基酸從混合物中分離出來的工藝，該混合物含有不同化合物和包含所選胺基酸分子印記的聚合物材料；另有專利講述了使用手性洗脫劑通過液相色譜法分離胺基酸；另有專利提供了一種從雜質中分離胺基酸及其鹽的方法，該雜質含有包括胺和酸的基本非互溶的提取劑相；另有專利講述了用不同種類沸石的吸附作用來從水溶液中分離胺基酸的工藝；另有專利講述了一種用於從混合胺基酸和強酸性凝膠狀陽離子交換樹脂的水溶液中分離至少一種芳香族胺基酸的方法。對於蛋白質水解產物中的這些胺基酸化合物而言，它們分別可以被分為具有過多羧基基團(COOH)的酸性胺基酸、具有過多氨基基團(NH2)的鹼性胺基酸和具有等量COOH 和NH2的中性胺基酸。雖然有許多關於製備蛋白質水解產物和分離/純化胺基酸的技術，但是還沒有現有技術聲稱開發一種方法能夠將蛋白質水解產物中的胺基酸化合物分為三組， 即酸性、中性和鹼性胺基酸。
發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對現有的分離胺基酸的技術中未涉及將胺基酸化合物分成酸性、中性和鹼性胺基酸的缺陷，提供一種將蛋白質水解成胺基酸化合物，並將其中的功能胺基酸分成酸性、中性和鹼性三大類功能胺基酸組的方法。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是構造一種將混合胺基酸溶液按照酸性、中性和鹼性三大類功能胺基酸進行分組製備的方法，通過特定順序的離子交換過程可以從混合的蛋白質降解產物中成功分離酸性、中性和鹼性這三組胺基酸，並且通過乾燥收集其對應的乾粉末。本發明提供了一種分組製備鹼性、酸性和中性功能胺基酸組的方法，主要包括以下步驟1)對蛋白質進行水解並過濾後獲得含多種胺基酸的混合溶液；2)調節所述胺基酸混合溶液的pH值低於該混合溶液中所有鹼性胺基酸的等電點並高於所有中性胺基酸的等電點，以使所有鹼性胺基酸帶上正電荷，隨後使用陽離子交換樹脂分離鹼性胺基酸，並將鹼性胺基酸從陽離子交換樹脂上洗脫並乾燥獲得鹼性胺基酸粉末；3)調節步驟2)中已分離過鹼性胺基酸的胺基酸混合溶液的pH值低於該混合溶液中所有中性胺基酸的等電點並高於所有酸性胺基酸的等電點，以使所有酸性胺基酸帶上負電荷，隨後使用陰離子交換樹脂分離酸性胺基酸，並將酸性胺基酸從陰離子交換樹脂上洗脫並乾燥獲得酸性胺基酸粉末；4)對步驟3)中已分離過鹼性胺基酸和酸性胺基酸的胺基酸混合溶液進行乾燥獲得中性胺基酸粉末。實施本發明的分組製備鹼性、酸性和中性功能胺基酸組的方法，具有以下有益效果本發明通過對蛋白質進行水解，並進一步採用特定順序的離子交換步驟對酸性、中性和鹼性這三組胺基酸進行了成功地分離，其工藝簡單，成本低；且分析結果表明所分離的三組胺基酸表現出各自不同的化學和物理性質，可以被用作紡織或生物醫學應用中的功能材料。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖1是本發明優選實施例中分組製備鹼性、酸性和中性功能胺基酸組的方法流程圖；圖2(a)、圖2(b)和圖2(c)分別為鹼性、中性和酸性胺基酸粉末的掃描電鏡圖像；圖3(a)、圖3(b)、圖3(c)和圖3 (d)分別為羊毛、鹼性、中性和酸性胺基酸的熱重-差示掃描量熱曲線；圖4為羊毛、精氨酸、鹼性、中性和酸性胺基酸的傅立葉變換紅外光譜圖；圖5為羊毛、鹼性、酸性和中性胺基酸的X射線粉末衍射圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。請參閱圖1，為本發明優選實施例中分組製備鹼性、酸性和中性功能胺基酸組的方法流程圖。如圖1所示，本發明提供的分組製備鹼性、酸性和中性功能胺基酸組的方法，主要包括以下步驟1)通過長時間在強酸或強鹼中煮沸，或者使用酶來促進自然發生的水解過程將蛋白質源水解成胺基酸混合物溶液；過濾水解產物溶液以便進行後續處理，得到了含酸性、中性和鹼性胺基酸的混合溶液。
2)通過陽離子交換樹脂分離鹼性胺基酸。首先將過濾後的胺基酸混合溶液的PH 值調節至低於該混合溶液中所有鹼性胺基酸的等電點(isoelectric point, pi)但高於所有中性胺基酸的等電點，即5. 05 < pH 10.76， 在11. 0至12. 0之間更佳，以使得鹼性胺基酸帶上負電荷並因此從樹脂上分離。之後通過對含有鹼性胺基酸的洗脫液進行噴霧乾燥或冷凍乾燥以收集鹼性胺基酸粉末。3)通過陰離子交換樹脂分離酸性胺基酸。將上述已分離過鹼性胺基酸的胺基酸混合溶液的PH值調節至低於該混合溶液中所有中性胺基酸的等電點但高於所有酸性胺基酸的等電點，即3. 15 < pH < 5. 05，在4. 0至5. 0之間更佳，以使得只有酸性胺基酸帶上負電荷。隨後將充足的陰離子交換樹脂(包括但不限於OH—或Cl—型陰離子交換樹脂)放入該調節PH值後的胺基酸混合溶液中，反應足夠時間，24小時更佳，以便將帶有負電荷的酸性胺基酸儘可能多地交換到樹脂上，之後將得到的樹脂從混合溶液中分離出來，並用蒸餾水洗去樹脂表面的殘留溶液。為了將酸性胺基酸從樹脂上洗脫，將樹脂浸沒在PH值小於所有酸性胺基酸等電點的酸性溶液(如HCl溶液)中，即pH < 2. 85，在1. 0至2. 0之間更佳，以使得酸性胺基酸帶上正電荷並因此從樹脂上分離。之後通過對含有酸性胺基酸的洗脫液進行噴霧乾燥或冷凍乾燥以收集酸性胺基酸粉末。4)分離中性胺基酸。通過對已分離過鹼性和酸性胺基酸的混合溶液進行噴霧乾燥、冷凍乾燥或者其它乾燥方式來收集中性胺基酸粉末。結果表明本發明所分離的三組胺基酸表現出不同的化學和物理性質，可以被用作紡織或生物醫學應用中的功能材料。下面的例子將對發明進行進一步說明，但並不用於限制本發明。實施例11)將IOOg羊毛放入1. OL 1. 5mol化―1的氫氧化鈉溶液中，然後在120°C的高壓蒸汽加熱器中反應24小時以將羊毛水解為胺基酸。胺基酸的量用茚三酮反應進行測量，含有肽鍵的成分的量用雙縮脲反應進行測量，結果證實羊毛幾乎都被水解為胺基酸。隨後，將所得水解所得的胺基酸混合溶液進行過濾以便進行後續處理。2)將濾得的胺基酸混合溶液的pH值調節到7. 0，以使得鹼性胺基酸帶上正電，然後將充足的H+型陽離子交換樹脂放入胺基酸混合溶液中反應24小時，以將帶有正電荷的鹼性胺基酸交換到樹脂上，之後，將得到的樹脂從溶液中分離出來，並用蒸餾水洗去樹脂表面的殘留溶液。為了將胺基酸從樹脂上洗脫，將樹脂浸沒在PH = 12. 0的NaOH溶液中，以使得鹼性胺基酸帶上負電荷並因此從樹脂上分離，將所得溶液進行進一步的噴霧乾燥處理以得到鹼性胺基酸粉末。3)從胺基酸混合溶液中分離鹼性胺基酸之後，將剩餘的混合溶液的pH值調節至 5. 0，以使酸性胺基酸帶上負電，將充足的0H_型陰離子交換樹脂放入溶液中反應24小時， 以將帶有負電荷的酸性胺基酸交換到樹脂上，之後，將得到的樹脂從溶液中分離出來，並用蒸餾水洗去樹脂表面的殘留溶液。為了將胺基酸從樹脂上洗脫，將樹脂浸沒在PH = 2. 0的 HCl溶液中，以使得酸性胺基酸帶上正電並因此從樹脂上分離，將所得溶液進行進一步的噴霧乾燥處理以得到酸性胺基酸粉末。4)從胺基酸混合溶液中分離鹼性和酸性胺基酸之後，對剩餘的混合溶液進行噴霧乾燥以得到中性胺基酸粉末。圖2(a)、圖2(b)和圖2(c)所示分別為鹼性、中性和酸性胺基酸粉末的掃描電鏡 (scanning electron microscope, SEM)圖像。顯然，這些胺基酸粉末的表面形貌非常不同， 鹼性胺基酸更加硬且脆，而酸性胺基酸則更軟且具有粘性，有趣的是，中性胺基酸看起來介於鹼性和酸性胺基酸之間。這可能是由於這幾組胺基酸的不同性質而導致的，可以通過進一步表徵來確定。為了解釋幾組胺基酸粉末表面形貌的不同，我們嘗試通過測量樣品的熱重-差示掃描量熱曲線來考察胺基酸粉末的一些物理性質。熱重(Thermogravimetry，TG)測量法是測量具有不同相轉變溫度和熔化溫度的成分含量的一種好方法，差示掃描量熱儀 (differential scanning calorimetry, DSC)是一種用於測量複合物相轉變過程中所包含的溫度和能量變化的工具。圖3(a)、圖3(b)、圖3(c)和圖3(d)所示分別為羊毛、鹼性、中性和酸性胺基酸的 TG-DSC曲線；它們相應的玻璃化轉變溫度、分解溫度和質量變化(400°C )列在表1中。從結果中可以發現，鹼性胺基酸具有更高的玻璃化轉變溫度(73. 8°C )、分解溫度(305. 3°C ) 和更低的質量變化(17. 40% )，而酸性胺基酸具有更低的玻璃化轉變溫度(54. 6°C )、分解溫度(158. 9°C )和更高的質量變化(39. 01% )，有趣的是，中性胺基酸的這些性質具有介乎於中間的參數。這些結果也支持了從表面形貌表徵所觀察到的現象。表1 樣品玻璃化轉變溫度分解溫度(400 °C)
權利要求
1.一種分組製備鹼性、酸性和中性功能胺基酸組的方法，其特徵在於，包括以下步驟1)對蛋白質進行水解並過濾後獲得含多種胺基酸的混合溶液；2)調節所述胺基酸混合溶液的PH值低於該混合溶液中所有鹼性胺基酸的等電點並高於所有中性胺基酸的等電點，以使所有鹼性胺基酸帶上正電荷，隨後使用陽離子交換樹脂分離鹼性胺基酸，並將鹼性胺基酸從陽離子交換樹脂上洗脫並乾燥獲得鹼性胺基酸粉末；3)調節步驟2)中已分離過鹼性胺基酸的胺基酸混合溶液的pH值低於該混合溶液中所有中性胺基酸的等電點並高於所有酸性胺基酸的等電點，以使所有酸性胺基酸帶上負電荷，隨後使用陰離子交換樹脂分離酸性胺基酸，並將酸性胺基酸從陰離子交換樹脂上洗脫並乾燥獲得酸性胺基酸粉末；4)對步驟3)中已分離過鹼性胺基酸和酸性胺基酸的胺基酸混合溶液進行乾燥獲得中性胺基酸粉末。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟1)中通過長時間在強酸或強鹼中煮沸來對蛋白質進行水解；或者使用酶來加速自然發生的水解過程。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟2)中調節所述胺基酸混合溶液的pH值位於5. 05 7. 60之間。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟3)中調節已分離過鹼性胺基酸的胺基酸混合溶液的PH值位於3. 15 5. 05之間。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟2)中使用pH值大於所有鹼性胺基酸等電點的鹼性溶液將所述鹼性胺基酸從陽離子交換樹脂上洗脫。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述步驟2)中使用pH值大於10.76的氫氧化鈉溶液將所述鹼性胺基酸從陽離子交換樹脂上洗脫。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟3)中使用pH值小於所有酸性胺基酸等電點的酸性溶液將所述酸性胺基酸從陰離子交換樹脂上洗脫。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述步驟3)中使用pH值小於2.85的鹽酸溶液將所述酸性胺基酸從陰離子交換樹脂上洗脫。
9.根據權利要求1至8中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述陽離子交換樹脂包括H+或Na+型陽離子交換樹脂。
10.根據權利要求1至8中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述陰離子交換樹脂包括0H_或Cl—型陰離子交換樹脂。
11.根據權利要求1至8中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述乾燥以獲得鹼性胺基酸粉末、酸性胺基酸粉末或中性胺基酸粉末的工藝包括噴霧乾燥或冷凍乾燥。
全文摘要
本發明涉及一種分組製備鹼性、酸性和中性功能胺基酸組的方法，包括以下步驟1)對蛋白質進行水解獲得胺基酸混合溶液；2)調節混合溶液的pH值使所有鹼性胺基酸帶上正電荷，使用陽離子交換樹脂分離鹼性胺基酸；3)調節已分離過鹼性胺基酸的混合溶液的pH值使所有酸性胺基酸帶上負電荷，使用陰離子交換樹脂分離酸性胺基酸；4)對分離後的混合溶液進行乾燥獲得中性胺基酸粉末。本發明通過一定順序的離子交換步驟將蛋白質水解產物中的酸性、中性和鹼性這三組胺基酸進行了成功地分離，其工藝簡單，成本低；且分析結果表明所分離的三組胺基酸表現出各自不同的化學和物理性質，可以被用作紡織或生物醫學應用中的功能材料。
文檔編號C07B61/00GK102381919SQ201010271808
公開日2012年3月21日 申請日期2010年9月3日 優先權日2010年9月3日
發明者李翼, 胡軍巖, 趙政, 陳愛政, 韓豔霞 申請人:香港紡織及成衣研發中心