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        物理法結(jié)合酶法脫除堅(jiān)果類過(guò)敏原的技術(shù)研究

        2015-12-20 06:59:00張愛(ài)琳何新益范建濤
        食品與機(jī)械 2015年2期
        關(guān)鍵詞:腰果硫酸銨印跡

        趙 晶 張愛(ài)琳 何新益 范建濤

        (1.天津市寧河縣產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所,天津 301500;2.天津農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)與生物工程學(xué)院,天津 300384)

        近年來(lái),全球食物過(guò)敏的發(fā)生率已呈上升趨勢(shì),已經(jīng)嚴(yán)重地影響了部分人群的生活質(zhì)量甚至危及生命,引起了各國(guó)尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家的高度關(guān)注[1]。全球過(guò)敏癥受累人群超過(guò)25%,在西方發(fā)達(dá)國(guó)家,成年人食物過(guò)敏癥發(fā)生率超過(guò)1%;而嬰幼兒和兒童發(fā)生率達(dá)到了5% ~10%[2];在中國(guó),北京協(xié)和醫(yī)院變態(tài)反應(yīng)科對(duì)就診患者的調(diào)查顯示,每年約有1.5萬(wàn)患者為食物過(guò)敏[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)[4],170多種食物能夠引起過(guò)敏反應(yīng),其中,90%以上過(guò)敏反應(yīng)是由八大類高致敏性食物引起,包括牛乳、蛋類、花生、大豆、小麥、堅(jiān)果、魚和水生貝殼類動(dòng)物。為了防止消費(fèi)者誤食過(guò)敏性食物,美國(guó)、日本和歐盟都頒布了食物標(biāo)簽法,要求對(duì)食品中的8大類食物過(guò)敏原進(jìn)行標(biāo)注[5]。華南理工大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、江南大學(xué)、中國(guó)海洋大學(xué)、集美大學(xué)、南昌大學(xué)[6-10]等關(guān)于大米、蝦、牛奶、花生等的過(guò)敏源檢測(cè)及脫敏技術(shù)研究已見(jiàn)報(bào)道,但對(duì)堅(jiān)果過(guò)敏原的脫敏方法還未見(jiàn)報(bào)道。本研究擬通過(guò)SDS—PAGE電泳技術(shù)及Western-blotting免疫印跡技術(shù)分析堅(jiān)果蛋白的大致分子量及致敏性;采用高溫、高壓、超聲波—微波協(xié)同萃取技術(shù)等物理手段和蛋白酶處理堅(jiān)果過(guò)敏蛋白,通過(guò)雙夾心抗體ELISA酶聯(lián)免疫試驗(yàn)方法檢測(cè)堅(jiān)果過(guò)敏蛋白的致敏效價(jià),探索降低或脫除堅(jiān)果過(guò)敏蛋白的最佳方法和途徑。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        堅(jiān)果過(guò)敏陽(yáng)性血清:從致敏模型陽(yáng)性試驗(yàn)小鼠采集,免疫IgE濃度為100g/L;

        核桃:產(chǎn)自天津薊縣;

        黑芝麻:產(chǎn)自遼寧省丹東市;

        開(kāi)心果:產(chǎn)自蔚縣黃梅鄉(xiāng);

        腰果:產(chǎn)自伊朗;

        HRP標(biāo)記山羊抗人IgE抗體(進(jìn)口):艾美捷科技有限公司;

        堅(jiān)果過(guò)敏病人陽(yáng)性血清(7人混合):天津市總醫(yī)院;

        鄰苯二胺:分析純,天津大學(xué)科威公司;

        牛血清白蛋白:標(biāo)準(zhǔn)品,北京智杰方運(yùn)有限公司;

        胰蛋白酶:比活力>2500NFU/mg,上海鶴善實(shí)業(yè)有限公司;

        胃蛋白酶:比活力3800NFU/mg,上海雅心生物技術(shù)有限公司。

        1.2 試驗(yàn)儀器

        電泳系統(tǒng):Mini-PROTEAN型,美國(guó)BIO-rad公司;

        微波超聲波聯(lián)合萃取儀:CW-2000型,江蘇榮華儀器有限公司;

        凝膠成像系統(tǒng):GL2200PRO型,美國(guó)Kodach公司。

        1.3 試驗(yàn)方法

        1.3.1 蛋白質(zhì)的粗提取

        (1)粉碎:各類堅(jiān)果去殼及膜質(zhì)內(nèi)種皮后,置于(30±1)℃烘箱中干燥48h,烘干后的堅(jiān)果于冰浴中研磨成分,過(guò)40目篩,備用。

        (2)去脂:堅(jiān)果粉與石油醚以1︰10(m︰V)的比例充分混合后置于4℃,每隔1h攪拌1次,6~8h后更換石油醚,重復(fù)3~4次后,直到堅(jiān)果粉呈白色為止,于4℃下放置,直至石油醚揮發(fā)完全。

        (3)堅(jiān)果蛋白的提取:稱取脫脂后的堅(jiān)果粉與 Tris—HCl緩沖液(TBS,0.2mol/L、pH7.4)以 1 ︰10(m︰V)的比例充分混合均勻,然后于4℃浸提24h,期間每隔1~2h攪拌一次,之后在4℃、5000r/min離心15min,最后收集的上清液為堅(jiān)果蛋白的Tris—HCl提取液。

        (4)堅(jiān)果蛋白提取物的硫酸銨分級(jí)沉淀:首先通過(guò)飽和度差值為20%的硫酸銨進(jìn)行分段沉淀。硫酸銨研磨成粉末,4℃冷卻備用。量取50mL蛋白粗提液在離心管中,先加入硫酸銨使硫酸銨飽和度為40%,充分溶解后4℃靜置1h,之后在5000r/min、4℃離心30min,然后棄去沉淀,收集上清液備用;上清液中再加入適量硫酸銨粉末,使硫酸銨飽和度達(dá)80%,同上操作,得沉淀。

        (5)透析:沉淀分別用少量 TBS(0.01mol/L、pH8.0)溶解,置于透析袋(截留分子量8kDa)中,用相同的 TBS4℃透析,BaCl2檢測(cè)至無(wú)硫酸銨為止。透析液置于冷凍干燥機(jī)中凍干即為堅(jiān)果蛋白粗提物,4℃貯藏備用。

        1.3.2 考馬斯亮藍(lán)法測(cè)蛋白濃度及標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制 參照文獻(xiàn)[6]。

        1.3.3 蛋白質(zhì)的處理方法

        (1)高溫高壓處理:取濃度約為1.0mg/mL的4種堅(jiān)果蛋白各2mL,置于壓力為102.9kPa,溫度為121℃的高壓鍋內(nèi)處理20min,處理時(shí)管塞切勿塞得過(guò)緊,以免蛋白溶液噴射出來(lái)。處理后于冰箱內(nèi)冷凍保存。

        (2)微波—超聲波聯(lián)合處理:根據(jù)前期單因素試驗(yàn)結(jié)果,分別取4種堅(jiān)果蛋白溶液在CW-2000微波超聲聯(lián)合萃取儀進(jìn)行如表1的正交處理。由于蛋白樣品有限,處理時(shí)選取100mL的玻璃瓶,清洗時(shí)勿使底部鐵塊沾到水。處理后的蛋白冷凍保存。

        表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table1 Thedesignoforthogonalexperiment

        (3)酶處理:分別取經(jīng)高溫高壓和微波超聲聯(lián)合處理后的蛋白溶液各1mL,于37℃ pH7.8的條件下用活力單位為2000U,稀釋濃度為0.25%胰蛋白酶處理5min,pH2.0的條件下用活力單位為2800U,稀釋濃度為0.7μg/mL胃蛋白酶處理5min,處理后冷凍保存。

        1.3.4 免疫印跡方法鑒定過(guò)敏原

        (1)SDS—PAGE聚丙烯酰胺凝膠電泳配置方案:凝膠配置比例見(jiàn)表2。

        (2)轉(zhuǎn)膜:① 膠的處理:膠切成適當(dāng)大小,放于負(fù)極緩沖液中平衡15min;②膜的處理:膜PVDF切成與膠相同大小,在甲醇中浸泡15s再放于bufferⅡ中至少5min;③貼膜順序:按照陽(yáng)極、兩層濾紙(于bufferⅠ中浸泡)、1層濾紙(于buffer中浸泡)、PVDF膜、膠、3層濾紙(浸泡于負(fù)極緩沖液)、負(fù)極的順序疊加;④轉(zhuǎn)膜完畢后,用TBST+5%的脫脂奶粉于4℃封閉過(guò)夜。

        表2 凝膠配置比例Table2 TheratioofGelallocation mL

        (3)免疫反應(yīng):①將封閉過(guò)夜的PVDF膜用PBS清洗5次,每次10min。洗完后用 TBST洗膜5次,每次10min;②將膜置于過(guò)敏者血清中,按照1︰2000的比例用TBST稀釋,于37℃溫育1h,然后棄一抗,用TBST洗膜5次,每次10min;③ 洗膜后,將膜置于1︰5000稀釋的二抗中溫育1 h,震蕩。然后用TBST洗膜5次,每次10min;④ ECL顯色:穩(wěn)定劑與增強(qiáng)型發(fā)光劑按1︰1混合,均勻滴到膜上,顯色1 min。

        1.3.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及圖形分析 用Excel2003統(tǒng)計(jì)分析所有數(shù)據(jù),計(jì)算誤差并制圖。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

        采用考馬斯亮藍(lán)法配制標(biāo)準(zhǔn)蛋白后測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)蛋白曲線見(jiàn)圖1。

        由圖1可知,蛋白質(zhì)含量的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=0.5338x+0.0144,R2=0.9974,方程呈線性相關(guān)。

        圖1 蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線Figure1 ThestandardcurvesofBCA

        2.2 蛋白得率測(cè)定

        采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)定各堅(jiān)果蛋白含量,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線方程,計(jì)算出蛋白得率(樣品平行測(cè)定3組,取平均值),結(jié)果見(jiàn)圖2。

        圖2 蛋白得率Figure2 Proteinyieldofthenuts

        由圖2可知,蛋白質(zhì)得率效果最高的是開(kāi)心果樣品,提取得率最低的是核桃樣品,蛋白得率為42.1%,綜合各堅(jiān)果的特性,本提取方法對(duì)4種堅(jiān)果樣品均有較好的提取效果。

        2.3 超聲波—微波正交處理結(jié)果

        選取腰果蛋白進(jìn)行超聲波—微波聯(lián)合處理正交試驗(yàn),并測(cè)定處理后的蛋白含量,見(jiàn)表3。

        表3 腰果蛋白超聲波—微波正交處理結(jié)果Table3 TheorthogonalprocessingresultsofultrasonicmicrowaveonCashewprotein

        由表3可知:各試驗(yàn)因素主次順序?yàn)?B>C>A,最優(yōu)工藝組合為B3C1A2,即240s、90℃、700W。同時(shí),通過(guò)對(duì)各影響因素與空列組R值的比較,發(fā)現(xiàn)B,C兩因素的R值低于空列組,說(shuō)明微波處理中選擇合適的溫度和功率對(duì)脫敏效果有較大的影響,而因素A的R值高于空列組,說(shuō)明微波處理的時(shí)間對(duì)脫敏效果影響不明顯。對(duì)脫敏效果有影響的其他因素如壓力、超聲波頻率或樣品的破碎程度等還沒(méi)有進(jìn)行分析,對(duì)此,課題組還將在后期進(jìn)一步增加正交試驗(yàn)的影響因素,并結(jié)合免疫印跡及SDS—PAGE電泳加以分析驗(yàn)證。

        2.4 堅(jiān)果過(guò)敏蛋白分離純化SDS—PAGE電泳分析和蛋白粗提液免疫印跡結(jié)果

        取3種堅(jiān)果蛋白分別用上樣緩沖液稀釋到1mg/mL后上樣,進(jìn)行電泳,結(jié)果見(jiàn)圖4。采用對(duì)堅(jiān)果類食品過(guò)敏者陽(yáng)性混合血清為一抗,HRP標(biāo)記山羊抗人IgE抗體為二抗,ECL顯色法進(jìn)行顯色對(duì)3種堅(jiān)果蛋白的過(guò)敏原進(jìn)行了免疫印跡分析,在暗室中根據(jù)結(jié)果調(diào)整曝光時(shí)間以得到最佳結(jié)果,見(jiàn)圖3。

        由圖3可知,各堅(jiān)果樣品都含有多種蛋白成分。最富集的各樣品條帶分別為腰果23kU和13kU、杏仁15kU和25 kU、核桃13kU和24kU。由免疫印跡圖可以看出,每種堅(jiān)果蛋白都能使陽(yáng)性血清產(chǎn)生致敏性,腰果有兩個(gè)過(guò)敏條帶,在32kU和42kU附近,42kU附近的條帶為主要過(guò)敏原。核桃只有一個(gè)過(guò)敏條帶,在35kU附近。杏仁也只有一個(gè)過(guò)敏條帶,在42kU附近。

        2.5 物理法結(jié)合酶法處理后蛋白的免疫印跡結(jié)果對(duì)比分析

        由圖4可知,堅(jiān)果的過(guò)敏原主要是分子量在0.7~100kU的高度糖基化蛋白質(zhì),它們分別屬于不同的蛋白質(zhì)家族。其中Arah1、Arah2和Arah3是主要的致敏蛋白,90%的病人血清都能識(shí)別他們。Arah1具有熱穩(wěn)定性強(qiáng)、耐酶解、不易消化等特性。超聲波—微波聯(lián)合處理能使這些肽鍵的作用力弱化,空間構(gòu)象發(fā)生改變,致敏抗原性降低。高溫高壓與酶法聯(lián)合處理,該方法幾乎能完全脫除堅(jiān)果類過(guò)敏原蛋白的致敏性,但對(duì)腰果的致敏蛋白脫除效果不徹底。蛋白酶可通過(guò)引起Arahl和Arah2的聚合反應(yīng)來(lái)降低堅(jiān)果蛋白的致敏性。由于堅(jiān)果過(guò)敏蛋白Arah1、Arah2、Arah3中抗原決定簇多含有絲氨酸,而蛋白酶能使絲氨酸連鍵斷裂,使其抗原性降低。

        圖3 腰果、杏仁、核桃粗提液蛋白SDS—PAGE結(jié)果堅(jiān)果提取過(guò)敏原蛋白免疫印跡結(jié)果Figure3 ResultofSDS—PAGEtestwestern-blottingtest andontheproteinofnuts

        圖4 物理法及結(jié)合酶法處理對(duì)堅(jiān)果過(guò)敏性的影響Figure4 Theeffectonthetreatmentofphysicalmethod andcombinedwithenzymeaboutnutallergic

        3 結(jié)論

        (1)本研究結(jié)果表明超聲波-微波協(xié)同處理結(jié)合特殊蛋白酶能夠使堅(jiān)果過(guò)敏蛋白變性失活,在作用溫度為90℃、處理時(shí)間240s、微波功率700W結(jié)合0.25%胰蛋白酶處理5min能使其致敏性幾乎完全脫除,是脫除堅(jiān)果過(guò)敏原的有效方法。

        (2)超聲波—微波結(jié)合蛋白酶處理能夠脫除堅(jiān)果過(guò)敏原,使結(jié)合肽鍵的作用力弱化,空間構(gòu)象發(fā)生改變,致敏抗原性降低,比熱力脫除過(guò)敏原效果更好,更加節(jié)約成本。

        (3)本研究的不足之處是沒(méi)有對(duì)失去致敏活性的蛋白結(jié)構(gòu)及營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行分析,后期需要繼續(xù)研究。

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