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卵清溶菌酶是一种典型的蛋白质,目前在医疗、食品和生物工程上已有广泛的应用。但是,传统的分离纯化方法难以快速有效的对卵清溶菌酶进行分离纯化以及精制,溶菌酶制剂的质量和纯度问题极大的影响了溶菌酶在各种领域的研究和应用。
本文以卵清溶菌酶的分离纯化为研究目标,以膜超滤分离过程与结晶纯化方法的集成为技术突破口,提出了循环超滤一盐析结晶法(CUSOC)技术并应用于卵清溶菌酶的分离纯化,主要研究内容:
1.实现了卵清溶菌酶的超滤膜分离及其浓缩首先确定了卵清前处理的最适条件,并采用凝胶柱层析法和SDS-PAGE法对卵清前处理料液的溶菌酶存在状态进行了分析;根据卵清前处理料液中蛋白质的分子量分布情况,采用不同截留分子量的疏水性聚醚砜超滤膜包对卵清溶菌酶进行了分离和浓缩;得到的浓缩液溶菌酶比活力达到16851U/mg,酶回收率可达76.8%,纯化因子达21.2,并制得溶菌酶粗酶冻干粉;同时得出了最适宜的膜清洗流程。
2.采用CUSOC方法对卵清溶菌酶粗酶液进行了分离纯化结晶助剂的浓度和超滤压力是影响CUSOC效果的两个关键因素。采用截留分子量为5kDal的疏水性聚醚砜超滤膜包,当结晶助剂NaCl浓度为4%~5%、操作压力为0.30MPa时,既可以获得较大的膜通量又能得到较大粒度的晶体;通过蛋白质鉴定实验判定了晶体类型,采用光学显微镜和扫描电镜观察了晶体的形貌、粒度和晶面情况,并采用红外光谱和X射线衍射对晶体进行了检测和分析;采用CUSOC工艺所得到的溶菌酶晶体比活力可达20147U/mg,酶回收率可达71.8%,纯化因子达25.1。实验结果表明,超滤与盐析结晶的过程集成是可行的、有效的。
3.探讨了卵清溶菌酶CUSOC过程的结晶动力学基于瑞利光散射理论,采用浊度测量法对CUSOC过程的溶液结晶动力学进行了研究,通过在线的浊度变化可以计算得到动力学数据。发现CUSOC过程使得在较低的饱和度下溶菌酶结晶诱导期大大缩短,表明可能存在聚合物膜表面诱导溶菌酶非均相成核的作用;结晶助剂NaCl的浓度和超滤对体系脱除溶剂速率这两种因素的交互作用共同影响着溶菌酶的成核速率和晶体生长速率;采用光学显微镜测定了晶体的最终大小,发现溶菌酶晶体粒度分布比例基本呈正态分布,而且分布比例随NaCl浓度的变化而变化。
4.对膜结晶法制备卵清溶菌酶晶体的生长机理进行了探讨使用动态光散射测量了结晶前期溶液中聚集体的粒度几率分布,发现随着溶菌酶和NaCl浓度的增加,溶液中聚集体的颗粒尺寸也相应增加。随着时间的增加,溶菌酶分子在溶液中的聚集反应,逐渐达到平衡;使用光学显微镜测定了溶菌酶(110)晶面的生长速率,发现在溶菌酶和NaCl浓度较高时,溶菌酶晶体的(110)面生长较快,而在溶菌酶和NaCl浓度较低时,该晶面生长较慢;基于二维成核生长机理,从晶体生长动力学理论方程出发,计算了二维成核的形成能α=4.01×10<-8>Jcm<-2>。