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抗菌肽是一类分子量小、抗菌谱广、热稳定性好以及抗耐药性强的化合物。目前主要从昆虫体内提取获得,但是得率低,没有应用价值。以昆虫食品蛋白为原料,生物酶法制备抗菌肽是一种非常有效的方法。本文对生物酶法制备黄粉虫抗菌肽进行了研究。
对比盐提法和碱提法提取黄粉虫蛋白的优劣,从蛋白质纯度、组成以及结构分析入手,选择碱提法为黄粉虫蛋白的提取方法。碱提法最适提取条件为:NaOH浓度0.3%,固液比1:20,温度40℃,时间2h,可获得纯度88.5%、得率为25.4%的黄粉虫蛋白质,SDS-PAGE电泳表征表明该蛋白组成和脱脂蛋白相近。
以抑菌活性为指标,使用胰蛋白酶等八种酶进行水解试验,确定胰蛋白酶为最佳用酶,其抑菌圈为14.62mm,水解度为55.11%;水解产物的SDS-PAGE表征和扫描电镜分析表明黄粉虫蛋白大部分已经水解。在单因素试验的基础上采用三因素三水平五个中心点的响应曲面方法对底物浓度X1、酶添加量X2以及酶解时间X3进行优化,回归模型为Y=15.0+1.83X1+0.18X2+0.40X3+0.015X1X2+0.095X1X3+0.14X2X3-0.53X12+0.036X22+0.11X32,R2=0.9967。验证试验显示建立的回归模型准确可靠,最优条件下抑菌圈直径为16.54mm。酶解物SEC-HPLC分析表明分子量小于3000Da和1000Da分别占99.20%和88.49%,平均分子量为486.5Da。
使用截留分子量为10KDa和1KDa超滤膜对水解产物进行超滤分离,获得分子量小于1KDa的抗菌肽粗品。然后使用SP-SepharoseFF阳离子交换层析对抗菌肽粗品进行分离纯化,获得一个活性锋,抑菌圈为21.88mm。黄粉虫抗菌肽对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌以及枯草芽孢杆菌的最低抑菌浓度(MIC)分别为50μg·mL-1、100μg·mL-1、100μg·mL-1。当浓度为120ug·mL-1时,培养液(初始菌落总数为1×106cfu.mL-1)培养24h后,大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌菌落总数均小于100cfu.mL-1。黄粉虫抗菌肽具有良好的热稳定性,121℃加热20min后,对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌以及枯草芽孢杆菌的抑菌活性不变。黄粉虫抗菌肽pH6.0以下抑菌效果优于中性和碱性条件。SEC-HPLC分析显示黄粉虫抗菌肽分子量小于1000Da和500Da的多肽分别占99.62%和83.47%,平均分子量为355.0Da。