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抗菌蛋白或抗菌肽以其独特的杀菌机理及较广泛的抗菌谱受到科学界的广泛关注,本文的研究目的为如何从我国丰富的海洋资源中开发相关的海洋生物抗菌蛋白或抗菌肽产品,以其绿色、安全、环保、对生物体无害等特点,作为食品保鲜防腐剂的添加以实现其高值化利用。
本论文对潮汕扁蟹中具有高抑菌活性的抗菌蛋白开展研究,对此抗菌蛋白的提取条件、纯化方法、性质检测、抑菌机理和食品保鲜应用进行了一系列的实验工作,该研究内容对于海洋生物的高值化利用具有重要意义。主要研究内容如下:
(1)海洋生物中具有抗菌活性的抗菌蛋白或抗菌肽筛选
从常见的贝类以及螃蟹类海洋生物出发,以对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌能力为筛选指标,初步筛选得到潮汕扁蟹较其他海洋生物有明显的抑菌能力。扁蟹和其他种类螃蟹抑菌活性的对比中,扁蟹抗菌蛋白也有着明显的抑菌优势。扁蟹抗菌蛋白粗提液FCAP1在10mg/mL左右的蛋白浓度下,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为22.2%、29.6%。
(2)扁蟹抗菌蛋白的纯化
对FCAP1的初步纯化分别采用了盐析、双水相、超滤膜等方法,结果表明饱和硫酸铵溶液与FCAP1等体积混合盐析是一种简单且有效的方法,将盐析沉淀复溶于水得到扁蟹抗菌蛋白盐析复溶液FCAP2,FCAP2在10mg/mL左右的蛋白浓度下,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为49.7%、57.8%。对FCAP2进一步采用柱层析纯化,在葡聚糖凝胶G-75、G-150柱层析纯化过程中,洗脱结果相似,均是经过一个柱体积后,便被水洗脱出一个大峰,出峰各管均有很强的抑菌活性,此时经过凝胶柱层析的扁蟹抗菌蛋白纯化液FCAP3在1.2mg/mL左右的蛋白浓度下,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为78.6%、83.5%。FCAP2在阴离子交换柱DEAE-纤维素52层析纯化过程中,出现2个峰,一个是被蒸馏水洗脱出来的为水洗峰FCAP4,另一个是被氯化钠溶液洗脱出来的盐洗峰FCAP5,FCAP4抑菌活性强而FCAP5几乎无抑菌活性,FCAP4在1.3mg/mL左右的蛋白浓度下,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为66.2%、82.5%。
(3)扁蟹抗菌蛋白鉴定及性质检测
通过PAGE技术及质谱技术对扁蟹抗菌蛋白进行分析及鉴定。FCAP3、FCAP4及FCAP5进行SDS-PAGE后,扣取目的条带送样进行LC/MS/MS,结果表明扁蟹抗菌蛋白为血蓝蛋白家族类物质。扁蟹抗菌蛋白的温度稳定性、pH稳定性实验结果表明扁蟹抗菌蛋白盐析复溶液FCAP2在60℃时仍能保持大部分抑菌活性,而温度超过80℃后,抑菌活性完全丧失。pH稳定性表明扁蟹抗菌蛋白能耐pH为5-11的环境,但对酸性条件敏感。
(4)扁蟹抗菌蛋白抑菌机理初步探究
血蓝蛋白是多亚基结构,针对实验过程中FCAP4和FCAP5活性的差别,对扁蟹血蓝蛋白结构和活性的关系进行了探索。通过将凝胶过滤层析和离子交换层析结合使用以及对每个纯化步骤的洗脱峰收集液进行非变性电泳,结果表明FCAP3和FCAP4均为血蓝蛋白天然的六聚体结构,而FCAP5为血蓝蛋白亚基结构。所以构效关系表明扁蟹血蓝蛋白的六聚体结构是其发挥抑菌活性的一个必要条件,而血蓝蛋白亚基结构无抑菌活性。
综合相关文献对血蓝蛋白抑菌机理的研究,分别对血蓝蛋白潜在的酚氧化酶活性以及抑菌前后血蓝蛋白是否裂解进行验证。实验结果表明抑菌实验前后扁蟹抗菌蛋白六聚体结构并没有发生裂解变化。对抑菌实验整个过程中扁蟹抗菌蛋白的酚氧化酶活性检测及体外常见诱导剂诱导实验结果表明在一定体外条件诱导下,扁蟹血蓝蛋白可以被诱导向酚氧化酶活性结构转变,进而发挥抑菌活性,因此,实验结果证明扁蟹抗菌蛋白潜在的酚氧化酶活性与其抑菌活性有直接关系。
(5)扁蟹抗菌蛋白的草莓保鲜应用
草莓保鲜应用实验结果表明,扁蟹抗菌蛋白纯化液FCAP3在2mg/mL左右的蛋白浓度处理下能有效的延缓草莓的腐烂以及保持草莓比较鲜艳的色泽和较好的质地,同时对于草莓内的总酸含量和Vc含量也有一定的延缓降低的作用,和其他种类防腐剂相比较,扁蟹抗菌蛋白保鲜效果优于壳聚糖,接近山梨酸钾。扁蟹抗菌蛋白草莓保鲜的实验结果为扁蟹抗菌蛋白开发成为食品保鲜防腐抗菌剂提供了理论依据。
本论文对潮汕扁蟹中具有高抑菌活性的抗菌蛋白开展研究,对此抗菌蛋白的提取条件、纯化方法、性质检测、抑菌机理和食品保鲜应用进行了一系列的实验工作,该研究内容对于海洋生物的高值化利用具有重要意义。主要研究内容如下:
(1)海洋生物中具有抗菌活性的抗菌蛋白或抗菌肽筛选
从常见的贝类以及螃蟹类海洋生物出发,以对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌能力为筛选指标,初步筛选得到潮汕扁蟹较其他海洋生物有明显的抑菌能力。扁蟹和其他种类螃蟹抑菌活性的对比中,扁蟹抗菌蛋白也有着明显的抑菌优势。扁蟹抗菌蛋白粗提液FCAP1在10mg/mL左右的蛋白浓度下,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为22.2%、29.6%。
(2)扁蟹抗菌蛋白的纯化
对FCAP1的初步纯化分别采用了盐析、双水相、超滤膜等方法,结果表明饱和硫酸铵溶液与FCAP1等体积混合盐析是一种简单且有效的方法,将盐析沉淀复溶于水得到扁蟹抗菌蛋白盐析复溶液FCAP2,FCAP2在10mg/mL左右的蛋白浓度下,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为49.7%、57.8%。对FCAP2进一步采用柱层析纯化,在葡聚糖凝胶G-75、G-150柱层析纯化过程中,洗脱结果相似,均是经过一个柱体积后,便被水洗脱出一个大峰,出峰各管均有很强的抑菌活性,此时经过凝胶柱层析的扁蟹抗菌蛋白纯化液FCAP3在1.2mg/mL左右的蛋白浓度下,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为78.6%、83.5%。FCAP2在阴离子交换柱DEAE-纤维素52层析纯化过程中,出现2个峰,一个是被蒸馏水洗脱出来的为水洗峰FCAP4,另一个是被氯化钠溶液洗脱出来的盐洗峰FCAP5,FCAP4抑菌活性强而FCAP5几乎无抑菌活性,FCAP4在1.3mg/mL左右的蛋白浓度下,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为66.2%、82.5%。
(3)扁蟹抗菌蛋白鉴定及性质检测
通过PAGE技术及质谱技术对扁蟹抗菌蛋白进行分析及鉴定。FCAP3、FCAP4及FCAP5进行SDS-PAGE后,扣取目的条带送样进行LC/MS/MS,结果表明扁蟹抗菌蛋白为血蓝蛋白家族类物质。扁蟹抗菌蛋白的温度稳定性、pH稳定性实验结果表明扁蟹抗菌蛋白盐析复溶液FCAP2在60℃时仍能保持大部分抑菌活性,而温度超过80℃后,抑菌活性完全丧失。pH稳定性表明扁蟹抗菌蛋白能耐pH为5-11的环境,但对酸性条件敏感。
(4)扁蟹抗菌蛋白抑菌机理初步探究
血蓝蛋白是多亚基结构,针对实验过程中FCAP4和FCAP5活性的差别,对扁蟹血蓝蛋白结构和活性的关系进行了探索。通过将凝胶过滤层析和离子交换层析结合使用以及对每个纯化步骤的洗脱峰收集液进行非变性电泳,结果表明FCAP3和FCAP4均为血蓝蛋白天然的六聚体结构,而FCAP5为血蓝蛋白亚基结构。所以构效关系表明扁蟹血蓝蛋白的六聚体结构是其发挥抑菌活性的一个必要条件,而血蓝蛋白亚基结构无抑菌活性。
综合相关文献对血蓝蛋白抑菌机理的研究,分别对血蓝蛋白潜在的酚氧化酶活性以及抑菌前后血蓝蛋白是否裂解进行验证。实验结果表明抑菌实验前后扁蟹抗菌蛋白六聚体结构并没有发生裂解变化。对抑菌实验整个过程中扁蟹抗菌蛋白的酚氧化酶活性检测及体外常见诱导剂诱导实验结果表明在一定体外条件诱导下,扁蟹血蓝蛋白可以被诱导向酚氧化酶活性结构转变,进而发挥抑菌活性,因此,实验结果证明扁蟹抗菌蛋白潜在的酚氧化酶活性与其抑菌活性有直接关系。
(5)扁蟹抗菌蛋白的草莓保鲜应用
草莓保鲜应用实验结果表明,扁蟹抗菌蛋白纯化液FCAP3在2mg/mL左右的蛋白浓度处理下能有效的延缓草莓的腐烂以及保持草莓比较鲜艳的色泽和较好的质地,同时对于草莓内的总酸含量和Vc含量也有一定的延缓降低的作用,和其他种类防腐剂相比较,扁蟹抗菌蛋白保鲜效果优于壳聚糖,接近山梨酸钾。扁蟹抗菌蛋白草莓保鲜的实验结果为扁蟹抗菌蛋白开发成为食品保鲜防腐抗菌剂提供了理论依据。