呂春霞 楊留明 陳世達(dá) 張慧恩 楊 華
(浙江萬(wàn)里學(xué)院,浙江 寧波 315100)
大黃魚(yú)(Pseudosciaenacrocea),硬骨魚(yú)綱鱸形目石首魚(yú)科黃魚(yú)屬[1],俗稱黃花魚(yú)、桂花魚(yú)等,是中國(guó)近海主要的經(jīng)濟(jì)魚(yú)類[2]。但是其含有致敏原小清蛋白,可對(duì)人體產(chǎn)生過(guò)敏反應(yīng)。
水產(chǎn)食物的主要過(guò)敏原多屬糖蛋白,其熱穩(wěn)定性較高,分子量為10~70 kD,如小清蛋白、原肌球蛋白、精氨酸激酶、肌鈣結(jié)合蛋白等[3]。小清蛋白(parvalbumin, PV)是多數(shù)魚(yú)類中確定的主要過(guò)敏原[4-6],其中大部分為硬骨魚(yú)類。研究表明,鱈魚(yú)過(guò)敏原中的4個(gè)抗原亞組分中,pI 4.75的過(guò)敏原M即為PV[7-8],是鱈魚(yú)的主要過(guò)敏原[9]。Kobayashi等[10-11]在沙丁魚(yú)、馬鮫魚(yú)、紅綢魚(yú)及太平洋鯖等魚(yú)類的白色肌肉組織中發(fā)現(xiàn)了含量豐富的PV,其深色肌肉組織中也有較低濃度的PV。
小清蛋白是穩(wěn)定性較高的蛋白,對(duì)酸堿度、溫度和各種變性劑都有很強(qiáng)的耐受性,由于小清蛋白分子構(gòu)象、折疊能力和抗原表位的不同及特殊性,其在酶解和高溫條件下均很穩(wěn)定,并仍具有過(guò)敏性[12-13]。蛋白質(zhì)會(huì)受到游離基作用發(fā)生氧化,從而改變其蛋白功能特性[14]6-7,而脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)產(chǎn)生的自由基遷移可誘導(dǎo)蛋白質(zhì)聚集。目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)小清蛋白的研究[15-16]較多,而關(guān)于大黃魚(yú)小清蛋白的研究較少,吳玟靜等[17]以阿拉斯加狹鱈、藍(lán)點(diǎn)馬鮫、大黃魚(yú)等7種魚(yú)為原料,證明了魚(yú)類過(guò)敏原主要為48~57,33~41,28,17 kU的蛋白,并通過(guò)間接ELISA和抑制性ELISA證實(shí)了不同魚(yú)類蛋白之間存在強(qiáng)烈的交叉反應(yīng)。目前由過(guò)敏原直接引起的過(guò)敏性疾病呈大幅增加趨勢(shì)[18]。試驗(yàn)擬先對(duì)大黃魚(yú)小清蛋白的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化,并對(duì)其進(jìn)行免疫印跡試驗(yàn),以期為后續(xù)大黃魚(yú)小清蛋白的理化特性及致敏機(jī)理的確定提供依據(jù)。
1.1.1 材料與試劑
大黃魚(yú):市售;
改良型Bradford法蛋白濃度測(cè)定試劑盒:生工生物工程(上海)股份有限公司;
十二烷基磺酸鈉(SDS)、10% SDS、1.5 mol/L Tris-HCl緩沖液(pH=8.8)、1.0 mol/L Tris-HCl緩沖液(pH=6.8)、30%丙烯酰胺(29∶1)、5×SDS-PAGE上樣緩沖液、N,N,N',N'-四甲基乙二胺(TEMED)、過(guò)硫酸銨(AP)、甘氨酸(Gly)、羥甲基氨基甲烷(Tris)、二硫蘇糖醇(DTT)、考馬斯亮藍(lán)R-250、考馬斯亮藍(lán)G-250:分析純,北京索萊寶(Solarbio)科技有限公司;
吐溫20:分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;
鼠抗蛙小清蛋白單克隆抗體PARV-19:美國(guó)Sigma公司;
鮭魚(yú)小清蛋白標(biāo)準(zhǔn)品:江蘇酶標(biāo)生物科技有限公司。
1.1.2 主要儀器設(shè)備
電子天平:PL2002型,梅特勒—托利多儀器(上海)有限公司;
pH計(jì):FE20型,梅特勒—托利多儀器(上海)有限公司;
雙室真空包裝機(jī):DZ-400型,寧波江東明興包裝設(shè)備物資有限公司;
恒溫水浴鍋:DK-8D型,上海維誠(chéng)儀器有限公司;
垂直電泳儀:DYY-6C型,北京六一生物科技有限公司;
酶標(biāo)儀:Multiskan FC型,美國(guó)Thermo公司;
漩渦混勻器:XW-80A型,西寶生物科技有限公司;
冷凍干燥儀:ALPHA2-4型,上海實(shí)維實(shí)驗(yàn)儀器技術(shù)有限公司;
高速冷凍離心機(jī):Avanti J-26XP型,美國(guó)貝克曼庫(kù)爾特;
三清超微粉碎機(jī):SQW-6DI型,山東三清不銹鋼設(shè)備有限公司;
1.2.1 樣品處理 養(yǎng)殖大黃魚(yú)去頭后以背鰭線下刀,將魚(yú)肉體與主骨、脂肪層和內(nèi)臟分開(kāi),尖刀剔離魚(yú)皮,拔出魚(yú)刺,冰水洗凈,超微粉碎機(jī)攪碎,真空包裝,-40 ℃凍藏。
1.2.2 脫脂處理 參照夏珊珊等[19-21]的方法并修改。以預(yù)處理魚(yú)糜為原料,選取正丁醇、乙酸乙酯、氯仿+甲醇(V氯仿∶V甲醇=1∶1)、異丙醇、乙醚+乙醇(V乙醚∶V乙醇=1∶1)、40 g/L Na2CO3溶液作脫脂劑,料液比(m大黃魚(yú)∶V提取液)1∶10 (g/mL),提取溫度20 ℃,提取時(shí)間24 h,并以預(yù)處理魚(yú)糜為對(duì)照組。測(cè)定其脂肪含量和總蛋白濃度,計(jì)算脫脂后各組脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)及蛋白濃度,選擇最佳脫脂溶劑。
1.2.3 脂肪含量測(cè)定 按GB 5009.6—2016執(zhí)行。并按式(1)計(jì)算樣品(干基)脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
(1)
式中:
X——樣品中脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù),%;
m1——恒重后接收瓶和脂肪的質(zhì)量,g;
m0——接收瓶質(zhì)量,g;
m2——樣品干重質(zhì)量,g。
1.2.4 蛋白濃度測(cè)定 采用Bradford法。
1.2.5 小清蛋白粗提取 根據(jù)陸宗超[14]27的方法并略作修改。準(zhǔn)確稱取魚(yú)糜(1.00±0.01) g,與50 mmol/L、pH 7.0 的Tris-HCl緩沖液以料液比(m大黃魚(yú)∶V提取液)1∶40 (g/mL)混勻,30 ℃下浸提42 h,4 ℃、8 500 r/min離心15 min,取上清液即得大黃魚(yú)肌漿蛋白溶液。肌漿蛋白于沸水中水浴40 min,8 500 r/min離心15 min,上清即為小清蛋白粗提物。上清中加入75% (NH4)2SO4靜置2 h,待析出絮狀物后,4 ℃、12 000 r/min離心15 min,取沉淀以0.02 mol/L Tris-HCl復(fù)溶,透析脫鹽,得小清蛋白粗提物。
1.2.6 小清蛋白提取液選擇 選用50 mmol/L PBS緩沖液(pH 7.5)、50 mmol/L Tris-HCl—50 mmol/L Gly—1 mmol/L DTT(pH 7.5)和50 mmol/L Tri-HCl—50 mmol/L Gly (pH 7.5)溶液,以1 mol/L KCl溶液作為高濃度提取液的對(duì)比,提取方法參照1.2.5。
1.2.7 單因素試驗(yàn)
(1) 提取液濃度:準(zhǔn)確稱取魚(yú)糜1.00 g,脫脂,固定提取液pH 7.0、料液比(m大黃魚(yú)∶V提取液)1∶40 (g/mL)、提取溫度30 ℃、提取時(shí)間42 h,考察提取液濃度(20,35,50,65,80,95 mmol/L)對(duì)大黃魚(yú)小清蛋白得率的影響。
(2) 提取液pH:準(zhǔn)確稱取魚(yú)糜1.00 g,脫脂,固定提取液濃度50 mmol/L、料液比(m大黃魚(yú)∶V提取液)1∶40 (g/mL)、提取溫度30 ℃、提取時(shí)間42 h,考察提取液pH(3.0,3.5,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0,9.0)對(duì)大黃魚(yú)小清蛋白得率的影響。
(3) 料液比:準(zhǔn)確稱取魚(yú)糜1.00 g,脫脂,固定提取液濃度50 mmol/L、提取液pH 7.0、提取溫度30 ℃、提取時(shí)間42 h,考察料液比(m大黃魚(yú)∶V提取液)[1∶40,1∶60,1∶80,1∶100,1∶120,1∶140,1∶160,1∶180,1∶200 (g/mL)]對(duì)大黃魚(yú)小清蛋白得率的影響。
(4) 提取溫度:準(zhǔn)確稱取魚(yú)糜1.00 g,脫脂,固定提取液濃度50 mmol/L、提取液pH 7.0、料液比(m大黃魚(yú)∶V提取液)1∶40 (g/mL)、提取時(shí)間42 h,考察提取溫度(10,20,30,40,50,60 ℃)對(duì)大黃魚(yú)小清蛋白得率的影響。
(5) 提取時(shí)間:準(zhǔn)確稱取魚(yú)糜1.00 g,脫脂,固定提取液濃度50 mmol/L、提取液pH 7.0、料液比(m大黃魚(yú)∶V提取液)1∶40 (g/mL)、提取溫度30 ℃,考察提取時(shí)間(10,18,26,34,42,50,58,66,74,84 h)對(duì)大黃魚(yú)小清蛋白得率的影響。
1.2.8 小清蛋白得率測(cè)定 按式(2)計(jì)算小清蛋白得率。
(2)
式中:
X——小清蛋白得率,%;
m0——分離純化后樣品質(zhì)量,g;
m——魚(yú)糜質(zhì)量,g。
1.2.9 響應(yīng)面試驗(yàn) 參照李曉等[22-23]的方法,在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上,采用Design Expert v8中的Box-Behnken設(shè)計(jì)原理進(jìn)行四因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì),考察提取液濃度、提取液pH、料液比、提取溫度4個(gè)因素對(duì)小清蛋白得率的影響。
1.2.10 陰離子柱層析純化小清蛋白粗提物 參照劉光明等[24]的方法并修改。采用HiPrepTM(16/10)DEAE FF陰離子柱GE層析系統(tǒng)進(jìn)一步純化小清蛋白粗提物。控制系統(tǒng)為KTA pure LI protein purification system(GE Healthcare Uppsala Sweden)系統(tǒng);洗脫A液為pH 7.5,0.01 mol/L Tris-HCl緩沖液;洗脫B液為pH 7.5,0.5 mol/L NaCl—0.01 mol/L Tris-HCl緩沖液。每2 mL收集一次,測(cè)定洗脫液在220,280 nm處吸光值。收集的目的蛋白溶液用HiPrepTM(26/10)Desalting柱脫鹽,冷凍干燥,凍干粉-40 ℃貯藏。
1.2.11 SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳 采用Ulrich[25]的方法制備1.5 mm不連續(xù)SDS-PAGE凝膠,根據(jù)小清蛋白的分子量選擇配制15%分離膠,5%濃縮膠,采用60 V恒壓進(jìn)行濃縮膠的電泳,90 V恒壓進(jìn)行分離膠的電泳。結(jié)束后取出凝膠,考馬斯亮藍(lán)R-250染色2 h,脫色至膠片背景清晰,凝膠成像。
1.2.12 免疫印跡分析 參照Kanna等[26-27]的方法,采用免疫印跡檢測(cè)大黃魚(yú)小清蛋白過(guò)敏原的免疫活性。SDS-PAGE凝膠電泳后,進(jìn)行免疫印跡試驗(yàn)。
除陰離子柱層析曲線外,所有試驗(yàn)均重復(fù)3次,結(jié)果以Mean±SD表示。采用IBM SPSS Statistics 25軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,組間差異比較采用One-way ANOVA分析,兩兩比較采用Tukey法分析均值的差異顯著性,P<0.01表示差異極顯著,P<0.05表示差異顯著。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)均采用GraphPad prism 7.0軟件作圖。
由圖1、2可知,與對(duì)照組相比,正丁醇、乙酸乙酯、氯仿+甲醇、異丙醇、乙醚+乙醇、Na2CO3組脫脂效果顯著(P<0.05);正丁醇、氯仿+甲醇、異丙醇組的蛋白濃度較接近(P<0.05),表明這3種脫脂方法蛋白損失率較低,且脫脂后10 kDa的小清蛋白灰度接近于對(duì)照組,故選擇正丁醇進(jìn)行脫脂處理。
由圖3可知,Tris-HCl-Gly-DTT、Tris-HCl-Gly、PBS、KCl組的蛋白質(zhì)量濃度分別為433.59,402.20,391.78,374.03 μg/mL,且差異顯著(P<0.05)。
由圖4 可知,高濃度溶液對(duì)10 kDa蛋白濃度的提取效果較差,反而會(huì)增加雜蛋白濃度,由于加入還原劑DTT可以減少小清蛋白的氧化,提高抽提蛋白的含量和免疫活性[14]13-15,使加入DDT的提取液雜蛋白條帶較少,所以選用Tris-HCl-Gly-DTT作為提取液。
由圖5可知,提取液濃度對(duì)小清蛋白得率影響較為明顯,當(dāng)Tris-HCl緩沖液濃度為20~95 mmol/L時(shí),小清蛋白得率隨其濃度升高呈先升高后降低的趨勢(shì),當(dāng)Tris-HCl緩沖液濃度為65 mmol/L時(shí),小清蛋白得率最高。提取液pH對(duì)小清蛋白得率影響較為明顯,當(dāng)Tris-HCl緩沖液pH為3.5~10.0時(shí),小清蛋白得率先上升后下降,當(dāng)pH為6.0時(shí),小清蛋白得率達(dá)最高;當(dāng)pH為3.5時(shí),小清蛋白得率接近于0,推測(cè)小清蛋白的pI為3.5,而Elsayed等[7-8]研究發(fā)現(xiàn)鱈魚(yú)過(guò)敏原M(PV)的pI為4.75,略高于試驗(yàn)測(cè)定值。當(dāng)料液比(m大黃魚(yú)∶V提取液)為1∶40~1∶140 (g/mL)時(shí),小清蛋白得率先升高后降低,當(dāng)料液比(m大黃魚(yú)∶V提取液)為1∶120 (g/mL) 時(shí),小清蛋白得率達(dá)最高。當(dāng)提取溫度為10~60 ℃時(shí),隨著提取溫度的升高,小清蛋白得率先升高后降低,當(dāng)提取溫度為20 ℃時(shí),小清蛋白得率達(dá)最高。由于提取溫度升高,分子運(yùn)動(dòng)速度加快,在不破壞蛋白結(jié)構(gòu)的前提下提高了蛋白溶出率,但當(dāng)提取溫度>20 ℃時(shí),繼續(xù)升高提取溫度,蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象發(fā)生變化且在一定程度上發(fā)生變性沉淀,蛋白質(zhì)溶出量減少,得率下降[28]。當(dāng)提取時(shí)間為42 h時(shí),小清蛋白得率達(dá)較大后趨于平穩(wěn),故固定提取時(shí)間為42 h。
與對(duì)照組相比,* P<0.05,** P<0.01;與正丁醇組相比,# P<0.05,## P<0.01圖1 脫脂方法對(duì)大黃魚(yú)脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)和蛋白質(zhì)量濃度的影響Figure 1 Effects of different degreasing methods on fat content and protein concentration of Pseudosciaena crocea
1. Na2CO3組 2. 乙醚+乙醇組 3. 氯仿+甲醇組 4. 正丁醇組 5. 異丙醇組 6. 乙酸乙酯組 7. 對(duì)照組 M. Marker圖2 大黃魚(yú)脫脂后SDS-PAGE電泳圖Figure 2 SDS-PAGE electrophoresis of the large yellow croaker protein extracts after degreasing
字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖3 提取液種類對(duì)大黃魚(yú)小清蛋白濃度的影響Figure 3 The effect of the type of extract on the concentration of parvalbumin from Pseudosciaena crocea
2.4.1 模型及顯著性分析 在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上,以提取液濃度、提取液pH、料液比和提取溫度為試驗(yàn)因素,以小清蛋白得率為評(píng)價(jià)指標(biāo),根據(jù)Box-Behnken設(shè)計(jì)原理進(jìn)行四因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)。響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平表見(jiàn)表1,試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見(jiàn)表2。
采用Design Expert v8軟件對(duì)響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元回歸擬合分析,得二次多項(xiàng)式回歸方程:
M. Marke 1. PBS 2. Tris-HCl-Gly-DTT 3. Tris-HCl-Gly 4. KCl圖4 大黃魚(yú)小清蛋白粗提物SDS-PAGE電泳圖Figure 4 SDS-PAGE electrophoresis of crude extract of parvalbumin from Pseudosciaena crocea
字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖5 各因素對(duì)大黃魚(yú)小清蛋白提取率的影響Figure 5 Effects of different extraction factors on the extraction rate of parvalbumin from Pseudosciaena crocea
Y=9.388 3×10-2+1.282 9×10-3A-4.850 1×10-2B+7.518 98×10-5C-3.337 15×10-4D-6.259 77×10-5AB+5.556 6×10-7AC+1.162 84×10-5AD+3.006 13×10-5BC+1.869 81×10-4BD+2.448 38×10-6CD-9.962 15×10-6A2+3.466 13×10-7B2-3.466 13×10-7C2-2.219 72×10-5D2。
(3)
表2 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果
由表3可知,失擬項(xiàng)P=0.399 1,不顯著,表明該回歸模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值擬合較好。模型P<0.01,表明該模型極顯著,試驗(yàn)方法準(zhǔn)確可行。R2=92.41%,說(shuō)明各因素存在線性相關(guān),擬合程度良好,試驗(yàn)誤差小。因此,可以采用該模型分析和預(yù)測(cè)不同條件下的提取率。各因素對(duì)小清蛋白得率的影響順序?yàn)樘崛∫簼舛?提取溫度>料液比>提取液pH。一次項(xiàng)B和C與二次項(xiàng)B2對(duì)小清蛋白得率影響極顯著(P<0.01),一次項(xiàng)D對(duì)小清蛋白得率影響顯著(P<0.05)。
2.4.2 因素間的交互影響 各因素變量之間的交互作用對(duì)響應(yīng)值——小清蛋白得率的響應(yīng)面三維圖如圖6所示,其中提取液濃度和提取液pH、提取液濃度和提取溫度、料液比與提取液pH、提取溫度和提取液pH的交互作用響應(yīng)面曲面坡度陡峭,說(shuō)明其對(duì)大黃魚(yú)小清蛋白得率影響顯著。
2.4.3 最優(yōu)工藝條件的確定及模型驗(yàn)證 通過(guò)響應(yīng)面法得到大黃魚(yú)小清蛋白的最優(yōu)提取工藝為提取液濃度72 mmol/L、提取液pH 8.0、料液比(m大黃魚(yú)∶V提取液)1∶180 (g/mL)、提取溫度50 ℃,此條件下的小清蛋白得率為0.174 2%(n=3),與理論預(yù)測(cè)值0.181 1%基本相符,說(shuō)明該回歸方程能真實(shí)反映各因素對(duì)小清蛋白得率的影響。孫妙[29]研究表明,大菱鲆魚(yú)肉中的過(guò)敏原小清蛋白得率為0.286%,可能是因?yàn)轸~(yú)種不同。
表3 提取工藝回歸模型方差分析表?
圖6 各因素對(duì)小清蛋白得率的交互作用Figure 6 Response surface optimization map
試驗(yàn)表明,大黃魚(yú)小清蛋白提取液在220 nm處的吸收峰遠(yuǎn)高于其他波長(zhǎng),這可能與小清蛋白缺少在280 nm處有吸光值的色氨酸有關(guān)[30]。故在220 nm下測(cè)定小清蛋白的洗脫曲線,共分離得到4個(gè)明顯的洗脫組分(見(jiàn)圖7)。
由圖8可知,洗脫峰1、2的蛋白含量較高且成分單一,分子量約為10 kDa,與陸宗超[14]38報(bào)道的小清蛋白分子量相符。結(jié)合圖7和圖8可知,大黃魚(yú)小清蛋白的最高鹽濃度為0.5 mol/L,當(dāng)鹽濃度為0.16 mol/L時(shí)停止目的樣品的收集。
小鼠抗蛙單克隆小清蛋白抗體PARV-19,是目前商用化的已被證實(shí)并被使用的單克隆抗體,已被用于確認(rèn)鯉魚(yú)、鯰魚(yú)、鱈魚(yú)和羅非魚(yú)中的小清蛋白。由圖9可知,純化后的大黃魚(yú)小清蛋白可在分子量10~12 kDa處與小鼠抗蛙單克隆抗體出現(xiàn)明顯的特異雜交顯色條帶,據(jù)此判定純化的蛋白樣品即為小清蛋白。
圖7 大黃魚(yú)小清蛋白陰離子柱層析洗脫圖Figure 7 Parvalbumin of Pseudosciaena crocea anion column chromatography elution map
采用熱肌漿蛋白熱提取和陰離子柱層析的方法研究了養(yǎng)殖大黃魚(yú)小清蛋白的提取工藝,此時(shí)的洗脫液鹽濃度為0.16 mol/L。提取前進(jìn)行脫脂處理,大大減少了其他雜質(zhì),提高了小清蛋白的純度,而還原劑二硫蘇糖醇的添加,減少了小清蛋白的氧化,提高了其提取得率。響應(yīng)面優(yōu)化確定的養(yǎng)殖大黃魚(yú)小清蛋白最佳提取工藝條件為提取濃度72 mmol/L,提取液pH 8.0,料液比(m大黃魚(yú)∶V提取液)1∶180 (g/mL),提取溫度50 ℃,提取時(shí)間42 h,此條件下小清蛋白得率為0.174 2%;采用免疫印跡法分析小清蛋白的分子量約為12 kDa。由于小清蛋白的分離純化技術(shù)較為復(fù)雜,其致敏及脫敏機(jī)理有待進(jìn)一步深入研究。
M. Marker A. 大黃魚(yú)肌漿蛋白 B. 大黃魚(yú)小清蛋白熱提取物 1. 第1洗脫峰 2. 第2洗脫峰 3. 第3洗脫峰 4. 第4洗脫峰圖8 大黃魚(yú)小清蛋白陰離子柱層析SDS-PAGE電泳圖Figure 8 SDS-PAGE electrophoresis of parvalbumin from Pseudosciaena crocea eluted by anion column chromatography
M. Marker 1. 純化的小清蛋白圖9 小清蛋白的免疫印跡分析Figure 9 Western-blot of parvalbumin