从原料中分离角蛋白的方法技术

一种从含有角蛋白的原料中分离角蛋白的方法，该方法包括以下步骤：将含有角蛋白的原料在液体介质中还原，在角蛋白水解最小化的条件下将角蛋白溶解，生成角蛋白溶液和不溶固体；在不插入任何角蛋白沉淀步骤的情况下，对角蛋白溶液进行过氧化物氧化；以及在氧化步骤之前、同时或之后，将角蛋白溶液与不溶固体分离。进行还原步骤的优选条件包括使含有角蛋白的原料与碱金属硫化物还原剂在２５℃至５０℃的温度接触３０至９０分钟，假设在大气压下。过氧化物氧化优选在还原步骤后不超过４小时内进行，包括将溶液的ｐＨ值降低至不低于ｐＨ为１０的水平，尽管最优选ｐＨ为１１．３。产物被证实具有分子量在１０ｋＤａ以上的主要部分，反映了角蛋白中的二硫键在蛋白不水解的情况下被破坏。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种从角蛋白原料中分离角蛋白的方法和装置，以及通过该方法得到的角蛋白。
技术介绍
本领域公开的多种从含有角蛋白的原料分离角蛋白的方法包括在导致蛋白水解的极端条件下处理含有角蛋白的原料。结果，由这些方法得到的角蛋白的分子量低于原始蛋白(original protein)。Harrap和Woods(Biochem J.902，1964，16)报道了来自羽毛的单体蛋白分子量为10.4kDa。结果，从现有技术方法得到的角蛋白分子量通常低于10.4kDa。本专利技术的专利技术人假设，对于许多潜在应用，需要以使天然分子量降低最少或者保持天然分子量的方式制备蛋白。特别是在预期应用为当需要高分子量时提供聚合材料替代品的情况下。使所分离的蛋白分子量最大也会使后续的蛋白改性的化学可能性最大化。本领域公开的多种从含有角蛋白的原料分离角蛋白的方法并不适用于放大的工业过程。例如，现有技术中公开的一些方法包括用“干酪包布(cheese cloth)”物理分离。一些方法涉及二氧化硫或硫化氢气体，这样尽管在实验室规模上并不被禁止，然而当放大时就会造成严重的问题。而且，一些方法包括形成凝胶，这在工业规模的方法中是非常难处理的。因此，需要一种以下述形式从角蛋白原料中分离角蛋白的方法其提供进一步化学或物理修饰的机会、并且利用对工业规模的处理来说可实施的方法。
技术实现思路
根据第一方面，提供了一种从含有角蛋白的原料中分离角蛋白的方法，该方法包括以下步骤i.将含有角蛋白的原料在液体介质中还原，在角蛋白水解最小化的条件下将角蛋白溶解，生成角蛋白溶液和不溶固体；ii.在不插入任何角蛋白沉淀步骤的情况下，对角蛋白溶液进行过氧化物氧化；和iii.在氧化步骤之前、同时或之后，将角蛋白溶液与不溶固体分离。上文概述的方法消除了产生硫化氢或二氧化硫的危险。工业过程中产生这些气体是非常成问题的。本专利技术的各个实施方式提供了相对于现有技术的进一步的优势。优选还原进行到如下程度角蛋白中存在的胱氨酸的二硫键被破坏，形成半胱氨酸残基，但是未发生水解。通过在十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(“SDS-PAGE”)中检测对应于分子量10kDa以上的主要分子量谱带，与已知标准物比较，可以对此进行可视化评价。该谱带反映了步骤i.中溶解的角蛋白中大部分的分子量为10.4kDa或更高。通常，这种电泳结果反映了步骤i.中溶解的角蛋白中至少90％的分子量在该范围内。在角蛋白源自木材的情况下，如果还原进行到胱氨酸残基的二硫键还原成半胱氨酸而角蛋白未发生水解，这对应于步骤i.中溶解的角蛋白中至少90％、典型地至少94％的分子量高于11kDa。根据第二方面，还提供了一种通过以上列出的方法生产的产品。根据第三方面，提供了一种从含有角蛋白的原料制造角蛋白的装置，该装置包括i.洗涤设备，其用于洗涤含有角蛋白的原材料；ii.消化器(digestion vessel)，其用于还原含有角蛋白的原料以产生角蛋白溶液和不溶固体；iii.氧化处理区，其用于氧化角蛋白溶液；iv.分离设备，其用于将角蛋白溶液与不溶固体分离；v.超滤设备，其用于除去过量的盐，并浓缩角蛋白溶液；和vi.输送器，其用于将含有角蛋白的原料或物流通过该装置的各个其它部件从洗涤设备输送至超滤设备。优选该装置进一步包括vii.磨机，其用于在还原之前将含有角蛋白的原材料破碎。该磨机在装置中适合位于消化器之前。氧化处理区可以由容器、输送器、消化器或者其它任何角蛋白溶液可以在其中与过氧化物氧化剂接触的设备部件或区域构成。分离设备在装置中位于消化器(在其中产生角蛋白溶液和不溶固体)之后，但是可以位于氧化处理区之前或之后，或者与其结合。附图说明图1是说明根据本专利技术一个优选实施方式从含有角蛋白的原材料中分离角蛋白的方法步骤的示意图。图2是显示通过该方法得到的角蛋白样品的Tris-Tricine凝胶电泳的照片，从左至右的条带代表精确MW标准物；经氧化的羽毛@30℃；经氧化的羽毛@45℃；经还原的羽毛@30℃；以及多肽标准物。图3是显示通过该方法得到的角蛋白样品的Tris-HCl 15％凝胶电泳的照片，从左至右的条带(条带1和3为空)为条带2-标准物，条带4-pH11.3(1∶5)，条带5-pH11.3(1∶10)，条带6-pH10.8(1∶5)，条带7-pH10.8(1∶10)，条带8-pH10.1(1∶5)，条带9-pH(1∶0)，条带10-标准物。具体实施例方式现在，更详细地说明本专利技术的优选实施方式。含有角蛋白的原料含有角蛋白的原料可以来自任何角蛋白源，包括羽毛、羊毛、毛发、动物的蹄或爪、动物的角、动物的鳞片或任何其它角质表皮原料或上述原料的混合物。一种优选的含有角蛋白的原料来源是羽毛，例如鸡和/或火鸡的羽毛。另一种优选的来源是羊毛。提供至该方法步骤(i)的含有角蛋白的原料可以经受洗涤，并任选地经受破碎过程。下文中更详细地说明这种原材料的制备步骤。原材料的制备角质原材料优选地进行洗涤，并任选地破碎成较小的颗粒，以便处于适于经受该方法的还原步骤的形式。在非羽毛原料的情况下，制备有利地包括擦洗和洗涤，以除去外来的杂质、油脂和脂质。在这些原料如羊毛中，破碎通常可以是不必要的，尽管使用短羊毛可能会有实践上或经济上的优势。根据本专利技术的一个合适实施方式，角蛋白原料可以用含有适当的表面活性剂的温水洗涤，并用水漂洗。如果不打算在洗涤步骤之后立刻处理角蛋白原料，则可以将其干燥。在羽毛的情况下，有利地将其洗涤并破碎成更小的碎片，以便有助于在该方法的还原步骤中消化。洗涤可以通过在含有表面活性剂的水中洗涤而进行，如上文所述。之后，根据本专利技术的一个实施方式，通过剁碎和/或研磨将洗涤过的羽毛破碎。类似地，在还原步骤中的消化之前，还可以通过剁碎或研磨将干羽毛破碎。破碎可以在任何合适的设备中进行，例如屠夫所用类型的剁碎机、或者旋转刀片(如Wiley)磨。破碎使得更大量的角蛋白能够从羽毛原料中被提取出来，但其代价是进行破碎的能量和设备成本。在多数情况下，破碎步骤会是允许的。还原步骤根据一个实施方式，含有角蛋白的原料可以是羽毛或羊毛原料，将其在液体介质中还原，使角蛋白溶解。该方法的这一步骤有时也称为“消化”。还原步骤将含有角蛋白的原料中角蛋白的胱氨酸残基中的二硫键还原成半胱氨酸(含有末端硫醇基团)，将联结的角蛋白链破坏成较小的链。在羽毛角蛋白的情况下，较小的链的长度为大约10.4kDa，尽管可能保留了一些较大的链，但优选大多数产物是10.4kDa的产物(即，正好高于10.0kDa)。在羊毛角蛋白的情况下，有许多种二硫键之间的分子量不同的蛋白。其中的大多数，大约94％以上，大于11kDa。大约6％的蛋白被称为“高Gly/Tyr”蛋白，其分子量为9-13kDa，因此还原蛋白中的非常少的百分比(低于6％)将包括一些分子量为9-11kDa的蛋白。但是，凝胶电泳的直观评价结果反映了主要分子量部分高于10kDa。还原步骤合适地在使角蛋白水解最少的条件下进行。换句话说，还原条件破坏二硫键，但没有剧烈到使角蛋白水解。参考还原步骤后角蛋白的分子量，可以测量角蛋白的水解程度。如果蛋白产物的分子量低于上述特定角蛋白类型的水平，则还原条件没有做到使角蛋白水解最少。特别是，对于羽毛来说如果多数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从含有角蛋白的原料中分离角蛋白的方法，所述的方法包括以下步骤：　　　　ｉ．将所述的含有角蛋白的原料在液体介质中还原，在角蛋白水解最小化的条件下使角蛋白溶解，生成角蛋白溶液和不溶固体；　　　　ｉｉ．在不插入任何角蛋白沉淀步骤的情况下，对所述的角蛋白溶液进行过氧化物氧化；和　　　　ｉｉｉ．在所述的氧化步骤之前、同时或之后，将所述的角蛋白溶液与所述的不溶固体分离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RW克兰斯顿，JM普尔，MB希基，
申请(专利权)人：澳大利亚羊毛发展有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]