[发明专利]一种多级固定化酶膜反应装置及利用其制备酪蛋白磷酸肽的方法

说明书

技术领域

本发明涉及酪蛋白磷酸肽的制备装置与方法，具体涉及一种多级固定化酶膜反应装置及利用其制备酪蛋白磷酸肽的方法。

背景技术

酪蛋白磷酸肽(casein phosphopeptide即CPPs)是以牛乳酪蛋白为原料经单一或复合酶催化水解、分离、纯化而制得的含有成簇磷酸丝氨酸的一种天然生物活性多肽。

酪蛋白磷酸肽可作为无机离子的载体，它在pH呈中性至微碱性的动物小肠下端，能与Ca²⁺、Fe²⁺和Zn²⁺等金属离子结合，阻止金属离子与磷酸根产生沉淀，使小肠内可溶性的钙、铁和锌的浓度增加，从而促进这些必需金属离子的吸收和利用。此外，在动物和人的实验中，CPPs表现出抗龋齿、抗骨丢失、增强受精和胚胎发育等作用。

我国居民平均每日钙摄入量只有405.4mg，只占每日推荐量的50％左右，在有些地区儿童佝偻病的发病率高达40％，骨质疏松症也是困扰老人的常见疾病之一，因此对我国来说，全民补钙显得尤其重要。而补钙时不仅要注重钙的摄入，更要注重钙的吸收。而CPPs由于能够促进钙吸收的这一功能，其市场应用前景相当广阔。

酪蛋白磷酸肽的核心结构为-Ser(P)-Ser(P)-Ser(P)-Glu-Glu-，这一序列也正是CPPs的功能基因，其含量的多少与CPPs的功能特性直接相关。因此，不同分子量的CPPs展现出不同的品质及功能特性。目前，未有一种方法能对酪蛋白磷酸肽产品分子量进行控制。

目前，酪蛋白磷酸肽的主要生产方法是酶解法，即在普通水解罐中用蛋白酶对底物酪蛋白进行水解，水解结束后，高温灭酶，再调节反应液pH使未水解的酪蛋白沉淀，离心后喷雾干燥或者使用乙醇钙沉淀法制得。工艺过程中主要存在如下问题：(1)酶不能循环利用，酶量消耗大，生产成本高。(2)底物水解不完全，未反应的底物被离心后去除，浪费生产原料。(3)产品纯度低，一般喷雾干燥后得到的产品纯度仅在12％左右，完全满足不了市场要求。也有报道用反应分离耦合方法来制备酪蛋白磷酸肽，但是其蛋白酶没有被固定化，不能重复利用，增加了生产成本。(4)不能控制产品品质，不能对酪蛋白磷酸肽的分子量进行控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多级固定化酶膜反应装置，利用该反应器可同时制备出不同分子量的产品。

本发明还要解决的技术问题是提供利用上述多级固定化酶膜反应器制备酪蛋白磷酸肽的方法，该方法可同时制备出不同分子量和不同品质纯度的酪蛋白磷酸肽，极大的提高了生产效率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种多级固定化酶膜反应装置，它包含N级串联的固定化酶膜反应器和一个纳滤装置；每一级固定化酶膜反应器以聚砜多孔材料为支撑在反应器内部形成圆筒，将反应器分隔为圆筒内和圆筒外两个空间，以聚酯无纺布增强上述圆筒结构的强度，将截留分子量为1000～10000Da的膜装填在上述圆筒结构的内侧，膜内侧表面上固定有蛋白酶；纳滤装置中设有截留分子量为100～500Da的纳滤膜；第1级固定化酶膜反应器圆筒外部通过管道与第2级固定化酶膜反应器圆筒内部相连通，第2级固定化酶膜反应器圆筒外部通过管道与第3级固定化酶膜反应器圆筒内部相连通，以此类推，直至第N级固定化酶膜反应器，第N级固定化酶膜反应器圆筒外部通过管道与纳滤装置相连通，第2级至第N级固定化酶膜反应器圆筒内部分别通过管道与纳滤装置相连通，上述管道都设有阀门；第1级固定化酶膜反应器至第N级固定化酶膜反应器，其膜的截留分子量依次递减；所述的N取2～100的整数。

其中，所述截留分子量为1000～10000Da的膜为聚酰胺复合膜、醋酸纤维膜和聚碳酸酯复合膜中的任意一种。

其中，所述固定化酶膜反应器装有控温夹套。

其中，所述固定化酶膜反应器圆筒内部设有搅拌桨。

其中，所述蛋白酶为碱性蛋白酶(Alcalase)、胰酶(Trypsin)、木瓜蛋白酶(Papain)、中性蛋白酶(Neutrase)、复合蛋白酶(Protemax)中的任意一种或几种。

上述蛋白酶固定在膜上的方法为：采用凝胶化法将蛋白酶固定化在膜内侧表面上。即用膜组件在操作压力为0.01～0.08M Pa，循环流量10～30L/h的条件下超滤蛋白酶溶液，由于酶分子不能透过膜而在膜表面沉积，当膜-液两相界面处酶蛋白的浓度达到凝胶化浓度时，酶便以一薄膜凝胶层的形式固定在膜的表面，从而实现酶在膜上面的固定化。所述的蛋白酶溶液是通过将蛋白酶溶解于pH6.0～9.0的磷酸缓冲液中制成。