一种离心管及其在提取蛋白肽和聚谷氨酸方面的应用

1.本发明涉及精细化工产品分离精制技术领域，具体涉及一种离心管及其在提取蛋白肽和聚谷氨酸方面的应用。


背景技术：

2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.离心分离是利用电机高速旋转产生离心力场，根据不同物质之间密度、形状、大小等方面的差异，对悬浮液中混合的不同颗粒或乳浊液中密度不同且互不相溶的液体进行分离和提取的一种方法，广泛应用于生物学、医学、化工等领域。常用的离心技术包括：沉淀离心、差速离心、密度梯度离心、分析超速离心、离心淘洗、区带离心及连续流离心等技术。
4.常规离心管结构简单，功能单一，已越来越不能满足人们的使用需求，因此许多一些研究者对其进行了改进，例如将带有滤膜的内管放置于离心管中组成离心过滤管，可以用于从样品中去去除细菌和颗粒、hplc样品准备、从培养基中分离细胞、从琼脂糖凝胶或丙烯酰胺胶中分离dna。zl202021300317.4公开了一种超滤离心管装置，包括：管盖、过滤腔体、超滤膜、支撑套和收集管；过滤腔体包括上腔体和下腔体；上腔体的上端面设有用于添加原液的开口；上腔体与下腔体连通；下腔体的左右两侧对称开设有过滤孔；超滤膜贴合在下腔体的左右两侧，并覆盖住过滤孔；支撑套上开设有与下腔体形状相匹配的通孔；通孔的孔壁上设置有用于使液体流出的导液槽；支撑套套设在下腔体上，且支撑套与上腔体连接；收集管与支撑套连接。该方案有效提高了超滤离心时目标产物的回收率，减少了目标产物的损失。zl201610042368.3提供了一种带位置可调的多孔隔膜的密度梯度离心管，包括离心管本体，离心管本体上端设有离心管盖，离心管本体内设有隔膜层，离心管本体内壁上设有内螺纹，隔膜层外壁上设有外螺纹，离心管本体的内螺纹与隔膜层的外螺纹相配合，隔膜层上设有多个小孔。该离心管通过隔膜层将离心管分成装分离液的部分和加待检样本部分，有效避免了样本与分离液预混，减少了离心和取样时造成的样品污染；同时，隔膜层可以根据要处理的样品类型及体积的不同，作隔膜层旋扭上下调整，使得隔膜层下端有个最佳分离液容积，扩大了应用范围。zl201610527560.1公开了一种一体式超滤离心管，包括管体、进液口、超滤膜、底板、适应塞，所述管体顶部固定有进液口，进液口呈漏斗状，进液口顶部固定有顶盖，所述管体内部自上向下依次固定有超滤膜和底板，底板底部开设有出液管，出液管的出口端设有底盖，所述管体下部的内壁上有内螺纹，管体底部固定有一适应塞，所述适应塞由内塞体、挡板、适应块组成，内塞体上设有与内螺纹相配合的外螺纹，内塞体固定在挡板的底部，所述挡板外径与管体外径相同，挡板底部固定有适应块。该发明通过将管体、底板、进液口制成一体式结构，使得超滤离心管结构变得简单，且不易发生部件之间的相互碰撞，使得超滤离心管不易破损。zl202022277914.6公开了一种一体式超滤离心管，包括主体，所述主体的下端外表面设置有放置保护机构，所述放置保护机构的上端外表面设
置有外管，所述外管的内表面设置有防反流机构，所述防反流机构的上端外表面设置有超滤管。该方案设有放置保护机构与防反流机构，能够在超滤离心管使用后，将超滤离心管插入保护盖中，防止超滤离心管滚落到地面造成超滤离心管损坏，紧固环可以提高连接稳定性，减震垫片还可以减少超滤离心管与保护盖的碰撞，设置的防反流机构可以在超滤离心管使用时，挡流板能够阻挡过滤后的液体反流到超滤管中，防止影响超滤离心管的过滤效果。
5.采用以上方案的离心管能够有效达到离心分离的目的，并且一定程度上能够起到防反流的作用，但该离心管在重复利用时其中的的多孔隔膜易堵塞，尤其是对于发酵液这种比较复杂的样品；防反流效果仍不理想，尤其是在装置放大后，还需要寻求一种新的技术来解决这一问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种离心管及其在提取蛋白肽和聚谷氨酸方面的应用，所述离心管根据活塞在高速旋转时产生的离心力的大小实现离心管上下两部分的连通和隔断，以解决离心管的隔膜易堵塞、物料易反流等问题，在提取蛋白肽和聚谷氨酸等方面具有良好的实际应用之价值。
7.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下所述：
8.在本发明的第一方面，提供一种离心管，包括管体和位于其内部的下料管，下料管的底部封闭，顶端敞开，下料管内部由上而下依次设有活塞和弹簧，下料管的管壁的中上部设有出料孔。
9.在一种或多种实施方式中，管体的内壁的中部设有承重件；
10.在一种或多种实施方式中，下料管的管壁的顶端设有支撑体，支撑体的直径与管体内径相等，且支撑体卡在承重件上；
11.在一种或多种实施方式中，管体的顶端外壁设有顶端外螺纹；
12.在一种或多种实施方式中，管体的底部封闭，顶端敞开；
13.在一种或多种实施方式中，管体的底部敞开，管体底部外壁设有底部外螺纹；管体1的外部设置底盖，管体与底盖配合使用；
14.优选地，底盖的高度不小于管体高度的0.5倍；
15.优选地，底盖的内部底端位置设有底盖内螺纹，与管体底部外壁设置地底部外螺纹配合。
16.在本发明的第二方面，提供一种上述离心管在提取蛋白肽中的应用，所述应用的方法包括如下步骤：
17.将含有蛋白肽的清液加入到所述离心管中，在高于转速rs的状态下离心一定时间；当管体的底部封闭、顶端敞开时，将上层离心液倒出，将上层离心液继续用于蛋白酶解制备蛋白肽，按压活塞并将下层离心液通过出料孔倒出；或者当管体的底部敞开并与底盖配合使用时，将上层离心液倒出，将上层离心液继续用于蛋白酶解制备蛋白肽，将底盖取下同时并得到下层离心液；将下层离心液冷冻干燥后得蛋白肽产品；
18.其中，弹簧的规格由实验确定，由于活塞的移动使出料孔在转速rs以上的离心状态下打开，出料孔在转速rs以下的离心状态下关闭。
19.在本发明的第三方面，提供一种上述离心管在提取γ-聚谷氨酸中的应用，所述应用的方法包括如下步骤：
20.将含有γ-聚谷氨酸的清液加入到所述离心管中，在高于转速rs的状态下离心一定时间；当管体的底部封闭、顶端敞开时，将上层离心液倒出，将上层离心液继续用于γ-聚谷氨酸发酵，按压活塞并将下层离心液通过出料孔倒出；或者当管体的底部敞开并与底盖配合使用时，将上层离心液倒出，将上层离心液继续用于γ-聚谷氨酸发酵，将底盖取下同时并得到下层离心液；将下层离心液冷冻干燥后得γ-聚谷氨酸产品；
21.弹簧的规格由实验确定，由于活塞的移动使出料孔在转速rs以上的离心状态下打开，出料孔在转速rs以下的离心状态下关闭。
22.本发明的具体实施方式具有以下有益效果：
23.(1)本发明提出的离心管操作方便，不存在污染和堵塞问题；
24.(2)本发明提出的离心管根据活塞在高速旋转时产生的离心力的大小实现离心管上下两部分的连通和隔断，产品结构简单，容易实现批量化生产；
25.(3)采用本发明提供的离心管，能够提高溶液的浓度，大幅减少后续处理成本和能耗。
附图说明
26.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
27.图1为本发明离心管的结构示意图；
28.图2为本发明离心管在离心状态下的结构示意图。
29.图3为本发明底部敞开的离心管的结构示意图。
30.图4为本发明离心管底盖的结构示意图。
31.图中：1-管体；2-支撑体；3-下料管；4-顶端外螺纹；5-活塞；6-承重件；7-出料孔；8-弹簧；9-底部外螺纹；10-底盖；11-底盖内螺纹。
具体实施方式
32.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本技术使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
33.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
34.下面结合具体的实施例对本发明作进一步的解释和说明。
35.实施例1
36.如图1和图2所示，一种离心管，在包括管体1和位于其内部的下料管3，下料管3的底部封闭，顶端敞开，下料管3内部由上而下依次设有活塞5和弹簧8，下料管3的管壁的中上部设有出料孔7；
37.管体1的内壁的中部设有承重件6；下料管3的管壁的顶端设有支撑体2，支撑体2的直径与管体1内径相等，且支撑体卡在承重件6上；
38.管体1的底部封闭，顶端敞开；管体1的顶端外壁设有顶端外螺纹4；
39.管体1采用聚丙烯制作，内径50mm，高度200mm，承重件6顶端与管体1顶端的距离为180mm；下料管3采用聚丙烯制作，内径15mm，高度50mm；活塞5采用不锈钢316l材料制作，外径15mm，高度15mm；出料孔7直径4mm；
40.选择弹簧8的规格，并由实验确定，由于活塞5的移动使出料孔7在50000rpm(转/分钟)以上的离心状态下打开，出料孔7在50000rpm以下的离心状态下关闭。
41.将以上所述的离心管应用于花椒籽蛋白肽的提取，以实验室自制的花椒籽仁蛋白(粗蛋白含量88.05％，以干基计)为原料，采用购买于北京华迈科生物技术有限责任公司的木瓜蛋白酶(酶活力为2.0
×
105u/g)进行花椒籽仁蛋白的酶解，首先将花椒籽蛋白在90～100℃下预处理10min，之后进行酶解，酶解条件为：底物浓度30mg/ml，蛋白酶添加量0.08mg/ml，ph＝10，酶解温度60℃，酶解时间3.0h。冷却后加到普通离心管中于5℃下6000rpm离心10min，取上清液冷冻保藏、备用。根据文献(王辉，田呈瑞，马守磊，等.花椒籽仁抗氧化肽水解用酶的筛选研究.食品与发酵工业，2009，35(3)：119-123.)所使用的方法测定上清液中的蛋白肽含量为29.61mg/ml。
42.取上清液200ml加入到本实施例所述的离心管中，于5℃下60000rpm离心30min，将上层离心液倒出，将上层离心液继续用于蛋白酶解；按压活塞5并将下层离心液通过出料孔7倒出；多次操作将获得的下层离心液放置于4℃冰箱备用，测定下层离心液中的蛋白肽含量为38.20mg/ml。
43.取200ml下层离心液，冷冻干燥后得花椒籽蛋白肽产品9.16g。
44.实施例2
45.本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：
46.如图3和图4所示，管体1的底部敞开，管体底部外壁设有底部外螺纹9；管体1的外部设置底盖10，管体1与底盖10配合使用；
47.底盖10的高度不小于管体1高度的0.5倍；底盖10的内部底端位置设有底盖内螺纹11，与管体底部外壁设置地底部外螺纹9配合。
48.将以上所述的离心管应用于γ-聚谷氨酸的提取，采用实验室保藏解淀粉芽孢杆菌菌株bacillus amyloliquefaciens l536进行γ-聚谷氨酸的发酵，其中斜面培养基、种子培养基、发酵培养基根据文献(曾庆东，李文杰，王志伟，等.甲醇-乙醇分步沉淀法提取γ-聚谷氨酸.食品与发酵工业，2014，40(5)：222-228.)所述的物料比例配置。在具体培养中，接菌于斜面和平板培养基中，将其置于35℃，24h培养。从斜面上取1～2环菌接入种子培养基中，转速为180rpm，置于35℃，培养24h。以5％(体积百分数)接种量将种子接种液置于3l发酵培养基的发酵罐中，在37℃、200rpm的条件下培养48h，得到发酵液。
49.调发酵液ph至3.0，加到普通离心管中于5℃下6000rpm离心10min去除菌体，得上清液，经测定γ-聚谷氨酸浓度为25.18g/l。取上清液200ml加入到本实施例所述的离心管中，于5℃下60000rpm离心30min，将上层离心液倒出，将上层离心液继续用于γ-聚谷氨酸发酵；将底盖10取下同时并得到下层离心液，经测定下层离心液中γ-聚谷氨酸浓度为30.55g/l；多次操作将获得的下层离心液放置于4℃冰箱备用。
50.取200ml下层离心液，调ph至7.0，加入4倍体积的乙醇，低温静置沉淀6h，过滤、冷冻干燥后得γ-聚谷氨酸产品5.20g.
51.本实施例与实施例1相比，管体1的底部敞开，与底盖10配合使用，使得离心后的下层料液更容易取出，操作更加方便。
52.对比例1
53.本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：
54.直接取上清液200ml，冷冻干燥后得γ-聚谷氨酸产品7.03g。
55.对比例2
56.本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：
57.取上清液200ml加入到普通离心管中，于5℃下60000rpm离心30min，将上层的一半离心液用吸管吸出来，之后收集剩余的下层离心液；多次操作将获得的下层离心液放置于4℃冰箱备用，测定下层离心液中的蛋白肽含量为30.15mg/ml。
58.取200ml下层离心液，冷冻干燥后得花椒籽蛋白肽产品7.22g。
59.对比实施例1、对比例2和对比例3可知，采用本发明实施例1提供的离心管，提高蛋白肽产品得率，能够大幅减少冷冻干燥步骤的能耗。
60.对比例3
61.本实施例与实施例2相同之处不再赘述，不同之处在于：
62.直接取上清液200ml，调ph至7.0，加入4倍体积的乙醇，低温静置沉淀6h，过滤、冷冻干燥后得γ-聚谷氨酸产品4.01g。
63.对比实施例2和对比例3可知，采用本发明实施例2提供的离心管，提高了γ-聚谷氨酸溶液的浓度，在使用相同乙醇(沉淀剂)的情况下，γ-聚谷氨酸产品得率提高了30％，能够大幅减少沉淀剂的用量及之后回收沉淀剂的能耗。
64.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。