Wykorzystanie dwufazowej ekstrakcji wodnej do separacji lizozymu z białka jaja kurzego

• Autorzy: Radosław Dembczyński , Wojciech Białas , Tomasz Jankowski

Warianty tytułu

Application of Aqueous Two-phase Extraction to Separate Lysozyme from Hen Egg White

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

Wzrastające wymagania konsumentów sprawiają, że producenci żywności są coraz bardziej zainteresowani naturalnymi substancjami przeciwdrobnoustrojowymi, w miejsce powszechnie stosowanych chemicznych konserwantów. Spośród różnych, naturalnych substancji przeciwdrobnoustrojowych lizozym charakteryzuje się właściwościami hamującymi wzrost wielu bakterii chorobotwórczych, na przykład Staphylococcus i Streptococcus. W celu uzyskania handlowych preparatów lizozymu można stosować różne metody jego izolacji z białka jaja kurzego, choć nieliczne z nich wdrożono już do produkcji na skalę przemysłową. Należą do nich: wielokrotne wytrącanie za pomocą soli i krystalizacja, bezpośrednia ultrafiltracja i chromatografia jonowymienna. Ostatnio, w literaturze publikowane są informacje na temat badań nad ekstrakcją lizozymu z białka jaja kurzego w wodnych układach dwufazowych (ATPS) typu glikol polietylenowy (PEG)/roztwór soli. W porównaniu z innymi technikami separacji i oczyszczania białek, zastosowanie wodnych układów dwufazowych charakteryzuje się: krótkim czasem procesu separacji, niskim zużyciem energii, przebiegiem ekstrakcji w warunkach, które nie denaturują białek oraz stosunkowo łatwą możliwością powiększenia skali procesu. Jednak w układzie dwufazowym składającym się z glikolu polietylenowego (PEG) i roztworu soli, lizozym preferencyjnie migruje do fazy górnej wzbogaconej w PEG, co z kolei utrudnia dalszy odzysk tego enzymu. Proces separacji lizozymu w wodnych układach dwufazowych można uprościć i uczynić bardziej wydajnym poprzez zastosowanie zamiast glikolu polietylenowego (PEG) polimeru termoseparującego, zbudowanego z reszt oksyetylenu i oksypropylenu (EOPO), który tworzy fazę górną w układach dwufazowych z formującymi fazę dolną roztworami soli. W takim układzie dwufazowym, polimer EOPO zostaje oddzielony od wodnego roztworu oczyszczonego lizozymu w procesie termoseparacji polimeru, który, podobnie jak roztwór soli pozostały po pierwszym etapie procesu ekstrakcji dwufazowej, może być następnie wielokrotnie wykorzystywany. (abstrakt oryginalny)

EN

The increasing demands of consumers cause the manufacturers of food to be more and more interested in replacing commonly used chemical preservatives with natural antimicrobial substances. Among various natural antimicrobial substances, the lysozyme is characterized by properties inhibiting the growth of many pathogenic bacteria, such as Staphylococcus and Streptococcus. Different methods can be applied to separate lysozyme from hen egg white in order to obtain its commercial preparations; however, only a few have been already implemented in the industrial-scale production. They are: repeated salt precipitation and crystallization, direct ultrafiltration and ion-exchange chromatography. Recently, in the expert literature, information has been published referring to researches into the lysozyme extraction from hen egg white using aqueous two-phase systems (ATPS) such as polyethylene glycol (PEG)/salt solution. As compared to other separation and purification techniques of egg white, the application of aqueous two-phase systems is characterized by the following: short time of separation process, low energy consumption, the extraction process progresses under the conditions causing no denaturation of proteins, and a possibility to relatively easily scale-up the entire process. However, in the system composed of polyethylene glycol (PEG) and salt solution, the lysozyme preferentially migrates to the PEG-rich top-phase, and, therefore, it is difficult to subsequently recover this enzyme. The process of separating lysozyme in ATPSs can be simplified and made more efficient if a thermo-separating polymer is used instead of polyethylene glycol (PEG). The thermo-separating polymer is composed of ethylene oxide-propylene oxide (EOPO) forming the top phase in the two-phase systems with salt solutions forming the bottom phase. In this two-phase system, the EOPO polymer is separated from the aqueous solution of the purified lysozyme during a thermo-separation process of the polymer, which can be repeatedly applied just as the salt solution left after the first stage of the two-phase extraction. (original abstract)

Słowa kluczowe

PL

Żywność funkcjonalna; Chemia spożywcza; Biochemia; Zdrowie; Żywienie dietetyczne

EN

Functional food; Food chemistry; Biochemistry; Health; Dietary feeding

• Czasopismo: Żywność: nauka - technologia - jakość
• Rocznik: 16 (2009)
• Numer: nr 5 (66)
• Strony: 5--17

Twórcy

autor

Radosław Dembczyński

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

autor

Wojciech Białas

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

autor

Tomasz Jankowski

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

Bibliografia

• Asenjo J.A., Chaudhuri J.W.: Innovative separation methods in bioprocessing. In: Separation processes in the food and biotechnology industries - ed. by A.S. Grandison, M.J. Lewis. Woodhead Publ. Ltd., Cambridge 1996, pp. 179-206.
• Asenjo J.A., Turner R.E., Mistry S.L., Kaul A.: Separation and purification of recombinant proteins from E. coli using aqueous two-phase systems. J. Chromatogr. A, 1994, 668, 129-137.
• Baldridge G.D., Kurtti T.J., Munderloh U.G.: Susceptibility of Rickettsia monacensis and Rickettsia peacockii to cecropin A, ceratotoxin A and lysozyme. Curr. Microbiol., 2005, 51, 233-238.
• Białas W., Dembczyński R., Regulski K., Jankowski T.: Optymalizacja warunków separacji lizozymu w układzie dwufazowym EOPO/fosforany. Mat. III Krajowego Kongresu Biotechnologii nt. "Biotechnologia - człowiek i środowisko, Poznań 2007, s. 167.
• Chang H.-M., Yang C.-C., Chang Y.-C.: Rapid separation of lysozyme from chicken egg white by reductants and thermal treatment. J. Agric. Food Chem., 2000, 48, 161-164.
• Codex General Standard for Food Additives, 2007, http://www.codexalimentarius.net
• Dembczyński R., Białas W., Regulski K., Jankowski T.: Wielokrotne wykorzystanie składników układu dwufazowego EOPO/fosforany w procesie ekstrakcji lizozymu z białka jaja kurzego. Mat. III Krajowego Kongresu Biotechnologii nt. "Biotechnologia - człowiek i środowisko", Poznań 2007, s. 166.
• Dembczyński R., Białas W., Regulski K., Jankowski T.: Wykorzystanie termoseparujących polimerów do ekstrakcji białka z układów złożonych na przykładzie lizozymu. Mat. I Sympozjum Inżynierii Żywności, Warszawa 2008, s. 120.
• Dyr J.E., Suttnar J.: Separation used for purification of recombinant proteins. J. Chromatogr. B, 1997, 699, 383-401.
• Guérin-Dubiard C., Pasco M., Hietanen A., Quiros del Bosque A., Nau F., Croguennec T.: Hen egg white fractionation by ion-exchange chromatography. J. Chromatogr. A, 2005, 1090, 58-67.
• Han J.H.: Antimicrobial food packaging. Food Technol., 2000, 54, 56-65.
• Harris D.P., Andrews, A.T., Wright G., Pyle D.L., Asenjo J.A.: The application of aqueous twophase systems to the purification of pharmaceutical proteins from transgenic sheep milk. Bioseparation, 1997, 7, 31-37.
• Johansson G., Reczey K.: Concentration and purification of β-glucosidase from Aspergillus niger by using aqueous two-phase partitioning. J. Chromatogr. B, 1998, 711, 161-172.
• Johansson H.-O., Lundth G., Karlstrom G., Tjerneld F.: Effects of ions on partitioning of serum albumin and lysosyme in aqueous two-phase systems containing ethylene oxide/propylene oxide copolymers. Biochim. Biophys. Acta, 1996, 1290, 289-298.
• Jolle´s P., Jolle´s J.: What's new in lysozyme research? Always a model system, today as yesterday. Mol. Cell. Biochem., 1984, 63, 165-189.
• Kepka C., Collet E., Roos F., Tjerneld F., Veide A.: Two-step recovery process for tryptophan tagged cutinase: Interfacing aqueous two-phase extraction and hydrophobic interaction chromatography. J. Chromatogr. B, 2005, 1075, 33-41.
• Kopeć W., Chrzanowska J., Karkoszka K., Lorenc J., Polanowski A., Szałak T., Trziszka T.: Sposób otrzymywania preparatu soli lizozymu. BUP, 2000, 15 (693).
• Leśnierowski G., Kijowski J.: Otrzymywanie lizozymu z białka jaja kurzego metodą bezpośredniej ultrafiltracji. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, 2000, 2 (23), 60-69.
• Lienqueo M.E. and Asenjo J.A.: Use of expert systems for the synthesis of downstream protein processes. Comput. Chem. Engng., 2000, 24, 2339-2350.
• Lu M., Tjerneld F.: Interaction between tryptophan residues and hydrophobically modified dextran. Effect on partitioning of peptides and proteins in aqueous two-phase systems. J. Chromatogr. A, 1997, 766, 99-108.
• Marcos J.C., Fonseca L.P., Ramalho M.T. and Cabral J.M.S.: Variation of penicillin acylase partition coefficient with phase ratio in poly(ethyleneglycol)-sodium citrate aqueous two phase systems. J. Chromatogr. B, 1998, 711, 295-299.
• Mattiason B.: Applications of aqueous two-phase systems in biotechnology. Trends in Biotechnol, 1983, 1 (1), 16-21.
• Mecitoğlu C., Yemenicioğlu A., Arslanoğlu A., Elmaci Z.S., Korel F., Çetin A.E.: Incorporation of partially purified hen egg white lysozyme into zein films for antimicrobial food packaging. Food Res. Int., 2006, 39, 12-21.
• Minami N.M., Kilikian B.V.: Separation and purification of glucoamylase in aqueous two-phase systems by a two-step extraction. J. Chromatogr. B, 1998, 711, 309-312.
• Owen R.O., Chase H.A.: Direct purification of lysozyme using continuous counter-current expanded bed adsorption. J. Chromatogr. A, 1997, 757, 41-49.
• Panfil-Kuncewicz H.: Charakterystyka lizozymu i możliwości jego zastosowania w przemyśle spożywczym. Żyw. Człow. Metab., 1988, 15, 218-222.
• Persson J., Kaul A., Tjerneld F.: Polymer recycling in aqueous two-phase extractions using thermoseparating ethylene oxide-propylene oxide copolymers. J. Chromatogr. B, 2000, 743, 115-126.
• Pietruszka N., Galaev I.Y., Kumar A., Brzozowski Z.K., Mattiasson B.: New polymers forming aqueous two-phase polymer systems. Biotechnol. Prog., 2000, 16, 408-415.
• Ratajczak P., Białas W., Dembczyński R., Grajek W., Jankowski T.: Ekstrakcja dwufazowa lizozymu z białka jaja kurzego. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, 2004, 3 (40), 40-52.
• Ripperger S., Altmann J.: Crossflow microfiltration - state of the art. Sep. Purif. Technol., 2002, 26, 19-31.
• Rito-Palomares M.: Practical application of aqueous two-phase partition to process development for the recovery of biological products. J. Chromatogr. B, 2004, 743, 3-11.
• Rito-Palomares M., Dale C., Lyddiat A.: Generic application of an aqueous two phase process for protein recovery from animal blood. Process. Biochem., 2000, 35, 655-673.
• Rito-Palomares M., Hernandez M.: Influence of system and process parameters on partitioning of cheese whey proteins in aqueous two-phase systems. J. Chromatogr. B, 1998, 711, 81-90.
• Selber K., Tjerneld F., Collen A., Hyytia T., Setala., Bailey M., Fagerstrom R., Kann J., van der Laan J., Penttila M., Kula M.-R.: Large-scale separation and production of engineered proteins, designed for facilitated recovery in detergent-based aqueous two-phase extraction systems. Process. Biochem., 2004, 39, 889-896.
• Su C.-K., Chiang B.H.: Partitioning and purification of lysosyme from chicken egg white using aqueous two-phase system. Process. Biochem., 2006, 41, 257-263.
• Svensson M., Berggren K., Veide A., Tjerneld F.: Aqueous two-phase systems containing selfassociating block copolymers. Partitioning of hydrophilic and hydrophobic biomolecules. J. Chromatogr. A, 1999, 839, 71-83.
• Venancio A., Almeida C., Teixeira J.A.: Enzyme purification with aqueous two-phase systems: comparison between systems composed of pure polymers and systems composed of crude polymers. J. Chromatogr. B, 1996, 680, 131-136.
• Veronesi P.A., Rodriguez P.E.A.: Use of modified lysozyme C to prepare medicinal compositions for the treatment of some serious diseases. United States Patent: 7,012,062, March 14, 2006.
• Wakeman R.J., Williams C.J.: Additional techniques to improve microfiltration. Sep. Purif. Technol., 2002, 26, 3-18.
• Wang S., Bung T., Chen T., Lin D., Wu J., Rao P., Ye X.: First report of a novel plant lysozyme with both antifungal and antibacterial activities. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2005, 327, 820- 827.
• Yuen C.C., Santosh A., Gupta K., Ray A.K.: Multi-objective optimization of membrane separation modules using genetic algorithm. J. Membr. Sci., 2000, 176, 177-196.
• Zimecki M., Artym J.: Właściwości terapeutyczne białek i peptydów z siary i mleka. Postępy Hig. Med. Dośw., 2005, 59, 309-323.