李世宇:植物蛋白胨广泛应用前景
植物源蛋白胨是以植物成分为原料,经复合生物酶的酶解、膜分离提纯精制、喷雾干燥等一系列工艺制成。产品由不同分子量的胨、肽和氨基酸组成,营养丰富,可完全替代相应的动物蛋白胨产品,满足发酵、医疗、生物等行业各种微生物生长及细胞培养,同时安全性更高,可以有效避动物源成分带来的风险。目前,国内外相关研究主要集中于植物蛋白(玉米蛋白、大豆蛋白、菜籽饼粕等)功能肽的酶法制备技术,而有关利用植物蛋白生产发酵氮源及其性能评价的研究仍相对较少。
植物蛋白胨应用场景一:促进益生菌生长
白凤翎等发现,分子质量小于 5 ku 的大豆蛋白水解物具有明显的促进酸奶乳酸菌增殖效果。万春艳等采用复合蛋白酶制备出的水解度为 19.98%的大豆蛋白水解物可有效促进酿酒酵母的增殖,且分子量在 3k Da 以下的肽有显著的促生长活性。
植物蛋白胨应用场景二:促进抗体合成
有关植物蛋白水解产物在蛋白药物和疫苗生产中的应用研究,国外已有较多的文献报道。通过添加小麦蛋白水解物、大豆蛋白水解物及酵母提取物的复合物,对悬浮型重组 CHO细胞进行培养,可以促进抗体的合成。
植物蛋白胨应用场景三:促进肺炎多糖疫苗生产
罗勇等曾发表文章《植物蛋白胨培养基在23价肺炎球菌多糖疫苗生产中的应用》,指出:“使用植物蛋白胨培养基可提高肺炎球菌大罐培养浓度以及培养液多糖含量;精制多糖收率明显提高,各项质量指标均符合企业注册标准要求。”该文还指出:“植物性蛋白胨,其相对分子质量较小,易于被细菌生长所吸收,且其碳水化合物总含量较高,能在细菌生长后期提供更多的营养物质来源,更易于细菌数量的积累及其后期荚膜的形成”。
植物蛋白胨应用场景四:替换动物源,营养又安全
在大多数经典培养基中的动物产品是胎牛血清,蛋白胨,胰蛋白胨,牛肉提取物,胆盐,脑心浸出液。在过去的几年中,疯牛病病原体已经污染了很多微生物试剂,疯牛病是一种传染病,且无药可治,引起了制药、疫苗和生物的恐慌。植物源蛋白胨可替代目前80%~90%动物源蛋白胨,能够有效避免患疯牛病风险,在FDA上应用已经有10多年,安全性较高。
Benedini等证实,大豆蛋白胨能够替代脑心浸液(brain-heart infusion)和羊血培养基作为兽疫链球菌培养的氮源,其菌体生长良好,未造成菌体生长损伤和代谢偏转。就人类角质细胞的培养而言,添加了大豆蛋白水解物和牛脑垂体提取物(BPE)的培养基中的活细胞数量最多,只添加了 BPE 的培养基中的活细胞数量次之,再其次为只添加了大豆蛋白水解物的培养基;尽管大豆蛋白水解物不能完全替代 BPE,但其可作为人类角质细胞的优良氮源。
成都生物制品研究所邓雪莲等人在《国际生物制品学杂志》发表《植物蛋白胨在肺炎链球菌培养基中的应用》一文中,为确保生物制品的安全性,用植物蛋白胨替代目前肺炎链球菌(pnenmocoecus,Pn)培养基中的动物蛋白胨,对Pn进行大罐发酵,并与使用目前动物源蛋白胨培养基培养的Pn进行了比较。实验过程中发现植物源的总氮含量、氨氮含量和消化系数与动物源蛋白胨相近,但植物源蛋白胨的总碳水化合物含量明显高于胰蛋白胨的总碳水化合物含量。植物源性培养基培养获得的各型Pn浓度和粗制多糖含量明显高于动物源性培养基培养。
据估算每年全球需要至少消耗1700吨动物源蛋白胨。如果用牛来生产,那么需要5.7万头牛。产生的CO2 是2750万公斤。试想如果由植物来生产,则对环境的压力要小得多。同样是1700吨蛋白胨,每年需要的粮食只有8500吨,产生CO2 是213万公斤,比动物少多了。因此,使用植物源蛋白胨,既环保又安全。
总之:植物蛋白胨作为细胞培养基的基本原料,在医药工业、发酵工业、生化制品以及微生物学科研项目中有着较大的应用需求,其市场也随着国内发酵培养基产业的扩大而持续发展。但就目前来看,我国植物蛋白胨产业仍处于发展的初级阶段,市场供应不足,导致国内市场对进口蛋白胨的消费需求旺盛,未来植物源蛋白胨需求空间巨大。
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