基于红外光谱技术的甲壳类和贝类主要过敏原原肌球蛋白的快速鉴别和分类方法研究

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水产品滋味鲜美,具有丰富的营养物质,深受消费者的青睐。然而,由水产品而引发的食物过敏问题却在近年来不断增加,影响人们的安全健康,受到广泛关注。原肌球蛋白(Tropomyosin,TM)已被证实是甲壳类和贝类中的主要过敏原,是一种分子量约36kDa、由两个相同亚基组成的肌原纤维蛋白。当前,针对TM的鉴别、检测技术主要有以酶联免疫吸附法为代表的免疫检测技术、聚合酶链式反应(PolymeraseChain Reaction,PCR)技术、以质谱技术为代表的其他新型检测技术。但免疫学检测技术依赖于特异性抗体,PCR和质谱技术需要专业技术人员和特定设备,成本较高,限制了其在食品分析中的应用。另外,当前尚无不同水产品中的过敏原TM的快速分类方法相关报道,因此,非常有必要研发一种快速高效、无需抗体且特异性强的TM快速鉴别和分类方法。红外光谱技术可以对样品进行快速、无损、多成分同时检测,能够提供丰富的样品结构信息以及整体化学指纹图谱信息。基于以上优点,红外光谱技术已经在食品、中药、材料、环境等多个领域得到广泛应用。本研究利用红外光谱技术,对TM与其他蛋白质样品、不同含量的TM样品、不同水产品中的TM样品进行了图谱采集与检测,通过图谱比对分析,确定了TM的红外特征峰以及虾类、蟹类、贝类中TM的红外特征峰,建立了一种基于红外光谱技术对过敏原TM的快速鉴别与分类方法。本研究的主要内容和结果如下:1.从虾肉中提取富集与纯化TM,再对其分别进行体外模拟胃液消化和体外模拟肠液消化,随着消减时间的延长,TM含量逐渐降低,收集不同TM含量的消减产物样本,进行中红外光谱检测,分析比对其原始吸收图谱(FT-IR)中谱峰的变化,发现在1700-1000cm-1波数范围即蛋白质的酰胺带内,图谱的峰高和峰面积发生显著变化,以此确认了TM的红外特征峰范围。然后利用红外光谱技术检测TM和其他不同蛋白质(包括同类型与不同类型蛋白质),选取TM的红外特征峰范围内的图谱,分析比对FT-IR图谱发现,不同类型蛋白质的酰胺Ⅰ带和Ⅱ带具有明显差异。而相同类型蛋白质则峰值相似,过敏原蛋白TM和小清蛋白(Parvalbumin,Pa)的酰胺Ⅰ带为1645±1 cm-1,酰胺Ⅱ带为1540cm-1。这些结果表明FT-IR无法区分同类型蛋白质。2.对FT-IR进行二阶求导得到分辨率较高的二阶导数图谱(SD-IR),结果发现SD-IR图谱的酰胺Ⅰ带中有5个蛋白质的共有峰,酰胺Ⅱ带有1个蛋白质共有峰,但不同类型蛋白质的共有峰之间比例不同,而相同类型蛋白质的共有峰比例相似。另外在酰胺Ⅱ带和Ⅲ带区发现一组TM的红外特征峰(1579,1569,1551,1547,1387,1364,1315和1241cm-1);通过比对TM的氨基酸序列,发现该组特征峰所对应的氨基酸(谷氨酸,精氨酸和天冬氨酸)均为TM含量较多氨基酸,其中,谷氨酸和精氨酸为TM的致敏性氨基酸。因此,基于这一组TM的红外特征峰和蛋白质的共有峰信息,本研究建立了一种基于红外光谱技术的虾类主要过敏原TM的快速鉴别方法。3.选取11种常见的虾类、蟹类和贝类水产品,提取富集TM,采用红外光谱技术检测,比对其FT-IR图谱,发现这11种水产品的TM酰胺Ⅰ带和Ⅱ带峰值相似,分别在1644±5cm-1和1553±5cm-1范围内。进一步分析这11种水产品的SD-IR图谱,发现所有样品的TM酰胺Ⅰ带和Ⅱ带不仅都具有蛋白质的共有峰,并且其共有峰之间的比例相似,与快速鉴别方法的结果相符合。此外,在SD-IR图谱中的酰胺Ⅱ带和Ⅲ带发现3个虾类TM的特征峰(1241±1cm-1,1072±3cm-1,1077±3cm-1);8个蟹类TM特征峰(1349cm-1,1299±2cm-1,1245±2cm-1,1176±1cm-1,1145±1cm-1,1097±3cm-1,1067±2cm-1和1035±2cm-1);3个贝类特征峰(1145±5cm-1,1080cm-1,1024±5cm-1)。其中,虾类和蟹类均属于甲壳类,两者的特征峰部分相似(1241±1cm-1与1245±2cm-1,1072±3cm-1与1067±2cm-1)。基于主成分分析法的聚类分析发现虾类、蟹类和贝类的TM具有明显的聚类趋势,并且对其聚类贡献较大的几处峰均为各种类TM的特征峰。由此可见,本研究建立的红外光谱技术可有效区分来自虾类、蟹类和贝类的TM,可用于这3个种属来源的TM的分类。综上所述,本研究依据一组蛋白质的6个红外光谱共有峰和一组TM的8个特征峰,建立了一种快速无损,简便的过敏原TM的快速鉴别的方法;并在此基础上,依据虾类、蟹类、贝类中TM的红外光谱特征峰,建立了虾类、蟹类和贝类的TM的分类方法。本研究所建立的方法具有无损样品,无需抗体,快速高效的优点,可应用于水产品中主要过敏原TM的大规模筛选或快速判断食物过敏来源方面。
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