Лактоферрин

14-05-2014, 21:21

Наряду с производством концентратов сывороточных белков, фракций α-лактальбумина, β-лактоглобулина, альбумина сыворотки представляет интерес получение лактоферрина — минорного сывороточного белка со специфической физиологической активностью. Важнейшими физиологическими функциями лактоферрина являются способность связывать железо и удерживать его при достаточно жестких физиологических условиях, а также присутствие белка в качестве защитного фактора в местах организма, где есть угроза проникновения микробов.
Производство лактоферрина было впервые освоено в Германии в 70-е годы XX века компанией Miley Gmbh совместно с мировым лидером — фирмой по производству пищевых ингредиентов и продуктов функционального питания «Моринага Милк Индастри» (Япония) в рамках комплексной переработки подсырной сыворотки по мембранной технологии на концентраты лактулозы и сывороточных белков (рис. 17.6).

Для производства лактоферрина в промышленных масштабах используются катионобменные смолы, на которых белок легко адсорбируется и отделяется от других фракций белков молочной сыворотки, являющихся анионами. На второй стадии катионообменная смола промывается водой, а лактоферрин элюируется с помощью концентрированных солевых растворов. Принципиальная схема получения сухого концентрата лактоферрина представлена на рис. 17.7.
Характеристика концентрата лактоферрина приведена в табл. 17.13.

Традиционный способ получения концентрата лактоферрина предусматривает использование ионообменных колонн, в то время как использование альтернативного метода мембранной адсорбции дает ряд преимуществ: исключение диффузионных ограничений процесса, высокие скорости протока обрабатываемого раствора и небольшая продолжительность производственного цикла, простота в управлении и масштабировании.
На основе метода мембранной адсорбции в Германии разработана оригинальная технология выделения изолята лактоферрина. Принципиальная схема получения изолята лактоферрина из подсырной сыворотки представлена на рис. 17.8.

Предварительную обработку сыворотки на микрофильтрационной установке проводят для выделения нерастворимых частиц и молочного жира, препятствующих работе катионобменных мембранных модулей. Пермеат, получаемый на стадии микрофильтрации, направляют на мембранный адсорбер, выпускаемый компанией «Сарториус АГ» (Геттинген, Германия).
Активные группы, расположенные на внутренней поверхности ионообменных мембран, представляют собой радикалы сульфоновой кислоты. Мембранные модули выпускают в различном исполнении размерами от 15 см2 (0,41 мл) до 8 м2 (2,2 л) каждый. Динамическая обменная емкость спирального мембранного модуля (15 витков) по лактоферрину составляет 0,2 мг/см2 (7,3 мг/мл). Контроль качества изолята лактоферрина осуществляется методом гель-электрофореза.
В промышленных условиях используют фильтрационные аппараты из нержавеющей стали, работающие при давлении 0,2-0,7 МПа, что соответствует скорости протока обрабатываемой жидкости 8-24 л/мин. Для раздельного элюирования лактоферрина и побочного продукта — фермента лактопероксидазы используют растворы хлорида натрия различной концентрации (0,15 M и 1 M соответственно). Выход лактоферрина за один рабочий цикл (3,5 мин) составляет 7 г (88 %). Через каждые несколько рабочих циклов проводится мойка и частичная регенерация ионообменника.
Для организации непрерывной работы линии используется схема с двумя параллельно соединенными мембранными установками, включающими по два ионообменных модуля с рабочей поверхностью 2 м2 каждый, что позволяет чередовать циклы работы и мойки/регенерации ионообменника. При 20-часовом режиме работы в течение 300 дней в году годовой выход лактоферрина должен составить 7140 кг на 100 000 тонн перерабатываемой сыворотки. По оценкам авторов технологии, затраты на приобретение, монтаж и эксплуатацию установки составляют 689,5 тыс. евро (96,5 евро на 1 кг лактоферрина).
Перспективным направлением совершенствования технологии лактоферрина является создание композиционных иммунобиотехнологических препаратов. Сотрудниками Московского государственного университета прикладной биотехнологии и Института биохимии им. А.Н. Баха разработан способ получения комплексного препарата «ЛП-ЛФ-ИГ» в жидкой и сухой формах, включающего лактопероксидазу, лактоферрин и иммуноглобулины. Препарат обладает выраженным антимикробным действием с широким спектром видовой специфичности и иммуностимулирующими свойствами.
В последние годы наметилась новая тенденция применения лактоферрина как биологически активного вещества с пребиотическими свойствами. Специалистами ВНИМИ исследовано влияние лактоферрина на процесс сквашивания молока с использованием тест культуры бифидобактерий штамма Bifidobactenum adolescentis MS-42 и изменение количества клеток бифидобактерий в процессе хранения образцов кисломолочных сгустков. Результаты исследований позволили рекомендовать лактоферрин в качестве бифидус-фактора при разработке новых функциональных кисломолочных продуктов с бифидобактериями.
Лактоферрин, наряду с α-лактальбумином и β-лактоглобулином, рассматривается как источник получения биологически активных пептидов. Например, обработка лактоферрина препаратами пепсина в кислой среде позволяет получить лактоферрицин — биологически активный пептид с антимикробными свойствами. Лактоферрицин принадлежит к семейству катионных пептидов, богатых аргинином и триптофаном, структурно организованных таким образом, что молекулы аргинина локализованы на одной стороне молекулы, а молекулы триптофана — на другой. Такая амфотерная структура позволяет «триптофановой» части молекулы пептида связываться с мембранами клеток бактерий и нарушать их нормальное функционирование за счет удаления с поверхности клетки кальция и магния, а также проникновения в мембранные каналы.
Примеры биологически активных пептидов, получаемых из лактоферрина, приведены в табл. 17.14.