用于提取和分离纯化小麦胚产品的系统和方法与流程

背景技术：

1、无细胞蛋白质合成，也被称为体外蛋白质合成或cfps，是在无细胞系统中使用生物机器生产蛋白质，即不使用活细胞。体外蛋白质合成环境不受细胞壁或维持细胞活力所必需的稳态条件的限制。因此，cfps使得直接进入和控制翻译环境成为可能，这对许多应用来说是有利的，所述许多应用包括膜蛋白的共翻译增溶、蛋白质生产的优化、非天然氨基酸的掺入、选择性和位点特异性标记。由于系统的开放性，可以筛选不同的表达条件，例如ph、氧化还原电位、温度和分子伴侣。

2、现在商业的无细胞系统有多种材料来源，从“传统的”大肠杆菌、兔网织红细胞裂解物和小麦胚芽(wheat germ)提取物系统，到最近的昆虫和人类细胞提取物，再到由纯化的重组组分复构的确定系统。尽管每种无细胞系统都有一定的优点和缺点，但无细胞系统的多样性允许在体外合成用于多种下游应用的广泛蛋白质。在后基因组时代，无细胞蛋白质合成已迅速成为高通量蛋白质功能和结构研究的首选方法，以及用于体外蛋白质进化和合成生物学的多功能工具。

3、真核生物提取物(包括兔网织红细胞裂解物和小麦胚芽提取物)的现有产量将无细胞蛋白质合成的用途限制为分析工具的用途，而不是蛋白质工厂的基础。小麦的低成本和现成可用性使得基于小麦胚(embryo)的合成成为工业规模无细胞蛋白质合成基础的一个有吸引力的选择。然而，有活力的小麦胚芽提取物的获得极其有限，因为胚的核糖体对tritin敏感，tritin是在小麦胚乳中发现的一种蛋白质，即使在微量水平下其也能有效抑制蛋白质合成。常规的生产小麦胚芽的方法导致最终的小麦胚芽产品受到胚乳颗粒的严重污染。如前所述，含有tritin的胚乳碎片对小麦胚芽的污染极大阻碍了小麦胚芽作为无细胞蛋白质合成载体的有用性。此外，现有技术的方法产生了压扁的小麦胚。收获的小麦粒内的小麦胚处于自然休眠状态——它们不活跃，但它们仍然活着。压碎小麦粒的工艺杀死了胚，化学分解过程几乎立即开始。因此，除了具有高浓度的tritin之外，源自小麦胚芽的蛋白质合成化合物还含有对蛋白质合成有害的分解产物。

4、除了上文描述的常规的小麦胚芽生产工艺之外，堪萨斯州立大学的eliesers.posner还开发了一种从小麦粒中分离小麦胚的方法，该方法通过使用常规小麦冲刷设备的旋转撞击器以随机的撞击方向反复击打小麦粒。posner描述道：“进入冲刷机的小麦仁被旋转的撞击器击打并被抛向金属桶底，其中金属桶底上穿有直径2mm的孔。该机器由变速发动机驱动。通过冲刷机回收样本，实现了不同的冲刷长度。”(“atechnique for separationof wheat germ by impacting and subsequentgrinding”,journal ofcereal science13(1991)49-70,e.s.posner andy.z.li)。

5、posner开发了一种针对多次随机撞击的优化的撞击速度。“该机器由变速发动机驱动，并配备有一个开口直径为两毫米的筛网。通过这个部件，发现21.2米/秒的叶尖速度是最佳的，尽管18米/秒至25米/秒的速度也可以采用。”(美国专利4,986,997)

6、然而，正如下文进一步描述的，posner用旋转的叶轮重复击打小麦粒的方法，生产了分离的小麦胚，其具有对胚致死的裂缝、缺口和破裂。因此，posner的工艺启动了胚内的分解过程。此外，posner的工艺通常导致用于无细胞蛋白质合成的小麦胚中间产物的纯度不足。

7、因此，由于现有技术处理技术中固有的缺陷，几十年来小麦作为大规模无细胞蛋白质合成基础的巨大潜力一直未能实现。使用在小麦中发现的组分，以工业规模制造高特异性且纯的蛋白质将是一项突破性技术。

8、因此，需要新的小麦胚分离和纯化方法。这种新方法应当适合用于大规模生产，同时能够实现极低水平的tritin和分解产物。

技术实现思路

1、本文提供了用于提取和分离纯化小麦胚产品的系统和方法。所公开的系统和方法克服了基于小麦胚的工艺的主要障碍，释放了将无细胞蛋白质合成从实验台(bench-top)转移到工业规模的潜力。所公开的系统和方法可以产出工业量的具有极低水平tritin污染的小麦胚。

2、在一个实施方案中，一种用于生产中间纯化小麦胚产品的方法包括以下步骤：使多个小麦粒朝向撞击表面加速；使所述多个小麦粒中的每一个撞击所述撞击表面；响应于所述撞击步骤，从所述小麦粒中逐出至少一些小麦胚，使得被逐出的胚是完整的；以及将被逐出的小麦胚与麸皮和胚乳分离以生产中间纯化小麦胚产品。所述小麦粒中的每一个可以包含小麦胚、麸皮和胚乳。

3、所述小麦粒可以被描述为具有在第一端和第二端之间延伸的长轴，所述小麦胚位于所述第一端。所述方法可以包括：在所述撞击步骤之前，将所述小麦粒定向为撞击定向，使得每个小麦粒以所述第一端或所述第二端撞击所述撞击表面。

4、所述方法可以包括使每个小麦粒以撞击方向撞击所述撞击表面，所述撞击方向与所述小麦粒的长轴对齐。

5、在一些实施方案中，所述加速步骤通过叶轮进行。在一些实施方案中，所述叶轮包括多个径向设置的叶片。在一些实施方案中，所述定向步骤可以包括沿着在所述叶片中形成的槽加速所述小麦粒。

6、在替代实施方案中，所述加速步骤可以通过管和压缩气源进行。所述管的直径可以对应于垂直于小麦粒长轴的小麦粒的横截面。类似于气枪，所述压缩气源可以用于从所述管中喷射所述小麦粒。

7、在一些实施方案中，所述撞击包括使所述多个小麦粒中的每一个撞击所述撞击表面一次。

8、在一些实施方案中，所述撞击包括使所述小麦粒以选自29m/s至86m/s的撞击速度撞击所述撞击表面。在一些实施方案中，所述撞击包括使所述小麦粒以选自38m/s至86m/s的撞击速度撞击所述撞击表面。在一些实施方案中，所述撞击包括使所述小麦粒以选自48m/s至72m/s的撞击速度撞击所述撞击表面。

9、在一些实施方案中，所述方法包括在所述撞击步骤之前，将所述小麦粒的含水量(moisture content)调整至预定的水分含量(moisturelevel)。在一个实施方案中，所述预定的水分含量是11重量％至18重量％。在一个实施方案中，所述预定的水分含量是13重量％至15重量％。在一个实施方案中，所述预定的水分含量是13.5重量％至14重量％。

10、在一些实施方案中，在所述撞击步骤过程中，所述撞击表面是静止表面。在一些实施方案中，所述撞击表面没有拐角、刀片和/或尖锐部件。

11、在一些实施方案中，响应于所述加速步骤且在所述撞击步骤之前，每个小麦粒都变成抛射物。

12、在一些实施方案中，所述中间纯化小麦胚产品包含至少91重量％的完整小麦胚。在一些实施方案中，所述中间纯化小麦胚产品基本不含tritin。在一些实施方案中，完整的被逐出的胚是有活力的。在一些实施方案中，所述中间纯化小麦胚产品基本不含分解产物。

13、在一个实施方案中，所述撞击步骤包括通过500x g至2500x g的离心加速度加速所述小麦粒。在一个实施方案中，所述撞击步骤包括通过1000x g至1650x g的离心加速度加速所述小麦粒。

14、在一个实施方案中，所述分离步骤包括从麸皮和胚乳中筛选所述被逐出的小麦胚。在一个实施方案中，所述筛选步骤包括从麸皮和胚乳中对所述小麦胚进行光学颜色分选。在一个实施方案中，所述分离步骤包括使所述小麦胚漂浮在水性液体中。在一个实施方案中，所述中间纯化小麦胚产品包含至少99.9重量％的完整小麦胚。

15、在一个实施方案中，一种生产中间过滤小麦胚产品的方法包括以下步骤：获得多个小麦粒，所述小麦粒包含小麦胚、麸皮和胚乳；使所述多个小麦粒中的每一个朝向撞击表面加速；使所述多个小麦粒中的每一个撞击所述撞击表面；响应于所述撞击步骤，从所述小麦粒中逐出至少一些小麦胚，使得被逐出的胚是完整的；将被逐出的小麦胚与麸皮和胚乳分离；粉碎所述被逐出的小麦胚以生产粉碎的小麦胚；和过滤所述粉碎的小麦胚以生产中间过滤小麦胚产品。

16、在一个实施方案中，所述方法包括：在所述撞击步骤之前，使所述小麦粒定向为使得每个小麦粒以所述第一端或所述第二端撞击所述撞击表面。在一个实施方案中，每个小麦粒以撞击方向撞击所述撞击表面，所述撞击方向与所述小麦粒的长轴对齐。

17、在一个实施方案中，所述撞击包括使所述多个小麦粒中的每一个撞击所述撞击表面一次。在一个实施方案中，所述撞击包括使所述小麦粒以选自29m/s至86m/s的撞击速度撞击所述撞击表面。在一个实施方案中，所述撞击包括使所述小麦粒以选自38m/s至86m/s的撞击速度撞击所述撞击表面。在一个实施方案中，所述撞击包括使所述小麦粒以选自48m/s至72m/s的撞击速度撞击所述撞击表面。

18、在一个实施方案中，在所述撞击步骤过程中，所述撞击表面是静止表面。在一个实施方案中，响应于所述加速步骤且在所述撞击步骤之前，每个小麦粒都变成抛射物。

19、在一个实施方案中，所述中间过滤小麦胚产品基本不含分解产物。在一个实施方案中，所述中间过滤小麦胚产品基本不含tritin。

20、在一个实施方案中，所述分离步骤包括从麸皮和胚乳中筛选所述逐出的小麦胚。在一个实施方案中，所述筛选步骤包括筛选1300微米至600微米的颗粒，以使所述小麦胚与麸皮和胚乳分离。在一个实施方案中，所述筛选步骤包括筛选1180微米至680微米的颗粒，以使所述小麦胚与麸皮和胚乳分离。

21、在一个实施方案中，所述分离步骤包括使所述小麦胚漂浮在水性液体中。

22、在一个实施方案中，所述粉碎步骤包括在混合步骤之前冷冻所述小麦胚。

23、在一个实施方案中，所述冷冻步骤包括将所述小麦胚与液氮接触。

24、在一个实施方案中，所述粉碎步骤包括将所述小麦胚与萃取液混合以生产浆料。

25、在一个实施方案中，所述纯化步骤包括倒出所述浆料。

26、在一个实施方案中，所述倒出步骤包括离心所述浆料并倒出上清液。

27、在一个实施方案中，所述过滤步骤包括使所述上清液通过柱式过滤器。在一个实施方案中，所述柱式过滤器是凝胶柱式过滤器。

28、不希望受任何特定理论约束，本文可以讨论与本文所公开的设备和方法相关的基本原理的观点或理解。应当认识到，不管任何机械解释或假设的最终正确性如何，本发明的实施方案仍然可以是可操作的和有用的。