UporabaUltrafiltracija vEekstrakcijaNnaravnaCPrevajanje...

 

Ⅰ.Kaj je kolagen

Kolagen je biopolimer, glavna sestavina v vezivnem tkivu živali in tudi najbolj zastopana in razširjena funkcionalna beljakovina pri sesalcih, saj predstavlja 25–30 % skupnih beljakovin, pri nekaterih celo do več kot 80 %. organizmi. Ima vlogo veznega tkiva v živalskih celicah.

Po meritvah ima odrasel človek v telesu približno 3 kg kolagena, ki je v glavnem prisoten v koži, kosteh, očeh, zobeh, kitah, notranjih organih (vključno s srcem, želodcem, črevesjem in krvnimi žilami) in drugih delih. človeškega telesa. Njegova funkcija je ohranjanje morfologije in strukture kože in organov, poleg tega pa je pomembna surovina za obnovo poškodovanih tkiv.

II. Ekstrakcija kolagena iz lusk amurja z ultrafiltracijo

1. Materiali in metode

1.1 Preskusni vzorci

Vodni izvleček surovega kolagena.

1.2 Preskusne metode

1.2.1 Postopek ultrafiltracije

1.2.2 Določitev postopka predfiltracije

V tem testu je s primerjalno analizo metode vakuumske filtracije in metode mikrofiltracije določen optimalen postopek predfiltracije. Posebne preskusne metode so naslednje:

① Vodni ekstrakt surovega kolagena se filtrira z metodo vakuumske filtracije s filtrirnim papirjem, da se odstranijo suspendirani delci in nečistoče v vodnem ekstraktu.

② Vodni ekstrakt surovega kolagena se filtrira z mikrofiltracijsko membrano 0.2 μm, da se odstranijo netopne snovi, nečistoče itd. v vodnem ekstraktu.

1.2.3 Izbira velikosti por ultrafiltracijske membrane

Med čiščenjem je velikost por ultrafiltracijske membrane 100 kDa.

1.2.4 Poskus z enim faktorjem postopka čiščenja z ultrafiltracijo

Vodni izvleček surovega kolagena je prečiščen s tehnologijo ultrafiltracije. Preučite enofaktorski poskus učinka delovnega tlaka, delovne temperature in pH na zadrževanje kolagena. Po zagonu opreme za ultrafiltracijo nekaj časa preučite učinek različnih dejavnikov na stopnjo zadrževanja kolagena.

1.2.5 Formula za izračun

2. Rezultati in analiza

2.1 Analiza postopka predfiltracije

Glejte spodnjo tabelo za rezultate primerjave metode vakuumske filtracije in metode mikrofiltracije.

Metoda filtracije	Koncentracija raztopine pred filtracijo/(g/L)	Koncentracija raztopine po filtraciji/(g/L)	Senzorični pojavi
metoda vakuumske filtracije	0.45	0.35	Raztopina je ob koncu filtracije bistra, vendar postane motna, ko jo pustimo nekaj časa.
metoda mikrofiltracije	0.45	0.42	Raztopina je ob koncu filtracije bistra in ostane bistra tudi po tem, ko jo pustimo nekaj časa

 

Iz tabele je razvidno, da lahko tako metoda vakuumske filtracije kot metoda mikrofiltracije odstranita nečistoče in netopne trdne snovi v raztopini, vendar ima metoda mikrofiltracije boljši zaščitni učinek na beljakovine, kar pomeni, da izguba ni pomembna in metoda vakuumske filtracije lahko povzroči izgube beljakovin. Poleg tega je filtrat moten, potem ko je bil v vakuumski filtraciji določen čas, medtem ko je mikrofiltracija še vedno čista in prozorna, zato je mikrofiltracija izbrana kot postopek predobdelave ultrafiltracije.

2.2 Enofaktorski test postopka ultrafiltracije

2.2.1 Vpliv ultrafiltracijskega tlaka na stopnjo zadrževanja

Pri pogojih temperature 40 stopinj in pH 9.0 preučite učinke različnih ultrafiltracijskih tlakov (0.07MPa, 0.{ {11}}9 MPa, 0,11 MPa, 0,13 MPa in 0,15 MPa) na stopnjo zadrževanja beljakovin. Rezultati so prikazani na spodnji sliki.

 

Kot je razvidno iz zgornje slike, se je s povečanjem delovnega tlaka stopnja prestrezanja beljakovin postopoma zmanjševala. Pri {{0}}.07 MPa je stopnja zadrževanja beljakovin 96,53 %, ko je delovni tlak 0,15 MPa, je stopnja zadrževanja beljakovin 84,38 %. To je zato, ker ločevanje snovi z ultrafiltracijo poganja razlika v tlaku. V tem območju nizkega delovnega tlaka lahko majhna molekularna snov hitro preide skozi membrano, vendar lahko ultrafiltracijska membrana ujame makromolekularne snovi in ​​se kopiči na površini membrane, v tem trenutku pa površina membrane in vodna izvleči koncentracijsko razliko, da povzroči koncentracijsko razliko polarizacijski upor; vendar se s povečanjem tlaka koncentracijski polarizacijski upor postopoma povečuje in koncentracijska razlika med površino membrane in vodnim ekstraktom doseže ravnovesje. Ko tlak preseže to ravnovesje, se lahko na površini membrane zapiše plast gela (kar je bilo skladno s teorijo koncentracijske polarizacije in plast gela, ki nastane med ultrafiltracijo). Tlak še naprej narašča, debelina plasti gela se povečuje, beljakovine, ki ostanejo na površini membrane, se povečujejo, kar ima za posledico nizko stopnjo zadrževanja. Da bi zagotovili učinek ločevanja membrane, je optimalni parameter delovnega tlaka 0,07MPa.

2.2.2 Vpliv temperature na stopnjo zadrževanja beljakovin

Pod pogojem tlaka {{0}}.11 MPa, pH 9,0 preučite učinke različnih temperatur (25 stopinj, 30 stopinj, 35 stopinj, 40 stopinj in 45 stopinj) na zadrževanje beljakovin. Rezultati so prikazani na spodnji sliki.

 

Kot je prikazano na zgornji sliki, se s povišanjem temperature stopnja zadrževanja ultrafiltracijske membrane postopoma povečuje in doseže največjo vrednost pri 45 stopinjah, pri čemer je stopnja zadrževanja 97,01 %. Ker je viskoznost kolagena tesno povezana s temperaturo: ko je temperatura nižja, je viskoznost kolagena večja, zato kolagen zlahka tvori odpornost na površini membrane, kar ima za posledico nizko stopnjo zadrževanja. Ko se temperatura poveča, se viskoznost kolagena zmanjša in interakcija med molekulami kolagena je oslabljena, tako da se poveča hitrost prenosa mase, koncentracijska polarizacija pa oslabi, s čimer se poveča stopnja zadrževanja. Drugi razlog za povečanje stopnje zadrževanja je, da se temperatura poveča, zato se topnost kolagena ustrezno poveča, pojav kolagena, ki blokira membrano, pa se zmanjša. Zato je optimalna temperatura za ultrafiltracijo 45 stopinj.

2.2.3 Vpliv pH na zadrževanje beljakovin

Pri tlaku {{0}}.11MPa in temperaturi 40 stopinj preučite učinke različnih pogojev pH, in sicer pH=6.0, pH{ {5}}.{{10}}, pH=8.0, pH=9.0 in pH=10.0, na stopnjo zadrževanja. Rezultati so prikazani na spodnji sliki.

 

As shown in the above figure, within the pH value range of 6–7, with the increase of pH value, the protein retention rate decreases, and there is a minimum value of 82.13% at pH=7.0. When pH>7, with the increase of pH value, the retention rate gradually increases. This is because the isoelectric point of collagen pH=7, at the isoelectric point of protein is a precipitation state, easy to stay on the surface of the membrane block membrane, so that the retention rate is low; When pH>7, stopnja zadrževanja postopoma narašča s povečanjem pH. To je zato, ker je ultrafiltracijska membrana polieter javorjeva membrana z negativnim nabojem, kolagen z negativnim nabojem v alkalnih pogojih, negativno nabite molekule kolagena in ultrafiltracijska membrana z enakim nabojem tvorijo medsebojno izključujoče stanje, tako da molekulam kolagena ni enostavno ostati na površini. membrane, ni lahko blokirati membrane, zato je optimalni pH ultrafiltracije 8-10.

2.3 Optimizacija procesa ultrafiltracije in validacija rezultatov

Analiza programske opreme Design-Expert8.05 kaže, da so optimalni procesni parametri naslednji: delovni tlak 0.14MPa, delovna temperatura 40,98 stopinje in pH raztopine=9.43. Pod temi pogoji je bila stopnja zadrževanja 92,551 %. Glede na delovanje dejanskih parametrov je delovni tlak 0,14 MPa, delovna temperatura je 40 stopinj, pH vrednost dovodne tekočine pa je 9,50 pod pogoji ultrafiltracije. Eksperimentalno preverjanje se začne, ko sistem ultrafiltracijske naprave postane stabilen. Dobljeni rezultat stopnje zadrževanja je (92.61 0.1)% (n=3). Predvidena vrednost enačbe je v osnovi podobna izmerjeni vrednosti, kar pomeni, da je napovedani rezultat pogojnega parametra v skladu z dejanskim pogojnim rezultatom.

2.4 Rezultati analize elektroforeze

Očiščen kolagen analiziramo z elektroforezo SDS-PAGE, rezultati pa so prikazani na spodnji sliki.

Kot je prikazano na zgornji sliki, je pas 1 očiščen kolagen v tem poskusu, pas 2 pa standardni vzorec kolagena telečje kite. Iz elektroforeze SDS-PAGE je bilo razvidno, da je kolagenski protein, predlagan v tem poskusu, mogoče identificirati kot kolagen, vendar na videz nejasne meje peptidne verige a1 in peptidne verige a2 niso jasne. Iz elektroforeze je razvidno, da drugih proteinskih trakov ni, in lahko sklepamo, da je čistost prečiščenega kolagena visoka.