ПрименаUлтрафилтрација уEктрацтион офNприродноCоллаген

 

Ⅰ.Шта је колаген

Колаген је биополимер, главна компонента у везивном ткиву животиња, а такође и најзаступљенији и најраспрострањенији функционални протеин код сисара, који чини 25-30% укупног протеина, а код неких чак и више од 80%. организми. Он игра улогу везивног ткива у животињским ћелијама.

Према мерењу, одрасла особа има око 3 кг колагена у свом телу, који је углавном присутан у кожи, костима, очима, зубима, тетивама, унутрашњим органима (укључујући срце, желудац, црева и крвне судове) и другим деловима. људског тела. Његова функција је одржавање морфологије и структуре коже и органа, а такође је важна сировина за поправку оштећених ткива.

ИИ. Екстракција колагена из љуске амура ултрафилтрацијом

1. Материјали и методе

1.1 Испитни узорци

Водени екстракт сировог колагена.

1.2 Методе испитивања

1.2.1 Процес ултрафилтрације

1.2.2 Одређивање процеса предфилтрације

У овом тесту оптимални процес предфилтрације се утврђује кроз упоредну анализу методе вакуум филтрације и методе микрофилтрације. Специфичне методе испитивања су следеће:

① Сирови водени екстракт колагена се филтрира методом вакуум филтрације филтер папиром да би се уклониле суспендоване честице и нечистоће у воденом екстракту.

② Сирови водени екстракт колагена се филтрира помоћу 0.2 μм микрофилтрационе мембране да би се уклониле нерастворљиве супстанце, нечистоће итд. у воденом екстракту.

1.2.3 Избор величине пора ултрафилтрационе мембране

Током пречишћавања, величина пора ултрафилтрационе мембране је 100 кДа.

1.2.4 Експеримент са једним фактором процеса ултрафилтрационог пречишћавања

Водени екстракт сировог колагена се пречишћава технологијом ултрафилтрације. Проучите експеримент са једним фактором о утицају радног притиска, радне температуре и пХ на задржавање колагена. Након покретања опреме за ултрафилтрацију на одређено време, проучите ефекат различитих фактора на стопу задржавања колагена.

1.2.5 Формула за израчунавање

2. Резултати и анализа

2.1 Анализа процеса пре филтрације

Погледајте табелу испод за резултате поређења метода вакуум филтрације и методе микрофилтрације.

Метода филтрирања	Концентрација раствора пре филтрирања/(г/Л)	Концентрација раствора након филтрирања/(г/Л)	Сензорни феномени
метода вакуумске филтрације	0.45	0.35	Раствор је бистар на крају филтрације, али постаје замућен након одређеног временског периода.
метода микрофилтрације	0.45	0.42	Раствор је бистар на крају филтрације и остаје бистар након одређеног временског периода

 

Из табеле се види да и методом вакуум филтрације и методом микрофилтрације могу се уклонити нечистоће и нерастворљиве чврсте материје у раствору, али метода микрофилтрације има бољи заштитни ефекат на протеине, односно губитак није значајан, а метода вакуумске филтрације може узроковати губитке протеина. Осим тога, филтрат је замућен након одређеног временског периода стављања вакуум филтрацијом, док је микрофилтрација и даље бистра и провидна, па је микрофилтрација одабрана као процес предтретмана ултрафилтрације.

2.2 Једнофакторски тест процеса ултрафилтрације

2.2.1 Утицај притиска ултрафилтрације на брзину задржавања

Под условима температуре 40 степена и пХ 9.0, проучавајте ефекте различитих ултрафилтрационих притисака (0.07МПа, 0.{101} {11}}9МПа, 0,11МПа, 0,13МПа и 0,15МПа) о стопи задржавања протеина. Резултати су приказани на слици испод.

 

Као што се може видети са горње слике, са повећањем радног притиска, брзина пресретања протеина се постепено смањивала. На {{0}}.07МПа, стопа задржавања протеина је 96,53%, када је радни притисак 0,15МПа, стопа задржавања протеина је 84,38%. То је зато што је одвајање супстанци ултрафилтрацијом вођено разликом притиска. У том опсегу ниског радног притиска, мала молекуларна супстанца може брзо да прође кроз мембрану, али макромолекуларне супстанце могу да буду заробљене ултрафилтрационом мембраном и акумулирају се на површини мембране, а тренутно на површини мембране и воденом екстракт форме концентрацијске разлике да изазове разлику концентрације поларизациони отпор; међутим, са повећањем притиска, отпор поларизације концентрације постепено расте, а разлика концентрације између површине мембране и воденог екстракта достиже равнотежу. Када притисак пређе ову равнотежу, слој гела би могао бити написан на површини мембране (што је било у складу са теоријом концентрацијске поларизације и слоја гела који се формира током ултрафилтрације). Притисак наставља да расте, а дебљина слоја гела се повећава, а протеин који остаје на површини мембране се повећава, што резултира ниском стопом задржавања. Да би се обезбедио ефекат раздвајања мембране, оптимални параметар радног притиска је 0,07МПа.

2.2.2 Утицај температуре на брзину задржавања протеина

Под условима притиска {{0}}.11МПа, пХ 9,0, проучавајте ефекте различитих температура (25 степени, 30 степени, 35 степени, 40 степени и 45 степени) на задржавање протеина. Резултати су приказани на слици испод.

 

Као што је приказано на горњој слици, са порастом температуре, стопа задржавања ултрафилтрационе мембране се постепено повећава и достиже максимум на 45 степени, при чему је стопа задржавања 97,01%. Пошто је вискозност колагена уско повезана са температуром: када је температура нижа, вискозност колагена је већа, па је колаген лако формирати отпор на површини мембране, што резултира ниском стопом задржавања. Када се температура повећа, вискозност колагена се смањује и интеракција између молекула колагена је ослабљена, тако да се повећава брзина преноса масе, а поларизација концентрације слаби, чиме се повећава стопа задржавања. Други разлог за повећање стопе задржавања је тај што се температура повећава, а растворљивост колагена се сходно томе повећава и смањује се феномен блокирања мембране колагеном. Дакле, оптимална температура за ултрафилтрацију је 45 степени.

2.2.3 Утицај пХ на задржавање протеина

Под условима притиска {{0}}.11МПа и температуре 40 степена, проучавајте ефекте различитих пХ услова, односно пХ=6.0, пХ{ {5}}.{{10}}, пХ=8.0, пХ=9.0 и пХ=10.0, о стопи задржавања . Резултати су приказани на слици испод.

 

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, стопа задржавања се постепено повећава са повећањем пХ. То је зато што је ултрафилтрациона мембрана мембрана од полиетера јавора са негативним набојем, колаген са негативним наелектрисањем у алкалним условима, негативно наелектрисани молекули колагена и ултрафилтрациона мембрана са истим набојем формирају међусобно искључено стање, тако да молекулима колагена није лако да остану на површини мембране, није лако блокирати мембрану, тако да је оптимални пХ ултрафилтрације 8-10.

2.3 Оптимизација процеса ултрафилтрације и валидација резултата

Анализа софтвера Десигн-Екперт8.05 показује да су оптимални параметри процеса следећи: радни притисак 0.14МПа, радна температура 40.98 степени и пХ раствора=9.43. Под овим условима, стопа задржавања износила је 92,551%. Узимајући у обзир оперативност стварних параметара, радни притисак је 0,14МПа, радна температура је 40 степени, а пХ вредност напојне течности је 9,50 под условима ултрафилтрације. Експериментална верификација почиње након што је систем ултрафилтрационог уређаја почео да буде стабилан. Добијени резултат стопе задржавања је (92.61 0.1)% (н=3). Предвиђена вредност једначине је у основи слична измереној вредности, што указује да је предвиђени резултат условног параметра у складу са стварним условним резултатом.

2.4 Резултати анализе електрофорезе

Пречишћени колаген се анализира помоћу СДС-ПАГЕ електрофорезе, а резултати су приказани на слици испод.

Као што је приказано на горњој слици, трака 1 је пречишћени колаген у овом експерименту, а трака 2 је стандардни узорак колагена телеће тетиве. Из СДС-ПАГЕ електрофорезе се могло видети да се протеин колагена предложен у овом експерименту може идентификовати као колаген, али наизглед нејасне границе а1 пептидног ланца и а2 пептидног ланца нису јасне. Из електрофорезе је јасно да нема других протеинских трака, а може се закључити да је чистоћа пречишћеног колагена висока.