ПрименениеUультрафильтрация вEизвлечениеNестественныйCоллаген

 

Ⅰ.Что такое коллаген

Коллаген — биополимер, основной компонент соединительной ткани животных, а также наиболее распространенный и широко распространенный функциональный белок у млекопитающих, на его долю приходится 25–30 % общего белка, а у некоторых даже до более 80 %. организмы. Он играет роль связывающей ткани в клетках животных.

Согласно измерениям, в организме взрослого человека содержится около 3 кг коллагена, который в основном присутствует в коже, костях, глазах, зубах, сухожилиях, внутренних органах (включая сердце, желудок, кишечник и кровеносные сосуды) и других частях тела. человеческого тела. Его функция заключается в поддержании морфологии и структуры кожи и органов, а также является важным сырьем для восстановления поврежденных тканей.

II. Экстракция коллагена из чешуи белого амура методом ультрафильтрации

1. Материалы и методы.

1.1 Тестовые образцы

Водный экстракт сырого коллагена.

1.2 Методы испытаний

1.2.1 Процесс ультрафильтрации

1.2.2 Определение процесса предварительной фильтрации

В этом тесте оптимальный процесс предварительной фильтрации определяется путем сравнительного анализа метода вакуумной фильтрации и метода микрофильтрации. Конкретные методы испытаний следующие:

① Водный экстракт сырого коллагена фильтруется методом вакуумной фильтрации на фильтровальной бумаге для удаления взвешенных частиц и примесей в водном экстракте.

② Водный экстракт сырого коллагена фильтруется с помощью микрофильтрационной мембраны 0,2 мкм для удаления нерастворимых веществ, примесей и т. д. из водного экстракта.

1.2.3 Выбор размера пор ультрафильтрационной мембраны

При очистке размер пор ультрафильтрационной мембраны составляет 100 кДа.

1.2.4 Однофакторный эксперимент процесса ультрафильтрационной очистки

Водный экстракт сырого коллагена очищается по технологии ультрафильтрации. Изучите однофакторный эксперимент по влиянию рабочего давления, рабочей температуры и pH на удержание коллагена. После запуска оборудования для ультрафильтрации в течение определенного периода времени изучите влияние различных факторов на скорость удержания коллагена.

1.2.5 Формула расчета

2. Результаты и анализ

2.1 Анализ процесса предварительной фильтрации

В таблице ниже приведены результаты сравнения метода вакуумной фильтрации и метода микрофильтрации.

Метод фильтрации	Концентрация раствора перед фильтрацией/(г/л)	Концентрация раствора после фильтрации/(г/л)	Сенсорные явления
метод вакуумной фильтрации	0.45	0.35	В конце фильтрации раствор становится прозрачным, но через некоторое время становится мутным.
метод микрофильтрации	0.45	0.42	Раствор прозрачный в конце фильтрации и остается прозрачным после определенного периода времени.

 

Из таблицы видно, что как метод вакуумной фильтрации, так и метод микрофильтрации позволяют удалить примеси и нерастворимые твердые вещества в растворе, но метод микрофильтрации оказывает лучшее защитное действие на белок, то есть потери не значительны, и метод вакуумной фильтрации может привести к потерям белка. Кроме того, фильтрат становится мутным после помещения на определенный период времени в вакуумную фильтрацию, в то время как микрофильтрация все еще остается чистой и прозрачной, поэтому микрофильтрация выбрана в качестве процесса предварительной ультрафильтрации.

2.2 Однофакторное испытание процесса ультрафильтрации

2.2.1 Влияние давления ультрафильтрации на скорость удерживания

При температуре 40 градусов и pH 9.0 изучите влияние различных давлений ультрафильтрации (0.07МПа, 0.{ {11}}9МПа, 0,11МПа, 0,13МПа и 0,15МПа) по скорости удержания белка. Результаты показаны на рисунке ниже.

 

Как видно из приведенного рисунка, с увеличением рабочего давления скорость перехвата белка постепенно снижалась. При {{0}}.07МПа степень удержания белка составляет 96,53%, при рабочем давлении 0,15 МПа степень удержания белка составляет 84,38%. Это связано с тем, что разделение веществ при ультрафильтрации происходит за счет разницы давлений. В этом диапазоне низкого рабочего давления низкомолекулярные вещества могут быстро проходить через мембрану, но макромолекулярные вещества могут улавливаться ультрафильтрационной мембраной и накапливаться на поверхности мембраны, и в данный момент поверхность мембраны и водная жидкость извлечение разницы концентраций формы, чтобы вызвать сопротивление поляризации разницы концентраций; однако с увеличением давления концентрационное поляризационное сопротивление постепенно увеличивается, и разница концентраций между поверхностью мембраны и водным экстрактом достигает равновесия. Когда давление превышает это равновесие, на поверхности мембраны может записываться слой геля (что согласуется с теорией концентрационной поляризации и слоя геля, образующегося при ультрафильтрации). Давление продолжает увеличиваться, толщина слоя геля увеличивается, а количество белка, остающегося на поверхности мембраны, увеличивается, что приводит к низкой скорости удерживания. Чтобы обеспечить эффект разделения мембраны, оптимальный параметр рабочего давления составляет 0,07 МПа.

2.2.2 Влияние температуры на скорость удержания белка

В условиях давления {{0}}.11 МПа, pH 9,0 изучите влияние различных температур (25 градусов, 30 градусов, 35 градусов, 40 градусов и 45 градусов) на удержание белка. Результаты показаны на рисунке ниже.

 

Как показано на рисунке выше, с повышением температуры степень удерживания ультрафильтрационной мембраны постепенно увеличивается и достигает максимума при 45 градусах, при этом степень удерживания составляет 97,01%. Поскольку вязкость коллагена тесно связана с температурой: когда температура ниже, вязкость коллагена выше, и, таким образом, коллаген легко образует сопротивление на поверхности мембраны, что приводит к низкой скорости удерживания. При повышении температуры вязкость коллагена уменьшается и взаимодействие между молекулами коллагена ослабляется, в результате чего скорость массопереноса увеличивается, а концентрационная поляризация ослабляется, тем самым увеличивая скорость удерживания. Другая причина увеличения скорости удерживания заключается в том, что температура увеличивается, и растворимость коллагена соответственно увеличивается, и явление блокировки коллагена мембраной уменьшается. Поэтому оптимальная температура для ультрафильтрации – 45 градусов.

2.2.3 Влияние pH на удержание белка

При условии давления {{0}}.11 МПа и температуры 40 градусов изучите влияние различных условий pH, а именно pH=6.0, pH{ {5}}.{{10}}, pH=8.0, pH=9.0 и pH=10.0, от степени удерживания . Результаты показаны на рисунке ниже.

 

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, скорость удерживания постепенно увеличивается с увеличением pH. Это связано с тем, что ультрафильтрационная мембрана представляет собой полиэфирную кленовую мембрану с отрицательным зарядом, коллаген с отрицательным зарядом в щелочной среде, отрицательно заряженные молекулы коллагена и ультрафильтрационная мембрана с одинаковым зарядом образуют взаимоисключающее состояние, поэтому молекулам коллагена нелегко оставаться на поверхности. мембраны, мембрану нелегко заблокировать, поэтому оптимальный pH ультрафильтрации составляет 8-10.

2.3 Оптимизация процесса ультрафильтрации и проверка результатов

Анализ с помощью программы Design-Expert8.05 показывает, что оптимальные параметры процесса следующие: рабочее давление 0.14МПа, рабочая температура 40,98 градусов и pH раствора=9.43. В этих условиях коэффициент удержания составил 92,551%. Учитывая работоспособность фактических параметров, рабочее давление составляет 0,14 МПа, рабочая температура 40 градусов, значение pH питательной жидкости 9,50 в условиях ультрафильтрации. Экспериментальную проверку начинают после того, как система ультрафильтрационного устройства станет стабильной. Полученный результат коэффициента удержания составляет (92,61 0,1)% (n=3). Прогнозируемое значение уравнения в основном аналогично измеренному значению, что указывает на то, что прогнозируемый результат условного параметра соответствует фактическому условному результату.

2.4 Результаты электрофореза

Очищенный коллаген анализируют электрофорезом в SDS-PAGE, результаты показаны на рисунке ниже.

Как показано на рисунке выше, дорожка 1 представляет собой очищенный коллаген в этом эксперименте, а дорожка 2 представляет собой стандартный образец коллагена из сухожилия теленка. Из электрофореза в SDS-PAGE можно было видеть, что белок коллаген, предложенный в этом эксперименте, можно идентифицировать как коллаген, но, казалось бы, нечеткие границы пептидной цепи a1 и пептидной цепи a2 не ясны. По результатам электрофореза видно, что других белковых полос нет, и можно сделать вывод, что чистота очищенного коллагена высокая.