PermohonanUltrafiltrasi dalamExtraction ofNaturalColagen

 

Ⅰ.Apa itu kolagen

Kolagen ialah biopolimer, komponen utama dalam tisu penghubung haiwan, dan juga protein berfungsi yang paling banyak dan diedarkan secara meluas dalam mamalia, menyumbang 25%–30% daripada jumlah protein, malah sehingga lebih daripada 80% dalam beberapa organisma. Ia memainkan peranan tisu pengikat dalam sel haiwan.

Mengikut ukuran, orang dewasa mempunyai kira-kira 3kg kolagen dalam badannya, yang kebanyakannya terdapat dalam kulit, tulang, mata, gigi, tendon, organ dalaman (termasuk jantung, perut, usus, dan saluran darah) dan bahagian lain. tubuh manusia. Fungsinya adalah untuk mengekalkan morfologi dan struktur kulit dan organ, dan ia juga merupakan bahan mentah yang penting untuk pembaikan tisu yang rosak.

II. Pengekstrakan Kolagen daripada Skala Ikan Mas Rumput dengan Ultrafiltrasi

1. Bahan dan kaedah

1.1 Sampel ujian

Ekstrak akueus kolagen mentah.

1.2 Kaedah ujian

1.2.1 Proses ultraturasan

1.2.2 Penentuan proses pra-penapisan

Dalam ujian ini, proses pra-penapisan optimum ditentukan melalui analisis perbandingan kaedah penapisan vakum dan kaedah penapisan mikro. Kaedah ujian khusus adalah seperti berikut:

① Ekstrak akueus kolagen mentah ditapis dengan kaedah penapisan vakum kertas penapis untuk mengeluarkan zarah terampai dan kekotoran dalam ekstrak akueus.

② Ekstrak akueus kolagen mentah ditapis dengan 0.2 μm membran penapisan mikro untuk membuang bahan tidak larut, kekotoran, dsb. dalam ekstrak akueus.

1.2.3 Pilihan saiz liang membran ultrafiltrasi

Semasa penulenan, saiz liang membran ultraturasan ialah 100 kDa.

1.2.4 Eksperimen faktor tunggal proses penulenan ultraturasan

Ekstrak akueus kolagen mentah disucikan oleh teknologi ultraturasan. Kaji eksperimen faktor tunggal kesan tekanan operasi, suhu operasi dan pH ke atas pengekalan kolagen. Selepas memulakan peralatan ultrafiltrasi untuk tempoh masa, kaji kesan pelbagai faktor ke atas kadar pengekalan kolagen.

1.2.5 Formula Pengiraan

2. Keputusan dan Analisis

2.1 Analisis proses pra-penapisan

Lihat jadual di bawah untuk keputusan perbandingan kaedah penapisan vakum dan kaedah penapisan mikro.

Kaedah Penapisan	Kepekatan Larutan Sebelum Penapisan/(g/L)	Kepekatan Larutan Selepas Penapisan/(g/L)	Fenomena Deria
kaedah penapisan vakum	0.45	0.35	Penyelesaiannya adalah jernih pada penghujung penapisan, tetapi menjadi keruh selepas dibiarkan untuk satu tempoh masa.
kaedah penapisan mikro	0.45	0.42	Penyelesaiannya adalah jernih pada penghujung penapisan dan kekal jernih selepas dibiarkan untuk satu tempoh masa

 

Ia boleh dilihat dari jadual bahawa kedua-dua kaedah penapisan vakum dan kaedah penapisan mikro boleh mengeluarkan kekotoran dan pepejal tidak larut dalam larutan, tetapi kaedah penapisan mikro mempunyai kesan perlindungan yang lebih baik terhadap protein, iaitu, kehilangannya tidak ketara, dan kaedah penapisan vakum boleh menyebabkan kehilangan protein. Di samping itu, turasan adalah keruh selepas diletakkan untuk satu tempoh masa dengan penapisan vakum, manakala penapisan mikro masih jelas dan telus, jadi penapisan mikro dipilih sebagai proses prarawatan ultraturasan.

2.2 Ujian faktor tunggal proses ultraturasan

2.2.1 Kesan tekanan ultraturasan ke atas kadar pengekalan

Di bawah keadaan suhu 40 darjah dan pH 9.0, kaji kesan tekanan ultraturasan yang berbeza (0.07MPa, 0.{ {11}}9MPa, 0.11MPa, 0.13MPa dan 0.15MPa) pada kadar pengekalan protein. Keputusan ditunjukkan dalam rajah di bawah.

 

Seperti yang dapat dilihat dari rajah di atas, dengan peningkatan tekanan operasi, kadar pemintasan protein secara beransur-ansur menurun. Pada {{0}}.07MPa, kadar pengekalan protein ialah 96.53%, apabila tekanan operasi ialah 0.15MPa, kadar pengekalan protein ialah 84.38%. Ia adalah kerana pengasingan bahan melalui ultraturasan didorong oleh perbezaan tekanan. Dalam julat tekanan operasi rendah itu, bahan molekul kecil boleh dengan cepat melalui membran, tetapi bahan makromolekul boleh terperangkap oleh membran ultrafiltrasi dan terkumpul di permukaan membran, dan pada masa ini, permukaan membran dan akueus perbezaan kepekatan bentuk ekstrak untuk menyebabkan perbezaan kepekatan rintangan polarisasi; bagaimanapun, dengan peningkatan tekanan, rintangan polarisasi kepekatan meningkat secara beransur-ansur, dan perbezaan kepekatan antara permukaan membran dan ekstrak akueus mencapai keseimbangan. Apabila tekanan melebihi keseimbangan ini, lapisan gel boleh ditulis pada permukaan membran (yang konsisten dengan teori polarisasi kepekatan dan lapisan gel yang terbentuk semasa ultraturasan). Tekanan terus meningkat, dan ketebalan lapisan gel meningkat, dan protein yang tinggal di permukaan membran meningkat, mengakibatkan kadar pengekalan yang rendah. Untuk memastikan kesan pemisahan membran, parameter tekanan operasi optimum ialah 0.07MPa.

2.2.2 Kesan suhu ke atas kadar pengekalan protein

Di bawah keadaan tekanan {{0}}.11MPa, pH 9.0, kaji kesan suhu yang berbeza (25 darjah, 30 darjah, 35 darjah, 40 darjah dan 45 darjah ) pada pengekalan protein. Keputusan ditunjukkan dalam rajah di bawah.

 

Seperti yang ditunjukkan dalam rajah di atas, dengan peningkatan suhu, kadar pengekalan membran ultraturasan meningkat secara beransur-ansur, dan ia mencapai maksimum pada 45 darjah, dengan kadar pengekalan ialah 97.01%. Kerana kelikatan kolagen berkait rapat dengan suhu: apabila suhu lebih rendah, kelikatan kolagen lebih besar, dan dengan itu kolagen mudah membentuk rintangan pada permukaan membran, mengakibatkan kadar pengekalan yang rendah. Apabila suhu meningkat, kelikatan kolagen berkurangan dan interaksi antara molekul kolagen menjadi lemah, supaya kadar pemindahan jisim meningkat, dan polarisasi kepekatan menjadi lemah, dengan itu meningkatkan kadar pengekalan. Satu lagi sebab untuk peningkatan kadar pengekalan ialah suhu meningkat, dan keterlarutan kolagen meningkat dengan sewajarnya, dan fenomena kolagen menyekat membran berkurangan. Oleh itu, suhu optimum untuk ultrafiltrasi ialah 45 darjah .

2.2.3 Kesan pH terhadap pengekalan protein

Di bawah keadaan tekanan {{0}}.11MPa dan suhu 40 darjah, kaji kesan keadaan pH yang berbeza, iaitu pH=6.0, pH{ {5}}.{{10}}, pH=8.0, pH=9.0 dan pH=10.0, pada kadar pengekalan . Keputusan ditunjukkan dalam rajah di bawah.

 

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, kadar pengekalan meningkat secara beransur-ansur dengan peningkatan pH. Ini kerana membran ultrafiltrasi adalah membran maple polieter dengan cas negatif, kolagen dengan cas negatif dalam keadaan alkali, molekul kolagen bercas negatif dan membran ultrafiltrasi dengan cas yang sama membentuk keadaan saling eksklusif, supaya molekul kolagen tidak mudah kekal di permukaan. membran, tidak mudah untuk menyekat membran, jadi pH optimum ultraturasan ialah 8-10.

2.3 Pengoptimuman Proses Penapisan Ultra dan Pengesahan Keputusan

Analisis oleh Design-Expert8.05 perisian menunjukkan bahawa parameter proses optimum adalah seperti berikut: tekanan operasi 0.14MPa, suhu operasi 40.98 darjah dan pH larutan=9.43. Di bawah keadaan ini, kadar pengekalan ialah 92.551%. Memandangkan kebolehkendalian parameter sebenar, tekanan operasi ialah 0.14MPa, suhu operasi ialah 40 darjah, dan nilai pH cecair suapan ialah 9.50 di bawah keadaan ultraturasan. Pengesahan eksperimen dimulakan selepas sistem peranti ultraturasan mula stabil. Hasil kadar pengekalan yang diperolehi ialah (92.61 0.1)% (n=3). Nilai ramalan bagi persamaan pada asasnya adalah serupa dengan nilai yang diukur, yang menunjukkan bahawa keputusan parameter bersyarat yang diramalkan adalah mengikut keputusan bersyarat sebenar.

2.4 Keputusan analisis elektroforesis

Kolagen yang telah dimurnikan dianalisis oleh elektroforesis SDS-PAGE, dan hasilnya ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Seperti yang ditunjukkan dalam rajah di atas, lorong 1 ialah kolagen yang telah dimurnikan dalam eksperimen ini dan lorong 2 ialah sampel kolagen standard tendon betis. Ia boleh dilihat daripada elektroforesis SDS-PAGE bahawa protein kolagen yang dicadangkan dalam eksperimen ini boleh dikenal pasti sebagai kolagen, tetapi sempadan rantai peptida a1 dan rantai peptida a2 yang kelihatan tidak jelas. Jelas daripada elektroforesis bahawa tiada jalur protein lain, dan boleh disimpulkan bahawa ketulenan kolagen yang telah dimurnikan adalah tinggi.