Tillämpning avUltrafiltrering iEextraktion avNnaturligtCOllagen

 

Ⅰ.Vad är kollagen

Kollagen är en biopolymer, huvudkomponenten i djurens bindväv, och även det vanligaste och mest spridda funktionella proteinet hos däggdjur, som står för 25–30 % av det totala proteinet och till och med upp till mer än 80 % i vissa organismer. Det spelar rollen som bindande vävnad i djurceller.

Enligt mätningen har en vuxen cirka 3 kg kollagen i kroppen, som huvudsakligen finns i hud, ben, ögon, tänder, senor, inre organ (inklusive hjärta, mage, tarm och blodkärl) och andra delar av människokroppen. Dess funktion är att upprätthålla morfologin och strukturen hos hud och organ, och det är också ett viktigt råmaterial för reparation av skadade vävnader.

II. Extraktion av kollagen från gräskarpskala genom ultrafiltrering

1. Material och metoder

1.1 Testprover

Vattenhaltigt extrakt av rå kollagen.

1.2 Testmetoder

1.2.1 Ultrafiltreringsprocess

1.2.2 Bestämning av förfiltreringsprocess

I detta test bestäms den optimala förfiltreringsprocessen genom den jämförande analysen av vakuumfiltreringsmetoden och mikrofiltreringsmetoden. De specifika testmetoderna är följande:

① Det råa kollagenvattenextraktet filtreras med en filterpappersvakuumfiltreringsmetod för att avlägsna suspenderade partiklar och föroreningar i det vattenhaltiga extraktet.

② Det råa kollagenvattenextraktet filtreras med ett 0.2 μm mikrofiltreringsmembran för att avlägsna olösliga ämnen, föroreningar etc. i det vattenhaltiga extraktet.

1.2.3 Val av porstorlek för ultrafiltreringsmembran

Under rening är porstorleken på ultrafiltreringsmembranet 100 kDa.

1.2.4 Enkelfaktorexperiment av ultrafiltreringsreningsprocess

Det vattenhaltiga extraktet av råkollagen renas med ultrafiltreringsteknik. Studera enfaktorexperimentet av effekten av arbetstryck, driftstemperatur och pH på kollagenretention. Efter att ha startat ultrafiltreringsutrustningen under en tid, studera effekten av olika faktorer på kollagenretentionshastigheten.

1.2.5 Beräkningsformel

2. Resultat och analys

2.1 Förfiltreringsprocessanalys

Se tabellen nedan för jämförelseresultat av vakuumfiltreringsmetoden och mikrofiltreringsmetoden.

Filtreringsmetod	Lösningskoncentration före filtrering/(g/L)	Lösningskoncentration efter filtrering/(g/L)	Sensoriska fenomen
vakuumfiltreringsmetod	0.45	0.35	Lösningen är klar i slutet av filtreringen, men blir grumlig efter att ha lämnats under en tid.
mikrofiltreringsmetod	0.45	0.42	Lösningen är klar vid slutet av filtreringen och förblir klar efter att ha lämnats under en tid

 

Det framgår av tabellen att både vakuumfiltreringsmetoden och mikrofiltreringsmetoden kan avlägsna föroreningar och olösliga fasta ämnen i lösningen, men mikrofiltreringsmetoden har en bättre skyddseffekt på protein, det vill säga förlusten är inte signifikant, och Vakuumfiltreringsmetoden kan orsaka förluster av protein. Dessutom är filtratet grumligt efter att ha placerats under en tidsperiod genom vakuumfiltrering, medan mikrofiltreringen fortfarande är klar och transparent, så mikrofiltrering väljs som förbehandlingsprocessen för ultrafiltrering.

2.2 Enkelfaktortest av ultrafiltreringsprocess

2.2.1 Effekt av ultrafiltreringstryck på retentionshastighet

Under villkoret temperatur 40 grader och pH 9.0, studera effekterna av olika ultrafiltreringstryck (0.07MPa, 0.{ {11}}9 MPa, 0,11 MPa, 0,13 MPa och 0,15 MPa) på proteinretentionshastigheten. Resultaten visas i figuren nedan.

 

Som kan ses från ovanstående figur, med ökningen av driftstrycket, minskade avlyssningshastigheten av protein gradvis. Vid {{0}}.07MPa är proteinretentionsgraden 96,53 %, när driftstrycket är 0,15MPa är proteinretentionsgraden 84,38 %. Det beror på att separationen av ämnen genom ultrafiltrering drivs av tryckskillnaden. Inom det låga driftstrycket kan små molekylära ämnen snabbt passera genom membranet, men makromolekylära ämnen kan fångas upp av ultrafiltreringsmembranet och ackumuleras på membranets yta och för tillfället membranets yta och vattenhaltiga ämnen. extrahera form koncentrationsskillnad för att orsaka koncentrationsskillnad polarisationsresistans; med ökningen av trycket ökar emellertid koncentrationens polarisationsmotstånd gradvis, och koncentrationsskillnaden mellan membranytan och det vattenhaltiga extraktet når jämvikt. När trycket överskrider denna jämvikt kunde ett gelskikt skrivas på membranytan (vilket överensstämde med teorin om koncentrationspolarisation och gelskikt som bildades under ultrafiltrering). Trycket fortsätter att öka, och tjockleken på gelskiktet ökar, och det protein som finns kvar på membranets yta ökar, vilket resulterar i låg retentionshastighet. För att säkerställa membranets separationseffekt är den optimala driftstrycksparametern 0,07 MPa.

2.2.2 Temperaturens inverkan på proteinretentionshastigheten

Under villkoret tryck {{0}}.11MPa, pH 9,0, studera effekterna av olika temperaturer (25 grader, 30 grader, 35 grader, 40 grader och 45 grader) på proteinretentionen. Resultaten visas i figuren nedan.

 

Som visas i ovanstående figur, med ökningen av temperaturen, ökar retentionshastigheten för ultrafiltreringsmembranet gradvis, och den når maximum vid 45 grader, med retentionshastigheten är 97,01%. Eftersom kollagenets viskositet är nära relaterad till temperaturen: när temperaturen är lägre är kollagenets viskositet större, och kollagenet är därför lätt att bilda motstånd på membranets yta, vilket resulterar i låg retentionshastighet. När temperaturen ökar, minskar kollagenets viskositet och interaktionen mellan kollagenmolekylerna försvagas, så att massöverföringshastigheten ökas, och koncentrationspolariseringen försvagas, vilket ökar retentionshastigheten. En annan anledning till ökningen av retentionshastigheten är att temperaturen ökar, och kollagenets löslighet ökar i enlighet därmed, och fenomenet att kollagen blockerar membranet minskar. Därför är den optimala temperaturen för ultrafiltrering 45 grader.

2.2.3 Effekt av pH på proteinretention

Under villkoret tryck {{0}}.11MPa och temperatur 40 grader, studera effekterna av olika pH-förhållanden, nämligen pH=6.0, pH{ {5}}.{{10}}, pH=8.0, pH=9.0 och pH=10.0, på retentionshastigheten . Resultaten visas i figuren nedan.

 

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, ökar retentionshastigheten gradvis med ökningen av pH. Detta beror på att ultrafiltreringsmembranet är polyeterlönnmembran med negativ laddning, kollagen med negativ laddning under alkaliska tillstånd, negativt laddade kollagenmolekyler och ultrafiltreringsmembran med samma laddning bildar ett ömsesidigt uteslutande tillstånd, så att kollagenmolekyler inte är lätta att stanna på ytan av membranet, är inte lätt att blockera membranet, så det optimala pH-värdet för ultrafiltrering är 8-10.

2.3 Ultrafiltreringsprocessoptimering och resultatvalidering

Analys av Design-Expert8.05 programvara visar att de optimala processparametrarna är följande: arbetstryck 0.14MPa, driftstemperatur 40.98 grader och lösningens pH=9.43. Under dessa förhållanden var retentionsgraden 92,551 %. Med tanke på funktionsdugligheten för de faktiska parametrarna är driftstrycket 0,14 MPa, driftstemperaturen är 40 grader och pH-värdet för matarvätskan är 9,50 under ultrafiltreringsförhållandena. Den experimentella verifieringen startas efter att systemet för ultrafiltreringsanordningen har börjat vara stabilt. Det erhållna retentionsresultatet är (92.61 0.1)% (n=3). Det förutsagda värdet av ekvationen liknar i grunden det uppmätta värdet, vilket indikerar att det förutspådda villkorliga parameterresultatet är i enlighet med det faktiska villkorliga resultatet.

2.4 Resultat från elektroforesanalys

Det renade kollagenet analyseras med SDS-PAGE-elektrofores, och resultaten visas i figuren nedan.

Såsom visas i figuren ovan är bana 1 det renade kollagenet i detta experiment och bana 2 är standardkollagenprovet av kalvsenan. Det kunde ses från SDS-PAGE-elektroforesen att kollagenproteinet som föreslagits i detta experiment kunde identifieras som kollagen, men de till synes otydliga gränserna för al-peptidkedjan och a2-peptidkedjan är inte klara. Det är tydligt från elektroforesen att det inte finns några andra proteinband, och man kan dra slutsatsen att renheten hos renat kollagen är hög.