Ứng dụng củaUlọc trongEsự rút ra củaNtự nhiênCOllagen

 

Ⅰ.Collagen là gì

Collagen là một polyme sinh học, thành phần chính trong mô liên kết của động vật, đồng thời cũng là loại protein chức năng phổ biến và phổ biến nhất ở động vật có vú, chiếm 25%–30% tổng lượng protein và thậm chí lên tới hơn 80% ở một số loài. sinh vật. Nó đóng vai trò liên kết mô trong tế bào động vật.

Theo số đo, một người trưởng thành có khoảng 3kg collagen trong cơ thể, chủ yếu có ở da, xương, mắt, răng, gân, các cơ quan nội tạng (bao gồm tim, dạ dày, ruột, mạch máu) và các bộ phận khác. của cơ thể con người. Chức năng của nó là duy trì hình thái và cấu trúc của da và các cơ quan, đồng thời nó cũng là nguyên liệu thô quan trọng để sửa chữa các mô bị tổn thương.

II. Chiết xuất Collagen từ vảy cá trắm cỏ bằng phương pháp siêu lọc

1. Vật liệu và phương pháp

1.1 Mẫu thử nghiệm

Chiết xuất nước của collagen thô.

1.2 Phương pháp thử

1.2.1 Quá trình siêu lọc

1.2.2 Xác định quá trình tiền lọc

Trong thử nghiệm này, quy trình tiền lọc tối ưu được xác định thông qua phân tích so sánh giữa phương pháp lọc chân không và phương pháp lọc vi lọc. Các phương pháp thử nghiệm cụ thể như sau:

① Dịch chiết nước collagen thô được lọc bằng phương pháp lọc chân không bằng giấy lọc để loại bỏ các hạt lơ lửng và tạp chất trong dịch chiết nước.

② Dịch chiết nước collagen thô được lọc bằng màng vi lọc 0,2 μm để loại bỏ các chất không hòa tan, tạp chất, v.v. trong dịch chiết nước.

1.2.3 Lựa chọn kích thước lỗ màng siêu lọc

Trong quá trình tinh chế, kích thước lỗ rỗng của màng siêu lọc là 100 kDa.

1.2.4 Thí nghiệm đơn yếu tố của quá trình tinh chế siêu lọc

Dịch chiết collagen thô được tinh chế bằng công nghệ siêu lọc. Nghiên cứu thí nghiệm một yếu tố về ảnh hưởng của áp suất vận hành, nhiệt độ vận hành và độ pH đến khả năng lưu giữ collagen. Sau khi khởi động thiết bị siêu lọc trong một khoảng thời gian, hãy nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến tốc độ duy trì collagen.

1.2.5 Công thức tính

2. Kết quả và phân tích

2.1 Phân tích quá trình tiền lọc

Xem bảng dưới đây để biết kết quả so sánh giữa phương pháp lọc chân không và phương pháp lọc vi lọc.

Phương pháp lọc	Nồng độ dung dịch trước khi lọc/(g/L)	Nồng độ dung dịch sau khi lọc/(g/L)	Hiện tượng cảm giác
phương pháp lọc chân không	0.45	0.35	Dung dịch trong suốt khi kết thúc quá trình lọc, nhưng sẽ trở nên đục sau khi để một thời gian.
phương pháp vi lọc	0.45	0.42	Dung dịch trong suốt khi kết thúc lọc và vẫn trong sau khi để một thời gian

 

Từ bảng có thể thấy rằng cả phương pháp lọc chân không và phương pháp vi lọc đều có thể loại bỏ các tạp chất và chất rắn không hòa tan trong dung dịch, nhưng phương pháp vi lọc có tác dụng bảo vệ protein tốt hơn, nghĩa là tổn thất không đáng kể và phương pháp lọc chân không có thể gây thất thoát protein. Ngoài ra, dịch lọc bị đục sau khi được lọc chân không trong một thời gian, trong khi quá trình lọc vi mô vẫn trong và trong suốt, do đó vi lọc được chọn làm quá trình tiền xử lý của siêu lọc.

2.2 Thử nghiệm đơn yếu tố của quá trình siêu lọc

2.2.1 Ảnh hưởng của áp suất siêu lọc đến tốc độ lưu giữ

Trong điều kiện nhiệt độ 40 độ và độ pH 9.0, hãy nghiên cứu ảnh hưởng của các áp suất siêu lọc khác nhau (0.07MPa, 0.{ {11}}9MPa, 0,11MPa, 0,13MPa và 0,15MPa) về tỷ lệ lưu giữ protein. Các kết quả được thể hiện trong hình dưới đây.

 

Như có thể thấy từ hình trên, khi áp suất vận hành tăng lên, tốc độ chặn protein giảm dần. Ở {{0}}.07MPa, tỷ lệ giữ lại protein là 96,53%, khi áp suất vận hành là 0,15MPa, tỷ lệ giữ lại protein là 84,38%. Đó là do sự phân tách các chất bằng siêu lọc được thúc đẩy bởi sự chênh lệch áp suất. Trong phạm vi áp suất vận hành thấp đó, chất phân tử nhỏ có thể nhanh chóng đi qua màng, nhưng chất cao phân tử có thể bị màng siêu lọc giữ lại và tích tụ trên bề mặt màng, lúc này bề mặt màng và dung dịch nước sẽ bị giữ lại. chiết xuất chênh lệch nồng độ dạng để gây ra khả năng chống phân cực chênh lệch nồng độ; tuy nhiên, với sự gia tăng áp suất, khả năng chống phân cực nồng độ tăng dần và chênh lệch nồng độ giữa bề mặt màng và dịch chiết nước đạt đến trạng thái cân bằng. Khi áp suất vượt quá trạng thái cân bằng này, một lớp gel có thể được viết trên bề mặt màng (phù hợp với lý thuyết phân cực nồng độ và lớp gel hình thành trong quá trình siêu lọc). Áp suất tiếp tục tăng, độ dày của lớp gel tăng lên, lượng protein còn lại trên bề mặt màng tăng lên dẫn đến tỷ lệ lưu giữ thấp. Để đảm bảo hiệu quả phân tách của màng, thông số áp suất vận hành tối ưu là 0,07MPa.

2.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ lưu giữ protein

Trong điều kiện áp suất {{0}}.11MPa, pH 9,0, nghiên cứu ảnh hưởng của các nhiệt độ khác nhau (25 độ , 30 độ , 35 độ , 40 độ và 45 độ ) đến khả năng lưu giữ protein. Các kết quả được thể hiện trong hình dưới đây.

 

Như thể hiện trong hình trên, khi nhiệt độ tăng, tốc độ lưu giữ của màng siêu lọc tăng dần và đạt tối đa ở 45 độ, với tỷ lệ lưu giữ là 97,01%. Bởi vì độ nhớt của collagen có liên quan chặt chẽ với nhiệt độ: khi nhiệt độ thấp, độ nhớt của collagen lớn hơn, do đó collagen dễ hình thành lực cản trên bề mặt màng dẫn đến tỷ lệ lưu giữ thấp. Khi nhiệt độ tăng, độ nhớt của collagen giảm và sự tương tác giữa các phân tử collagen bị suy yếu, do đó tốc độ truyền khối tăng lên và độ phân cực nồng độ bị suy yếu, do đó làm tăng tốc độ lưu giữ. Một nguyên nhân khác khiến tỷ lệ lưu giữ tăng là do nhiệt độ tăng, độ hòa tan của collagen tăng theo, hiện tượng collagen chặn màng giảm. Vì vậy, nhiệt độ tối ưu cho quá trình siêu lọc là 45 độ.

2.2.3 Ảnh hưởng của pH đến khả năng lưu giữ protein

Trong điều kiện áp suất {{0}}.11MPa và nhiệt độ 40 độ, nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện pH khác nhau, cụ thể là pH=6.0, pH{ {5}}.{{10}}, pH=8.0, pH=9.0 và pH=10.0, về tỷ lệ lưu giữ . Các kết quả được thể hiện trong hình dưới đây.

 

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, tốc độ lưu giữ tăng dần khi độ pH tăng. Điều này là do màng siêu lọc là màng phong polyether có điện tích âm, collagen có điện tích âm trong điều kiện kiềm, các phân tử collagen tích điện âm và màng siêu lọc có cùng điện tích tạo thành trạng thái loại trừ lẫn nhau, do đó các phân tử collagen không dễ bám trên bề mặt của màng, không dễ làm tắc màng nên độ pH tối ưu của quá trình siêu lọc là 8-10.

2.3 Tối ưu hóa quy trình siêu lọc và xác nhận kết quả

Phân tích của Design-Expert8.05 phần mềm cho thấy các thông số quy trình tối ưu như sau: áp suất vận hành 0.14MPa, nhiệt độ vận hành 40,98 độ và độ pH của dung dịch=9.43. Trong những điều kiện này, tỷ lệ duy trì là 92,551%. Xem xét khả năng hoạt động của các thông số thực tế, áp suất vận hành là 0,14MPa, nhiệt độ vận hành là 40 độ và giá trị pH của chất lỏng cấp liệu là 9,50 trong điều kiện siêu lọc. Việc kiểm tra thử nghiệm được bắt đầu sau khi hệ thống thiết bị siêu lọc bắt đầu ổn định. Kết quả tỷ lệ giữ chân thu được là (92.61 0.1)% (n=3). Giá trị dự đoán của phương trình về cơ bản giống với giá trị đo được, chứng tỏ kết quả tham số điều kiện dự đoán phù hợp với kết quả điều kiện thực tế.

2.4 Kết quả phân tích điện di

Collagen tinh khiết được phân tích bằng điện di SDS-PAGE và kết quả được thể hiện trong hình bên dưới.

Như thể hiện trong hình trên, làn 1 là collagen tinh khiết trong thí nghiệm này và làn 2 là mẫu collagen tiêu chuẩn của gân bắp chân. Từ điện di SDS-PAGE có thể thấy rằng protein collagen được đề xuất trong thí nghiệm này có thể được xác định là collagen, nhưng ranh giới dường như không rõ ràng của chuỗi peptide a1 và chuỗi peptide a2 là không rõ ràng. Kết quả điện di cho thấy rõ rằng không có dải protein nào khác và có thể kết luận rằng độ tinh khiết của collagen tinh khiết cao.