凹土基丝素复合气凝胶的制备及吸附性能研究

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水生动物多糖由于其出色的抗氧化、抗肿瘤、抗炎症、增强免疫等生物活性而引起广泛关注。而蛋白质脱除是制约水生动物多糖提取的技术瓶颈,目前通行的脱蛋白技术存在成本高昂、耗时较长以及引入有机试剂等缺陷。本文以天然一维纳米材料凹凸棒石为主材,天然高分子材料丝素蛋白为辅,制备了凹土基丝素复合气凝胶材料。丝素蛋白赋予该气凝胶微环境丰富的氨基、羧基等有机功能团,为蛋白质的选择性吸附分离奠定了良好的物质基础;凹凸棒石纤维赋予气凝胶理想的微纳米三维孔隙结构,充分保障了选择性吸附分离的效能。论文探讨了凹土基丝素复合气凝胶的制备工艺、研究其对文蛤粗多糖中蛋白质的选择性吸附性能及其吸附机理。构建了绿色环保、高效率、高选择性的以凹土基丝素复合气凝胶为吸附剂的脱除粗多糖中蛋白杂质的方法。主要研究内容和结论如下:1. 凹土基丝素复合气凝胶(ATP/SF-CA)的制备及表征通过物理共混法结合冷冻干燥工艺制备了凹土基丝素复合气凝胶,并利用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、比表面积和孔径分析(BET)、X射线衍射(XRD)等一系列表征手段考察其宏微观形貌及内部结构特征。实验结果表明:丝素蛋白的构象由α-螺旋逐渐转变为稳定的β-折叠形态,形成了具有良好力学性能的丝素纤维,构成以凹凸棒石为框架的三维空间网络多孔结构;其本身较大的比表面积且内部大量微孔和介孔的存在为进一步的吸附工作奠定了基础。2. 铜离子螯合气凝胶(ATP/SF-CA-Cu2+)选择性吸附性能研究采用螯合法制备了铜离子螯合气凝胶(ATP/SF-CA-Cu2+),依据金属铜离子能够与蛋白质配位形成稳定共价键的原理将ATP/SF-CA-Cu2+应用于文蛤粗多糖溶液中蛋白质杂质的选择性吸附分离。实验结果表明:通过能谱元素分析(EDS)验证了Cu2+在ATP/SF-CA表面上的固定化修饰。设计单因素实验以选择性系数为指标评估了ATP/SF-CA-Cu2+吸附蛋白质的最佳条件为:吸附剂量1.4%,吸附温度30℃,p H值5.0,吸附平衡时间15 min。在最佳条件下脱蛋白率为93.5±1.02%,多糖保留率为93.59±0.85%,选择性系数达到14.59±0.64。与传统的Sevag脱蛋白法相比,ATP/SF-CA-Cu2+吸附法能够大幅减少多糖的损失,缩短脱蛋白的时间,同时不会破坏原多糖的结构、分子量和组成。3. 凹土基丝素复合气凝胶(ATP/SF-CA)选择性吸附性能研究凹土基丝素复合气凝胶具有较大的比表面积和丰富的功能性基团,此外丝素蛋白是一种具有两性荷电效应的聚氨基酸,水生动物蛋白分子决定簇与丝素蛋白分子可变区的互补构型,造成了两分子间有较强的特异性亲和力。利用ATP/SF-CA的凝胶微环境优势将其用于文蛤粗多糖溶液中蛋白质杂质的选择性吸附分离。实验结果表明:通过单因素实验评估了ATP/SF-CA吸附蛋白质的最佳条件为:吸附剂量1%,p H值7.0。在最佳吸附条件下脱蛋白率为77.88±2.02%,多糖保留率为96.83±2.62%,选择性系数达到18.68±0.42。准二级动力学模型和Freundlich热力学模型能够更好的拟合ATP/SF-CA对蛋白质的吸附过程,且该过程是由熵驱动的自发的吸热过程。
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