小分子酸改性啤酒廢酵母對(duì)蛋白質(zhì)吸附性能的研究.pdf

1、蛋白質(zhì)在生物體的形成、生長(zhǎng)和發(fā)育的過(guò)程中有著極其重要作用。隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展和人類(lèi)需求的增長(zhǎng),科學(xué)研究和臨床實(shí)驗(yàn)對(duì)純度高和質(zhì)量好的蛋白需求越來(lái)越大。但由于生命物質(zhì)的特殊性,能單一且穩(wěn)定存在的蛋白質(zhì)較少。所以需要用科學(xué)的方法分離、純化蛋白質(zhì)。用吸附的方法純化和分離蛋白質(zhì),與其他的方法相比,操作簡(jiǎn)便、設(shè)備簡(jiǎn)單、處理時(shí)間短且成本低廉。研究開(kāi)發(fā)新型的具有高選擇性、高效率和經(jīng)濟(jì)實(shí)用的吸附劑,仍是如今科學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。啤酒廢酵母菌是啤酒工業(yè)的

2、廢棄物,在處理工業(yè)廢水中應(yīng)用較廣泛。通過(guò)對(duì)啤酒廢酵母菌進(jìn)行化學(xué)修飾,可以在其表面接枝具有特異吸附性的官能團(tuán)。不僅實(shí)現(xiàn)了廢物的再生利用,節(jié)省資源,而且能實(shí)現(xiàn)其在其它方面的價(jià)值。以下工作是把幾種常見(jiàn)的小分子酸修飾到啤酒廢酵母菌表面,制備成一批新的生物吸附劑,并以其為對(duì)象,用各種儀器和方法進(jìn)行表征。探討了合成的目標(biāo)產(chǎn)物對(duì)以下三種常見(jiàn)蛋白質(zhì)或酶(溶菌酶、牛血清白蛋白和牛血紅蛋白)的吸附效果。具體工作如下:
　　1、以NaH2PO4為催化劑

3、,在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中,用檸檬酸修飾交聯(lián)度1％的啤酒廢酵母菌,制備了一種新的吸附劑(簡(jiǎn)稱(chēng)修飾酵母菌)。用紅外光譜(FT-IR)、X射線光電子能譜(XPS)及表面氫離子含量的測(cè)定對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了表征。用制備的吸附劑分離、純化溶菌酶。考察了溶液的pH、溫度、吸附時(shí)間、溶菌酶的初始濃度、NaCl離子強(qiáng)度等因素對(duì)吸附效果的影響。確定最佳吸附條件:吸附酸度 pH7.4,吸附溫度25℃,吸附時(shí)間40min。修飾酵母菌的最大吸附容量為9

4、54.7mg.g-1,未修飾酵母菌最大吸附容量為89.9 mg.g-1,前者是后者的10.6倍。用該吸附劑從雞蛋清處理液中提取溶菌酶,用1.0mol.L-1NaCl水溶液洗脫,洗脫率為84.8%,活力收得率為71.3%,純化倍數(shù)27.5。雞蛋清處理液和吸附提取后洗脫液的電泳結(jié)果表明,該法從雞蛋清中富集溶菌酶效果明顯,酶純度高。修飾酵母菌重復(fù)使用三次,吸附率僅降低3%。用Langmuir和 Freundich模型對(duì)吸附過(guò)程進(jìn)行模擬,修飾酵

5、母菌對(duì)溶菌酶的吸附能較好的符合Langmuir吸附模型。
　　2、以吡啶為溶劑,將馬來(lái)酸酐接枝到啤酒廢酵母菌的表面,洗滌、烘干后,用飽和 NaHCO3處理。制得馬來(lái)酸酐修飾的啤酒廢酵母菌吸附劑。在 N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,以尿素為介質(zhì),將磷酸修飾到啤酒廢酵母菌的表面。并通過(guò)修飾前后重量的變化、紅外光譜、X射線光電子能譜及 H+含量的滴定,對(duì)交聯(lián)菌和兩種修飾菌進(jìn)行表征。表征結(jié)果證明馬來(lái)酸酐和磷酸成功的和酵母菌表面的-OH反

6、應(yīng),合成了目標(biāo)吸附劑。分別以?xún)煞N合成的產(chǎn)物為吸附劑,溶菌酶為吸附對(duì)象進(jìn)行吸附條件實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,馬來(lái)酸酐修飾菌對(duì)溶菌酶的吸附未得到明顯改善,最大吸附容量和未修飾菌較接近,僅是為未修飾菌的1.3倍。有意義的是,溶液的酸度對(duì)磷酸修飾菌吸附溶菌酶的影響不大,吸附過(guò)程較快,20min能達(dá)到吸附平衡,最大吸附容量為1423.2mg.g-1,是未修飾菌(89.9 mg.g-1)的15.8倍,以1.0 mol.L-1 pH7.0的NaCl溶液為洗

7、脫液,洗脫率高達(dá)86.2%。將該吸附劑用于從雞蛋清中提取溶菌酶,并對(duì)酶活力進(jìn)行測(cè)定,總活力收得率為65.0%,純化倍數(shù)為29.1。用兩種吸附模型對(duì)吸附過(guò)程進(jìn)行模擬,發(fā)現(xiàn)兩種修飾菌均符合Langmuir模型。說(shuō)明吸附劑對(duì)溶菌酶的吸附是單分子層吸附為主。
　　3、以牛血清白蛋白為吸附對(duì)象,檸檬酸和馬來(lái)酸酐修飾菌為吸附劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)檸檬酸修飾菌對(duì)牛血清白蛋白的最佳吸附條件為,吸附時(shí)間12h、吸附酸度 pH4.0、吸附溫度25℃,最

8、大吸附容量為242.6mg.g-1,是未修飾菌(31.4 mg.g?1)的7.7倍。馬來(lái)酸酐修飾啤酒廢酵母菌對(duì)牛血清白蛋白的最佳吸附條件為吸附時(shí)間20h、吸附酸度pH6.6、吸附溫度25℃,最大吸附容量為162.9 mg.g-1,是未修飾菌(31.4 mg.g?1)的5.2倍。用Langmuir和Freundlich模型對(duì)檸檬酸修飾菌和馬來(lái)酸酐修飾菌吸附等溫線進(jìn)行模擬,發(fā)現(xiàn)兩種修飾菌對(duì)牛血清白蛋白的吸附過(guò)程更符合 Langmuir吸附等

9、溫模式,表明牛血清白蛋白的吸附是以單分子層吸附為主。以0.5mol.L-1咪唑水溶液為洗脫液,洗脫檸檬酸吸附的牛血清白蛋白,一次洗脫率達(dá)到69.6%。
　　4、將磷酸、檸檬酸、馬來(lái)酸酐修飾啤酒廢酵母菌用于吸附牛血紅蛋白的研究,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)三種吸附劑的最佳酸度為pH5.0,磷酸修飾菌能在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到吸附平衡,檸檬酸修飾菌需要12h,馬來(lái)酸酐修飾酵母菌對(duì)牛血紅蛋白幾乎不吸附。磷酸、檸檬酸修飾酵菌對(duì)牛血紅蛋白的吸附容量較大。分別為309