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1、分离工程 期末论文泡沫分离法分离蛋白质Foam separation separation protein学 院： 化学工程学院 专业班级： 化学工程与工艺 化工081 学生姓名： 喻 唯 学 号： 050811103指导教师： 戴卫东（副教授） 2011年6月期末论文中文摘要泡沫分离法分离蛋白质摘 要：泡沫分离蛋白质是利用蛋白质的表面活性对其进行分离的一种方法,分离过程中的条件温和,对蛋白质的活性影响较小,是一种成本较小、有着很好应用前景的分离方法.实验中,以两种蛋白质BSA和HSA作为分离模拟体系的目标蛋白质,利用自制的泡沫分离塔,作了一系列的泡沫分离实验,考察了各种操作参数对分离结果(回
2、收率和增浓比)的影响.实验发现,液柱高度、泡沫层高度、鼓入气体的流速、进料流量和pH值、料液浓度以及温度等对分离的效果有着不同程度的影响:较低的进气速度、较高的泡沫高度与液柱高度、适宜的温度(BSA在25,HSA在35)、适当的pH值(蛋白质的等电点附近)以及较低的母液浓度有利于得到较高的富集比.在最佳条件下富集比最高可达28.6,回收率可达93.1.在模型的建立过程中,假设吸附过程始终处于平衡态、气泡大小均一以及每一个气泡均为正十二面体,建立了分离的数学模型,得到可以求解的微分方程组.关键词：蛋白质 泡沫分离 数学模型 回收率 富集比 泡沫分离法期末论文外文摘要Foam separation
3、 separation proteinAbstract: Foam separation protein is the surface activity by protein on the separation of a kind of method, the separation process of mild conditions, the less influence the actiity of the protein, is a kind of cost, lesser, has the very good application prospect of separation met
4、hod. Experiments with two proteins, BSA and HSA as the target protein separation simulation system, a self-made foam separation tower, made a series of foam, examined the separation experiments of operation parameters on the separation results (recovery and increase the influence of strong than). Ex
5、periments have found that fluid column height, foam height, drums into gas velocity, feeding flow and pH value, material liquid concentration and temperature on the separation effect of different effect: lower inlet velocity, higher foam height and fluid column height, appropriate temperature (25 ,
6、BSA HSA in 35 ), appropriate in the pH value (protein isoelectric point) and low near the mother liquor to get a higher concentration of enrichment ratio. At the best possible conditions than the maximum concentration, recovery can reach dropped to 93.1% 28.6. In model of the process, the hypothetic
7、al adsorption process always in equilibrium, bubble size uniformity and each bubble are are twelve surface body, the mathematical model was established, get separation of differential equations can be solved.Keywords: Protein foam separation mathematical model recovery than bubble separation enrichm
8、ent 1 引言1.1 泡沫分离 泡沫分离技术是近十几年发展起来的新型分离技术之一。泡沫分离是根据吸附的原理，向含表面活性物质的液体中鼓泡，使液体内的表面活性物质聚集在气液界面（气泡的表面）上，在液体主体上方形成泡沫层，将泡沫层和液相主体分开，就可以达到浓缩表面活性物质（在泡沫层）和净化液相主体的目的。被浓缩的物质可以是表面活性物质，也可以是能与表面活性物质相络合的物质，但它们必须具备和某一类型的表面活性物质能够络合或鳌合的能力。人们通常把凡是利用气体在溶液中鼓泡，以达到分离或浓缩目的的这类方法总称为泡沫吸附分离技术，简称泡沫分离技术。泡沫分离技术的研究开发工作已开展了近一个世纪，为统一泡沫分
9、离的概念，1964 年Karger，Grieves2等人共同推荐并向IUPAC 提出一项建议，把泡沫分离技术方法分类如表1-1： 表1-1 泡沫分离技术方法分类I 泡沫分离 Foam separation A 泡沫分离法 Foam fractionation B 泡沫浮选法Froth Flotation 1. 矿物浮选 Ore Flotation 2. 粗离子浮选 Macro Flotation 3. 细粒子浮选 Micro Flotation 4. 沉淀浮选 Precipitate Flotation 5. 离子浮选 Ion Flotation 6. 分子浮选 Molecular Flota
10、tion C 吸附胶体浮选 Adsorbing Flotation 非泡沫分离Nonfoaming adsorptive bubble separations A 鼓泡分离法 Bubble fractionation B 萃取浮选法 Solvent sublation 早在1915年就开始应用于矿物浮选，但是对离子、分子、胶体及沉淀的泡沫吸附分离是在20世纪50年代末才引起人们的兴趣与重视，并逐渐作为一种单元操作加以研究，首先是从溶液中回收金属离子的课题开始，前期研究了泡沫分离金属离子的可行性，然后建立了金属离子与表面活性剂离子之间相互作用的扩散双电层理论。20世纪60年代中期采用泡沫分离法脱
11、除洗涤剂工厂排放的一级污水和二级污水中的表面活性剂直链烷基磺酸盐和苯磺酸盐获得成功。20世纪70年代进行了染料等有机物与废水泡沫分离的实验研究，1977年开始有报道用阴离子表面活性剂泡沫分离DNA、蛋白质及液体卵磷脂等生物活性物质。到目前为止，用泡沫分离法获得的蛋白质及酶有溶菌酶、白蛋白、促性腺激素、胃蛋白酶、凝乳酶、血红蛋白、过氧化氢酶、卵磷脂、淀粉酶、纤维素酶、D氨基酸氧化酶、苹果酸脱氢酶等等。随着工业的发展，特别是对环境保护的普通重视和资源综合利用的要求，泡沫分离的研究工作将不断扩大范围，其工业应用将越来越多。1.2 应用现状1 分离细胞 泡沫分离法可以从待分离基质中分离出全细胞。用月桂
12、酸、硬脂酰胺或辛胺作为表而活性剂，对初始细胞浓度为72108 cfucm3的大肠杆菌进行细胞分离，结果l min内能除去90的细胞，用10 rnin的时间能女除99的细胞。此外，泡沫分离还可用于酵母细胞、小球藻、衣藻等的分离。 2 分离富集蛋白质体系 （1）分离糖蛋白质混合体系糖通常存在于植物和微生物体内，在糖的提取过程中生物体内的蛋白质也往往随之被提取出来，因此去除提取混合物中的蛋白质成为一些糖类提纯的关键步骤。 蛋白质和糖类表面活性具有较大差异，可以利用泡沫分离技术来实现蛋白质和糖的初级分离，与geveg溶剂萃取方法相比，该法操作简单，处理量大，不需外加任何有机溶剂。冈而从植物和微生物中提
13、取糖时，采用泡沫分离技术可以满足初步去除蛋白质的需要，大大降低后续纯化工作的负荷。 （2）分离蛋白质二元及多元体系在分离蛋白质体系中，蛋白质的活性在吸附过程中起了主导作用，但对于表面活性相近的蛋白质，存气液界面的吸附结松又决定了蛋白质的吸附优势，因此蛋白质表面活性强弱的判定是断定泡沫分离效果的首要前提。 （3）蛋白-酶体系的分离 泡沫分离可应用于各种蛋白质和酶的浓缩或分离，其最初是用于胆酸和胆酸钠混合物中分离胆酸，泡沫中胆酸的浓度为料液的3-6倍，活度增加65。泡沫分离还可用于从非纯制剂中分离磷酸酶，从链球菌培养液中分离链激酶，从粗的人体胚胎均浆中分离蛋白酶。 同前能够利用泡沫分离技术成功分离
14、出的蛋白质有：磷酸酶、链激酶、蛋白酶、血清白蛋白、溶菌酶、胃蛋白酶、尿素酶、过氧化氢酶、明胶、大豆蛋、酪蛋白、抗菌肽类等一系列蛋白质。 3 分离皂苷有效成分 皂苷是一种优良的天然非离子型表面活性成分，具有亲水性的糖体和疏水性的皂苷，并且具有良好的起泡性，因此可用泡沫分离技术来从天然植物中提取皂苷。日前，人参皂苷和三七皂苷等中药皂苷类有效组分的富集分离都使用泡沫分离技术。 4 其他方面的应用 泡沫分离法在污水处理，矿物浮选，金属特别是稀有金属的回收检测等方面都有很重大的意义，在水处理中的应用始于19世纪90年代，当时欧洲国家用它来处理溶解于水的各种表面活性物质。20世纪初泡沫浮选广泛应用于矿冶工
15、业，但针对离子、分子、胶体及沉淀的泡沫吸附分离技术则是近30年中发展起来的一种新型分离技术。2 可采用泡沫分离法富集的蛋白质泡沫分离蛋白质主要是由于蛋白质具有一定的表面活性能够吸附于气液界面，因此知道能够利用泡沫分离技术分离提取的蛋白质首先应具有一定的表面活性，但并非拥有表面活性的蛋白质就能够用泡沫分离法进行分离。目前能够利用泡沫分离技术成功分离出的蛋白质有：磷酸酶，链激酶，蛋白酶，血清白蛋白，溶菌酶，胃蛋白酶，尿素酶，过氧化氢酶，明胶，大豆蛋白，卢一酪蛋白，抗菌肽类等一系列蛋白质。但同是抗菌肽类的蚕抗菌肽，由于其在泡沫分离过程中存在大量的变性失活，因而不适于泡沫分离。这是由于蛋白在气液界面吸附时，一般都伴随着分子构相的改变，如球蛋白在吸附过程中就需要改变构相，暴露出内部的疏水基团，这就是蛋白质的变性。然而有些时候，这种活性的改变是不可逆的，因而限制了该蛋白质的泡沫分离操作。关于哪种蛋白质能够利用泡沫分离技术得到分离富集， 目前还没有一定的理论指导，但通过近年的研究总结出两大类蛋白质适于泡沫分离，泡沫分离技术在蛋白质多元体系分离中的应用和质膜结合的蛋白质与抗菌肽类，这两类蛋白质的共同点是都有很强的疏水性，具备了吸附于气液界面的表面活性，
