花生壳粉的改性及对蛋白质吸附行为的研究

摘要

本文以农业废弃物—花生壳为原料，制备了四种不同的生物吸附剂。用拉曼光谱、FTIR、XPS、电子显微镜等对改性花生壳粉进行表征，考察这四种吸附剂对三种不同蛋白质的吸附性能，研究了溶液pH值、吸附时间、溶液中蛋白的初始浓度、离子强度、吸附温度等因素对吸附的影响，初步探讨了四种吸附剂对蛋白分子的吸附机理。主要研究工作和结果如下：
　　 1.以花生壳为原料，粉碎，过筛，选取100-120目的颗粒漂洗，烘干，得到原始花生壳粉。10.0g原始花生壳粉中加入80mL 1.25 mol·L-1的NaOH溶液和30mL环氧氯丙烷，40℃下搅拌反应1h，水洗，70℃下干燥后得到环氧氯丙烷交联花生壳粉。1.0g交联花生壳粉与0.5 g 活性绿19（RG19）在80℃下搅拌反应4 h，水洗干燥后得到RG19修饰花生壳粉。用拉曼光谱和FTIR对三种吸附剂进行了表征。用三种吸附剂——原始花生壳粉、交联花生壳粉和RG19修饰花生壳粉对牛血红蛋白进行吸附，结果表明：25℃下，溶液pH为7.0，吸附24h可达到吸附平衡，三种吸附剂对牛血红蛋白的最大吸附容量分别为134.9 mg·g-1、109.2 mg·g-1、283.2mg·g-1，其中RG19修饰花生壳粉的吸附效果最好。用Langmuir吸附模型进行拟合，所得线性相关系数和评价常数表明：原始花生壳粉和交联花生壳粉对牛血红蛋白的吸附属于单分子层吸附，RG19修饰花生壳粉对牛血红蛋白的吸附由于空间位阻过大不符合单分子层吸附模型。对牛血红蛋白的洗脱进行研究，结果发现0.5 mol·L-1NaSCN溶液（pH=10.0，50％丙酮）的洗脱效果最好，洗脱率为78.6％。在最佳吸附洗脱条件下，用RG19修饰花生壳粉从牛血红细胞破碎液中提取了牛血红蛋白，提纯后牛血红蛋白占总蛋白含量的百分比由4.15％增加到39.0％，富集倍数为9.4，使其得到了一定的纯化。
　　 2.通过正交试验优化RG19修饰交联花生壳粉的制备条件。极差R计算分析：RG19的用量是关键因素，NaCl的浓度和反应时间为一般因素。根据T值的大小，NaCl浓度选0.5 mol·L-1，反应时间选4 h时，RG19用量选500mg最佳。测定RG19的负载量为114 mg·g-1。研究了三种吸附剂——原始花生壳粉、交联花生壳粉和RG19修饰花生壳粉对溶菌酶的吸附，结果表明：25℃下，溶液pH为7.4，吸附3h可达到吸附平衡，三种吸附剂对溶菌酶的最大吸附容量分别为59.2 mg·g-1、23.6 mg·g-1、149.6mg·g-1，其中RG19修饰花生壳粉的吸附效果最好。用Langmuir吸附模型进行拟合，所得线性相关系数和评价常数表明：三种吸附剂对溶菌酶的吸附均符合Langmuir吸附模型，属于单分子层吸附。对溶菌酶的洗脱进行研究，洗脱曲线表明，洗脱剂及浓度不同对溶菌酶的脱附效果也不同，当NaCNS浓度为0.7 mol·L-1时洗脱率最高，为97.4％。在最佳吸附洗脱条件下，用RG19修饰花生壳粉从鸡蛋清处理液中提取溶菌酶，纯化倍数为31.0，收得率为64.2％，酶活力保持率为96.4％。
　　 3.以原始花生壳粉为原料、环氧氯丙烷为交联剂、乙二胺为改性剂，制备乙二胺修饰花生壳粉。在10.0g环氧氯丙烷交联花生壳粉中加入10mL乙二胺、100mL蒸馏水和1.0g Na2CO3，65℃下搅拌反应2 h，水洗，70℃下干燥，得乙二胺修饰花生壳粉，用红外光谱和XPS对其进行表征。研究乙二胺修饰花生壳粉对牛血红蛋白和溶菌酶的吸附性能，结果表明：25℃下，溶液pH为7.0，对牛血红蛋白吸附24h可达到平衡，最大吸附容量为364.8 mg·g-1；25℃下，溶液pH为8.0，对溶菌酶吸附5h可达到饱和，最大吸附容量为34.9 mg·g-1。比较说明乙二胺修饰花生壳粉对牛血红蛋白的吸附效果较好。用Langmuir吸附模型进行拟合，所得线性相关系数和评价常数表明：乙二胺修饰花生壳粉对牛血红蛋白的吸附由于空间位阻过大不属于单分子层吸附；对溶菌酶属于单分子层吸附。对蛋白的洗脱进行研究，结果发现0.5 mol·L-1NaSCN溶液（pH=10.0，50％丙酮）对牛血红蛋白的洗脱效果最好，洗脱率为82.5％；0.5 mol·L-1NaCNS对溶菌酶的洗脱率最高，为98.7％。在最佳吸附洗脱条件下，用乙二胺修饰花生壳粉从牛血红细胞破碎液中提取了牛血红蛋白，提纯后牛血红蛋白占总蛋白的百分含量由4.15％增加到52.8％，富集倍数为12.7，使其得到了一定的纯化。
　　 4.研究了原始花生壳粉、RG19修饰花生壳粉、乙二胺修饰花生壳粉三种吸附剂对牛血清白蛋白的吸附性能，结果表明：原始花生壳粉对牛血清白蛋白的吸附效果最好，25℃下，溶液pH为5.0，对牛血清白蛋白吸附15h可达到饱和，最大吸附容量为303.6mg·g-1。用Langmuir和Freundlich吸附模型进行拟合，所得线性相关系数和评价常数表明原始花生壳粉对牛血清的吸附更符合Freundlich吸附模型。对牛血清白蛋白的洗脱进行研究，结果发现0.5 mol·L-1咪唑的洗脱效果最好，洗脱率为68.1％。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

第2章 活性绿19修饰花生壳粉的制备及对牛血红蛋白的吸附

第3章 活性绿19修饰花生壳粉对溶菌酶的吸附

第4章 乙二胺修饰花生壳粉的制备及对牛血红蛋白和溶菌酶的吸附

第5章 花生壳粉及改性花生壳粉对牛血清白蛋白的吸附

全文总结

参考文献

致 谢

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