摘要
泡沫分离作为一项界面吸附分离技术，因具有无污染、操作条件温和、易于放大等优点，受到研究者们的广泛关注。近年来，随着分离工艺和过程机理研究的不断深入，泡沫分离的工业化进程得到加快。然而，在泡沫分离过程中，大量气-液界面的产生往往诱导蛋白质聚集，造成蛋白质功能活性较大程度的损失。这极大的限制了泡沫分离技术在蛋白质分离领域的工业化应用。利用超声波效应解决在泡沫分离蛋白质中产生的问题，目前为止还尚未有人报道。为了深入的探讨泡沫分离过程中超声波对其性能的影响以及对于界面吸附诱导聚集的抑制，本文首先利用牛血清白蛋白（BSA）研究泡沫分离对于蛋白质的活性的影响，紧接着利用超声波辅助泡沫分离研究其分离效率以及功能性质的变化。然后深入的研究超声辅助泡沫分离对于气液界面诱导蛋白质聚集的影响。最后，利用超声波改变糖蛋白体系的功能性质，将优化后的糖蛋白再加以泡沫分离实现回收效率的优化。 首先，本文提出了一种超声波辅助泡沫分离富集水溶液中牛血清白蛋白的新方法。傅立叶红外光谱表明泡沫分离过程中牛血清白蛋白在气液界面上的吸附会诱导分子间二硫键的产生。高效分子排阻色谱结果表明超声波辅助泡沫分离能有效抑制牛血清白蛋白分子聚集。在最适的条件下，牛血清白蛋白的富集比和回收率分别达到6.3和85.3%。超声波处理能够显著抑制泡沫分离过程中牛血清白蛋白分子聚集体的产生，进而提高消泡液的表面疏水性、泡沫性能和乳化性。为后续的研究提供了理论基础。 其次，利用超声波辅助泡沫分离技术有效的回收了水溶液中的酪蛋白。实验结果表明，超声波可以通过减小颗粒尺寸和增强界面吸附来抑制酪蛋白分子的聚集。当超声功率为600w时，经超声处理的泡沫分离中酪蛋白的表面过剩比未经超声处理的酪蛋白的过剩面增加了46%。在最适宜的操作条件下，酪蛋白的富集比和回收率分别达到7.3和90.2%。SEM和AFM分析结果表明，超声处理不仅可以抑制溶液中酪蛋白分子的自聚集，而且可以减弱在泡沫分离过程中由于界面吸附引起的聚集。亚单位组成分析表明，超声波辅助泡沫分离对酪蛋白分子结构的完整性没有影响，但可以改变分子结构的疏松程度。 最后，对超声波对大豆分离蛋白(SPI)与阿拉伯胶(GA)之间的静电相互作用进行了研究，利用其乳化性质选择出大豆分离蛋白和阿拉伯胶的最佳配比为1:3，并通过分析超声前后静电配合物的物理性质和化学性质更加清晰的了解配合物的作用机理。结果表明，超声提高了配合物的Zeta电位绝对值和表面疏水性，但明显降低了配合物浊度。说明空化作用导致生物大分子的结构发生变化，增强了大豆分离蛋白和阿拉伯胶之间的静电相互作用，使复合物具有更好的乳化性能。将处理好的静电配合物应用于超声波辅助泡沫分离对其进行分离纯化，在最适宜的条件下，静电配合物的富集比和回收率达到最佳。 本文通过设计了超声波辅助泡沫分离的新技术，成功的实现了蛋白质等物质由于界面诱导聚集所引起的生物活性以及回收效率的损失，同时抑制其在气液界面所引起的聚集，强化泡沫吸附。此种技术为废水以及食品等领域提供了新的思路。
NETL