摘要
乳铁蛋白是乳清中一种具有重要生理功能的糖蛋白，不仅可为人体提供必备的氨基酸，还具有抗菌、抗病毒与抗氧化等作用，在食品、医药及化妆品等领域应用较为广泛。牛乳清是获取乳铁蛋白的主要来源之一，除乳铁蛋白外，乳清中还有 β-乳球蛋白、α-乳白蛋白、牛血清蛋白等，因此需要对乳铁蛋白进行选择性分离纯化。目前多使用色谱法分离乳铁蛋白，但还存在介质制备过程复杂、成本较高等特点，一定程度上限制了其在工业中连续制备色谱分离领域的应用。 本文旨在探讨建立一种亲和色谱分离乳铁蛋白的方法，构建溶剂梯度模拟移动床分离系统并进行分离过程优化，以实现连续制备色谱分离乳铁蛋白，主要结论如下： 首先，探讨了乳铁蛋白与其他乳清蛋白的理化性质差异，分析树脂骨架、带电性质、孔径对分离的影响，研究了树脂与乳铁蛋白之间的相互作用力。研究结果表明， pH 为 7 时，采用 PB 缓冲液、0.4 mol/L NaCl 溶液两步洗脱，凝胶弱酸型丙烯酸系JK110-Na 型树脂分离乳铁蛋白的性能较佳；相比于多糖类树脂具有更高的回收率，所需洗脱液盐浓度更低。乳铁蛋白与 JK110-Na、K、Ca 型树脂的吸附作用能力依次增强，金属配位作用和静电作用的共同影响吸附过程。 其次，对 JK110-Na 型树脂在不同 NaCl 浓度的环境中吸附主要乳清蛋白组分的过程进行吸附等温线、热力学研究，构建了色谱分离模型及明确了模型参数。研究结果表明，M-Langmuir 模型能较佳地描述树脂吸附蛋白行为；NaCl可以减小树脂对蛋白的吸附作用；JK110-Na树脂吸附四个组分可自发进行；乳铁蛋白的ΔH值大于 0，为吸热过程；牛血清蛋白、β-乳球蛋白、α-乳白蛋白的ΔH 值小于 0，为放热过程。传质扩散（TD）模型模拟效果较好，经验公式法确定总传质系数 kL和轴向扩散系数 Dax；柱温和NaCl浓度对四个蛋白在色谱柱上的传质速率有较大影响。 最后，进行了同步及异步切换溶剂梯度模拟移动床（SG-SMB）从乳清中分离乳铁蛋白的过程研究。基于三角形理论绘制完全分离区，确定洗脱液为 0.4 mol/L NaCl、Ⅰ区流量为 9 mL/min、切换时间为 6.5 min时，同步切换三区 SMB（柱分布 1-1-2）和四区（柱分布 1-1-2-1）架构在最大稳定进样量操作点的分离效果较佳。乳铁蛋白的纯度和回收率均达到 97%以上，三区溶剂消耗量高于四区，四区产率大于三区。三区异步切换溶剂梯度 SMB（柱分布 1-1.5-1.5）在最大稳定进样量操作点处的分离性能优于同步切换溶剂梯度 SMB，产率有明显提升且溶剂消耗量降低，纯度和回收率分别超过了99%和97%。
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