Aplikasi dariUltrafiltrasi masukExtraksi dariNalamiCkolagen

 

Ⅰ.Apa itu kolagen

Kolagen adalah biopolimer, komponen utama dalam jaringan ikat hewan, dan juga merupakan protein fungsional yang paling melimpah dan tersebar luas pada mamalia, terhitung 25% –30% dari total protein, dan bahkan hingga lebih dari 80% pada beberapa mamalia. organisme. Ini memainkan peran mengikat jaringan dalam sel hewan.

Menurut pengukuran, orang dewasa memiliki sekitar 3kg kolagen di tubuhnya, yang sebagian besar terdapat di kulit, tulang, mata, gigi, tendon, organ dalam (termasuk jantung, lambung, usus, dan pembuluh darah) dan bagian lainnya. dari tubuh manusia. Fungsinya untuk menjaga morfologi dan struktur kulit dan organ, serta merupakan bahan baku penting untuk perbaikan jaringan yang rusak.

II. Ekstraksi Kolagen dari Sisik Ikan Mas dengan Ultrafiltrasi

1. Bahan dan metode

1.1 Sampel uji

Ekstrak air kolagen kasar.

1.2 Metode pengujian

1.2.1 Proses ultrafiltrasi

1.2.2 Penentuan proses pra-filtrasi

Pada pengujian ini ditentukan proses pra-filtrasi yang optimal melalui analisis perbandingan metode filtrasi vakum dan metode mikrofiltrasi. Metode pengujian spesifiknya adalah sebagai berikut:

① Ekstrak air kolagen kasar disaring dengan metode filtrasi vakum kertas saring untuk menghilangkan partikel tersuspensi dan kotoran dalam ekstrak air.

② Ekstrak air kolagen kasar disaring dengan membran mikrofiltrasi 0,2 μm untuk menghilangkan zat yang tidak larut, kotoran, dll. dalam ekstrak air.

1.2.3 Pilihan ukuran pori membran ultrafiltrasi

Selama pemurnian, ukuran pori membran ultrafiltrasi adalah 100 kDa.

1.2.4 Percobaan faktor tunggal proses pemurnian ultrafiltrasi

Ekstrak air kolagen kasar dimurnikan dengan teknologi ultrafiltrasi. Pelajari eksperimen faktor tunggal tentang pengaruh tekanan operasi, suhu operasi dan pH terhadap retensi kolagen. Setelah memulai peralatan ultrafiltrasi selama jangka waktu tertentu, pelajari pengaruh berbagai faktor terhadap laju retensi kolagen.

1.2.5 Rumus Perhitungan

2. Hasil dan Analisis

2.1 Analisis proses pra-filtrasi

Lihat tabel dibawah untuk perbandingan hasil metode filtrasi vakum dan metode mikrofiltrasi.

Metode Filtrasi	Konsentrasi Larutan Sebelum Filtrasi/(g/L)	Konsentrasi Larutan Setelah Filtrasi/(g/L)	Fenomena Sensorik
metode filtrasi vakum	0.45	0.35	Larutannya jernih pada akhir penyaringan, tetapi menjadi keruh setelah dibiarkan beberapa saat.
metode mikrofiltrasi	0.45	0.42	Larutannya jernih pada akhir penyaringan dan tetap jernih setelah dibiarkan selama jangka waktu tertentu

 

Terlihat dari tabel bahwa baik metode filtrasi vakum maupun metode mikrofiltrasi dapat menghilangkan pengotor dan padatan tidak larut dalam larutan, namun metode mikrofiltrasi memiliki efek perlindungan yang lebih baik terhadap protein, yaitu kehilangannya tidak signifikan, dan metode filtrasi vakum cenderung menyebabkan hilangnya protein. Selain itu, filtratnya berwarna keruh setelah ditempatkan dalam jangka waktu tertentu dengan penyaringan vakum, sedangkan mikrofiltrasinya masih jernih dan transparan, sehingga mikrofiltrasi dipilih sebagai proses pretreatment ultrafiltrasi.

2.2 Uji faktor tunggal proses ultrafiltrasi

2.2.1 Pengaruh tekanan ultrafiltrasi terhadap laju retensi

Pada kondisi suhu 40 derajat dan pH 9.0, pelajari pengaruh tekanan ultrafiltrasi yang berbeda (0.07MPa, 0.{ {11}}9MPa, 0,11MPa, 0,13MPa, dan 0,15MPa) pada tingkat retensi protein. Hasilnya ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

 

Seperti terlihat pada gambar di atas, dengan meningkatnya tekanan operasi, laju intersepsi protein secara bertahap menurun. Pada {{0}}.07MPa, tingkat retensi protein adalah 96,53%, ketika tekanan operasi 0,15MPa, tingkat retensi protein adalah 84,38%. Hal ini karena pemisahan zat dengan ultrafiltrasi didorong oleh perbedaan tekanan. Dalam kisaran tekanan operasi rendah tersebut, zat bermolekul kecil dapat dengan cepat melewati membran, namun zat makromolekul dapat terperangkap oleh membran ultrafiltrasi dan terakumulasi pada permukaan membran, dan pada saat ini, permukaan membran dan cairan. ekstrak membentuk perbedaan konsentrasi menyebabkan resistensi polarisasi perbedaan konsentrasi; Namun, dengan meningkatnya tekanan, resistensi polarisasi konsentrasi secara bertahap meningkat, dan perbedaan konsentrasi antara permukaan membran dan ekstrak air mencapai kesetimbangan. Ketika tekanan melebihi kesetimbangan ini, lapisan gel dapat terbentuk pada permukaan membran (yang konsisten dengan teori polarisasi konsentrasi dan lapisan gel terbentuk selama ultrafiltrasi). Tekanan terus meningkat, ketebalan lapisan gel meningkat, dan protein yang tersisa di permukaan membran meningkat, sehingga tingkat retensinya rendah. Untuk memastikan efek pemisahan membran, parameter tekanan operasi optimal adalah 0,07MPa.

2.2.2 Pengaruh suhu terhadap laju retensi protein

Di bawah kondisi tekanan {{0}}.11MPa, pH 9,0, pelajari pengaruh suhu yang berbeda (25 derajat, 30 derajat, 35 derajat, 40 derajat, dan 45 derajat ) terhadap retensi protein. Hasilnya ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

 

Seperti terlihat pada gambar di atas, dengan meningkatnya suhu, laju retensi membran ultrafiltrasi meningkat secara bertahap, dan mencapai maksimum pada 45 derajat, dengan laju retensi 97,01%. Karena viskositas kolagen berkaitan erat dengan suhu: ketika suhu lebih rendah, viskositas kolagen lebih besar, sehingga kolagen mudah membentuk resistensi pada permukaan membran, sehingga tingkat retensinya rendah. Ketika suhu meningkat maka viskositas kolagen menurun dan interaksi antar molekul kolagen melemah, sehingga laju perpindahan massa meningkat, dan polarisasi konsentrasi melemah sehingga meningkatkan laju retensi. Alasan lain untuk peningkatan laju retensi adalah karena suhu meningkat, kelarutan kolagen meningkat, dan fenomena pemblokiran kolagen pada membran berkurang. Oleh karena itu, suhu optimal untuk ultrafiltrasi adalah 45 derajat.

2.2.3 Pengaruh pH terhadap retensi protein

Pada kondisi tekanan {{0}}.11MPa dan suhu 40 derajat , pelajari pengaruh kondisi pH yang berbeda, yaitu pH=6.0, pH{ {5}}.{{10}}, pH=8.0, pH=9.0 dan pH=10.0, pada laju retensi . Hasilnya ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

 

As shown in the above figure, within the pH value range of 6–7, with the increase of pH value, the protein retention rate decreases, and there is a minimum value of 82.13% at pH=7.0. When pH>7, with the increase of pH value, the retention rate gradually increases. This is because the isoelectric point of collagen pH=7, at the isoelectric point of protein is a precipitation state, easy to stay on the surface of the membrane block membrane, so that the retention rate is low; When pH>7, tingkat retensi meningkat secara bertahap dengan meningkatnya pH. Hal ini dikarenakan membran ultrafiltrasi merupakan membran polieter maple yang bermuatan negatif, kolagen bermuatan negatif dalam keadaan basa, molekul kolagen bermuatan negatif dan membran ultrafiltrasi dengan muatan yang sama membentuk keadaan saling lepas, sehingga molekul kolagen tidak mudah menempel di permukaan. membran, tidak mudah menyumbat membran, sehingga pH optimal ultrafiltrasi adalah 8-10.

2.3 Optimasi Proses Ultrafiltrasi dan Validasi Hasil

Analisis oleh perangkat lunak Design-Expert8.05 menunjukkan bahwa parameter proses optimal adalah sebagai berikut: tekanan pengoperasian 0.14MPa, suhu pengoperasian 40.98 derajat, dan pH larutan=9.43. Dengan kondisi tersebut, tingkat retensi sebesar 92,551%. Mengingat pengoperasian parameter sebenarnya, tekanan operasi adalah 0,14MPa, suhu operasi adalah 40 derajat, dan nilai pH cairan umpan adalah 9,50 dalam kondisi ultrafiltrasi. Verifikasi eksperimental dimulai setelah sistem perangkat ultrafiltrasi mulai stabil. Hasil tingkat retensi yang diperoleh adalah (92.61 0.1)% (n=3). Nilai prediksi persamaan pada dasarnya sama dengan nilai terukur, yang menunjukkan bahwa hasil prediksi parameter kondisional sesuai dengan hasil kondisi sebenarnya.

2.4 Hasil analisa elektroforesis

Kolagen yang dimurnikan dianalisis dengan elektroforesis SDS-PAGE, dan hasilnya ditunjukkan pada gambar di bawah.

Seperti terlihat pada gambar di atas, jalur 1 adalah kolagen yang dimurnikan dalam percobaan ini dan jalur 2 adalah sampel kolagen standar tendon betis. Dapat dilihat dari elektroforesis SDS-PAGE bahwa protein kolagen yang diusulkan dalam percobaan ini dapat diidentifikasi sebagai kolagen, tetapi batas rantai peptida a1 dan rantai peptida a2 yang tampaknya tidak jelas masih belum jelas. Dari elektroforesis terlihat jelas bahwa tidak ada pita protein lain, dan dapat disimpulkan bahwa kemurnian kolagen yang dimurnikan tinggi.