乳清蛋白组分分离

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乳清蛋白活性成分EVAL智能膜分离方案设计
截留
Whey
BSA，Lf， IgG，Lp
截留
IgG
开关膜Ⅰ 闭合状态
开关膜 Ⅰ 打开状态
α -LA ，β -LG
透过
BSA，Lf， Lp
透过
β -LG
开关膜Ⅱ pH=6 pH=6-7.5
BSA
α -LA
pH 8.5-9
Lf
Lp
BSA吸附机理
常规单分子层吸附模型
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乳清蛋白活性成分EVAL智能膜分离方案设计
乳清蛋白组分中α-乳白蛋白(α-LA)、 β-乳 球蛋白(β-LG )和乳糖组成的小分子体系，由 于该体系中组分分子量较小，因此可利用具 有可在超滤与纳滤之间的相互转化特性EVAL 智能开关膜来进行分离。
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EVAL智能膜的开关性能调控
研究EVAL智能开关膜的开关性调控方法，探索EVAL智能开关膜智能 阀的控制规律，分别从基膜制备及接枝条件两个方面对智能开关性能进行 调控，考察开关膜性能的变化情况；考察膜孔关闭条件下智能膜的纳滤性 能，实现智能膜在超滤与纳滤之间的转化。
EVAL膜的改性

采用预覆法先将 UV高压汞灯 引发剂二苯甲酮（ BP）固定在基膜表 DMAEMA单体溶液 面，再利用紫外接 枝改性法将智能单 体DMAEMA接枝到 EVAL膜表面。
UV射线 石英玻璃板
预涂覆BP的EVAL基膜
紫外光接枝图
EVAL智能膜的改性原理
紫外光引发接枝聚合是通过紫外光照射，在紫外引发剂二苯甲酮的 存在下，基膜产生自由基，而DMAEMA单体中含有双键，其化学 性质活泼，在紫外照射下双键打开，单体接枝到EVAL基膜表面。
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谢谢！
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由于每种乳清蛋白组分均有其自身的功能特 性，而对乳清蛋白单组份进行分离可以最大限 度的发挥单组分的营养及生物功能特性，因此 分离乳清蛋白组分的研究已经成为乳清资源回 收领域的新热点。 乳清蛋白的功能特性在很大程度上依赖于其 自身的结构特性，而蛋白的结构特性往往容易 受到pH、温度、压力和溶剂等外界作用的影响， 因此分离蛋白过程中对蛋白结构的破坏会影响 蛋白产品的功能特性，而采用有效的分离手段 可以减少在制备过程中产品的变性，从而较少 产生对产品功能特性的影响
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接枝率调控模型
当膜孔一定的条件下，随着接枝时间的延长，接枝率的不断增加，对膜孔的 填堵程度不断增加。在某一适宜的接枝率条件下，膜孔开关性明显，接枝链 可随环境pH的变化完成膜孔的打开与关闭。
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EVAL智能开关膜超滤与纳滤转化特性
综合利用智能膜表面致密性及电荷性，实现膜在超滤膜与纳滤 膜之间的转化。 在环境pH高于临界pH的情况下，膜表面不带电荷性，膜孔呈打 开的状态，智能膜以超滤膜的状态存在；而当pH低于临界pH的 情况下，膜表面带有正电荷，膜孔呈封闭状态，智能膜以纳滤膜 形式存在。
聚合物浓度 接枝时间
基膜孔径的调控
接枝率的控制
智能膜开关性能调控 超滤与纳滤之间的转化
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基膜结构的调控模型
聚合物浓度越高，基膜结构越紧密，孔径越小，相同接枝率下接枝链对膜孔 的填堵作用越明显，造成智能膜通量下降越大；当聚合物浓度达到某一条件， 接枝链在膜孔内可以完全紧缩和伸展，从而调节膜孔的打开和闭合，该条件 下EVAL智能开关膜开关程度最大。
无机盐等
脂肪
灰分
蛋白质
乳糖
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乳清主要成分
蛋白组分 α-乳白蛋白(αLA β-乳球蛋白(βLG ) 牛乳血清蛋白 (BSA) 免疫球蛋白 (IgG) 牛乳过氧化物 酶(Lp)
含量 (kg/m3)
1.2-1.5 3-4 0.3-0.6 0.6-0.9
等电点
相对分子质 量（kDa)
16 36 67 150
沉淀法
胶质气体泡沫法
乳清活性组分分离
色谱法
膜分离法 目前应用于生产和研究的传统膜材料功能单一，对于含有不同分子 量的多组分物质的分离，往往需要采用不同孔径的多种过滤手段经 多次分离才能将所需成分从混合物料中分离出来，迫切需要制备新 型的智能型分离膜。
5
EVAL改性膜制备
本实验选用乙烯-乙烯醇共聚物（EVAL） 膜为基膜，利用紫外接枝改性法将甲基丙 烯酸 N,N-二甲氨基乙酯（DMAEMA）接枝 至基膜表面，制备具有环境响应性的EVAL 智能开关膜。
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基于乙烯-乙烯醇共聚物分离 膜对乳清资源化利用研究
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乳清简介
乳清是干酪生产或干酪素生产时的 液态副产品，用10公斤的鲜牛乳可 以生产约1公斤的干酪，余下的则是 乳清。新鲜乳清的干物质大约为7％， 但包含有鲜乳中近一半的营养成分。
0.82% 0.75% 0.82% 0.75% 0.14% 0.14% 4.37% 4.37%
BSA分子在吸附过程中垂直于膜表面
基于PDMAEMA接枝链的单 分子层吸附三维模型
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基于吸附选择特性的EVAL智能开关膜对牛血清蛋白的分离研究
pH 7.4
pH 2.5
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未来实验计划
已完成
1. 智能开关膜的制备 2. 智能开关膜的改性 3. 智能膜超纳滤转化的实现
我的实验计划
1. AKTA purifier蛋白纯化系 统操作
功能
5.1 5.3 4.7 4.8-6.6
与人乳相似，抗癌功能 功能性配料，细胞燃料 生理与机械保护作用和载 体作用 与人乳相似，抗疾病活性 具有抗菌活性、降解各种 致癌物质以及保护动物细 胞被过氧化的作用 抗细菌性、铁质转移、促 进细胞生长、提高免疫力、 抗氧化、抑制自由基形成
0.06
9.6
78
乳铁蛋白(Lf )