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大鯢糖肽溶液共晶點及冷凍濃縮過程研究

摘要: 在制備大鯢糖肽干粉過程中,其溶液濃度較低,導致其冷凍干燥速度較慢。為了提高大鯢糖肽冷凍干燥速度,需要研究它的共晶點、凍融過程以及冷凍濃縮過程。采用電阻法測定了共晶點。結果表明: 大鯢糖肽溶液共晶點為-3.6℃,緩慢融化時溶液中大鯢糖肽濃度逐漸降低,攪拌速度對大鯢糖肽溶液冷凍濃縮效果影響較小。


關鍵詞: 大鯢; 糖肽; 共晶點; 冷凍濃縮; 冷凍干燥

 

真空冷凍干燥技術是將含水物質在低溫凍結,在真空條件 下水分升華,從而使物質干燥的一種技術。與其它干燥方法相比,它適于干燥對熱敏感、易吸濕、易氧化以及易變性的生物制品,如蛋白質、酶、核酸、激素等。目前,廣泛用于食品、藥品等需要保持其生物活性的物質的干燥。大鯢糖肽是從大鯢黏蛋白中制備的具有抗氧化、抗疲勞活性的糖肽。為了保持大鯢糖 肽的生物活性,就需要在制備過程中保持其糖鏈的完整性。 因此,冷凍干燥技術是適用于大鯢糖肽干粉生產過程的一個重要技術。


大鯢糖肽溶液濃度較低,所需真空冷凍干燥時間較長, 因此有必要對大鯢糖肽溶液共晶點以及凍融過程對大鯢糖肽溶 液濃度影響進行研究,以減少真空冷凍干燥的時間,降低生產成 本。真空冷凍干燥技術在大鯢糖肽粉生產過程中的應用尚無文 獻報道,因此,筆者對大鯢糖肽溶液共晶點、凍融過程及冷凍濃縮過程作了研究,為其大規模生產提供借鑒。 


1 材料與方法


1.1 材料
大鯢糖肽由大連海洋大學·張家界( 中國) 金馳大鯢生物科 技有限公司生物技術聯合實驗室制備。 


1.2 方法


1.2.1 共晶點溫度測定
根據季阿敏等的方法,利用圖 1 裝置測定共晶點溫度。在塑料盒中裝入半盒大鯢糖肽溶液,隨著溫度下降,糖肽溶液不斷結冰,可移動的帶電離子不斷減少,電阻增大。當全部凍結 時,電阻突然增大,即為共晶點。在大鯢糖肽溶液溫度下降過程中,記錄溫度與電阻,以溫度為橫坐標,電阻值為縱坐標,繪制溫度 - 電阻坐標圖。

圖 1 共晶點溫度測量裝置圖

1.2.2 凍結大鯢糖肽融化分析
將大鯢糖肽溶液凍結后,在室溫下緩慢解凍,收集融化的溶液, 每收集20 mL 溶液后于真空冷凍干燥器中凍干,稱量溶質質量。 


1.2.3 大鯢糖肽冷凍濃縮過程分析
將大鯢糖肽溶液裝入圖 2 裝置的塑料盒中,在冷凍過程中, 調節攪拌速度,收集冰晶。將冰晶融化后測體積,然后凍干,稱
量質量,計算冰晶中夾帶溶質的量。

圖 2 大鯢糖肽溶液冷凍濃縮裝置圖

2 結果與討論 


2.1 大鯢糖肽共晶點溫度測定 圖 3 是大鯢糖肽溶液溫度下降與電阻變化的曲線。大鯢糖 肽溶液凍結過程中,經歷三個階段,即晶核形成、大冰晶成長及共晶區形成。在共晶區形成時,大鯢糖肽溶液逐漸全部凍結,電 阻值突然升高。由于大鯢糖肽溶液電阻值發生突變時,是在一 個溫度內發生,參考程遠霞等的方法,選取電阻變化大于5 MΩ/℃為共晶區上限溫度,電阻變化小于 1 MΩ/℃ 為共晶區 下限溫度。從圖中可知,大鯢糖肽溶液的共晶點為 - 3.6 ℃。測定共晶點使用的大鯢糖肽溶液濃度為 9.4 mg /mL。由于濃度與共晶點溫度成反比。大鯢糖肽溶液較低的濃度,導致了其具 有的共晶點較高。在冷凍干燥工藝中,預凍結溫度比共晶點溫 渡低 5 ~ 10 ℃ 能量消耗最小,因此,針對大鯢糖肽溶液在-8.6 ~ -13.6 ℃進行預凍結,所需能量較少。 


圖 3 大鯢糖肽溶液溫度下降與電阻變化曲線 


2.2 凍結大鯢糖肽融化分析
將大鯢糖肽溶液凍結后,在室溫下融化。收集融化的溶液, 發現隨著固相逐漸融化成液相,液體中溶質的含量呈現由高到 低的趨勢,結果如圖 4 所示。由此說明,大鯢糖肽溶液在緩慢凍 結過程中,首先是水分子結成冰晶,而在冰晶成長過程中夾帶溶 質的量則是逐漸增加。因而,可以通過冷凍濃縮,使溶液中溶質 含量增加,提高真空冷凍干燥速率。 


圖 4 大鯢糖肽融化過程濃度變化 


2.3 大鯢糖肽溶液冷凍濃縮
溫度為-4 ℃時,攪拌處理大鯢糖肽溶液,則溶液中不斷有 冰晶析出。
由圖 5 可知,未凍結前,大鯢糖肽溶液濃度較低,而 經過攪拌有冰晶析出時,大鯢糖肽溶液濃度有上升的趨勢,但攪 拌速度對濃縮效果影響不大。析出的冰晶融化后的其濃度低于 原始溶液濃度。因此,冷凍濃縮方法可以提高大鯢糖肽的濃度。 


圖 5 不同攪拌速度下冷凍過程中大鯢糖肽溶液與冰晶中溶質的量 


3 結 論 
通過對大鯢糖肽溶液共晶點、凍融過程以及冷凍濃縮過程的研究,得到了一些可以提高冷凍干燥大鯢糖肽溶液效率的措施。即冷凍干燥操作前,大鯢糖肽溶液在-8.6 ~ -13.6 ℃ 進行 預凍結,同時還可以通過凍結融化、冷凍濃縮等辦法來提高大鯢 糖肽溶液的濃度。

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