根据8.2试验结果，以α-淀粉酶、半纤维素酶、纤维素酶、蛋白酶、果胶酶的浓度为因素，每个因素设计4个水平，以较能反应烟叶内在品质的施木克值作为指标，按正交表L16安排试验，因素水平表、试验方案和试验结果，如表8-1和表8-2所示。......
2023-10-28
酶溶液浓缩：提高浓度、纯化操作
【摘要】：为了提高抽提液酶的浓度，利于下一步的纯化操作，抽提液的浓缩是不可缺少的一个工序。在加压条件下，把酶溶液通过一层只允许水分子和小分子物质的选择性透过的微孔超滤膜，而酶等大分子被截留，从而达到浓缩酶液的目的。管壳式超滤装置是使酶溶液在管内流动，溶剂及低分子溶质透过管壁汇聚后排出。不论应用何种类型的超滤膜，提高液流的湍动，降低浓差极化是关键。
为了提高抽提液酶的浓度，利于下一步的纯化操作，抽提液的浓缩是不可缺少的一个工序。由于酶是不稳定物质，因此，其浓缩方法与一般化工浓缩不同，常用的方法有如下几种。
（一）真空薄膜浓缩
真空薄膜浓缩法是把酶溶液置于高度真空条件下成为薄层液膜，增大其蒸发面积达到加速蒸发过程的目的。此法由于在真空条件下，可以大大降低热对酶分子的作用，减少其热变性失活。
（二）超滤技术
超滤过程是利用膜的筛分机理，超滤膜是具有特定的均匀孔径和孔隙的多孔薄膜。在加压条件下，把酶溶液通过一层只允许水分子和小分子物质的选择性透过的微孔超滤膜，而酶等大分子被截留，从而达到浓缩酶液的目的。表7-2列举了“Diaflo”超滤膜的物理特性数据。
表7-2 “Diaflo”超滤膜的物理特性
目前，超滤膜的材料主要有醋酸纤维素、各种芳香聚酰胺、聚砜和聚丙烯腈-聚氯乙烯共聚物。膜的几何形状也很重要，应促使通过的料液能够形成错流通过，以达到提高其超滤效果。超滤膜主要型式有折叠平板式、管壳式、螺旋式和中空纤维管式，如图7-2所示。
折叠平板式膜可制成平面滤板，板内形成折叠以增加过滤面积，提高液流的湍动程度，降低浓差极化。此装置结构简单，膜面积可达1500m2，易于清洗，易更换，其缺点是过滤面积的扩大会受到限制。
管壳式超滤装置是使酶溶液在管内流动，溶剂及低分子溶质透过管壁汇聚后排出。
图7-2 四种主要超滤膜
（1）叠板式（2）管壳式（3）螺旋式（4）中空纤维管式
螺旋式装置是使酶液在管内错流呈螺旋形流动。
目前常用的是中空纤维超滤器。内径为0.5～1mm，酶溶液从管内流过，溶剂和低分子溶质可透过管壁集中后流出。这种装置过滤面积大，过滤面积高达3000m2/m3，过滤效率高。现在，国内外已有成套超滤装置出售，如日本旭化成公司和Amicon公司生产的超滤装置型号及特性如表7-3所示。
表7-3 中空纤维超滤装置特性
注：*SIP为旭化成公司产品，使用细胞色素C为标准物。而HF为Amicon公司产品，使用白蛋白作用标准物。
不论应用何种类型的超滤膜，提高液流的湍动，降低浓差极化是关键。因此，最重要的是求出一定体积料液超滤所需时间。溶剂透过滤膜的速率为：
式中 Jw——单位时间单位面积透过的溶剂量，mol/（m2·s）；(www.chuimin.cn)
Lp——穿透度；
Δp——施加外压，Pa；
α——膜对溶质的排斥系数；
π——渗透压。
若溶质被滤膜排斥，则排斥系数α≈1；对于稀溶液，渗透压π=RTC。故
式中 R——气体常数，8.31J/（mol·K）；
T——溶液的热力学温度；
C——膜表面的溶质浓度。
因此，只要知道C便可算出π的值。而所谓浓差极化现象是指料液流过侧滤膜表面附近的大分子溶质浓度比其在液流主体浓度高得多。为了减少浓差极化，必须保证流过膜表面的流速。通常，给料泵（循环泵）的料液流量至少要比透过滤膜的渗透液流量高10倍以上，超滤膜的材料、形状和料液的流动状态等对超滤操作有重要作用。
酶的分离提取过程是复杂的，胞外酶可省掉细胞破碎工序，胞内酶的分离提取工艺较复杂，现将这两类型酶的分离提取工艺流程分别介绍如下。
（1）蛋白酶的分离提取工艺流程 蛋白酶的分离提取工艺流程如图7-3所示。
图7-3 蛋白酶的分离提取工艺流程
（2）酰胺酶的分离提取工艺流程 酰胺酶的分离提取工艺流程如图7-4所示。
图7-4 酰胺酶的分离提取工艺流程
（3）木瓜蛋白酶的提取工艺流程 木瓜蛋白酶的提取工艺流程如图7-5所示。
图7-5 木瓜蛋白酶的提取工艺流程
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