用于乳清蛋白复杂分离体系的乙烯-乙烯醇共聚物智能开关膜设计与构筑

Whey protein contains lots of biological functional fractionations, such as α-lactalbumin (α-La), β-lactoglobulin (β-Lg), lactoferrin (Lf), immunoglobulins (Ig), lactoperoxidase (LPO) and bovine serum albumin (BSA). It is difficult for separation of whey protein fractionations because membrane technology in the field is still in a preliminary stage. The environmental responsive switch membrane will be accomplished by further surface graft polymerization of N, N-dimethylamino)ethyl methaerylate (DMAEMA) from EVAL membrane matrix in view molecular size and electrical characteristics of the whey protein fractionations. Comprehensive separation of whey protein fractionations will be achieved by base membrane master control combined with molecular brush aided precision control base on intelligent switch function and selective adsorption properties of EVAL intelligent switch membrane. The controllable constructing method of the intelligent switch membrane will be established on the basis of combination of smart monomers as DMAEMA with EVAL membrane, as well as environmental-stimulus responsive mechanism. Further study will focus on separation process of the EVAL intelligent switch membrane, and optimizing technology of the membrane performance in whey protein separation and purification. These studies will provide an effective new way to separation and recovery of whey protein. It is also important for enrichment and extending the applicability of smart membrane.

乳清蛋白含有α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、血清白蛋白、免疫球蛋白、牛乳过氧化物酶及乳铁蛋白等高生物利用价值的活性组分，膜技术用于乳清蛋白分离研究还处在比较初步的阶段，膜品种单一与智能化程度低使之难以全面分离乳清的蛋白活性成分。针对乳清中活性蛋白分子尺寸与荷电性的特点，将具有环境响应性的含有胺基的单体可控接枝到乙烯-乙烯醇共聚物（EVAL）多孔基膜上，使其具有智能开关功能与选择吸附特性，采用基膜主控与分子刷辅助精密调控方案，构建用于乳清活性成分全面分离的EVAL智能开关膜。建立智能开关的可控构筑方法，探明膜的孔径开关控制规律。研究环境响应条件下EVAL智能开关膜对尺寸接近的蛋白质分离机制，探索开关膜在乳清活性蛋白分离方面的应用基础，藕合膜的开关性与吸附选择性实现乳清活性蛋白分子的全面分离。本研究将为智能开关膜可控构建及其在复杂物料体系分离纯化方面应用做出新的探索，拓展了智能膜的研究应用领域。

本项目针对乳清中活性蛋白的分子尺寸与荷电特点，将具有环境响应性的含有胺基的单体接枝至乙烯-乙烯醇共聚物（EVAL）多孔基膜上，使其具有智能开关功能与选择吸附特性，采用基膜主控与分子刷辅助精密调控方案，构建用于乳清活性成分全面分离的EVAL智能开关膜，并研究其在蛋白组分分离方面的应用。.采用紫外光接枝改性与原子转移自由基聚合(ATRP)法，将智能单体甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(DMAEMA)或4-乙烯基吡啶(4VP)接枝至EVAL基膜表面，制备具有pH响应性的单开关EVAL膜。EVAL单开关膜在表面亲疏水性、渗透性能和截留性能方面均表现出pH响应特性。通过接枝聚合反应条件的优化，控制基膜表面修饰度和聚合物刷的厚度，可实现智能膜孔径及开关性能的可调控性。基于光接枝反应过程中引发剂BP的光学特性及溶剂丙酮挥发引导作用，调控BP在膜内部的固定位点，可实现接枝链在膜纵向方向上的梯度分布。.分别将智能单体DMAEMA与4VP接枝至膜表面及膜孔，制备异相双链双开关智能膜。PDMAEMA链和P4VP链分别位于膜两侧，性质相互独立，可在特定pH响应区域分别作用，具有多级梯度响应特性。.针对乳清蛋白组分中尺寸相近而等电点不同的蛋白混合体系，基于膜荷电pH响应特性，可实现动态过程中混合蛋白组分的分离，选择性分离系数最高可达6.2。此外，开关膜在不同pH条件下的接枝链构象变化对膜孔径进行调控，可对分子尺寸具有差异的蛋白组分进行分离，动态过程中对混合蛋白组分选择性分离系数可达7.8。.本研究将为智能开关膜可控构建及其在复杂物料体系分离纯化方面应用做出新的探索，拓展了智能膜的研究应用领域。