摘要 通過(guò)等溫吸附、吸附動(dòng)力學(xué)和吸附熱力學(xué)試驗(yàn)，揭示活性炭對(duì)C-PC和總蛋白質(zhì)的吸附特性和作用機(jī)制。結(jié)果顯示：同樣條件下，活性炭去除雜蛋白質(zhì)的效率更高，經(jīng)過(guò)活性炭純化后，C-PC占總蛋白質(zhì)的比例從31.2%增加到51.5%；活性炭對(duì)C-PC和總蛋白質(zhì)的最大吸附量分別為10.5和88.5 mg/g；活性炭對(duì)C-PC的吸附為單分子層化學(xué)吸附，符合Langmuir等溫吸附模型，而對(duì)總蛋白質(zhì)的吸附為多層級(jí)的吸附，符合Freundlich等溫線模型。

關(guān)鍵詞 螺旋藻；藻藍(lán)蛋白；蛋白質(zhì)提??；活性炭；吸附等溫曲線

中圖分類(lèi)號(hào) Q 946 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2024）23-0001-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.23.001

Study on Adsorption Capacity and Mechanism of Activated Charcoal on Arthrospira maxima-derived C-phycocyanin and Proteins

BAI Ren-ao

（College of Building and Ecology， Shantou Polytechnic， Shantou， Guangdong 515078）

Abstract The isotherms， adsorption kinetics， and thermodynamics analyses were employed to elucidate the adsorption properties and mechanisms of action of activated charcoal on C-PC and total proteins. The results revealed that： under the same conditions， activated charcoal was more efficient in removing heteroproteins， and after purification with activated charcoal， the proportion of C-PC to the total protein increased from 31.2% to 51.5%;the maximum adsorption of C-PC and total protein by activated charcoal was 10.5 mg/g and 88.5 mg/g， respectively;the adsorption of C-PC by activated charcoal was a monomolecular layer chemisorption， consistent with the Langmuir isothermal adsorption model， whereas the adsorption of total proteins of activated charcoal was a multilayer adsorption， consistent with the Freundlich isotherm model.

Key words Spirulina;C-phycocyanin（C-PC）;Protein extraction;Activated charcoal;Adsorption isotherm models

基金項(xiàng)目 廣東省高校特色創(chuàng)新項(xiàng)目（自然科學(xué)）（2023KTSCX332）；汕頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院第二批高層次人才科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目（SZK2022G18）。

作者簡(jiǎn)介 白仁奧（1985—），男，湖北隨州人，博士，從事藻類(lèi)產(chǎn)品生物煉制技術(shù)研究。

收稿日期 2024-07-08

藻藍(lán)蛋白（C-phycocyanin，C-PC）是藍(lán)藻（cyanobacteria）、紅藻（rhodophytes）、隱藻（cryptophytes）和灰胞藻（glaucocystophytes）中最具價(jià)值的水溶性蛋白質(zhì)之一。C-PC是一種藻膽蛋白，是天然、穩(wěn)定的藍(lán)色色素-蛋白質(zhì)復(fù)合物，有抗氧化、抗炎、神經(jīng)保護(hù)和肝臟保護(hù)的功效［1］。不同行業(yè)對(duì)C-PC的純度要求不同，在醫(yī)藥行業(yè)，C-PC純度（A620/A280）應(yīng)大于4.0；在科研領(lǐng)域，C-PC純度要求在2.5～3.5；在食品和化妝品領(lǐng)域，C-PC純度需要大于2.0［2］。

純化C-PC常用的方法有硫酸銨沉淀法，在這一過(guò)程中，50%～60%（w/v）硫酸銨被用于沉淀C-PC，隨后進(jìn)行離心分離、中和和脫鹽處理［3］，這一工藝通常耗時(shí)，且消耗大量淡水資源，存在生產(chǎn)成本高及環(huán)境不可持續(xù)的問(wèn)題。超濾也是工業(yè)生產(chǎn)中較為常用的純化C-PC的方法之一［2，4-6］，盡管超濾法是一種環(huán)境友好且可放大的工藝，但是膜污染會(huì)降低膜通量，增加處理時(shí)間。此外，較低的選擇性導(dǎo)致在純化C-PC過(guò)程中不能較顯著地提高其純度［7-8］，這些缺陷限制了超濾法在純化C-PC過(guò)程中的廣泛應(yīng)用。最后，雙水相法也是一種較為成熟的純化蛋白質(zhì)或者酶的技術(shù)，許多研究利用這一方法從螺旋藻中純化C-PC［9-10］。與其他分離技術(shù)相比較，雙水相技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，如易放大和提高生物質(zhì)載量，但是形成相組分的高成本和對(duì)于目的蛋白質(zhì)的低選擇性阻礙其在工業(yè)規(guī)模上的廣泛應(yīng)用［11-12］。

考慮到目前大規(guī)模制備高純度C-PC存在的問(wèn)題，筆者在已有研究的基礎(chǔ)上，將超聲破壁、調(diào)節(jié)漿料pH（pH-shift）和活性炭純化相結(jié)合的方式，制備高純度C-PC，重點(diǎn)對(duì)活性炭純化C-PC的吸附性能和作用機(jī)制進(jìn)行了研究，以期為后續(xù)開(kāi)發(fā)更高效和更具成本優(yōu)勢(shì)的純化材料奠定研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

極大節(jié)旋藻（Arthrospira maxima）購(gòu)自福清市新大澤螺旋藻有限公司；活性炭、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、冰醋酸和氯化鈉購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；蛋白質(zhì)測(cè)定試劑盒購(gòu)自（TP0300-1KT）Sigma-Aldrich；商品化C-PC購(gòu)自浙江賓美生物科技有限公司；預(yù)染彩色蛋白質(zhì)Marker購(gòu)自碧云天生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Vibro-Cell/VC750超聲破壁機(jī)，配備25 mm超聲探頭，美國(guó)超聲與材料股份有限公司；Eppendorf-5415D高速冷凍離心機(jī)；伯樂(lè)Bio-Rad Gel Doc EZ凝膠成像儀，伯樂(lè)生命醫(yī)學(xué)產(chǎn)品有限公司；EL104型分析天平，梅特勒-托利多有限公司；PiLot3-6E型真空冷凍干燥機(jī)，北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；Vortex Genie2T渦旋混勻儀，美國(guó)科學(xué)產(chǎn)業(yè)股份有限公司；紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)UV-2450，日本島津儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 極大節(jié)旋藻藻藍(lán)蛋白粗提液制備。

極大節(jié)旋藻藻藍(lán)蛋白粗提液采用文獻(xiàn)［13］中的方法。極大節(jié)旋藻和Milli-Q水按照20 mL/g干生物質(zhì)的比例進(jìn)行混合，超聲功率為750 W，頻率為20 Hz，超聲探頭直徑為25 mm，超聲振幅為80%，超聲時(shí)間為16 min，脈沖是5 s開(kāi)和5 s關(guān)，超聲過(guò)程中采用冰浴方式控制樣品溫度，超聲后所得漿料，立即用0.5 mol/L醋酸水溶液將漿料pH分別調(diào)至3.0、3.5、4.0、4.5、5.0和5.5，隨后2 500 g和4 ℃條件下離心30 min，收集的上清液即為極大節(jié)旋藻粗提液。

1.3.2 活性炭純化藻藍(lán)蛋白粗提液。

上一步所得粗提液，加入不同濃度活性炭，如1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%和8%（w/v），溶液在不同轉(zhuǎn)速（200、400、600、800、1 000、1 200和1 400 r/min）條件下混勻不同時(shí)間（2、4、6、8、10和12 min），所有操作在室溫（25 ℃）條件下進(jìn)行。處理后的樣品溶液通過(guò)20 000 g離心30 min，收集上清液，上清液中C-PC的濃度、純度和回收率通過(guò)測(cè)定樣品在280、620和650 nm條件下的吸光值并按照“1.3.4”中的方程式（1）、（2）和（3）計(jì)算。

1.3.3 蛋白質(zhì)含量測(cè)定。

蛋白質(zhì)含量用商業(yè)化試劑盒（TP0300-1KT）的Lowry法進(jìn)行測(cè)定［14］。測(cè)定過(guò)程：200 μL經(jīng)過(guò)適當(dāng)稀釋的樣品溶液和200 μL的Lowry試劑溶液（試劑盒提供）混勻（1.5 mL離心管進(jìn)行）并簡(jiǎn)短離心后，室溫條件（25 ℃）避光放置 20 min，然后加入100 μL福林酚試劑，混勻并簡(jiǎn)短離心后，室溫避光孵育30 min，將100 μL反應(yīng)液移入96孔板（LOT-31018020）中，測(cè)定560 nm處的吸光值，每個(gè)樣品3個(gè)平行樣，BSA作為標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)樣品繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.4 測(cè)定C-PC含量和純度。

液氮研磨用于測(cè)定原材料極大節(jié)旋藻中總C-PC的含量［15］。將100 mg極大節(jié)旋藻干粉放入研缽中，加入2 mL磷酸鹽緩沖液（10 mmol/L，pH 7.0），充分混勻后緩慢加入液氮，待凝固后充分研磨，液氮揮發(fā)完畢后，再加入同樣量的液氮，繼續(xù)研磨，這一過(guò)程至少重復(fù)2次。研磨后的漿料轉(zhuǎn)入2 mL離心管，16 000 g和4 ℃條件下，離心30 min，上清液轉(zhuǎn)入一個(gè)新的15 mL離心管，4 ℃儲(chǔ)存用于測(cè)定C-PC含量。殘?jiān)性偌尤? mL磷酸鹽緩沖液，重復(fù)上述液氮研磨的過(guò)程，這一過(guò)程至少重復(fù)3次，確保原材料中C-PC得到充分回收。最后將所有上清液收集在一起，測(cè)定上清液中C-PC的含量，C-PC的純度和含量按照下式進(jìn)行計(jì)算［16-18］：

C-PC濃度（mg/mL）=（A620-0.474×A650）/5.34（1）

C-PC純度（Purity）= A620A280（2）

C-PC回收率（Yield）（%）=C2×V2C1×V1（3）

式（3）中：C2和V2分別是C-PC的濃度和樣品體積，C1和V1分別是上一步中C-PC的濃度和體積。

1.3.5 等溫吸附模型。

所有試驗(yàn)的混勻過(guò)程都在15 mL離心管中、室溫條件（25 ℃）和200 r/min轉(zhuǎn)速條件下進(jìn)行。第1步是確定接觸時(shí)間和吸附平衡時(shí)間的影響，0.18 g活性炭和4 mL在pH 5.0條件下收集的上清液混合后，在室溫條件混勻0.5～24 h。第2步是確定上清液中起始C-PC濃度和總蛋白質(zhì)濃度對(duì)吸附的影響，pH 5.0條件下收集的上清液分別稀釋2、4、6、8和10倍，每4 mL樣品溶液加入0.18 g活性炭，200 r/min轉(zhuǎn)速條件下混勻12 h。第3步是研究活性炭的用量對(duì)吸附行為的影響，0.09、0.18、0.27、0.36、0.45和0.54 g活性炭分別與4 mL經(jīng)過(guò)10倍稀釋的上清液混合，200 r/min轉(zhuǎn)速下混勻24 h。所有樣品處理完畢后，20 000 g和4 ℃條件下離心30 min，收集上清液，按照方法“1.3.3”和“1.3.4”分別測(cè)定總蛋白質(zhì)和C-PC含量。

1.3.6 測(cè)定吸附能力和計(jì)算去除百分比。

與動(dòng)力學(xué)相關(guān)參數(shù)按照以下方程進(jìn)行計(jì)算：

A（%）=（C0-Ce）×100/C0

qt=（C0-Ct）×V/m

qe=（C0-Ce）×V/m

式中：A（%）、C0（mg/L）、Ct（mg/L）、 Ce（mg/L）、 V（L）、 qt（mg/g）、qe（mg/g）和 m（g）分別為清除率（清除百分比）、被吸附溶質(zhì)的起始濃度、被吸附溶質(zhì)在時(shí)間t時(shí)的濃度、被吸附溶質(zhì)的終/平衡濃度、樣品體積、活性炭在時(shí)間t的吸附能力、活性炭在平衡狀態(tài)時(shí)的吸附能力和活性炭的質(zhì)量。

1.3.7 Langmuir 等溫吸附模型。

Langmuir 等溫吸附模型可以用以下方程表示：

Ceqe=1klqe+Ceqm

式中，kl（L/mg）和qm分別為L(zhǎng)angmuir常數(shù)和材料的最大吸附能力，作圖時(shí)采用Ce和Ce/qe之間的關(guān)系進(jìn)行作圖。

1.3.8 Freundlich 等溫吸附模型。

Freundlich 等溫吸附模型可以通過(guò)下列方程表示：

logqe=logkf+1nlogCe

式中的 kf［（mg/g）（L/g）1/n］和n都是Freundlich常數(shù)，作圖時(shí)選用logCe和logqe之間的關(guān)系進(jìn)行作圖。

1.3.9 Temkin 等溫吸附模型。

Temkin 等溫吸附模型用以下方程表示：

qe=Blogkt + BlogCe

式中，B（L/g）和kt（L/mg）都是 Temkin 常數(shù)，作圖時(shí)采用logCe和qe的數(shù)據(jù)關(guān)系進(jìn)行作圖。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)都是3次重復(fù)進(jìn)行分析測(cè)定，數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差的方式展示，并通過(guò)多重比較檢驗(yàn)確定統(tǒng)計(jì)顯著性，數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布（Shapiro-Wilks檢驗(yàn)，P>0.05），方差齊次（Levene檢驗(yàn)，P>0.05）。當(dāng)P<0.05被認(rèn)為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 活性炭純化C-PC

極大節(jié)旋藻經(jīng)過(guò)破壁處理并調(diào)節(jié)漿料pH離心后，上清液被用于繼續(xù)純化C-PC。在純化過(guò)程中，一些因素可能會(huì)影響C-PC的純度和得率，如pH、渦旋速度和活性炭濃度。第1步是確定pH對(duì)C-PC純度和得率的影響，每2 mL上清溶液加入1%（w/v）活性炭，所得上清液分別調(diào)節(jié)超聲后的漿料pH至3.0、3.5、4.0、4.5、5.0和5.5，然后1 400 r/min渦旋速度混勻4 min，處理結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)pH 5.0條件具有最高的純度值，為2.4，pH 5.0條件下，C-PC回收率為78.1%，pH 5.5條件下C-PC的純度和回收率分別為1.7和81.1%（圖1 A）。在處理過(guò)程中，優(yōu)先考慮C-PC純度，因此，在后續(xù)優(yōu)化過(guò)程中，選擇pH 5.0的上清液進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化試驗(yàn)。

第2步是研究渦旋速度對(duì)C-PC純度和回收率的影響。1%活性炭加入2 mL樣品溶液中（pH 5.0條件下收集的上清液），在渦旋速度分別為200、 400、 600、 800、 1 000、 1 200和1 400 r/min條件下處理 4 min。結(jié)果顯示，不同渦旋速度對(duì)C-PC的純度和回收率沒(méi)有顯著影響，在200 r/min條件下，C-PC的純度和回收率分別為2.8和70.6%（圖1 B）。

第3步是確定混合時(shí)間對(duì)C-PC純度和回收率的影響，1%活性炭加入2 mL樣品溶液中，200 r/min條件下分別渦旋 2、4、6、8、10和12 min，結(jié)果顯示，渦旋時(shí)間對(duì)C-PC的純度沒(méi)有顯著影響，但是C-PC的回收率隨著混勻時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)。在混勻2 min條件下，C-PC的純度和回收率分別是3.1和63.2%（圖1 C）。

最后一步測(cè)定了活性炭的添加量對(duì)C-PC的純度和回收率的影響。不同濃度活性炭（1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%和8%）分別加入2 mL樣品溶液中，200 r/min條件下渦旋 2 min，結(jié)果顯示，當(dāng)活性炭濃度為4%時(shí)，C-PC的純度最高，為3.3，此時(shí)C-PC的回收率為60.7%。當(dāng)活性炭濃度為 3%、 4%、 5%、 6%和7%時(shí)，C-PC的純度差異不顯著，但是C-PC的回收率會(huì)隨著活性炭濃度的增大而降低，這表明活性炭在吸附雜蛋白的同時(shí)也會(huì)吸附C-PC（圖1 D）。綜上所述，活性炭純化C-PC的最適條件為pH 5.0、4%活性炭、200 r/min條件下混勻2 min即可，在該條件下，C-PC的純度從0.45升高至3.31，能夠滿足食品和化妝品級(jí)別藻藍(lán)蛋白的純度標(biāo)準(zhǔn)［2］。

2.2 不同步驟所得C-PC特征表征

不同過(guò)程所得C-PC通過(guò)紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)在200～800 nm范圍內(nèi)進(jìn)行全波長(zhǎng)掃描，以評(píng)估C-PC在不同過(guò)程中結(jié)構(gòu)是否保持完整。首先，對(duì)比不同pH條件所得上清液和商業(yè)產(chǎn)品C-PC（圖2 A），pH對(duì)C-PC的吸收光譜圖有重要影響，圖2 A顯示，商品化C-PC和pH 4.5、5.0和5.5在615～620 nm處有吸收峰，這與C-PC的特征吸收峰是一致的，而pH 3.0、3.5和4.0條件下所得上清液在615～620 nm處無(wú)吸收峰。峰的高度和pH大小成正比，在pH 5.0和5.5條件下，吸收峰的值顯著高于其他pH條件。

圖2B顯示，pH 5.0條件下所得上清液中C-PC和經(jīng)過(guò)活性炭純化后的C-PC波譜圖，所有樣品在615～620 nm有特征吸收峰，但是特征吸收峰的高度不同，活性炭純化后的樣品在615～620 nm間的吸光值高于pH 5.0所得上清液在該波段的吸光值，也高于商品化C-PC在該波段的吸光值。同時(shí)活性炭純化所得C-PC樣品具有與商品化C-PC同樣的波譜特征。值得注意的是，經(jīng)過(guò)活性炭純化后，樣品在200～450 nm的吸收光譜發(fā)生了顯著變化。

2.3 處理過(guò)程中C-PC的純度和得率

表1歸納了不同步驟所得C-PC的純度和得率，原材料極大節(jié)旋藻中總的C-PC含量約為藻粉干重的6.7%，略低于其他文獻(xiàn)報(bào)道的7.7%的含量［19］。C-PC的含量受培養(yǎng)環(huán)境、藻種和干燥方式的影響較大，其最高含量可達(dá)螺旋藻總蛋白質(zhì)含量的20%，這遠(yuǎn)高于極大節(jié)旋藻中C-PC的含量（11.4%）［20］。破壁后C-PC的得率低于預(yù)期，可能的原因是，Milli Q水在復(fù)雜體系中溶解C-PC的能力有限，因?yàn)槠票诤笤S多水溶性的生物分子從細(xì)胞中釋放出來(lái)，包括蛋白質(zhì)、多糖、維生素、色素和一些無(wú)機(jī)鹽等，這些化合物都會(huì)和C-PC競(jìng)爭(zhēng)水的溶解能力。有研究對(duì)比了不同鹽溶液提取C-PC的得率，如KNO3、NaCl、NaNO3和磷酸鹽的緩沖液，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蒸餾水對(duì)極大節(jié)旋藻提取C-PC的得率較其他鹽溶液低［19］。但是，該研究的目的是為了開(kāi)發(fā)綠色可循環(huán)的制造工藝制備高純度C-PC，因此選用MilliQ水作為提取的溶劑，另外，生物煉制生物資源開(kāi)發(fā)多重產(chǎn)品是循環(huán)制造方法的核心［21］。除此之外，有機(jī)或者無(wú)機(jī)的溶劑或者鹽都會(huì)對(duì)超聲輔助的提取過(guò)程造成負(fù)面影響，同時(shí)，無(wú)論使用何種緩沖液作為提取溶劑都會(huì)增加C-PC的生產(chǎn)成本。

C-PC在破壁后并調(diào)節(jié)pH和活性炭分離純化過(guò)程中的得率分別為84.2%和60.7%（表1），純度分別為0.45和3.31，純度高于0.7即可用于食品行業(yè)，而純度高于2.0可以用于化妝品行業(yè)［2］。因此，該方法可快速制備食品和化妝品級(jí)藻藍(lán)蛋白。

2.4 吸附動(dòng)力學(xué)研究

考慮到活性炭可能是一種優(yōu)異并可

規(guī)模化純化C-PC的材料，筆者進(jìn)一步研究了活性炭吸附

C-PC和蛋白質(zhì)的動(dòng)力學(xué)方程，探討活性炭純化C-PC可能

的作用機(jī)理。3個(gè)等溫模型包括Langmuir、Freundlich和Temkin被用于分析試驗(yàn)結(jié)果并確定最佳模型。

2.5 接觸時(shí)間和活性炭用量的影響

圖3A和圖3B顯示，活性炭的吸附速率在前4 h非常迅速，在活性炭處理4 h，C-PC和總蛋白質(zhì)的吸附量分別達(dá)到總量的76%（圖3 A）和93%（圖3 B）。4 h以后，活性炭對(duì)C-PC和總蛋白質(zhì)的吸附能力增長(zhǎng)緩慢并達(dá)到平臺(tái)期，在此之后，活性炭的吸附量逐漸增加，在12 h達(dá)到平臺(tái)期，盡管對(duì)C-PC的qt值在16 h后仍有少許增加，但是增加不顯著。因此，12 h可以確認(rèn)為活性炭吸附C-PC和總蛋白質(zhì)的平衡時(shí)間，在隨后的試驗(yàn)中，12 h被設(shè)為吸附的平衡時(shí)間。

2.6 起始樣品中C-PC和總蛋白質(zhì)濃度對(duì)活性炭劑量的影響

pH 5.0條件下收集的上清液分別稀釋2、4、6、8和10倍用于研究起始C-PC和總蛋白濃度對(duì)活性炭吸附行為的影響（活性炭用量是0.18 g）。結(jié)果顯示，隨著C-PC（圖4）和總蛋白質(zhì)（圖5）起始濃度的增大，qe值也隨之增大，而A呈相反趨勢(shì)，其隨著起始C-PC和總蛋白質(zhì)濃度的增加而降低，這是由于在較低的起始C-PC和總蛋白質(zhì)濃度條件下，活性炭表面擁有較多的結(jié)合位點(diǎn)，可以吸附更多的C-PC和總蛋白質(zhì)。

當(dāng)活性炭劑量從45 g/L增加到135 g/L時(shí)，C-PC和總蛋白質(zhì)的A迅速達(dá)到或接近平臺(tái)期（圖6），在此之后，繼續(xù)增加活性炭的劑量并不會(huì)吸附更多的C-PC和總蛋白質(zhì)，原因是絕大多數(shù)C-PC和雜蛋白質(zhì)被活性炭吸附了，繼續(xù)增加活性炭的劑量，并不會(huì)有額外的C-PC和雜蛋白質(zhì)被吸附。

2.7 吸附動(dòng)力學(xué)

吸附動(dòng)力學(xué)選用0.18 g活性炭，4 mL經(jīng)過(guò)稀釋不同倍數(shù)（2、4、6、8和10）的上清液，200 r/min混

勻速度，25 ℃條件下，混勻12 h，所有參數(shù)通過(guò)Langmuir、Freundlich和Temkin等溫模型進(jìn)行分析［22］。從這些結(jié)果可以看出，Langmuir模型可以用來(lái)解釋活性炭吸附C-PC的行為，因?yàn)樵撃Ｐ退鶚?gòu)建的動(dòng)力學(xué)方程在3個(gè)模型中R2=0.997 2，R2優(yōu)于Freundlich（R2=0.944 2）和Temkin（R2=0.988 8）模型。這表明在該條件下，活性炭對(duì)C-PC的吸附是固定位點(diǎn)的單層吸附，吸附機(jī)理包括氫鍵作用、靜電相互作用、離子交換和π-π相互作用［23-24］。通過(guò)截距和斜率可以計(jì)算出kl和qm值分別為0.087 6和10.49 mg/g（表2）。

活性炭對(duì)總蛋白質(zhì)的平衡等溫吸附線對(duì)應(yīng)方程的參數(shù)見(jiàn)表2。從這些數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)于總蛋白質(zhì)，F(xiàn)reundlich 等溫模型比其他2個(gè)模型更能準(zhǔn)確地描述活性炭對(duì)極大節(jié)旋藻蛋白質(zhì)的吸附行為，因?yàn)槠湎嚓P(guān)系數(shù)值R2=0.991 1，高于Langmuir模型的0.977 7和Temkin模型的0.909 7。這表明活性炭的表面是非均一的，其對(duì)于上清液中總蛋白質(zhì)的吸附是非均一的多層級(jí)吸附［25］。原因可能是上清液中其他蛋白質(zhì)在pH 5.0條件下，帶有更多的負(fù)電荷，這使得他們更

容易被帶有正電荷的活性炭吸附［22］。同時(shí)，蛋白質(zhì)的分子

質(zhì)量在吸附過(guò)程中也發(fā)揮了重要作用［26］。通過(guò)斜率和截距可以計(jì)算出Freundlich吸附模型的kf和n值分別為8.435 3（mg/g）（L/g）1/n和3.400 0。

活性炭對(duì)于C-PC和總蛋白質(zhì)吸附等溫模型的差異可以用于解釋吸附過(guò)程的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，以及為何活性炭可以用于純化C-PC，其主要原因在于在同樣的接觸時(shí)間、pH、混合速度和活性炭用量條件下，活性炭對(duì)總蛋白質(zhì)中的雜蛋白（非C-PC蛋白質(zhì)）具有更高的吸附能力，盡管有部分C-PC也會(huì)被活性炭吸附，但是活性炭對(duì)于雜蛋白質(zhì)去除的百分比遠(yuǎn)高于對(duì)C-PC去除的百分比，因此，可以考慮利用活性炭這一廉價(jià)材料大量制備高純度的C-PC。

3 結(jié)論

該研究開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)單且環(huán)保的工藝，用于從A.maxima中生產(chǎn)高純度的C-PC（純度 > 3.0）。最重要的改變是在細(xì)胞破壁后立即調(diào)節(jié)漿料的pH，可以快速實(shí)現(xiàn)漿料的液固分離，隨后利用活性炭對(duì)上清液進(jìn)行進(jìn)一步純化既可以得到高純度的C-PC，通過(guò)進(jìn)一步純化將C-PC的純度從0.45提高到3.31。筆者也進(jìn)一步地分析了活性炭作用于C-PC和總蛋白質(zhì)的等溫吸附模型，結(jié)果顯示，Langmuir和Freundlich模型可以分別用于解釋活性炭的對(duì)C-PC和總蛋白質(zhì)的吸附行為，這說(shuō)明活性炭對(duì)C-PC的吸附只是單層吸附，而對(duì)于總蛋白的吸附是多層級(jí)的，在pH 5.0條件下，活性炭更容易吸附其他蛋白質(zhì)而不是C-PC，從而達(dá)到快速純化C-PC的目的。

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