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四環凍干—納豆激酶的凍干

更新時間:2023-08-18 點擊次數:372

納豆激酶的凍干



脈管栓塞、腦血栓中風、急性心肌梗死等心血管疾病,是當今社會中嚴重危害人們身體健康的主要疾病之一。納豆激酶有很好的溶解血栓的作用,且在體內的半衰期長達8天,比目前盛行的纖溶酶類藥品的半衰期長。此外,它還具有天然、無毒、口服與注射同樣有效,且作用迅速,可由細菌發酵生產等優點,故而可望開發成為新型的防治血栓病的藥物和保健品。納豆激酶是納豆菌經由大豆發酵制造出來的生物酶,是由275個氨基酸殘基組成的單鏈多肽,在低于40℃時活性相對穩定,高溫時會失去活性。凍干法是目前保存生物活性材料方便有效的一種干燥方法。通過開展納豆激酶凍干研究,優化凍干工藝參數,可以減小凍干過程中納豆激酶活性的損失,提高生產效率。西安工業大學的彭潤玲博士完成了納豆激酶的冷凍干燥研究。


一、納豆激酶物性參數的測定






含水率的測定




利用OHAUS公司生產的MB45型水分測定儀測定納豆激酶的含水率,取3次測量結果的平均值,確定實驗用納豆激酶溶液的含水率為95.57%。





共晶點和共熔點溫度的測定




用電阻測定法,測量曲線見圖4-6~圖4-9,確定納豆激酶溶液的共晶點和共熔點溫度為-23℃。

圖片圖片


二、納豆激酶凍干的實驗







納豆激酶溶液的凍結




采用真空蒸發凍結的方法,將裝有納豆激酶溶液的料盤放在凍干箱的擱板上,只給捕水器制冷到-40℃之后,開啟真空泵直接抽真空。隨著壓力降低,納豆激酶溶液內的自由水分蒸發加劇,外界不提供蒸發潛熱,吸收物料本身的熱量自然降溫而實現凍結。

生物酶溶液裝量厚度不同時,真空蒸發凍結過程中溫度隨時間的變化如圖5-29所示,厚度小時,降溫速率比較快,厚度較大時,降溫速率較慢,但對最終凍結溫度的影響不大,均低于-34℃的共晶點溫度。

圖片

納豆激酶溶液的厚度與降溫速率之間的關系如圖5-30所示,圖中離散點為實測值,實線為回歸方程曲線?;貧w方程為C=11.41608-0.50899h。

式中,c為降溫速率,℃/min;h為物料厚度,mm。相關系數R=0.99691。根據回歸方程可求出物料不同厚度(3~15mm)時的降溫速率。

圖片

真空度降到500Pa左右時,物料溫度迅速下降,同時可觀察到物料會起泡,甚至產生飛濺現象。另外在物料厚度超過10mm時,還會有二次沸騰現象。這是因為在500Pa左右,物料表面蒸發速率非???,物料上層會先凍結,物料下層來不及凍結,但之后凍結層上空壓力還在繼續減小,凍結層上下壓差產生的壓力大于凍結層的強度,會引起二次沸騰,蒸發加速,造成降溫速率又一次突然增加,這一點從圖5-29中也可以看出來。實驗過程中還發現若將擱板溫度預先降到-10℃,可大大減小因沸騰導致的飛濺現象。





納豆激酶溶液凍結物的干燥


上述納豆激酶溶液采用真空蒸發凍結方法凍結后,繼續抽真空,并用隔板加熱,以補充升華熱。圖5-31中為裝料厚度為6mm時,納豆激酶溶液的抽真空凍結干燥過程典型的工藝曲線。

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在納豆激酶含水量為95.57%的條件下,采用表5-14所示因素三水平的正交實驗,得出的綜合結果列于表5-15中。干燥后的納豆激酶含水量最高為4.64%。

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從表5-15極差R1可看出,凍干過程中幾個影響納豆激酶活力的因素主次順序是:控制溫度、凍結方式、真空室壓力、物料厚度。試驗4酶活力最高,工藝參數為控制溫度-5℃,裝料厚度6mm, 真空蒸發凍結,真空室壓力10Pa,干燥時間730min。從表5-15極差R1看出,凍干過程中幾個影響凍干總時間的因素主次順序是:物料厚度、凍結方式、控制溫度、真空室壓力,實驗3時間最短,但酶的活性不高,且一次加載的干燥量少,綜合考慮試4工藝最好。

圖片

納豆激酶物料厚度較小時,適合抽真空凍結干燥,抽真空凍結速率快,不僅酶活率高,還節省了預凍時間,且預凍時納豆激酶溶液內的自由水開始蒸發,干燥(濃縮)即已開始,縮短了總的干燥時間,提高了生產效率。

研發合理的凍干添加劑,如添加甘油、丙二醇、牛血清蛋白、明膠、海藻酸鈉等有利于縮短了總的干燥時間,提高了生產效率。提高酶的熱穩定性,可進一步提高酶的存活率,升高控制溫度,減少干燥時間。



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