Адсорбционные свойства хитозана по отношению к белковым веществам

График (рис. 3) имеет вид плавно восходящей кривой с горизонтальным участком после насыщения. При этом, в зависимости от скорости потока белоксодержащего раствора через слой сорбента, на графике адсорбции наблюдается от 1 до 3-4 точек перегиба. Вблизи точек перегиба кривая имеет практически горизонтальный участок, что свидетельствует о постоянной концентрации белка на выходе из колонки. Нами отмечено, что при малых скоростях потока (менее 0,1 мл/мин) у кривой отмечен один горизонтально вытянутый участок перегиба. В интервале скоростей потока от 0,1 до 0,5 мл/мин в зависимости от концентрации исходного раствора белка кривая имеет до 4 участков перегиба. При скоростях потока более 0,5 мл/мин перегибы кривой встречаются редко или отсутствуют совсем. При достижении насыщения поверхности сорбента белком кривая выходит на горизонтальный участок насыщения, на котором не фиксируются изменения концентрации белка в фильтрате. Отклонения участка от горизонтали сопоставимы с дрейфом базовой линии при работе в высоких диапазонах чувствительности детектора. Однако при достаточно продолжительном пропускании раствора белка через слой сорбента, особенно при малых скоростях потока, наблюдается появление в фильтрате фракции с поглощением, превышающим поглощение исходного раствора (рис. 4). При этом увеличение концентрации белка может составлять до 12 % от его количества, пропущенного через колонку на участке насыщения. По-видимому, наблюдавшийся эффект является результатом полислойной адсорбции и следствием особенностей и равновесного характера процессов сорбции и десорбции. Таким образом, он обусловлен активностью поверхности твердой фазы, определяемой величиной ее поверхностного потенциала (величиной удельной поверхности) или взаимодействием функциональных групп в процессе элюирования белка (биохимическими свойствами белка: его молекулярной массой, изоэлектрической точкой и пространственной конфигурацией).

D280, Аи 0,025

0,02

0,015

0,01

0,005

i -4

р ......V..................

Рис. 4. Кривая сорбции альбумина при фильтрации через слой хитозана Fig. 4. Curve of Albumin filtration through chito-san layer

0 10 20 30 40

50 60 70 80 90 Объем фильтрата, мл

Десорбцию протеина с поверхности хитозана можно наблюдать в условиях перенасыщения сорбента сорбируемым веществом в следующем эксперименте.

В колонку с хитозаном (0,25 г), уравновешенную водой, инжектировали 500 мкл раствора яичного альбумина с содержанием белка 50 мг (что вдвое превышает емкость образца по яичному альбумину). Колонку промывали 25 мМ фосфатным буфером, рН 7,3. Интенсивность зарегистрированного пика составила 24 % от поглощения исходного раствора

124

Сравнение сорбционной емкости хитозанов по отношению к белковым веществам выявляет хорошую корреляцию с величиной удельной поверхности хитозана. Данные, подтверждающие это положение, приведены в табл. 1. Сорбционная емкость хитозана представлена количеством белка (мкМ), сорбируемого 1 г порошкообразного полимера.

Таблица 1

Зависимость сорбционной емкости хитозана от величины его удельной поверхности

Table 1

Dependence of chitosan''s absorbtion capacity on its specific surface

Удельная поверхность хитозана, м2/г Белок MW, KDa Сб , белка М /л Сорбционная емкость, мкМ/г Сорбционная емкость 1 м2 поверхности, мкМ белка

9,0-10,5 43 2,5  10-5 1,31 0,134

67 1,5  10-5 1,63 0,167

132 1,0  10-5 1,75 0,179

12,0-13,0 43 2,5  10-5 1,66 0,133

67 1,5  10-5 2,06 0,164

132 1,0  10-5 2,21 0,177

16,0-16,5 43 2,5  10-5 2,11 0,130

67 1,5  10-5 2,71 0,167

132 1,0  10-5 2,89 0,178

18,0-18,7 43 2,5  10-5 2,45 0,134

67 1,5  10-5 3,05 0,166

132 1,0  10-5 3,17 0,173

Из сравнения экспериментальных данных, приведенных в табл. 1 для образцов хитозана с различными показателями удельной поверхности, можно сделать следующие выводы: во-первых, емкость хитозана по отношению к белкам возрастает с увеличением их молекулярной массы и удельной поверхности сорбента; во-вторых, этот показатель функциональности сорбента в пересчете на 1 м2 его поверхности является величиной постоянной. Это позволяет утверждать, что модель физико-химического взаимодействия сорбента и сорбируемого вещества, исключающая необратимое химические взаимодействия с образованием кова-лентных связей, вполне пригодна для описания процессов сорбции белка на поверхности сорбента. При этом для сравнения различных образцов хитозана и оценки их относительной сорбционной способности необходимо учитывать различия величин удельных поверхностей образцов.

Известно, что водные растворы хитозана проявляют свойства слабого поликатионита, что обусловливает его применение в качестве фло-кулянта отрицательно заряженных дисперсий, в том числе биоколлоидов. Небольшие добавки хитозана снижают мутность заилованных вод, сточных вод целлюлозо-бумажных комбинатов. Хитозан образует полиэлектролитные комплексы с растворами полианионитов, полимыл и ПАВ, которые легко выделяются из растворов. Хитозан является превосходным флокулянтом дрожжевых суспензий, микроорганизмов активного ила, микроводорослей (Takeshi, Tomida, 1979).

Ограничением использования хитина и хитозана в качестве флоку-лянтов в процессах водоподготовки и водоочистки является незначительная способность к растворимости: хитин растворяется только в концентрированных растворах кислот, хитозан - в разбавленных растворах органических и минеральных кислот.

126