УДК 637.344.8:661.183Адсорбция белка на природных сорбентах Пирузян А.В., Боковикова Т.Н., Найденов Ю.В.Кубанский Государственный Технологический УниверситетАннотация В работе исследован процесс сорбции водорастворимого белка природными сорбентами (цеолитом, вермикулитом) и сорбентом из отходов растительного сырья – стрежней початков кукурузы. Установлен наиболее эффективный сорбент, получены технологические характеристики адсорбционного процесса, позволяющие рекомендовать данный сорбент для очистки сточных вод.^ Ключевые слова: сорбенты, белок, адсорбционная емкость, сорбция.В настоящее время большое внимание исследователей уделяется очистке производственных сточных вод, с целью выделения и утилизации биологически ценного продукта - белка [1]. Простым и эффективным методом очистки воды является адсорбция. Как следует из анализа литературных источников, адсорбционная очистка в большинстве случаев обеспечивает получение воды требуемого качества при разнообразном органическом составе воды, поступающей на обработку [2]. Обычно в водоподготовке используются угольные или синтетические сорбенты. Однако они имеют ряд недостатков: в связи с тем, что регенерация сорбентов неэффективна, эти сорбенты одноразового использования, с трудом утилизируются, экономически не целесообразны, при этом часто токсичны. Поэтому перспективным является применение в водоподготовке природных сорбентов [3]. Целью нашего исследования является проведение сравнительной оценки адсорбции сывороточного белкового альбумина на природных сорбентах: цеолите и вермикулите и сорбенте на основе стержней початков кукурузы. Стержни початков кукурузы представляют собой целлюлозосодержащий сорбент, являются отходом растительного сырья и поэтому могут быть использованы в очистке воды в неограниченных количествах. Для получения высокоэффективного и при этом дешевого сорбента стержни початков кукурузы предварительно измельчают, подвергают обработке горячим водяным паром при температуре более 500оС. Обработка водяным паром способствует удалению низкомолекулярных балластных веществ и развитию микро- и мезопор. При этом достигается высокая сорбционная емкость и гидрофобность полученного сорбента. Сорбционную активность исследуемых сорбентов по отношению к сывороточному белковому альбумину проводили в статических условиях. Для исследования сорбционной емкости образцы сорбентов по 2 г помещали в конические колбы и добавляли 200 мл раствора белка концентрацией 1000 мг/л. Сорбенты оставляли в контакте с раствором на 1,5 часа при периодическом перемешивании, после чего твердую фазу отделяли декантацией, определяли мутность раствора и содержание в нем остаточного белка. Мутность раствора определяли методом калориметрии по изменению оптической плотности при длине волны 590 нм. Остаточное содержание белка определяли методом Лоури с использованием калибровочных кривых [4]. На рис. 1 показана зависимость оптической плотности от времени контакта образцов сорбентов с раствором белка.Рис.1 – Изменение оптической плотности (D) от времени контакта сорбента с раствором белка. 1 – вермикулит; 2 – цеолит; 3 – стрежни початков кукурузы.Из рис. 1 видно, что оптическая плотность образцов исследуемых сорбентов со временем уменьшается, что говорит о способности данных образцов извлекать из растворов белок. Оптимальное время адсорбции белка составляет около 60 мин. Дальнейшее контактирование образцов сорбентов с раствором белка не дает существенных изменений оптической плотности.Адсорбционную емкость сорбентов определяли по формуле: А= где Сн – начальная концентрация белка в растворе, мг/л; Ск – конечная концентрация белка в растворе, мг/л; m - навеска сорбента, г; V - объем раствора белка, л.Наибольшей адсорбционной активностью по отношению к белку обладает образец №3 – стрежни початков кукурузы. Механизм сорбции белка обусловлен взаимодействием противоположно заряженных групп поверхности сорбента и молекул белка. Более эффективную сорбцию белка адсорбентом на основе стержней початков кукурузы можно объяснить специфическим взаимодействием пептидных групп в структуре белка с гидроксигруппами полипентоз, которые являются строительным материалом данного адсорбента. Менее эффективная сорбция белка на цеолите и вермикулите объясняется неспецифическим взаимодействием молекул белка с адсорбентом посредством сил Ван -дер -Вальса. При полном заполнении поверхности сорбентов коллоидными частицами произойдет переполяризация поверхности, и сорбция белка будет уменьшаться.Изотермы адсорбции данных образцов сорбентов показаны на рис.2Рис 2. – Изотермы адсорбции исследуемых сорбентов:1 - вермикулит; 2 – цеолит; 3 – стрежни початков кукурузы.В таблице 1 представлены значения адсорбционных емкостей данных образцов при начальной концентрации раствора белка 1000 мг/л.Таблица 1 Адсорбционные емкости исследуемых сорбентов Сорбент Конечная концентрация белка в растворе, мг/л Адсорбционная емкость, мг/г 1. Вермикулит 720 28 2. Цеолит 280 72 3. Стержни початков кукурузы 160 84 Степень извлечения белка из раствора определяли по формуле:α= Проведенное исследование показало, что максимальной сорбционной активностью по отношению к белку обладает сорбент на основе стрежней початков кукурузы (α=84%). Для сорбента на основе цеолита α=72%, а для сорбента на основе вермикулита α=28%. Полученные результаты позволяют рекомендовать образец на основе стрежней початков кукурузы в качестве сорбента для извлечения из производственных сточных вод ценного продукта – белка. При использовании данного сорбента не требуется дополнительных затрат на регенерацию сорбента, а также необходимых реагентов для извлечения белка (слабые кислоты, щелочи, нейтральные кислоты) с дальнейшей тепловой денатурацией полученного раствора в кислой среде [5] . Помимо высокой адсорбционной емкости сорбент на основе стержней початков кукурузы является отходом растительного сырья – экономически целесообразен и экологически чистый. Отработанный сорбент кроме биологически ценного белка содержит клетчатку, что может найти применение в качестве кормовой добавки в животноводстве.Список литературы Шапкин Н.П., Жамская Н.Н., Скобун А.С. и др. Адсорбция белков и жиров из сточных вод пищевых предприятий на природных сорбентах// Известия Вузов. Пищевая технология , №4, 2001. С.36-38. Когановский А.М. Адсорбция органических веществ из воды. Л., Химия. – 1990. – 256с. Тарасевич Ю.И. Природные сорбенты в процессах очистки воды. Киев. Наукова думка, 1981. – 278с. Lowry O.H., Rosebrough N.J., Farr A.L., Randall R.J. Protein measurement with Folin phenol reagent // J. Biol. Chem.1951. V.193.№1. Р. 265 -275 Щербак Б.Ф. Способы и средства извлечения белково – жировых отходов из производственных стоков мясокомбинатов с целью использования их в производстве кормовых и технических продуктов. Обзорная информация. – М.: ЦНИИТЭИ мясмолпром., 1979. – 21с.