如何实现蛋白质的低成本分离？

目前蛋白质的提取、分离和纯化过程主要围绕过滤、离心、沉淀和层析，这取决于产品的预期产量和纯度。过滤和离心通常不影响蛋白质结构，但不可能实现高选择性；沉淀会聚集蛋白质，从而影响其功能。就纯度而言，色谱法是最好的选择，它允许从混合物中分离单个蛋白质。
然而，蛋白质的脱附和层析柱的再生需要极端条件，这对产品质量产生负面影响并且可能导致蛋白质功能的改变。大多数解吸策略通过改变溶液条件（例如：pH或洗脱液的离子强度）去影响蛋白质的电荷和筛选长度，这导致了高洗脱剂用量，在大规模制备中对环境有不利影响。所以尽管固相色谱法是一种成熟的蛋白质分离方法，但由于化学密集且再生成本高昂，应用场景十分有限，主要集中在高附加值的蛋白分离过程（例如：生物制药）。
电吸附技术实现蛋白质的分离
电吸附技术中，吸附和解析的关键影响因素是极性和电荷（范德华力、静电力、水合力），同时络合、离子交换和微沉淀也可以发挥作用。因此，液相中不同物质对固定相具有不同的亲和力，这个过程可以是物理吸附、化学吸附或电吸附。

利用反向电吸附技术，通过将蛋白质吸附到涂覆有聚电解质的活性炭电极上和从活性炭电极脱附，来达到选择性分离蛋白质的目的。蛋白质吸附仅由于与电极的静电相互作用，这允许在电极之间的0V差下实现吸附，而蛋白质解吸则通过在电极之间施加电位差（−1.2 V）而触发。聚电解质的加入极大地增加了吸附的可逆性，并且盐的吸附和解吸以相反的顺序发生。

盐（红色和绿色圆点）和蛋白质（黑色散粒）吸附和解吸示意图。红色和绿色曲线表示聚电解质。在0V时，蛋白质吸附并释放盐（左图），而在−1.2 V时，蛋白质解吸并将盐储存在电极中（右图）。
电吸附过程中除了蛋白质，还需要考虑低分子量离子（Na 和Cl-），一些离子由于离子交换机制而被储存。在开路电位下，盐被释放，蛋白质被储存，而当电极偏置时，蛋白质被释放，盐被吸附。例如，乳清蛋白分离物与携带聚电解质的电极之间的吸附和解吸可以通过外部施加的电势来控制。由于与盐吸附和解吸相比，蛋白质吸附和解吸发生在相反的电位，这使得该过程也可用于蛋白质的脱盐。
改性电极的稳定性在10个周期内保持较高。一般来说，蛋白质的吸附量略小于解吸量，当吸附和解吸时间均设置为900或300秒时，发现相同的趋势。在这些时间，蛋白质的吸收量分别为5和3 mg g−1。只有当较长的吸附时间（1800秒）与较短的解吸时间（300秒）相结合时，发现量是相似的。
电吸附在分离领域有着低能耗、低污染、易解吸的特点，是绿色分离技术的重要发展方向。对于大分子蛋白的吸附而言，由于蛋白质和盐在相反的过程中被吸附和解吸，该方法有望在一个步骤中实现蛋白质的浓缩和脱盐，未来在食品加工和生物合成等行业有更大的发展前景。
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