基于分级多孔海藻酸钠超细纳米纤维的气凝胶纤维聚集体用于增强溶菌酶的分离与纯化

《Food Chemistry》：Hierarchically porous sodium alginate ultra-fine nanofiber-based aerogel fiber aggregates for enhanced lysozyme separation and purification

　　

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  SANFAFs通过离心湿法纺丝和非溶剂诱导相分离法制备而成。
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  SANFAFs具有10–50 μm的大孔和20–50 nm的纳米孔。
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  其静态和动态容量分别达到了2842.43 mg/g和106.19 mg/mL。
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  SANFAFs实现了从预处理鸡蛋白中对溶菌酶的富集和回收。

引言

由于具有卓越的生物活性、生物相容性和安全性，食品来源的功能蛋白被广泛应用于食品、生物医学和动物饲料行业 (Rivero-Pino, 2023; M. Zhao et al., 2023)。鸡蛋白是高质量蛋白质的代表性来源，含有超过40种蛋白质成分，包括卵白蛋白、卵转铁蛋白和溶菌酶等主要生物活性成分 (Sun et al., 2025)。溶菌酶是一种天然抗菌酶，对革兰氏阳性菌、真菌和某些病毒具有活性 (Wu et al., 2019)。因此，它被广泛应用于食品保鲜、婴儿配方奶粉、抗菌敷料和动物饲料添加剂 (Li et al., 2021)。随着对功能性食品配料和生物制药产品需求的增长，高效回收高纯度溶菌酶的方法得到了推动发展 (Jiang et al., 2024)。

然而，由于原料中蛋白质浓度高且成分复杂，从鸡蛋白中纯化溶菌酶仍然具有挑战性 (Bayramoglu & Yakup Arica, 2021)。结构相似的蛋白质众多使得选择性回收变得困难，而溶菌酶的结构敏感性要求在加工过程中保持温和的条件以维持其活性 (Show et al., 2021)。此外，食品相关应用要求分离介质无毒且具有良好的生物相容性，这限制了某些传统合成配体的使用 (Yan et al., 2026)。传统的溶菌酶回收方法，包括盐析、超滤和结晶，可能存在选择性有限、能耗相对较高以及潜在的产品降解等问题 (Ercan & Demirci, 2016)。离子交换色谱 (IEC) 是一种有效的蛋白质分级方法，因为它结合了高选择性和温和的操作条件 (Do?an et al., 2026)。然而，传统的琼脂糖基质通常需要进行额外的化学修饰以引入离子交换基团。其相对较长的扩散路径和有限的机械强度也可能限制传质和柱性能 (Chen et al., 2025; Z. Liu et al., 2017; Nweke et al., 2017)。因此，兼具高结合容量、快速传质、机械稳定性和生物相容性的分离介质仍然是一个理想的目标。

海藻酸钠 (SA) 是一种来源于褐藻的可持续多糖，是用于环境责任型色谱介质的前景材料 (X. Feng et al., 2026)。在近中性水溶液中，SA的聚合物主链上含有大量羧酸盐基团，使聚合物无需额外的配体接枝即具有固有的阳离子交换功能 (X. Feng et al., 2026)。这一特性简化了制备过程并减少了额外化学试剂的使用。SA的高亲水性和温和的凝胶化行为有利于维持敏感蛋白质的构象和活性 (Dou et al., 2019)。然而，传统的基于SA的吸附剂（通常通过冰晶模板法和冷冻干燥制备）可能具有有限的比表面积和难以控制的孔隙结构 (J. Xu et al., 2024)。这些特性可能限制了结合位点的可及性并降低了聚合物的有效利用率。最近的研究表明，SA链可以通过分子间氢键形成超细纳米纤维，为构建多孔材料提供了一条潜在的途径 (L. Wang et al., 2024)。然而，SA纳米纤维作为吸附介质尚未得到充分探索，特别是关于分级多孔性、传质和蛋白质分离性能之间的关系。

在本研究中，通过结合非溶剂诱导相分离和离心湿法纺丝，随后进行共价和离子交联，制备了分级多孔海藻酸钠纳米纤维基气凝胶纤维聚集体 (SANFAFs)。所设计的架构旨在提供微尺度通道以实现高效的对流传输，并提供纳米尺度孔隙以实现高密度的蛋白质结合。以溶菌酶作为模型蛋白，系统评估了SANFAFs在静态和柱条件下的吸附和分离性能。该材料的应用性在复杂的蛋白质原料——生鸡蛋白中得到了进一步考察。

章节摘要

材料

乙醇、海藻酸钠 (SA，批号：20251113，Mw≈180 kDa，M/G = 1.54)、戊二醛 (GA，25%水溶液)、异丙醇、溴酚蓝、吐温80、考马斯亮蓝G-250、氯化钙 (CaCl₂)、盐酸 (HCl，37%水溶液)、氯化钠 (NaCl)、氢氧化钠 (NaOH)、乙腈、磷酸和2,4-二硝基苯肼 (DNPH) 均由国药集团化学试剂有限公司提供。Tris-HCl、PBS缓冲盐粉、Tris缓冲盐粉、牛

SANFAFs的设计

深海海绵通过分层组织的孔隙系统实现了高通量的有效过滤。大孔口 (ostia) 促进大量流体的摄取，分支内部通道促进低阻力传输和初步的尺寸排阻，而纳米级领细胞腔 (choanocyte chambers) 则提供了用于分子捕获的广泛表面积。受此多尺度过滤策略的启发，我们设计了一种具有连续且相互连通的分级孔隙网络的色谱介质，以克服

结论

总之，通过结合离心湿法纺丝和非溶剂诱导相分离，随后进行共价和离子交联，制备了分级多孔海藻酸钠纳米纤维基气凝胶纤维聚集体 (SANFAFs)。所得材料包含相互连通的微米和纳米级孔隙。形貌分析表明，超细纳米纤维结构是通过溶剂诱导相分离、颗粒组装以及随后的结构粗化形成的。

CRediT作者身份贡献声明

Pan Cheng：撰写 – 原稿，概念化。 Peiling Tang：监督，调查。 Chuang Zhang：形式分析。 Dong Yang：验证。 Dengke Li：调查。 Xinyu Zhang：数据整理。 Xintao Zheng：方法学。 Xiao Chen：方法学。 Qihao Guo：形式分析。 Liping Zhu：资源。 Ke Liu：撰写 – 原稿，获取资金。 Dong Wang：监督。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

作者感谢武汉纺织大学分析与测试中心的熊义博士提供的SEM测试协助。 本研究得到了国家自然科学基金 (52503067, U23A20585, 52273061, 52373098)， 湖北省自然科学基金 (2023AFA086)， 湖北省教育厅科学技术研究项目 (20250155)， 武汉市科技计划项目 (2023030103010633)， 科学技术

Pan Cheng|Peiling Tang|Chuang Zhang|Dong Yang|Dengke Li|Xinyu Zhang|Xintao Zheng|Xiao Chen|Qihao Guo|Liping Zhu|Ke Liu|Dong Wang