蛋分鑒定評估方法（下）

7、實驗設計

圖表5中所示的實驗設備是採用一個40加侖的容器作為底缸，圖表7中所示的各種知名品牌蛋白分離器置於底缸上，回水口距水面3-5英寸，進行實驗比對。 蛋白分離器使用的上水泵都是製造商推薦的配置。水泵設置在底缸底部，使用軟連接與蛋白分離器相連。底缸內安裝了加熱設備，使底缸溫度保持在華氏77度，同時安裝了兩個泵頭幫助底缸進行水體循環。在實驗過程中，三個泵頭產生的能量足以保持水溫，因此，加熱設備很少開啟。底缸內的溫度始終在華氏75-79之間浮動。為確保測試準確，測試前使用蒸餾水運行24小時，而後使用蒸餾水配置海水循環。這個清洗過程在測試前至少進行5次，確保水中在添加有機物質前無雜誌。模型蛋白BSA (1.33毫克，純度96%，Sigma 化學公司生產) 被溶於35加侖預先配置好的海水中，以備實驗使用。我們進行了比對實驗，一組使用BSA模型蛋白實驗，另一組使用真實水族箱內的海水實驗，所有品牌的蛋白分離器都要單獨分析。 蛋白分離器檢驗。如圖7所示，這些蛋白分離器型號是根據製造商推薦的型號安裝的。反應倉內的體積已經在圖中標明了。每個蛋分都設置了製造商推薦的液面高度和上水泵。Euroreef CS80 使用自帶的Sedra 上水泵, 其它使用 Mag 9 上水泵.。Precision Marine 和 ETSS 蛋白分離器水流速度由Mag 9上的輸出旋鈕，按說明書調節，使水面保持在一定高度。 Euroreef CS80 液面高度由出水口控制。所有的水流速度都由單位時間內迴流水量測試。

圖表7測試圖 這些蛋白分離器是根據底缸尺寸選擇的，但並不表示完全適合與這個底缸尺寸。因此，這四個設備的重要參數有所不同，尤其是反應倉和氣泡產生方式。正如之前所討論的，數學模型中討論的反映倉體積應為實際充滿氣泡的液體體積Vs。 另外，不同的指導液面高度會導致不同的水流量。 這個數值必須作為變數參與公式計算，並作為最終討論蛋白分離器表現的依據。最終，我們不會去推斷其它任何未參與實驗產品的效率，儘管有可能是同一廠商生產的。

8、實驗結果

我們的解決方案是要得出一個評價蛋白分離器工作效率的科學方法。實驗中所使用的模型蛋白只是實驗工具之一。在試驗中，BSA作為模型蛋白有很多優勢， 除了之前列出的優點之外，它還是市面上能夠買到的最便宜，純度最高的蛋白。BSA溶解在海水中在蛋白分離過程中非常穩定，而且在在約等於1ppm濃度時還能很容易的檢測到。使用蛋白含量檢測試劑包能輕鬆檢測到，免去了很多不必要的化學分析費用。 因此，我們將BSA溶解於新鮮配置的人工海水中。關於這個系統能否真實的反映海水水族箱內的狀況會有詳細說明。 使用圖表5中的設置，和之前推算的公式。確定兩個公制參數，撇出量和蛋白撇出率。實驗數據來自知名廠商生產的蛋白分離器實測見圖表8。使用第20號公式計算得出結果見圖表9。事實上在實驗期間，大多數模型蛋白都從系統中撇出了。實驗數據與理論數據吻合。因此都說明BSA作為實驗用模型蛋白是非常合適的。 我們發現水流經過蛋白分離器一次，並不能去除很多的蛋白質。數據在圖表8中有顯示。在實驗數據是174加侖每小時的流速時，反應器內的水每12秒就更換一次。檢視圖表8，顯示只有不到1%的蛋白在該輪循環中被去除。 因此每次通過蛋白分離器僅有少量蛋白被撇出的假設是正確的。

圖表8 EUROREEF CS80工作時蛋白損耗圖 圖表9反映的是另一個模型。撇出率（K值）越大，蛋白撇出速率越高。當然，各個蛋白分離器水流速度是不同的，最後我們還要看K（撇出率）和Q（水流量）之間的複雜關係。

圖表9 數學Figure 9. EUROREEF CS80工作時的數學模型。 K係數分析和BSA去除百分比可以應用到其他蛋白分離器測試中。表格1中水流速率已給出。 四種參與實驗的蛋白分離器數據比較。由於反應倉體積不同，k係數也不同，決定於氣泡產生方式、水流速率。水流速率的影響在下表中很難看出。儘管如此，但我們仍能看出在推薦配置下運行的四個蛋分，k係數即撇出率沒有太大的不同。在這個實例中我們應該看到，「氣泡就是氣泡」。在相同條件下，氣泡的產生方式並不影響有機物質的撇出效率。表格1a.四種主要品牌蛋白分離器撇出蛋白數據

表格1b.四種主要品牌蛋白分離器撇出蛋白數據

表格1詳細的記錄了% BSA removal 即蛋白撇出百分率和蛋白撇出速率（K min-1）。4個蛋分在幾組數據中沒有太多的變化。Precision Marine ES100, Precision Marine AP624, 和ETSS evolution 500 的蛋白撇出率都在80%左右。Euroreef CS80 的蛋白撇出率要低於其他3個實驗蛋分。多組數據的測量是為了避免試驗中產生大的誤差。BSA具有優良的氣泡吸附特性，因此是最佳備選溶質，這也是前人實踐出結論。 氣體通入速率和水體流動速率兩個參數，吸引的是研究如何提純蛋白者的眼球。這兩個參數在水族蛋分中也是可調節的，似乎也有研究其與蛋白分離器效率的關係。許多最近的研究表明針葉氣泡泵能夠產生更清晰的氣泡。 但無論是 Euroreef CS80, 還是 Precision Marine ES100 或是ETSS evolution 500 蛋分，都沒有能夠提供不同泵之間的比對，因此，我們不能針對產生氣泡的原理進行比較。幸運的是， 氣石為基礎的Precision Marine AP624有一個獨立於水流速度的產氣原理， 因此，我們可以通過它來研究氣體通量與蛋白分離器表現之間的關係。我們沒有氣表來測量，只能通過調節施加於氣石上的氣體壓力來改變氣體通量。我們的假設是壓力越大，氣體通過通量越大，但具體比例係數不詳。在任何情況下，氣體壓力為3時，蛋白撇出速率為k = 0.97 ± 0.26 (from Table 1)，增加壓力到6，撇出率 k = 3.1 ± 0.2 min-1.。因此，兩倍的氣體通量可以得到3倍的蛋白撇出率提高。（AP624 skimmer 水流速度 156/157 ). 蛋白分離器最後的可調參數是水流速度，正如剛才所討論的， 公式20中並沒有指出水流速度會影響蛋白撇出率。因此只能通過實驗來確定他們之間的關係。一般來說，通過調節泵口處的球閥和蛋白分離器出口的調節開關能夠滿足製造商所建議的液面高度。我們要保持頁面高度在其限制的範圍內。另外 Euroreef CS80 和 Precision Marine ES100 兩種蛋白分離器可能在調節水流時影響氣泡的效果。 實際上Precision Marine ES100 能夠支持這個實驗。反映倉在223加侖每小時的流量時仍然能夠充滿氣泡。但流量降低到180加侖每小時時明顯減低的氣泡的密度，降低到144加侖每小時時幾乎沒有了氣泡。 這增加了觀測K與Q之間關係的難度。理論上說，我們能夠調劑水流以使蛋白分離器正常工作。讓這樣的調整會超出製造商給我們的建議設置，氣泡流受到影響。因此，我們只能相信製造商提供的流速和泵頭的配置是最佳配置，並能形成最好的氣泡流。 在此情況下，我們記錄了不同水流速度時Precision Marine AP624 的表現，因為它的水流和氣泡是兩個系統。結果在表格2中很明顯。撇出率在水流增加的時候確實增加了，但極限數據有些異常。開始一倍的增長能獲得兩倍的撇出率，而增長到3.4倍時，撇出率卻低於初始值。 因此，我們更不能判斷其他三個蛋分的極限工作數據。當我們對照回表格1，使我們有理由相信製造商們的水流數據，而且也更堅定了我們在其推薦的條件下比較4種不同品牌的產品的方法。 表格2.流速與撇出率關係。

使用真實水族箱海水實驗 儘管BSA是經過驗證最好的模型蛋白，但我們仍不能十分確定在水族箱海水環境中，蛋白分離器所面對的有機物質能夠也和BSA一樣的效果。

圖表10.嚴格按照水族箱標準水樣實驗。 在使用餵食後一小時的水族箱內水體進行實驗室，實驗數據與BSA實驗蛋白數據有所差異。圖表11中紫色標註的就是差異點。 按照公式所計算，各點應該在同一曲線上，那麼是什麼出了問題？另一個十分相近的實驗顯示在0-50分鐘時數據都能基本吻合理論計算。因為在50分鐘內，蛋分已經去除了絕大多數能夠去除的有機物質，而在之後的時間內效果已經不明顯了，因此也就不再滿足理論模型了。 實驗數據表明，Euroreef CS80 去除BSA的效率是真實水族海水TOC的3.3倍。

圖表11.撇出TOC與理論曲線比較。

圖表12. 1-120分鐘內實際數據與理論曲線的比較。 下面是使用4種上述蛋分針對真實海水TOC的測試。 表格3.a

表格4.b

總體結果包括撇出率都沒有本質的變化，再次說明模型蛋白實驗的可用性。 為了確保實驗數據的準確，我們仍然進行了大範圍的實驗，數據穩定可靠。所有的蛋分都只撇出了20——30%的真實水族箱內海水TOC，70-80%可測量到的TOC還留在海水中。回顧圖表1， 可能只有20-30%的TOC水族箱水體中具有被氣泡吸附的特性。，而剩餘的 70-80%無論什麼原因，剩餘的toc化學結構成分還需繼續分析。

9、結論

蛋白分離器已經成為飼養硬骨珊瑚不可缺少的設備。這個設備已成為除魚缸本身外最昂貴的設備，截止目前，市面上已經有至少23種不同品牌的蛋白分離器。所有的製造商都宣稱他們的設備效率有多高，但沒有一個製造商能夠拿出具體的數據來說明，因為在這方面沒有統一的標準。本文介紹了兩種指標來衡量其效率，(1) 撇出TOC的速率 (2) 撇出TOC總量。我們通過實驗建立了數學模型，並在BSA模型蛋白中驗證數學模型。同時用真實水族海水TOC進行驗證實驗。 結果證明BSA可以代替TOC作為實驗模型，數據偏差不大。 四個不同品牌的受測蛋分，有不同的反映倉容量，不同的氣泡發生機制，在製造商推薦的測試狀態下。測試結果證明These Euroreef CS80 、 Precision Marine ES100 、Precision Marine AP624 和ETSS evolution 500撇出TOC 和BSA 效果區別並不大。因此，至少在實驗條件範圍內，製造商所宣稱的高級產品功效沒什麼不同。不過其他產品的性能還有待測試。 兩個重要指標進行了測試，分別是氣體通入速率和水流速度。其中一個蛋分(Precision Marine AP624)，在氣體通量改變時，BSA撇出率明顯提高了。水流速率改變並沒有穩定的規律。 使用Precision Marine AP624氣石蛋分，當水流速度增加到一定值時，K反而下降。 四個品牌的蛋白分離器在圖表2所顯示的蛋白撇出總量上尤為相似。在BSA測試中更是能撇出80%的高效。而大家更感興趣的可能是他們都只能撇出20-30%的真實水族箱水體TOC。許多問題還有待解決， 有哪些蛋分能挑戰30%的TOC撇出率呢？ 在水流速度和氣體通量外還有哪些可以直接影響撇出率的因素？還有什麼沒有認識到的衡量標準決定著蛋白分離器的表現？ 這些只能在更大範圍內檢驗更多的蛋白分離器來確定。 作為展望，我們希望蛋分設計者能夠充分考慮BSA實驗中的理論，理性的改進參數，在他們的廣告中，讓所謂的「最好」和「最快」有真實的意義。

10、致謝

我們感謝美國賓夕法尼亞州立大學化學系給予的財力支持，以及Dr. Bruce Logan 和 Mr. David Jones 提供的TOC分析，和 Dr. James Vrentas 幫助建立的數學模型。

—END—

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！