大豆分離蛋白質(zhì)在二甲亞砜/尿素中溶解特性的研究
時(shí)間:2005-05-27
肖茹 尹端 顧利霞
纖維材料改性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 東華大學(xué) 上海 200051
石油基材料由于具有高強(qiáng)、質(zhì)輕和價(jià)低等優(yōu)良的性能，是現(xiàn)代社會(huì)最重要的材料之一。如何處理廢棄的不能降解石油基材料成了一大難題。而且石油資源是有限的，因此來源豐富可生物降解的天然大分子引起材料科學(xué)家的重視。大豆蛋白質(zhì)是其中較為突出的一種材料。
在大豆分離蛋白質(zhì)的提取和其作為材料的理化性能研究中不可避免地會(huì)涉及溶解，大豆蛋白質(zhì)在堿溶液中的溶解已有大量的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)[1-2]，華欲飛等人研究了大豆蛋白質(zhì)在乙醇水溶液中的理化特性[3]，蛋白質(zhì)是一種極性物質(zhì)，Kikkoman研究了大豆蛋白質(zhì)在一系列有機(jī)溶劑中的變性溶解情況，發(fā)現(xiàn)它在非極性溶劑如苯、甲苯、乙烷、四氯化碳中幾乎不溶[4]。但未見采用二甲亞砜/尿素作為大豆蛋白質(zhì)的混合溶劑[5]。本文根據(jù)文獻(xiàn)自制了7S球蛋白、11S球蛋白及大豆混合蛋白，研究了尿素濃度、溶解時(shí)間、溶解溫度對(duì)大豆蛋白質(zhì)溶液特性粘度、紫外吸光度、流體力學(xué)半徑、電導(dǎo)率的影響。
實(shí)驗(yàn)方法
將大豆蛋白質(zhì)（分別為7S球蛋白、11S球蛋白、大豆混合蛋白）、尿素、二甲亞砜按蛋白質(zhì)含量為二甲亞砜的0.1wt％，尿素濃度分別為二甲亞砜的0、1、2、3、4、5mol/l的比例混合。30℃水浴開始加熱，升溫速率1℃/min，當(dāng)水浴溫度升至溶解溫度（80、85、90、95、100℃）后開始恒溫計(jì)時(shí)，達(dá)到溶解時(shí)間（0、1、2、3、4小時(shí)）后取樣。
結(jié)果與討論
圖1和圖2分別是大豆蛋白質(zhì)溶液在尿素濃度為0M、1M、2M、3M、4M、5M，溶解溫度為90℃，溶解時(shí)間為2h時(shí)的特性粘度和流體力學(xué)半徑。由圖可知：隨著尿素濃度增大，蛋白質(zhì)溶液特性粘度、流體力學(xué)半徑均有顯著提高。
這是由于大豆蛋白質(zhì)的天然結(jié)構(gòu)中，親水基團(tuán)傾向位于高級(jí)結(jié)構(gòu)外部，疏水基團(tuán)則傾向位于蛋白質(zhì)分子的內(nèi)核。因此當(dāng)大豆蛋白質(zhì)的處于水溶液中，依靠多肽鏈中親水基團(tuán)與水分子形成氫鍵而實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)外殼水化。當(dāng)采用DMSO為溶劑時(shí)，由于DMSO分子較大且具有兩個(gè)非極性頭，空間位阻效應(yīng)較大影響了形成氫鍵的能力，因此蛋白質(zhì)外殼并不能被充分溶劑化。加入變性劑尿素后，由于尿素分子中的氫原子與肽鏈中的氧原子相作用而形成氫鍵，這樣使肽鏈自身可形成的氫鍵減少，使多肽分子中靠氫鍵維系的二級(jí)結(jié)構(gòu)如螺旋、折疊、自由回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)遭到破壞，使大豆蛋白分子伸展變性溶解。
由圖3可知：隨著溶解時(shí)間的延長(zhǎng)，7S球蛋白溶液的峰值有一個(gè)逐漸增大的趨勢(shì)，這說明時(shí)間有助于7S球蛋白的溶解；11S球蛋白溶液峰值的變化很小，基本趨于水平；而大豆混合蛋白由于含有7S球蛋白和11S球蛋白，所以它的峰值變化結(jié)合了上述兩種蛋白質(zhì)的趨勢(shì)，隨著溶解時(shí)間的延長(zhǎng)緩慢上升。
圖4電導(dǎo)率與溶解溫度的關(guān)系由圖4可知：升高溫度，三種蛋白溶液的電導(dǎo)率都增大了。這說明隨著溶解溫度的升高，蛋白質(zhì)分子肽鏈中氨基酸殘基上的各種極性基團(tuán)解離出來，即使蛋白質(zhì)分子降解了，極性基團(tuán)依然存在，依然會(huì)解離出來，所以導(dǎo)致溶液的電導(dǎo)率一直上升。
結(jié) 論
1.尿素加入是引起大豆分離蛋白質(zhì)變性溶解的主要原因；體系中尿素濃度越大，處理溫度越高，處理時(shí)間越長(zhǎng)，越有利于破壞大豆分離蛋白質(zhì)氫鍵、疏水作用等空間作用力，促其溶解。但溫度過高，時(shí)間過長(zhǎng)，大豆蛋白質(zhì)易于降解。
2.確定了尿素濃度：2M，溶解溫度：90℃，溶解時(shí)間：2h，為體系的較佳溶解條件。
3.溫度、時(shí)間、尿素濃度對(duì)7S球蛋白、11S球蛋白和大豆混合蛋白溶解的影響基本一致。
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