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大豆分离蛋白瓜尔胶共混复合膜的研究

发布日期:2015-07-11 18:46:11

大豆分离蛋白瓜尔胶共混复合膜的研究

大豆分离蛋白(SPD由于其来源丰富,价格便宜,加工成型方 便,且其膜具有可降解性、透氧率低[1],已经成为各国研宄者广泛关 注的重要天然高分子材料之一。但同时由于大豆分离蛋白分子中 含有许多氨基、羧基等亲水性基团,和石油为原料合成的聚烯烃类 材料相比,大豆分离蛋白膜在机械强度及耐水性方面有一定的缺陷。经天然共混改性制备的生物薄膜具有可降解性、生物相容性、 通透性相比单组分大豆分离蛋白膜有所改善等优点。利用天然多糖 等高分子材料替代有污染、难降解的人工合成材料具有非常重要的 现实意义和广阔的应用前景。

瓜尔胶是从瓜尔豆中提取的一种天然可再生高分子中性多糖, 具有安全无毒、生物相容性好、可被生物完全降解等优点,被广泛地 应用于各个领域中。瓜尔胶含多-OH有望与蛋白质分子中-NH2、- COOH等基团作用,减弱大豆蛋白分子间和分子内的氢键相互作 用,提高蛋白质链段的运动能力,从而增加膜材的柔顺性,改善大豆 蛋白的加工性能
因此,本课题采用大豆分离蛋白为成膜基质,天然瓜尔胶多糖 为添加剂,通过调节二者间的质量比例关系,采取加热的方式使大 豆分离蛋白变性,以甘油为增塑剂,调节大豆分离蛋白的空间网络 结构及柔軔性,蒸馏水和无水乙醇为溶剂,通过变化大豆分离蛋白、 瓜尔胶以及增塑剂间量的关系,结合调节共混溶液pH,优化膜的抗 拉强度和断裂伸长率。
瓜尔胶浓度,均是大豆分离蛋白浓度为5%(w/v)时复合膜的抗拉 强度最大,并且在同样瓜尔胶浓度条件下,复合膜抗拉强度随大豆 分离蛋白浓度由3%到6%先增大后降低。这可能是由于随着大豆蛋 白浓度的增大,经加热变性的蛋白量增多,暴露出更多的活性基团, 这些活性基团经相互作用有助于形成致密的网络结构,但当蛋白浓 度增大到6%时,由于大量蛋白没有溶解,变性蛋白量没有继续增 大,而致使蛋白没有增多的活性基团经相互作用形成致密的网络结 构,所以复合膜的抗拉强度有所降低。瓜尔胶浓度由0.15%到 0.25%,复合膜的抗拉强度呈现增大的趋势,这可能是由于大豆分离 蛋白体系中加入瓜尔胶后发生了氢键或疏水等相互作用,改变了蛋 白原来的结构,形成新的立体网络结构,随着瓜尔胶浓度的增大,新 的网络结构越来越致密,最终使复合膜的抗拉强度增大。
pH对大豆分离蛋白复合膜抗拉强度的影响取大豆分离 蛋白浓度3、4、5、6%w/v复合膜抗拉强度最大的5%w/v浓度作为 pH影响因子的后续研 宄浓度。取瓜尔胶浓度 为0.20%w/v以及甘油 浓度为1.5%w/v得到 在不同pH条件下的 复合膜 IG-6、IG-7、IG-8、IG-9、IG-10,测 得相应膜的抗拉强度 随pH的变化柱状图 如图2。从柱状图分析 可以得出,在pH大于 7.0情况下,随着pH增大,复合膜的抗拉强度稍有增大,这与莫文敏等人的结果一致。这是由于随着成膜液碱性增强,结合受热条 件,蛋白变性更加明显,蛋白分子结构发生重组,这有助于形成紧密 的空间网络结构,最终使复合膜的抗拉强度增大。
甘油浓度对大豆分离蛋白膜抗拉强度的影响图3表示 的是随着复合膜IGG-1、IGG-1.5、IGG-2、IGG-3材料中添加甘油量 的增加其抗拉强度的变化柱状图,在大豆分离蛋白复合膜中,甘油 添加量为0.50% w/v时不能成膜,
所以选取甘油浓j 度 1.0、1.5、2.0和5 3.0%w/v进行试验。随着添加增塑剂 甘油量的增加,膜的抗拉强度是 降低的,这是因为甘油是一种多羟基物质,含量增加,单位体积羟基的数目增多,结 合水分子的数目也增多,使膜中蛋白质相对含量下降,削弱了其分 子间的相互作用,结构变差,膜的致密性下降。
不同大豆分离蛋白浓度以及不同瓜尔胶浓度条 件下复合膜 IG3-0、IG4-0, IG5-0、IG6-0; IG3-3、IG4-3、IG5-3、 IG6-3;IG3-4、IG4-4、IG5-4、IG6-4;IG3-5、IG4-5、IG5-5、IG6-5 的 断裂伸长率变化柱状图。由图可以看出,随着大豆分离蛋白浓度由 3.0%w/v增大到5.0%w/v,同等瓜尔胶浓度条件下比较,复合膜的断 裂伸长率是降低的。但当蛋白浓度达到6.0%w/v时,各种不同瓜尔 胶浓度复合膜的断裂伸长率增大。另外,当大豆分离蛋白浓度一定 时,随着瓜尔胶浓度的增大(0.15~0.25%w/v)复合膜的断裂伸长率 是下降的(大豆分离蛋白浓度6.0%w/v对应复合膜除外),这可能是 由于瓜尔胶与大豆分离蛋白经微弱的氢键或疏水相互作用改变了 大豆分离蛋白原来致密的机构,形成比较疏松的结构,由于这种作 用比较微弱,而使断裂伸长率降低。
甘油含量对大豆分离蛋白复合膜断裂伸长率的影响图 6表示的大豆分离蛋白-瓜尔胶复合膜IGG-1、IGG-1.5、IGG-2、 IGG-3在增塑剂浓度由1.0%w/v逐渐增大到3.0%w/v时,相应膜的 断裂伸长率变化柱状图,并且发现随着增塑剂甘油浓度的增大,复 合膜的断裂伸长率明显增大,甚至当甘油浓度为3.0%w/v时,复合 膜的断裂伸长率增至111.43%。这是因为甘油作为小分子穿插与大 豆分离蛋白分子的立体结构中,对膜的柔軔性起了很关键的作用, 所以膜的断裂伸长率随着甘油浓度的增大而增大。
蛋白浓度为5%w/v时复合膜的抗拉强度 最大,且随着瓜尔胶在复合膜中含量的增加,其抗拉强度是增大的; 随着pH由7.0变化到10.0,复合膜的抗拉强度是增大;随着甘油 含量的增大,复合膜的抗拉强度是降低的。
在给定实验条件下,蛋白浓度为5%w/v时复合膜的断裂伸 长率最小,且随着瓜尔胶在复合膜中含量的增加,其断裂伸长率是降低;随着pH由6.0变化 到10.0,复合膜的断裂伸长率是增大的;随着甘油含量的增大,复合 膜的断裂伸长率是增大的。
 
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