絲膠蛋白的乳化性能及其影響因素的研究

代君君，范 濤，章玉萍，王儲(chǔ)炎，吳傳華，劉 健

(安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蠶桑研究所，合肥 230061)

絲膠蛋白的乳化性能及其影響因素的研究

代君君，范 濤，章玉萍，王儲(chǔ)炎，吳傳華，劉 健

(安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蠶桑研究所，合肥 230061)

以廢蠶繭為原料，通過(guò)高溫煮繭得到絲膠蛋白溶液，測(cè)定絲膠蛋白溶液的乳化活性、乳化穩(wěn)定性等指標(biāo)，結(jié)果表明：絲膠蛋白的乳化性能較好。探討了影響絲膠蛋白乳化性能的因素。乳化性受蛋白質(zhì)濃度、pH值、離子強(qiáng)度、溫度等因素影響較大，具體表現(xiàn)為乳化性能隨著蛋白質(zhì)濃度的增加逐步增大；隨pH值的增加先逐漸減小，然后又逐漸增加，在pH值為4時(shí)，乳化活性和乳化穩(wěn)定性達(dá)到最小值；乳化活性和乳化穩(wěn)定性在20 ℃和50 ℃之間是隨溫度的升高而增加，50 ℃以上隨溫度的升高而減??；且其受離子濃度影響也是先增后減，在離子濃度為0.6 mol/L時(shí)乳化性能最好。

絲膠蛋白；乳化活性；乳化穩(wěn)定性；影響因素

桑蠶絲是一種天然的蛋白質(zhì)纖維，主要含有絲膠蛋白和絲素蛋白，其中絲膠蛋白占20 %～30 %。絲膠蛋白是一種易溶性的球狀蛋白，由18種氨基酸組成，其二級(jí)結(jié)構(gòu)主要以無(wú)規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)為主，還有部分β構(gòu)象，含有74.61 %的極性側(cè)鏈氨基酸[1]。研究表明絲膠蛋白具有良好的吸濕性、抗氧化性、紫外線(xiàn)吸收性、黏著性，且具有非常好的營(yíng)養(yǎng)及保健功能。因此，絲膠蛋白在化妝品、食品添加劑、醫(yī)藥、生物材料、功能材料等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景[2]。蛋白質(zhì)的功能特性主要有乳化性、水合性、吸油性、膠凝性、溶解性、起泡性、黏性、結(jié)團(tuán)性、組織性、結(jié)膜性、調(diào)色性等功能[3]，而乳化性是蛋白最重要、最基本的功能之一。蛋白質(zhì)乳化性是指蛋白質(zhì)能使油與水形成穩(wěn)定的乳化液而起乳化劑的作用，主要包括乳化活性(EA,emulsifying capacity)和乳化穩(wěn)定性(ES, emulsifying stability)。影響蛋白乳化性能的因素很多，如蛋白質(zhì)濃度、pH值、離子強(qiáng)度、溫度等[4]。絲膠蛋白是一種兩親性的蛋白，既有親水性又有疏水性，這就決定了絲膠蛋白具有能顯著降低油、水或空氣、水界面張力的特性，即乳化性。

乳化性能是蛋白質(zhì)的一種重要功能特性，使添加蛋白的食品、化妝品等體系保持穩(wěn)定的乳化狀態(tài)，從而達(dá)到延長(zhǎng)貨架期的目的。目前國(guó)內(nèi)外已有學(xué)者對(duì)大豆蛋白、大米蛋白、絲素蛋白等蛋白的乳化性及其表征做了很多研究[4-6]，但對(duì)絲膠蛋白乳化性的研究還未見(jiàn)報(bào)道。而絲膠蛋白無(wú)毒、無(wú)污染，可降解，還具有良好的保濕性、吸濕性，與皮膚角朊蛋白有良好的親和性，具有良好的生物相容性，是一種較理想的生物材料，已廣泛應(yīng)用于食品、化妝品等領(lǐng)域。因此，研究絲膠蛋白溶液的乳化特性，對(duì)于擴(kuò)大絲膠蛋白的應(yīng)用領(lǐng)域，提高絲膠蛋白的應(yīng)用價(jià)值，有十分重要的意義。

1 試 驗(yàn)

1.1 材料及主要儀器設(shè)備

所用材料為家蠶削口繭(安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶桑研究所)、食用大豆色拉油(市售)。

試劑：檸檬酸、碳酸鈉、SDS(十二烷基硫酸鈉)，均為國(guó)產(chǎn)分析純(上海生工生物工程公司)。

儀器設(shè)備：電動(dòng)均漿器、分光光度計(jì)、水浴鍋、電子分析天平、烘箱等。

1.2 蠶絲的脫膠

稱(chēng)取一定量(約100 g)的繭殼，剪成面積約為1 cm2的碎片，加浴比為1︰40的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5 %的碳酸鈉溶液，精練繭層2次，每次30 min(第一次精練后，加入一定量的水使得與第一次的加水量一致)，處理后的絲膠溶液備用。

1.3 絲膠蛋白濃度的測(cè)定

絲膠蛋白濃度按朱正華等[5]的方法測(cè)定，取2只相同型號(hào)的稱(chēng)量皿洗凈放入烘箱烘干后取出，在室溫條件下分別稱(chēng)量出其質(zhì)量M1，加入一定體積V的絲膠溶液，稱(chēng)出絲膠溶液和稱(chēng)量皿的質(zhì)量M2，然后放入烘箱烘至恒重取出，在室溫條件下稱(chēng)出此時(shí)稱(chēng)量皿的質(zhì)量M3。則：

1.4 乳化活性、乳化穩(wěn)定性的測(cè)定方法

絲膠蛋白的乳化活性和乳化穩(wěn)定性的測(cè)定參照Pearce等[7]的方法并略有改動(dòng)，取30 mL 2 g/L待測(cè)樣品蛋白液(樣品蛋白溶于0.2 mol/L、pH7.0磷酸緩沖溶液中)，加入大豆色拉油，10 000 r/min、25 ℃下攪拌1 min，分別在攪拌后0 min和10 min取樣。用微量取樣器取出底部的乳狀液40 μL，以1 g/L SDS(pH7.0)溶液稀釋500倍后放入比色皿中，立即測(cè)定其在500 nm處的吸光值，以相同濃度的SDS溶液為參比液，以0時(shí)刻的吸光值A(chǔ)0表示乳化活性(EA)。用10 min后的吸光值計(jì)算出的乳化穩(wěn)定性指數(shù)(ESI)表示乳化穩(wěn)定性(ES)：

式(3)中：A0為0時(shí)刻的吸光值；Δt為時(shí)間差，min；ΔA為Δt內(nèi)的吸光值差。

2 結(jié)果與分析

2.1 絲膠蛋白質(zhì)量濃度測(cè)定結(jié)果

絲膠蛋白溶液濃度測(cè)定結(jié)果如表1所示，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.54 %，質(zhì)量濃度為5.25 g/L，分裝后，4 ℃儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

表1 絲膠蛋白溶液濃度測(cè)定Tab.1 The determination of sericin solution concentration

2.2 絲膠蛋白乳化活性、乳化穩(wěn)定性測(cè)定結(jié)果

2.2.1 絲膠蛋白質(zhì)量濃度對(duì)其乳化活性、乳化穩(wěn)定性的影響

分別配制質(zhì)量濃度為1.05、2.10、3.15、4.20、5.25 g/L的絲膠溶液，測(cè)定不同質(zhì)量濃度下絲膠蛋白的乳化活性和乳化穩(wěn)定性(圖1)。

圖1 質(zhì)量濃度對(duì)絲膠蛋白乳化活性、乳化穩(wěn)定性的影響Fig.1 Effect of concentration of sericin on the emulsifying activity and stability

由圖1可見(jiàn)，其乳化活性和乳化穩(wěn)定性隨絲膠蛋白質(zhì)量濃度的增大而逐步增大，且乳化活性增長(zhǎng)的幅度比乳化穩(wěn)定性大，這說(shuō)明絲膠蛋白能有效地降低油水界面張力，從而表現(xiàn)良好的乳化性能。

2.2.2 pH值對(duì)絲膠蛋白乳化活性、乳化穩(wěn)定性的影響利用磷酸緩沖液將絲膠蛋白溶液調(diào)配成pH值為2.2、2.8、3.4、4.0、4.6、5.2、5.8、6.4、7.0、7.6、8.0的待測(cè)溶液，測(cè)定不同pH值時(shí)絲膠蛋白的乳化活性和乳化穩(wěn)定性(圖2)。

圖2 pH值對(duì)絲膠蛋白乳化活性、乳化穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effect of pH value on the emulsifying activity and stability

由圖2可見(jiàn)，pH值在2～4時(shí)，絲膠蛋白的乳化活性和乳化穩(wěn)定性都隨pH值的增加而減小，且pH值在2～3時(shí)乳化穩(wěn)定性急劇下降；pH值在4～8時(shí)，絲膠蛋白的乳化活性和乳化穩(wěn)定性都隨pH值的增加而增大；在pH值為4時(shí)乳化活性和乳化穩(wěn)定性達(dá)到最小值。這種現(xiàn)象可能是因?yàn)閜H值為4左右時(shí)，絲膠蛋白溶液達(dá)到等電點(diǎn)[8]，其變性的程度達(dá)到最大，導(dǎo)致絲膠溶液濃度最低，從而降低了其乳化性能。

2.2.3 溫度對(duì)絲膠蛋白乳化活性、乳化穩(wěn)定性的影響

將絲膠蛋白和大豆色拉油按比例混合后，分別加熱到20、30、40、50、60、70、80、90 ℃，測(cè)定在不同加熱溫度下絲膠蛋白的乳化性能(圖3)。

由圖3可見(jiàn)，乳化活性在20～50 ℃時(shí)隨溫度的升高而增加，然后隨溫度的升高而減?。蝗榛€(wěn)定性在20～40 ℃時(shí)隨溫度的升高而增加，40℃以后隨溫度的升高而減小。一般在55 ℃時(shí)蛋白質(zhì)開(kāi)始變性，以后溫度每升高10 ℃，蛋白質(zhì)的變性速度加快600倍左右[9]。由于溫度升高引起了絲膠蛋白質(zhì)的構(gòu)象改變，影響其分子大小表面疏水性，從而影響絲膠蛋白的乳化性能。

圖3 溫度對(duì)絲膠蛋白乳化活性、乳化穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effect of temperature on the emulsifying activity and stability

2.2.4 離子濃度對(duì)絲膠蛋白乳化活性、乳化穩(wěn)定性的影響

稱(chēng)取一定質(zhì)量的NaCl，分別配制成濃度為0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mol/L的NaCl溶液，然后用不同濃度的NaCl溶液將絲膠蛋白配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2 %的待測(cè)溶液，測(cè)定不同濃度的離子對(duì)絲膠蛋白的乳化性能的影響(圖4)。

圖4 離子濃度對(duì)絲膠蛋白乳化活性、乳化穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effect of ions concentration on the emulsifying activity and stability

由圖4可知，絲膠蛋白的乳化活性和乳化穩(wěn)定性在離子濃度從0增大到0.6 mol/L時(shí)，隨離子濃度增加而增加，在0.6 mol/L時(shí)達(dá)到最大，即乳化性能最好；然后以0.6 mol/L為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，隨離子濃度增加而逐步減小。這是由于較低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaCl有助于蛋白的溶解，從而更充分地發(fā)揮其表面活性作用，NaCl濃度過(guò)高則起到了相反的作用[10]。

3 結(jié) 語(yǔ)

繅絲、絲織、絹紡或絲綿等絲綢工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的絲膠蛋白，具有多種藥理作用或生物活性功能，在藥物與生物材料方面有重要應(yīng)用價(jià)值[11-12]。本研究在前人基礎(chǔ)上，依據(jù)絲膠蛋白的理化特征結(jié)合實(shí)際需要，對(duì)絲膠蛋白的乳化功能特性及其影響因素進(jìn)行了初步研究。研究表明絲膠蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)及表面疏水性隨溶液的pH值及離子強(qiáng)度的變化而變化，在絲膠蛋白的等電點(diǎn)或離子強(qiáng)度較低時(shí)，絲膠蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要以α-螺旋形式存在[10，13-15]，因此，蛋白質(zhì)濃度、pH值、溫度及離子強(qiáng)度可以影響其空間結(jié)構(gòu)，從而影響其乳化性能[11-12]。故可以通過(guò)化學(xué)改性、DNA重組等技術(shù)提高絲膠蛋白乳化活性和乳化穩(wěn)定性。

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Study on emulsifying properties of sericin and its in fl uencing factors

DAI Jun-jun, FAN Tao, ZHANG Yu-ping, WANG Chu-yan, WU Chuan-hua, LIU Jian
(Sericulture Research Institute, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei 230061, China)

In this paper, sericin is extracted from waste cocoons in boiling water. Emulsifying activity is the most important and basic function about protein. In this study, emulsifying properties of sericin and its influencing factors were determined. The result suggested that the sericin exhibited good performance about emulsifying activity, and the performance of emulsifier affected by many factors, such as protein concentration,pH, ion strength and temperature. Emulsification properties increase gradually with the increasing of the concentration of proteins, At the point of pH=4, emulsion activity and emulsion stability are minimum. When temperature is between 20 ℃ and 50 ℃, emulsifying activity is increased with the rising of temperature. While temperature is more than 50 ℃, it is decreased with the temperature increases. When the concentration of the ions is 0.6 mol/L, emulsifying properties are optimal.

Sericin; Emulsifying activity; Emulsifying stability; Influencing factors

TS149；S881.3

A

1001-7003(2012)03-0013-04

2011-09-26；

2011-12-13

國(guó)家蠶桑產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系合肥綜合試驗(yàn)站項(xiàng)目(CARS-22-SYZ09)；安徽省蠶桑產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(ahnycytx-16)；安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院重點(diǎn)及新興學(xué)科培育項(xiàng)目(11A0610)；蘇北科技發(fā)展計(jì)劃：科技富民強(qiáng)縣項(xiàng)目(BC2010468)

代君君(1975－ )，女，副研究員，主要從事蠶桑生化與分子生物學(xué)研究。通訊作者：范濤，研究員，F(xiàn)antao1116@sohu.com。