SDS對羽毛角蛋白提取率的影響

吳慧娟，楊旭紅,2

(1.蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院,江蘇 蘇州 215006；2.現(xiàn)代絲綢國家工程實驗室(蘇州)，江蘇 蘇州 215123)

隨著社會的發(fā)展，資源的嚴(yán)重枯竭，資源可再生越來越受到人們的重視。從可再生資源中開發(fā)生物可降解材料完全符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，有助于緩解環(huán)境污染和石油危機[1-10]。羽毛是禽類表皮細(xì)胞的角質(zhì)化衍生物，來源豐富，其中角蛋白含量占80%～90%[2]。我國家禽屠宰廠每年產(chǎn)生的羽毛廢棄物高達百萬噸，被當(dāng)作垃圾扔掉，這些廢棄物嚴(yán)重污染環(huán)境、滋生細(xì)菌，對人類以及家禽的生活和生存環(huán)境造成嚴(yán)重危害。發(fā)展再生角蛋白材料，不僅可以為化學(xué)、材料等產(chǎn)業(yè)提供新能源，緩解資源短缺問題，還可以解決與家禽行業(yè)相關(guān)的環(huán)境污染問題[5]。

羽毛角蛋白主要成分是呈β折疊結(jié)構(gòu)的α-角蛋白，二級結(jié)構(gòu)之間形成大量的二硫鍵，使其具有較好的伸縮性能。羽毛角蛋白是一種抗性很強的硬蛋白，通過二硫鍵、氫鍵和鹽式鍵之間相互交聯(lián)，穩(wěn)定性高，一般條件下較難溶解[2-3]。

本實驗采用尿素熔融法溶解羽毛，并在透析時往提取物中加入十二烷基硫酸鈉(SDS)以防止二硫鍵的再形成。研究SDS的劑量對角蛋白的提取率的影響，并對提取后的角蛋白進行紅外光譜分析，檢測其結(jié)構(gòu)是否發(fā)生變化。尿素熔融法提取角蛋白，不僅不使用有害藥品，而且使用過的尿素可以當(dāng)作肥料作用于農(nóng)作物。使用材料綠色環(huán)保，溶解方法簡單高效。

1 實驗

1.1 材料

羽毛：蘇州農(nóng)貿(mào)市場收集新鮮羽毛，用洗滌劑清洗干凈、晾干、并剪碎；尿素(脲)：國藥集團化學(xué)試劑有限公司，分析純；十二烷基硫酸鈉(SDS)：國藥集團化學(xué)試劑有限公司，化學(xué)純；透析袋：截留相對分子質(zhì)量為3 500，上海源葉生物科技有限公司。

1.2 羽毛角蛋白的提取

首先稱取羽毛5g，加入尿素37.5g[4]，放入溫度為165℃的油浴鍋中，溶解2.5h，取出后加入SDS溶液，并加入去離子水，以防止熔融尿素的凝固。其次用紗布過濾掉少量不溶物。再次將濾液裝入到透析袋中，用去離子水透析3d。最后得到羽毛角蛋白溶液和少量析出的固體，然后用離心機離心得到角蛋白水溶液，并計算其提取率。

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1.3 表征

采用溴化鉀壓片法在Nicolet5700(美國Nicolet公司)紅外光譜儀上測定紅外光譜，測定范圍在4 000～ 400cm-1。分析雞毛原樣、可溶性角蛋白和沉淀物的紅外光譜特征。觀察角蛋白提取前后分子結(jié)構(gòu)的變化，分析SDS對角蛋白分子結(jié)構(gòu)的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 SDS對提取率的影響

透析時加入不同劑量的SDS獲得的可溶性角蛋白和沉淀物的量不同。如圖1所示，橫坐標(biāo)為每5g羽毛中加入十二烷基硫酸鈉(SDS)的量，縱坐標(biāo)為角蛋白的提取率。

圖1 SDS用量對角蛋白提取率的影響

由圖1可知，角蛋白的提取率隨著SDS的量，總體呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。 當(dāng)提取物中不加入SDS時，透析之后有大量不溶物產(chǎn)生，加入SDS后不溶物明顯減少。每5g羽毛中加入SDS的量在0～0.8g時，角蛋白的提取率總體呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，而當(dāng)5g羽毛中加入的SDS的量超過0.8g時，提取率又會逐漸減少。所以每5g羽毛中加入0.8gSDS是最佳的量。

2.2 傅立葉紅外光譜分析

如圖2所示，加入不同量的SDS透析之后，羽毛、可溶性角蛋白和沉淀物紅外光譜圖的對比。

圖2 羽毛和提取物及沉淀物的紅外光譜圖

如圖2所示，雞羽毛原樣中[11～14]，3 296.59cm-1處的峰為N-H和O-H的伸縮振動吸收峰，而 2 962.21cm-1和2 922.30cm-1處是-CH3、-CH2、 -CH的伸縮振動。酰胺Ⅰ帶(C=O)1 653.64cm-1，酰胺Ⅱ帶(N-H) 1 538.01cm-1，酰胺Ⅲ帶(C-N) 1 236.06cm-1，1 450.45cm-1處的峰是-CH3、-CH2、 -CH的彎曲振動。

1 200～1 000cm-1是屬于S-O的振動區(qū)，反應(yīng)二硫鍵的變化[15]。二硫鍵(CH2-S-S-CH2)的斷裂，使C-H極性增強，-CH3、-CH2、-CH的伸縮振動增加，波長增加波數(shù)減少發(fā)生紅移。溶解之后的角蛋白在3 000～2 800cm-1處的伸縮振動均增加，發(fā)生紅移。說明在溶解過程中，羽毛的二硫鍵斷裂，減弱了羽毛的穩(wěn)定性，有助于羽毛的溶解?？扇苄越堑鞍椎孽０发駧В〝?shù)均小于羽毛的波數(shù)，角蛋白的結(jié)構(gòu)由α-螺旋轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序結(jié)構(gòu)，羽毛內(nèi)部連接減弱。酰胺Ⅱ帶N-H彎曲振動，可溶角蛋白酰胺Ⅱ帶的振動處，波數(shù)減少，氫鍵增加水溶性增強。

通過紅外光譜分析[16-18]，可溶性羽毛角蛋白與羽毛和沉淀物相比，親水性更強，SDS的加入沒有影響角蛋白的結(jié)構(gòu)，所以SDS不改變角蛋白的結(jié)構(gòu)，只是減少了二硫鍵，增加了水溶性。

3 結(jié)論

本文采用尿素熔融法提取羽毛角蛋白，在透析時加入SDS,可有效提高角蛋白的提取率。每5g羽毛中加入0.8gSDS時，可獲得最高的提取率為57.7%。

本文實驗使用的尿素、SDS等材料均為綠色無毒材料，使用過的尿素可以作為肥料作用于農(nóng)作物，提取過程綠色環(huán)保。所獲得的角蛋白有利于進一步利用，為羽毛角蛋白性質(zhì)的研究打下良好的基礎(chǔ)。

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