大豆分離蛋白質在二甲亞砜/尿素中溶解特性的研究
時間:2005-05-27
肖茹 尹端 顧利霞
纖維材料改性國家重點實驗室 東華大學 上海 200051
石油基材料由于具有高強、質輕和價低等優良的性能，是現代社會最重要的材料之一。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家的重視。大豆蛋白質是其中較為突出的一種材料。
在大豆分離蛋白質的提取和其作為材料的理化性能研究中不可避免地會涉及溶解，大豆蛋白質在堿溶液中的溶解已有大量的文獻報導[1-2]，華欲飛等人研究了大豆蛋白質在乙醇水溶液中的理化特性[3]，蛋白質是一種極性物質，Kikkoman研究了大豆蛋白質在一系列有機溶劑中的變性溶解情況，發現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的混合溶劑[5]。本文根據文獻自制了7S球蛋白、11S球蛋白及大豆混合蛋白，研究了尿素濃度、溶解時間、溶解溫度對大豆蛋白質溶液特性粘度、紫外吸光度、流體力學半徑、電導率的影響。
實驗方法
將大豆蛋白質（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，當水浴溫度升至溶解溫度（80、85、90、95、100℃）后開始恒溫計時，達到溶解時間（0、1、2、3、4小時）后取樣。
結果與討論
圖1和圖2分別是大豆蛋白質溶液在尿素濃度為0M、1M、2M、3M、4M、5M，溶解溫度為90℃，溶解時間為2h時的特性粘度和流體力學半徑。由圖可知：隨著尿素濃度增大，蛋白質溶液特性粘度、流體力學半徑均有顯著提高。
這是由于大豆蛋白質的天然結構中，親水基團傾向位于高級結構外部，疏水基團則傾向位于蛋白質分子的內核。因此當大豆蛋白質的處于水溶液中，依靠多肽鏈中親水基團與水分子形成氫鍵而實現蛋白質外殼水化。當采用DMSO為溶劑時，由于DMSO分子較大且具有兩個非極性頭，空間位阻效應較大影響了形成氫鍵的能力，因此蛋白質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結構如螺旋、折疊、自由回轉結構遭到破壞，使大豆蛋白分子伸展變性溶解。
由圖3可知：隨著溶解時間的延長，7S球蛋白溶液的峰值有一個逐漸增大的趨勢，這說明時間有助于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合了上述兩種蛋白質的趨勢，隨著溶解時間的延長緩慢上升。
圖4電導率與溶解溫度的關系由圖4可知：升高溫度，三種蛋白溶液的電導率都增大了。這說明隨著溶解溫度的升高，蛋白質分子肽鏈中氨基酸殘基上的各種極性基團解離出來，即使蛋白質分子降解了，極性基團依然存在，依然會解離出來，所以導致溶液的電導率一直上升。
結 論
1.尿素加入是引起大豆分離蛋白質變性溶解的主要原因；體系中尿素濃度越大，處理溫度越高，處理時間越長，越有利于破壞大豆分離蛋白質氫鍵、疏水作用等空間作用力，促其溶解。但溫度過高，時間過長，大豆蛋白質易于降解。
2.確定了尿素濃度：2M，溶解溫度：90℃，溶解時間：2h，為體系的較佳溶解條件。
3.溫度、時間、尿素濃度對7S球蛋白、11S球蛋白和大豆混合蛋白溶解的影響基本一致。
參考文獻
[1] Kelley J.J., Pressey Russell. Cereal Chemistry, 1966,43:195-206
[2] Nir I., Feldman Y., Aserin A., Garti N.. Journal of food science,1994,59:606-610
[3] 華欲飛、谷文英、沈培英等.無錫輕工大學學報，1996，15（2）:129-134
[4] Kikkoman. Cereal Chemistry,1969,46:156－163
[5] Setsuko Iwabuchi, Fumio Yamauchi. J. Agric Food Chem., 1987,35: 200-205
