大豆分離蛋白的化學改性.pdf

1、大豆分離蛋白，是大豆中的主要成分之一。由于其來源豐富、價格低廉以及優(yōu)良的功能性，逐漸被人們作為一種環(huán)境友好材料來使用。在目前的文獻報道中，有不少關于大豆蛋白材料的應用，如塑料、凝膠、膜、粘合劑以及一些生物材料等。但是，由于天然大豆蛋白分子是一種球狀結構，蛋白分子之間的相互作用可能僅僅是一些球形亞基之間的摩擦力，因此，它的力學性能在作為材料使用時表現(xiàn)得很差，再加上其較高的水敏感性，所以，關于純大豆蛋白膜材料的制備及應用的文獻報道寥寥無幾。

2、要想制備具有實際應用價值的大豆蛋白材料，就勢必要對其進行物理或化學的改性，從目前已經報道的關于大豆蛋白改性的方案來看，基本上都是采用和其它合成或天然高分子材料共混的方式或是與一些含有醛基的化合物進行簡單的化學交聯(lián)來改善大豆蛋白材料的力學性能。這些方法盡管在一定程度上改善了大豆蛋白的力學性能，但是，它們同時在很大程度上改變了大豆蛋白的基本天然屬性，而且，最終得到的材料的力學性能也基本上都是要取決于另外加入到大豆蛋白中物質的性質，甚至一些物

3、質的加入還會引起一些其它的弊端，如與大豆蛋白之間較低的相容性和細胞毒性。因此，目前對于大豆蛋白的改性研究中還沒有一種較為成熟的或更好的手段來改善其力學性能。
　　在本文中，我們嘗試采用一種在前人研究中很少采用的化學改性方法來改善大豆蛋白的力學性能。這些方法并不是簡單的進行通過醛基化合物進行的化學交聯(lián)改性，也不是簡單的共混，而是首先要通過對我們所使用的大豆蛋白進行氨基酸分析，得到其中具體的各種極性氨基酸殘基含量后，再有針對性的對這些

4、極性氨基酸進行化學修飾。原料大豆蛋白中主要含有5種極性氨基酸殘基:賴氨酸、精氨酸、組氨酸、天冬氨酸和谷氨酸，它們的總含量可以到達47.1％之多，幾乎達到了所有氨基酸的一半左右。其中，含量最多的是含有側羧基的天冬氨酸和谷氨酸，它們的含量幾乎是含有側氨基的精氨酸和賴氨酸的1倍多。因此，我們主要針對這四種含有羧基和氨基的氨基酸殘基進行化學改性。我們對大豆蛋白中極性氨基酸殘基進行改性的目的就在于，通過對極性氨基酸殘基的修飾可以在一定程度上改變大

5、豆蛋白原來的靜電平衡，減少堿性氨基酸和酸性氨基酸殘基之間的靜電相互作用。從而在一定程度上破壞大豆蛋白原來的球狀三級結構，使大豆蛋白的球狀結構變的疏松，甚至舒展開來，這樣就可以使大豆蛋白鏈發(fā)生一定程度的纏結，為制備力學性能良好的大豆蛋白膜材料打下良好且堅實的基礎。
　　我們首先采用Atherton-Todd反應這樣一個只針對伯氨基具有特異性的反應入手，對大豆蛋白中賴氨酸和精氨酸殘基中的伯氨基進行磷?；男浴＿@是因為在大豆蛋白中，氨基

6、酸殘基中的伯氨基具有最低的pKa值，因而則具有最高的反應活性，它將最先會受到磷?；噭┑倪M攻。研究結果表明，我們通過Atherton-Todd反應成功地將二乙氧磷?；揎椀搅舜蠖沟鞍锥嚯逆溕?，摩爾接枝率為0.15-1.18％。改性后的大豆蛋白的等電點、表觀粘度、儲能和損耗模量以及二級結構的構象都發(fā)生了較為明顯的變化。這種磷酰化改性方法在一定程度上減少了堿性氨基酸和酸性氨基酸殘基之間的靜電相互作用，增加了大豆蛋白多肽分子鏈間的空間位阻，從

7、而破壞其原有的球狀三級結構。在最終制備的材料方面，無論是在干態(tài)下還是濕態(tài)下，在不添加任何交聯(lián)劑和增塑劑的情況下，就可以得一種力學性能良好的膜，其在干態(tài)下的力學強度可以達到35 MPa左右，這一力學強度遠遠高于純大豆蛋白膜的力學強度，后者甚至在室溫下干燥的過程中就會破裂。這說明，該磷?；男苑椒楦纳拼蠖沟鞍啄げ牧系牧W性能提供了一個切實可行的途徑。
　　雖然，我們通過Atherton-Todd反應成功制備得到了一種在于態(tài)下具有優(yōu)良

8、力學強度的大豆蛋白膜，基本上滿足了實際應用的要求，但是，在干燥的日常環(huán)境中，它的斷裂伸長率仍然較低（斷裂伸長率為2.5％），尚不能滿足在加工處理時對于韌性的要求，這將在一定程度上限制該大豆蛋白膜材料在實際中的廣泛應用。于是，我們試圖再尋找一種既可以在一定程度上改善大豆蛋白膜的力學強度，又可以使其承受較大程度機械形變的大豆蛋白改性試劑。于是，我們選擇了四羥甲基氯化磷（THPC）和大豆蛋白多肽鏈上的精氨酸及賴氨酸殘基上的伯氨基發(fā)生曼尼希反應

9、對大豆分離蛋白進行改性。經過改性，在不加入任何其它交聯(lián)劑和增塑劑的情況下，所制備出的大豆蛋白膜在干態(tài)下(相對濕度約50％，25℃)的強度和斷裂伸長率分別為10±2MPa和25±3％，盡管改性后膜的力學強度只有前一種改性大豆蛋白膜的1/3左右。但是，其斷裂伸長率卻要高出10倍;在濕態(tài)下(相對濕度約100％，25℃)其具有更強的韌性，斷裂伸長率可以達到200±20％(n=5)。
　　在前面的兩部分中，我們都成功地對大豆蛋白多肽鏈中賴氨

10、酸和精氨酸殘基上的伯氨基進行了化學改性，并都得到了力學性能優(yōu)良的改性大豆蛋白膜。從我們所使用的大豆蛋白的氨基酸分析數(shù)據(jù)可知，在大豆蛋白中含有羧基的谷氨酸和天冬氨酸殘基的含量是28.6wt％，這幾乎是含有氨基的賴氨酸和精氨酸殘基含量(14.0wt％)的一倍還多。既然對大豆蛋白中氨基進行改性可以起到很好的效果，那么，對其中的羧基進行化學改性從理論上講也應該可以得到具有相似甚至性能更加優(yōu)良的大豆蛋白膜材料。于是，我們以EDC/HOBT為偶聯(lián)劑

11、，在氨基葡萄糖存在的條件下對大豆蛋白中的羧基進行改性。在反應過程中，既有大豆蛋白中活化后的羧基和氨基葡萄糖之間的偶聯(lián)反應，也有大豆蛋白本身的氨基和羧基之間的反應。我們希望通過這樣一種比較溫且安全的化學改性方法來增強大豆蛋白多肽之間的相互作用，接枝上去的氨基葡萄糖也會在一定程度上破壞正負電性的氨基酸之間靜電平衡，并產生一定的位阻作用，進而使大豆蛋白的三級結構改變。同時，連接到大豆蛋白多肽鏈上氨基葡萄糖中的羥基也可能會起到一定的增塑作用，這

12、將直接有助于膜材料柔性的改善。最終，在不加入任何交聯(lián)劑和增塑劑的情況下，我們制備出了力學性能優(yōu)良的大豆蛋白膜。需要特別說明的是，在濕態(tài)下，該改性大豆蛋白膜的斷裂伸長率為350±30％(n=5)，這要比在前兩部分中制備的改性大豆蛋白膜在同樣濕態(tài)條件下的具有更好的韌性和可加工性。最后，我們還對改性的大豆蛋白進行了生物相容性實驗，結果表明，改性反應并沒有使大豆蛋白膜材料產生細胞毒性，改性后的大豆蛋白膜材料仍保持了很好的生物相容性。