研究 开发
弹性体, 2009 08 25, 19(4) :28~32
CH IN A EL A ST O M ERICS
表面活性剂对天然胶乳蛋白质*
含量影响的研究
何灿忠1, 谭海生1, 佘晓东1, 敖宁建2, 廖小雪1, 何映平1
(1. 海南大学材料与化工学院, 海南儋州571737; 2. 暨南大学生命医学工程研究所, 广东广州510632)
摘 要:采用表面活性剂直接处理鲜胶乳离心浓缩法制备浓缩胶乳, 先用尿素预处理新鲜胶乳后加入表面活性剂处理, 再离心浓缩法制备浓缩胶乳。研究表面活性剂种类、尿素预处理时间和预处理温度及新鲜胶乳的pH 值对处理所得浓缩胶乳蛋白质含量的影响。同时用傅立叶红外吸收光谱对2种处理方法制备的浓缩胶乳胶膜进行了表征。实验结果表明, 鲜胶乳先经尿素预处理一定时间后加入阴离子表面活性剂处理, 再离心浓缩制备浓缩胶乳, 蛋白质含量显著降低。适宜条件下, 浓缩胶乳的氮含量从质量分数0. 430%下降至0. 089%。红外光谱分析表明, 先用尿素预处理新鲜胶乳, 然后加入阴离子表面活性剂处理, 再离心浓缩制备浓缩胶乳, 胶膜在1546cm -1处蛋白质的酰胺II 谱带几乎消失, 在3295cm -1处N H 的伸缩振动峰明显减弱。
关键词:尿素; 表面活性剂; 预处理; 鲜胶乳; 蛋白质
中图分类号:T Q 331. 2 文献标识码:A 文章编号:1005 3174(2009) 04 0028 05
天然橡胶(NR) 具有优越的综合性能, 其湿凝胶强度高、弹性大、蠕变小, 就通用性能来讲, 目前尚无其它材料能替代[1]。NR 并不是纯粹的聚异戊二烯碳氢物, 它含有相当可变异的非橡胶物质, 因此在操作性能和使用性能方面有许多明显的变化。NR 的非橡胶物质对材料的品质影响, 有好的一面, 也有坏的一面, 如它们起抗氧化作用、加速硫化等。这是对制品有好处的, 但缺点也不少, 如NR 由于非胶物质引起的过敏性、导电性、生热性和吸湿性。目前已证实, 引起天然胶乳(NRL) 制品接触性过敏的主要原因是N RL 制品中残留的水溶性蛋白质(WSP) [2~4]。在生产方面, 这些制品的生胶原料需要进行纯化, 除去大部分非橡胶物质, 主要是除去蛋白质。目前世界各国采用的最普通做法是酶法和氯化法。通过氯化方法虽可消除来自有粉手套的气传过敏原问题, 但未能从根本上消除蛋白质及其过敏的影响, 而氯化处
收稿日期:2009-03-11
作者简介:何灿忠(1983-) , 男, 福建泉州人, 硕士研究生, 主要研究方向为高分子材料。
*:理手套的力学性能和耐老化性能下降。酶法去除蛋白质的操作须在胶乳添加氨水保存剂之前完成, 同时保证胶乳不凝固, 增加了工艺难度, 且设备投资大, 工艺复杂, 成本高, 天然胶乳的稳定性差, 有残留酶等。这对植胶的农场提出了更高的要求, 较难产业化。
从胶乳中分离出蛋白质主要是通过控制蛋白质分子与橡胶粒子之间吸附作用。采用吸附剂替代吸附胶乳中的蛋白质等非胶物质再经离心除去, 是除去胶乳中蛋白质的有效方法之一, 其工艺简单, 成本较低, 且对胶乳的稳定性影响不大。本实验利用尿素
[6]
[5]
和硫脲等小分子化合物与蛋白
[7]
质具有很强的相互作用, 可使蛋白质发生变性。离子型表面活性剂通过破坏蛋白质分子内的疏水基相互作用, 能使蛋白质的构象发生改变, 形成具有强烈相互作用的蛋白质-表面活性剂复合物。
[8]
1 实验部分
1. 1 原材料
鲜胶乳:中国热带农业科学院试验场胶厂; 十(,
第4期何灿忠, 等. 表面活性剂对天然胶乳蛋白质含量影响的研究
29
有限公司; 十二烷基苯磺酸钠(LAS) :分析纯, 上海凌风化学试剂有限公司; 尿素:分析纯, 广东汕头西陇化工厂; 溴化十二烷基三甲基铵(CTAB) :化学纯, 上海润捷化学有限公司; 吐温20(T20) :分析纯, 广东汕头西陇化工厂; 平平加O(O20) :化学纯, 广州市医药公司; 浓硫酸、冰醋酸、硼酸、氨水、氢氧化钠、硫代硫酸钠、硫酸钾、氧化汞、无水乙醇、溴甲酚绿、甲基红等均为分析纯试剂, 市售。
1. 2 仪器设备
Magm a-IR750型傅里叶变换红外光谱仪:美国Nicolet 公司; JJ-1型增力电动搅拌机:江苏金坛富华仪器有限公司; 电热恒温水浴锅(0~100 ) :上海医疗器械厂; D-4740Oeide 离心机:西德W estfalia separator A -G; 凯氏半微量定氮装置:实验室自组装。1. 3 实验方法
1. 3. 1 表面活性剂处理浓缩胶乳的制备
将十二烷基硫酸钠、直链十二烷基苯磺酸钠、溴化十二烷基三甲基铵、吐温20、平平加O 配成不同浓度的溶液, 搅拌条件下加入到新鲜胶乳中处理不同时间后, 离心机离心制备浓缩胶乳。1. 3. 2 尿素预处理鲜胶乳后再用表面活性剂处理浓缩胶乳的制备
将尿素配成不同浓度的水溶液, 慢速搅拌条件下加入到鲜胶乳中, 在不同的温度下水浴处理不同时间后, 再加入一定量的表面活性剂, 处理一定时间后, 离心机离心制备浓缩胶乳。1. 3. 3 对照浓缩胶乳的制备
取同一批鲜胶乳, 直接离心成浓缩胶乳作为对照胶乳。
1. 3. 4 胶乳胶膜的制备
取一定量待测胶乳, 采用涂膜法制备胶膜, 室温下晾干, 保存待测。
1. 3. 5 胶乳胶膜氮含量的测试
采用凯式半微量滴定法测定胶膜的氮含量, 按照GB8088 87进行测定。1. 3. 6 红外光谱分析
用Mag ma-IR750型傅立叶变换红外光谱仪进行分析, 分辨率4cm , 波数范围4000~400
-1
cm
-1
, DT GS 检测器, 32次扫描。
2 结果讨论
2. 1 表面活性剂对降低天然胶乳氮含量的影响
2. 1.1 不同种类表面活性剂对降低胶乳氮含量的影响
将阴离子表面活性剂SDS 、LA S 、阳离子表面活性剂CT AB 、非离子表面活性剂吐温20、平平加O 配成不同浓度的溶液, 慢速搅拌条件下加入到新鲜胶乳中处理6h 离心浓缩制备浓缩胶乳。取一定量的浓缩胶乳制成胶膜, 测定胶膜中的氮含量, 结果如图1
所示。
图1 不同表面活性剂对胶乳氮含量的影响
从图1可以知道, 不同类型的表面活性剂在胶乳中处理一定时间后离心浓缩制备的浓缩胶乳蛋白质含量均降低。其原因可能是橡胶粒子表面的蛋白质分子与溶液中的表面活性剂相互作用形成表面活性剂-蛋白质复合物, 从而使蛋白质分子以复合物的形式进入胶清中, 在离心力作用下被除去。
2. 1. 2 表面活性剂在胶乳中的处理时间对降低胶乳氮含量的影响
慢速搅拌条件下, 将质量分数为0. 2%表面活性剂SDS 、LAS 、CT AB 、T20、平平加O 加入到鲜胶乳中, 处理不同时间后离心浓缩制备浓缩胶乳。取一定量的浓缩胶乳制成胶膜, 测定胶膜中的氮含量, 结果如图2所示。由图2可知, 表面活性剂在胶乳中的处理时间对降低胶乳蛋白质含量有明显的影响, 当处理时间低于6h, 随着时间的推移, 胶乳中的氮含量逐渐降低; 当处理时间大于6h, 胶乳中的氮含量基本保持不变。故表面活性剂在胶乳中的最佳处理时间为6h 。
30
弹 性 体 第19卷
由图1、图2可以看出, 表面活性剂降低胶乳中蛋白质含量的效果为:阴离子表面活性剂>阳离子表面活性剂>非离子表面活性剂。阴离子表面活性剂中SDS 降低胶乳中的蛋白质含量的效果略好于LAS, 但二者差别不大。以下实验选用SDS
为表面活性剂。
的0. 2505%(质量分数) 。
其原因可能是尿素通过与蛋白质的多肽链竞争氢键来破坏维持蛋白质高级结构的氢键, 同时尿素还能增加蛋白质疏水性侧链在水中的溶解性, 削弱维持蛋白质空间结构的疏水相互作用, 使蛋白质变性。而尿素不带电荷不会影响蛋白质原有的电荷量和等电点, 有利于蛋白质构象发生改变, 形成有强烈相互作用的蛋白质-表面活性剂复合物, 从而使蛋白质变性后的多肽链同SDS 结合。经过尿素预处理后蛋白质空间构型变为絮乱而散漫的状态, 分子结果伸展松散不对称程度增加。此时加入SDS 进一步破坏蛋白质分子内的疏水相互作用, 原来处于分子内部的疏水性侧基暴露出来, 削弱了蛋白质分子内部的疏水相互
[9]
作用时间/h
图2 表面活性剂在鲜胶乳中的作用时间
对降低胶乳氮含量的影响
作用, 增加了分子间疏水相互作用, 使蛋白质分子以复合物的形式转移到胶清相中, 在超速离心机离心力的作用下离心除去。SDS-蛋白质复合体系结构形成示意图见图4和图5。
2. 2 尿素预处理鲜胶乳后加入SDS 处理对降低胶乳氮含量效果的研究
2. 2. 1 尿素用量和SD S 用量对降低胶乳氮含量的影响
将尿素配成不同浓度的水溶液, 持续搅拌条件下加入到鲜胶乳中预处理2h 后, 再分别加入不同用量的SDS 处理6h, 离心浓缩制备浓缩胶乳, 取一定量的浓缩胶乳制成胶膜, 测定胶膜中的氮含量, 结果见图3
。
w (SDS )/%
图3 尿素用量和SDS 用量对胶乳氮含量的影响
由图3可知, 鲜胶乳经尿素预处理再加入SDS 处理, 对降低天然胶乳中的氮含量有明显作用。其氮含量远低于直接用SDS 处理胶乳的氮含量。在尿素和SDS 质量分数分别为0. 1000%和1. 5000%时, 胶乳氮质量分数从0. 4300%下,
第4期何灿忠, 等. 表面活性剂对天然胶乳蛋白质含量影响的研究
31
2. 2. 2 尿素在鲜胶乳中的预处理温度和预处理
时间对胶乳氮含量的影响
慢速搅拌条件下, 将质量分数为0. 1%的尿素加入到鲜胶乳中, 在不同温度下水浴处理不同时间后, 加入质量分数1. 5%的SDS 处理6h, 离心浓缩制成浓缩胶乳。尿素加入到鲜胶乳中的不同预处理时间和预处理温度对胶乳氮含量影响见图6
。
检测器, 32次扫描结果如图7所示。
/cm -1
a-对照样胶乳胶膜红外光谱; b-S DS 处理后离心浓缩胶乳胶膜红外光谱; c-尿素预处理鲜胶乳后加入S DS 处理离心浓缩胶乳胶膜红外光谱
预处理时间/h
图6 尿素在鲜胶乳中预处理温度和预处理时间
对胶乳氮含量的影响
图7 表面活性剂处理胶乳胶膜的红外光谱
从图7a 可以看出, NR 在3295cm 处出现N H 的伸缩振动峰; 在2960cm -1、2921cm -1和2856cm -1处出现了甲基和亚甲基的伸缩振动谱带; 1661cm 处出现了双键的伸缩振动; 1546cm 处出现N H 变形振动峰酰胺II 特征吸收谱带; 1448cm -1和1375cm -1处出现NR 的特征谱带分别是亚甲基的弯曲振动、甲基的变形振动; 在1087cm 和836cm 处出现的谱带分别是NR 中含有氨基化合物的 N H 2吸收谱带和双键上C H 的面外弯曲振动谱带。
从图7b 可以看出, 用表面活性剂SDS 处理后, 经离心浓缩制得的胶乳胶膜的红外谱图和对照样的差别在于3295cm -1处N H 的伸缩振动峰减弱, 在1546cm -1蛋白质的酰胺II 谱带的吸收明显减弱。这是由于SDS 可以与橡胶粒子表面的蛋白质分子发生取代吸附, 并在离心浓缩过程中将蛋白质除去, 这与文中2. 1节的结论吻合。
从图7c 可以看出, 经尿素预处理加入SDS 一段时间后, 再离心浓缩制得胶乳胶膜的红外光谱, 在1546cm -1处蛋白质的酰胺II 吸收谱带几乎不见, 在3295cm -1处的吸附明显减弱。其原因是天然胶乳中的蛋白质被除去, 这和文中2. 2节的结论吻合。
-1
-1
-1
-1
-1
从图6可以看出, 尿素预处理时间对胶乳氮含量影响明显, 预处理温度对胶乳的氮含量影响不明显。预处理时间低于3h 时, 随着时间的推移, 胶乳中的蛋白质含量逐渐降低; 当超过3h 后, 胶乳中的蛋白质含量基本保持不变。2. 3 鲜胶乳pH 值对降低胶乳氮含量的影响
胶粒表面的蛋白质及乳清中的蛋白质在不同的pH 值介质中, 其各基团的解离程度不同, pH 值增加会使胶粒表面电荷增加, 乳清中的蛋白质的离子度增强, 这必然会影响吸附剂对蛋白质分子的吸附作用。鲜胶乳中的pH 值对表面活性剂处理胶乳氮含量影响见表1。由表1看出, 鲜胶乳pH 值对2种方法处理胶乳的氮含量的影响不大。故用氨保存的胶乳均可用表面活性剂法降低胶乳中的蛋白质含量。
表1 鲜胶乳pH 值对尿素与S DS 并用处理胶乳氮含量的影响鲜胶乳pH 值7. 08. 510. 0
w (氮) /%
SDS 处理胶乳0. 25050. 25020. 2503
尿素预处理后SDS 处理胶乳
0. 0940. 0890. 091
2. 4 表面活性剂处理胶乳胶膜的红外光谱分析
采用M agma -IR750型傅里叶变换红外光
, , -1
3 结 论
32
弹 性 体
2007. 6.
第19卷
一定时间后离心浓缩均能降低胶乳中的蛋白质含量。表面活性剂降低胶乳中蛋白质含量的效果为阴离子表面活性剂>阳离子表面活性剂>非离子表面活性剂。
(2) 尿素预处理时间对胶乳氮含量影响明显, 尿素预处理温度和鲜胶乳中的pH 值对胶乳的氮含量影响不明显。
(3) 在室温下, 质量分数为0. 1%的尿素预处理鲜胶乳2h 后, 加入质量分数为0. 15%的SDS 处理6h, 再经离心机离心浓缩, 浓缩胶乳的氮含量从质量分数0. 43%下降至0. 089%。
(4) 红外光谱分析表明, 直接用阴离子表面活性剂SDS 处理胶乳离心浓缩后, 胶乳胶膜的红外光谱在1546cm 处蛋白质的酰胺II 谱带和在3295cm 处N H 的伸缩振动峰明显减弱。先用尿素预处理新鲜胶乳, 再加入阴离子表面活性剂SDS 处理, 经离心浓缩, 胶乳胶膜在1546cm
-1
-1
-1
[2] Peter B Kang, Kristy Vogt. T he imm uno cross reactivity of
gu tta perch a points[J ]. Den tal M aterials, 2007, 23(3) :380~384.
[3] H Y Yeang, R G H am iltonw , D I Berns teinz. Allergen con
centration in natural rubb er latex [J ]. Clinical and E xperi m ental Allergy, 2006, 36(8) :1078~1086.
[4] Rafael Pam iesl , Fernando Oilver, M onika Raulf H eims oth.
Patterns of latex allergen recognition in ch ildren sensitized to n atural rubb er latex [J ]. Pediatr Allerg en Immun ol, 2006, 17(1) :55~59.
[5] Ichikaw a N, En g AH, Tanaka Y Proc. Internation al ru bber
techn ology [C]. Kuala :Lum pur, 1993. 101.
[6] Holland D J, S ederman A J, M an tle M D, et al. Quantitative
m agnetic resonance im aging of urea and lysozym e in protein chromatog raphy[J]. J Chromatoger A, 2004, 1033(2) :311~319.
[7] M usante L, Candiano G, Ghiggeri G M . Resolution of fi
br on ectin an d other un characterized p roteins by tw o dimen s ion al polyacrylamide electrophoresis with thiourea [J ]. J C hromatoger B, 1998, 705(2) :351~356.
[8] 刘静, 徐桂英. 表面活性剂与蛋白质相互作用的研究进展
[J ]. 日用化学工业, 2003, 33(2) :29~32.
[9] 王延华, 邹晓莉. 蛋白质理论与技术[M ]. 北京:科学出版
社, 2005. 44.
处蛋白质的酰胺II 谱带和3295cm
-1
处N
H 的伸缩振动峰几乎消失。
参 考 文 献:
[1] 谭海生, 袁子成. 胶乳制品工艺学[M ]. 北京:农业出版社,
Study on the influencing factors of the proteins content of natural
rubber latex incubationed by surfactant
H E Can zho ng 1, T AN H ai sheng 1, SH E Xiao dong 1, AO Ning jian 2, LIA O Xiao xue 1, H E Ying ping 1
(1. College of Materials and Chem ical E ng ineer ing , H ainan Univ er sity , Danz hou 571737, Chi na; 2. I nstitute of B iomed ical Engineering , J i nan Univer sity , Guang z hou 510632, China)
Abstract:Study the adsor ptivity to remove pr oteins from natural rubber latex (NRL) by incuba tion o f NRL w ith surfactant for a period then w as centrifug aled, and the adsorptiv ity to r em ove pro teins from natural r ubber latex (NRL) by pretreatment NRL w ith ur ea for a period fo llow ed incuba tioned by surfactant then w as centrifug aled. Kinds o f surfactant for the incubatio n, temper ature and tim e of pr etreatm ent NRL w ith urea for the incubation and ammonia content of fresh NRL w ere inv es tig ated to remo ve the pro teins effectively. T he results show ed that nitro gen content o f the NRLw as re duced markedness by pretreated NRL w ith urea for a period follow ed incubationed by anionic surfac tant , in w hich nitrog en content o f the rubber w as reduced to 0. 089%from 0. 43%under the optim um condition. IR spectra studies indicated that the absorptions of v ibrations of acidam ide II o f the proteins in NRL incubation w ith urea and SDS are changed. Obviously, the absor ption peaks of the proteins in NRL at about 1546cm -1is w eaker, nearly disappear. The str etching v ibration of N H bo nd at about
-1
3295cm is w eaker obv iously.
Key words:urea; surfactant; pr etreatm ent; natural r ubber latex ; protein
研究 开发
弹性体, 2009 08 25, 19(4) :28~32
CH IN A EL A ST O M ERICS
表面活性剂对天然胶乳蛋白质*
含量影响的研究
何灿忠1, 谭海生1, 佘晓东1, 敖宁建2, 廖小雪1, 何映平1
(1. 海南大学材料与化工学院, 海南儋州571737; 2. 暨南大学生命医学工程研究所, 广东广州510632)
摘 要:采用表面活性剂直接处理鲜胶乳离心浓缩法制备浓缩胶乳, 先用尿素预处理新鲜胶乳后加入表面活性剂处理, 再离心浓缩法制备浓缩胶乳。研究表面活性剂种类、尿素预处理时间和预处理温度及新鲜胶乳的pH 值对处理所得浓缩胶乳蛋白质含量的影响。同时用傅立叶红外吸收光谱对2种处理方法制备的浓缩胶乳胶膜进行了表征。实验结果表明, 鲜胶乳先经尿素预处理一定时间后加入阴离子表面活性剂处理, 再离心浓缩制备浓缩胶乳, 蛋白质含量显著降低。适宜条件下, 浓缩胶乳的氮含量从质量分数0. 430%下降至0. 089%。红外光谱分析表明, 先用尿素预处理新鲜胶乳, 然后加入阴离子表面活性剂处理, 再离心浓缩制备浓缩胶乳, 胶膜在1546cm -1处蛋白质的酰胺II 谱带几乎消失, 在3295cm -1处N H 的伸缩振动峰明显减弱。
关键词:尿素; 表面活性剂; 预处理; 鲜胶乳; 蛋白质
中图分类号:T Q 331. 2 文献标识码:A 文章编号:1005 3174(2009) 04 0028 05
天然橡胶(NR) 具有优越的综合性能, 其湿凝胶强度高、弹性大、蠕变小, 就通用性能来讲, 目前尚无其它材料能替代[1]。NR 并不是纯粹的聚异戊二烯碳氢物, 它含有相当可变异的非橡胶物质, 因此在操作性能和使用性能方面有许多明显的变化。NR 的非橡胶物质对材料的品质影响, 有好的一面, 也有坏的一面, 如它们起抗氧化作用、加速硫化等。这是对制品有好处的, 但缺点也不少, 如NR 由于非胶物质引起的过敏性、导电性、生热性和吸湿性。目前已证实, 引起天然胶乳(NRL) 制品接触性过敏的主要原因是N RL 制品中残留的水溶性蛋白质(WSP) [2~4]。在生产方面, 这些制品的生胶原料需要进行纯化, 除去大部分非橡胶物质, 主要是除去蛋白质。目前世界各国采用的最普通做法是酶法和氯化法。通过氯化方法虽可消除来自有粉手套的气传过敏原问题, 但未能从根本上消除蛋白质及其过敏的影响, 而氯化处
收稿日期:2009-03-11
作者简介:何灿忠(1983-) , 男, 福建泉州人, 硕士研究生, 主要研究方向为高分子材料。
*:理手套的力学性能和耐老化性能下降。酶法去除蛋白质的操作须在胶乳添加氨水保存剂之前完成, 同时保证胶乳不凝固, 增加了工艺难度, 且设备投资大, 工艺复杂, 成本高, 天然胶乳的稳定性差, 有残留酶等。这对植胶的农场提出了更高的要求, 较难产业化。
从胶乳中分离出蛋白质主要是通过控制蛋白质分子与橡胶粒子之间吸附作用。采用吸附剂替代吸附胶乳中的蛋白质等非胶物质再经离心除去, 是除去胶乳中蛋白质的有效方法之一, 其工艺简单, 成本较低, 且对胶乳的稳定性影响不大。本实验利用尿素
[6]
[5]
和硫脲等小分子化合物与蛋白
[7]
质具有很强的相互作用, 可使蛋白质发生变性。离子型表面活性剂通过破坏蛋白质分子内的疏水基相互作用, 能使蛋白质的构象发生改变, 形成具有强烈相互作用的蛋白质-表面活性剂复合物。
[8]
1 实验部分
1. 1 原材料
鲜胶乳:中国热带农业科学院试验场胶厂; 十(,
第4期何灿忠, 等. 表面活性剂对天然胶乳蛋白质含量影响的研究
29
有限公司; 十二烷基苯磺酸钠(LAS) :分析纯, 上海凌风化学试剂有限公司; 尿素:分析纯, 广东汕头西陇化工厂; 溴化十二烷基三甲基铵(CTAB) :化学纯, 上海润捷化学有限公司; 吐温20(T20) :分析纯, 广东汕头西陇化工厂; 平平加O(O20) :化学纯, 广州市医药公司; 浓硫酸、冰醋酸、硼酸、氨水、氢氧化钠、硫代硫酸钠、硫酸钾、氧化汞、无水乙醇、溴甲酚绿、甲基红等均为分析纯试剂, 市售。
1. 2 仪器设备
Magm a-IR750型傅里叶变换红外光谱仪:美国Nicolet 公司; JJ-1型增力电动搅拌机:江苏金坛富华仪器有限公司; 电热恒温水浴锅(0~100 ) :上海医疗器械厂; D-4740Oeide 离心机:西德W estfalia separator A -G; 凯氏半微量定氮装置:实验室自组装。1. 3 实验方法
1. 3. 1 表面活性剂处理浓缩胶乳的制备
将十二烷基硫酸钠、直链十二烷基苯磺酸钠、溴化十二烷基三甲基铵、吐温20、平平加O 配成不同浓度的溶液, 搅拌条件下加入到新鲜胶乳中处理不同时间后, 离心机离心制备浓缩胶乳。1. 3. 2 尿素预处理鲜胶乳后再用表面活性剂处理浓缩胶乳的制备
将尿素配成不同浓度的水溶液, 慢速搅拌条件下加入到鲜胶乳中, 在不同的温度下水浴处理不同时间后, 再加入一定量的表面活性剂, 处理一定时间后, 离心机离心制备浓缩胶乳。1. 3. 3 对照浓缩胶乳的制备
取同一批鲜胶乳, 直接离心成浓缩胶乳作为对照胶乳。
1. 3. 4 胶乳胶膜的制备
取一定量待测胶乳, 采用涂膜法制备胶膜, 室温下晾干, 保存待测。
1. 3. 5 胶乳胶膜氮含量的测试
采用凯式半微量滴定法测定胶膜的氮含量, 按照GB8088 87进行测定。1. 3. 6 红外光谱分析
用Mag ma-IR750型傅立叶变换红外光谱仪进行分析, 分辨率4cm , 波数范围4000~400
-1
cm
-1
, DT GS 检测器, 32次扫描。
2 结果讨论
2. 1 表面活性剂对降低天然胶乳氮含量的影响
2. 1.1 不同种类表面活性剂对降低胶乳氮含量的影响
将阴离子表面活性剂SDS 、LA S 、阳离子表面活性剂CT AB 、非离子表面活性剂吐温20、平平加O 配成不同浓度的溶液, 慢速搅拌条件下加入到新鲜胶乳中处理6h 离心浓缩制备浓缩胶乳。取一定量的浓缩胶乳制成胶膜, 测定胶膜中的氮含量, 结果如图1
所示。
图1 不同表面活性剂对胶乳氮含量的影响
从图1可以知道, 不同类型的表面活性剂在胶乳中处理一定时间后离心浓缩制备的浓缩胶乳蛋白质含量均降低。其原因可能是橡胶粒子表面的蛋白质分子与溶液中的表面活性剂相互作用形成表面活性剂-蛋白质复合物, 从而使蛋白质分子以复合物的形式进入胶清中, 在离心力作用下被除去。
2. 1. 2 表面活性剂在胶乳中的处理时间对降低胶乳氮含量的影响
慢速搅拌条件下, 将质量分数为0. 2%表面活性剂SDS 、LAS 、CT AB 、T20、平平加O 加入到鲜胶乳中, 处理不同时间后离心浓缩制备浓缩胶乳。取一定量的浓缩胶乳制成胶膜, 测定胶膜中的氮含量, 结果如图2所示。由图2可知, 表面活性剂在胶乳中的处理时间对降低胶乳蛋白质含量有明显的影响, 当处理时间低于6h, 随着时间的推移, 胶乳中的氮含量逐渐降低; 当处理时间大于6h, 胶乳中的氮含量基本保持不变。故表面活性剂在胶乳中的最佳处理时间为6h 。
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由图1、图2可以看出, 表面活性剂降低胶乳中蛋白质含量的效果为:阴离子表面活性剂>阳离子表面活性剂>非离子表面活性剂。阴离子表面活性剂中SDS 降低胶乳中的蛋白质含量的效果略好于LAS, 但二者差别不大。以下实验选用SDS
为表面活性剂。
的0. 2505%(质量分数) 。
其原因可能是尿素通过与蛋白质的多肽链竞争氢键来破坏维持蛋白质高级结构的氢键, 同时尿素还能增加蛋白质疏水性侧链在水中的溶解性, 削弱维持蛋白质空间结构的疏水相互作用, 使蛋白质变性。而尿素不带电荷不会影响蛋白质原有的电荷量和等电点, 有利于蛋白质构象发生改变, 形成有强烈相互作用的蛋白质-表面活性剂复合物, 从而使蛋白质变性后的多肽链同SDS 结合。经过尿素预处理后蛋白质空间构型变为絮乱而散漫的状态, 分子结果伸展松散不对称程度增加。此时加入SDS 进一步破坏蛋白质分子内的疏水相互作用, 原来处于分子内部的疏水性侧基暴露出来, 削弱了蛋白质分子内部的疏水相互
[9]
作用时间/h
图2 表面活性剂在鲜胶乳中的作用时间
对降低胶乳氮含量的影响
作用, 增加了分子间疏水相互作用, 使蛋白质分子以复合物的形式转移到胶清相中, 在超速离心机离心力的作用下离心除去。SDS-蛋白质复合体系结构形成示意图见图4和图5。
2. 2 尿素预处理鲜胶乳后加入SDS 处理对降低胶乳氮含量效果的研究
2. 2. 1 尿素用量和SD S 用量对降低胶乳氮含量的影响
将尿素配成不同浓度的水溶液, 持续搅拌条件下加入到鲜胶乳中预处理2h 后, 再分别加入不同用量的SDS 处理6h, 离心浓缩制备浓缩胶乳, 取一定量的浓缩胶乳制成胶膜, 测定胶膜中的氮含量, 结果见图3
。
w (SDS )/%
图3 尿素用量和SDS 用量对胶乳氮含量的影响
由图3可知, 鲜胶乳经尿素预处理再加入SDS 处理, 对降低天然胶乳中的氮含量有明显作用。其氮含量远低于直接用SDS 处理胶乳的氮含量。在尿素和SDS 质量分数分别为0. 1000%和1. 5000%时, 胶乳氮质量分数从0. 4300%下,
第4期何灿忠, 等. 表面活性剂对天然胶乳蛋白质含量影响的研究
31
2. 2. 2 尿素在鲜胶乳中的预处理温度和预处理
时间对胶乳氮含量的影响
慢速搅拌条件下, 将质量分数为0. 1%的尿素加入到鲜胶乳中, 在不同温度下水浴处理不同时间后, 加入质量分数1. 5%的SDS 处理6h, 离心浓缩制成浓缩胶乳。尿素加入到鲜胶乳中的不同预处理时间和预处理温度对胶乳氮含量影响见图6
。
检测器, 32次扫描结果如图7所示。
/cm -1
a-对照样胶乳胶膜红外光谱; b-S DS 处理后离心浓缩胶乳胶膜红外光谱; c-尿素预处理鲜胶乳后加入S DS 处理离心浓缩胶乳胶膜红外光谱
预处理时间/h
图6 尿素在鲜胶乳中预处理温度和预处理时间
对胶乳氮含量的影响
图7 表面活性剂处理胶乳胶膜的红外光谱
从图7a 可以看出, NR 在3295cm 处出现N H 的伸缩振动峰; 在2960cm -1、2921cm -1和2856cm -1处出现了甲基和亚甲基的伸缩振动谱带; 1661cm 处出现了双键的伸缩振动; 1546cm 处出现N H 变形振动峰酰胺II 特征吸收谱带; 1448cm -1和1375cm -1处出现NR 的特征谱带分别是亚甲基的弯曲振动、甲基的变形振动; 在1087cm 和836cm 处出现的谱带分别是NR 中含有氨基化合物的 N H 2吸收谱带和双键上C H 的面外弯曲振动谱带。
从图7b 可以看出, 用表面活性剂SDS 处理后, 经离心浓缩制得的胶乳胶膜的红外谱图和对照样的差别在于3295cm -1处N H 的伸缩振动峰减弱, 在1546cm -1蛋白质的酰胺II 谱带的吸收明显减弱。这是由于SDS 可以与橡胶粒子表面的蛋白质分子发生取代吸附, 并在离心浓缩过程中将蛋白质除去, 这与文中2. 1节的结论吻合。
从图7c 可以看出, 经尿素预处理加入SDS 一段时间后, 再离心浓缩制得胶乳胶膜的红外光谱, 在1546cm -1处蛋白质的酰胺II 吸收谱带几乎不见, 在3295cm -1处的吸附明显减弱。其原因是天然胶乳中的蛋白质被除去, 这和文中2. 2节的结论吻合。
-1
-1
-1
-1
-1
从图6可以看出, 尿素预处理时间对胶乳氮含量影响明显, 预处理温度对胶乳的氮含量影响不明显。预处理时间低于3h 时, 随着时间的推移, 胶乳中的蛋白质含量逐渐降低; 当超过3h 后, 胶乳中的蛋白质含量基本保持不变。2. 3 鲜胶乳pH 值对降低胶乳氮含量的影响
胶粒表面的蛋白质及乳清中的蛋白质在不同的pH 值介质中, 其各基团的解离程度不同, pH 值增加会使胶粒表面电荷增加, 乳清中的蛋白质的离子度增强, 这必然会影响吸附剂对蛋白质分子的吸附作用。鲜胶乳中的pH 值对表面活性剂处理胶乳氮含量影响见表1。由表1看出, 鲜胶乳pH 值对2种方法处理胶乳的氮含量的影响不大。故用氨保存的胶乳均可用表面活性剂法降低胶乳中的蛋白质含量。
表1 鲜胶乳pH 值对尿素与S DS 并用处理胶乳氮含量的影响鲜胶乳pH 值7. 08. 510. 0
w (氮) /%
SDS 处理胶乳0. 25050. 25020. 2503
尿素预处理后SDS 处理胶乳
0. 0940. 0890. 091
2. 4 表面活性剂处理胶乳胶膜的红外光谱分析
采用M agma -IR750型傅里叶变换红外光
, , -1
3 结 论
32
弹 性 体
2007. 6.
第19卷
一定时间后离心浓缩均能降低胶乳中的蛋白质含量。表面活性剂降低胶乳中蛋白质含量的效果为阴离子表面活性剂>阳离子表面活性剂>非离子表面活性剂。
(2) 尿素预处理时间对胶乳氮含量影响明显, 尿素预处理温度和鲜胶乳中的pH 值对胶乳的氮含量影响不明显。
(3) 在室温下, 质量分数为0. 1%的尿素预处理鲜胶乳2h 后, 加入质量分数为0. 15%的SDS 处理6h, 再经离心机离心浓缩, 浓缩胶乳的氮含量从质量分数0. 43%下降至0. 089%。
(4) 红外光谱分析表明, 直接用阴离子表面活性剂SDS 处理胶乳离心浓缩后, 胶乳胶膜的红外光谱在1546cm 处蛋白质的酰胺II 谱带和在3295cm 处N H 的伸缩振动峰明显减弱。先用尿素预处理新鲜胶乳, 再加入阴离子表面活性剂SDS 处理, 经离心浓缩, 胶乳胶膜在1546cm
-1
-1
-1
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处蛋白质的酰胺II 谱带和3295cm
-1
处N
H 的伸缩振动峰几乎消失。
参 考 文 献:
[1] 谭海生, 袁子成. 胶乳制品工艺学[M ]. 北京:农业出版社,
Study on the influencing factors of the proteins content of natural
rubber latex incubationed by surfactant
H E Can zho ng 1, T AN H ai sheng 1, SH E Xiao dong 1, AO Ning jian 2, LIA O Xiao xue 1, H E Ying ping 1
(1. College of Materials and Chem ical E ng ineer ing , H ainan Univ er sity , Danz hou 571737, Chi na; 2. I nstitute of B iomed ical Engineering , J i nan Univer sity , Guang z hou 510632, China)
Abstract:Study the adsor ptivity to remove pr oteins from natural rubber latex (NRL) by incuba tion o f NRL w ith surfactant for a period then w as centrifug aled, and the adsorptiv ity to r em ove pro teins from natural r ubber latex (NRL) by pretreatment NRL w ith ur ea for a period fo llow ed incuba tioned by surfactant then w as centrifug aled. Kinds o f surfactant for the incubatio n, temper ature and tim e of pr etreatm ent NRL w ith urea for the incubation and ammonia content of fresh NRL w ere inv es tig ated to remo ve the pro teins effectively. T he results show ed that nitro gen content o f the NRLw as re duced markedness by pretreated NRL w ith urea for a period follow ed incubationed by anionic surfac tant , in w hich nitrog en content o f the rubber w as reduced to 0. 089%from 0. 43%under the optim um condition. IR spectra studies indicated that the absorptions of v ibrations of acidam ide II o f the proteins in NRL incubation w ith urea and SDS are changed. Obviously, the absor ption peaks of the proteins in NRL at about 1546cm -1is w eaker, nearly disappear. The str etching v ibration of N H bo nd at about
-1
3295cm is w eaker obv iously.
Key words:urea; surfactant; pr etreatm ent; natural r ubber latex ; protein