聚乙二醇化学改性的大豆分离蛋白凝胶

聚乙二醇化学改性的大豆分离蛋白凝胶

刘杰;周浩;黄郁芳;陈新

【摘要】将聚乙二醇单甲醚中的羟基氧化成醛基,然后通过Schiff碱及还原反应将聚乙二醇片段接枝到大豆分离蛋白的分子链上.经过聚乙二醇改性的大豆分离蛋白可以在37℃ 自发形成凝胶,且随着聚乙二醇接枝率的增加,凝胶时间可以缩短至30 min以内.因此,经过该乙二醇改性的大豆蛋白水凝胶有望成为一种可注射型水凝胶,在生物医药领域具有相当的应用前景.%Soy protein isolate(SPI), a kind of plant protein, has attracted comprehensive interests in many fields due to its sustainability, low cost, functionality, biocompatibility and tunable degradability. However, SPI needs to take an appropriate modification to meet the requirement of practical use because of the weak intermolecular interactions among the polypeptide chains due to its globular protein nature. Therefore, we designed a chemical modification method to change the aggregation state of SPI molecular chains and prepared a SPI-based hydrogel thereafter. Firstly, polyethylene glycol monomethyl ether(mPEG-CHO) was synthesized by Tempo-BAIB method, achieving an average oxidation degree of 56％. Then, mPEG was successfully grafted onto SPI through Schiff's base reaction between mPEG-CHO and the amino groups in SPI molecular chains, followed by a reduction reaction from NaCNBH4 . It was found that such a PEG modified SPI solution(10％) was able to form a hydrogel at 37 ℃ spontaneously. In the meantime, it showed that with the increase in grafting ratio, the gelation time can be within 30 min. Such a characteristic make this SPI-based hydrogel an injectable hydrogel, which

may have the considerable potential in the biomedicine field. However, the mechanical properties of current PEG modified SPI hydrogel is still not high enough(storage modulus of 300 Pa), so further effort should be taken to make it meet the requirement of real applications.

【期刊名称】《高等学校化学学报》

【年(卷),期】2018(039)002

【总页数】7页(P390-396)

【关键词】大豆分离蛋白;聚乙二醇单甲醚;化学改性;水凝胶

【作者】刘杰;周浩;黄郁芳;陈新

【作者单位】聚合物分子工程国家重点实验室,复旦大学高分子科学系,先进材料实验室,上海 200433;复旦大学附属眼耳鼻喉科医院,上海 200031;复旦大学材料科学系,上海 200433;聚合物分子工程国家重点实验室,复旦大学高分子科学系,先进材料实验室,上海 200433

【正文语种】中文

【中图分类】O636

作为一种原产于中国的农作物, 大豆含有40%的蛋白质, 35%的碳水化合物, 20%的脂质和5%的灰分. 经过提取和去脂化过程, 大豆蛋白粉中包含50%的蛋白质, 其中90%的蛋白质是以球状蛋白的形式存在[1]. 目前, 市售的大豆蛋白主要有大豆粉(SF, 约含有53%～55%的蛋白质)、大豆浓缩蛋白(SPC, 约含65%～72%的蛋白质)和大豆分离蛋白(SPI, ≥90%的蛋白质)3种[2]. 因此大豆分离蛋白是一种来源广

泛、价格低廉、可再生的植物性蛋白质, 作为一种可持续的天然原料具有广泛的

应用前景. 大豆蛋白经过处理或改性后, 可以加工成凝胶、薄膜、黏合剂、涂料、乳化剂及塑料等材料. 目前对于大豆蛋白的相关研究主要集中在大豆蛋白凝胶和薄膜材料, 并将其应用到生物医药和食品包装等方面[3,4]. 大豆蛋白是一种球蛋白, 在自由状态下分子链间的缠结较少, 分子间相互作用较弱, 因此大豆蛋白材料在力学

性能和水阻隔性等方面表现不佳. 纯大豆蛋白一般很难作为成品材料直接使用, 需

要采用一定的改性手段或方法来改善其性能以满足不同应用领域的需求[4,5]. 化学改性法是利用蛋白质上存在的大量残余官能团(氨基、羧基和羟基等)与某些特定的小分子化合物和聚合物等发生化学反应. 这些反应包括Schiff 碱反应、 Click 反应和原位自由基聚合等[6], 并且被广泛应用于明胶[7]、丝蛋白[8]和小麦蛋白[9]等一些蛋白质的化学改性过程.

近些年, 在蛋白质表面修饰聚乙二醇(PEG)已经成为一种改善蛋白质材料性能的重

要手段. 此方法具有以下优势: (i) 减小肾脏对蛋白质的清除率, 从而延长蛋白质在体内的循环时间; (ii) 增加蛋白质的亲水性, 特别是针对一些溶解性较差的蛋白质药物, 可提高其生物利用度; (iii) 可以有效减轻或中和蛋白质的毒性或过敏等不良免疫反

应[10,11]. 聚乙二醇修饰的大豆蛋白材料植入到动物体内时并不会引发严重的炎症反应, 是一种具有免疫惰性的材料[12].

本文采用聚乙二醇对大豆分离蛋白进行改性, 即先将聚乙二醇单甲醚进行醛基化,

再通过Schiff 碱反应将其接枝在大豆分离蛋白分子链上, 并对改性后大豆分离蛋白的凝胶化性能进行了探讨.

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

大豆分离蛋白(SPI)购于上海深远食品有限公司, 其中蛋白质含量大于91%. 盐酸胍、溴化钾、氘代氯仿(CDCl3)和重水(D2O)均购于国药集团化学试剂有限公司; 碘苯