猪皮胶原蛋白的提取及粘度特性研究

70 60 50 40 30 20 10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
pH 值 图 2 pH 值对粘度的影响
2.3 剪切速率对粘度的影响 由图 3 可知袁胶原蛋白的粘度随剪切速率的增加
呈对数下降趋势遥 剪切速率 酌=M窑N渊M= 5.41袁为转子的 常数曰N 为转子的转速冤袁随着转子转速增大袁剪切速率 增加袁对胶原蛋白分子的剪切作用增强袁胶原蛋白分子 的结构被破坏袁胶原蛋白溶液被稀化袁粘度下降遥
3结论
本文在参考以前研究的基础上袁 将柠檬酸协同
90
乙醇
85
丙三醇
80
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65
60
55
0
2
4

8
10 12
有机溶液浓度/%
图 5 有机溶液对粘度的影响
胃蛋白酶作用于猪皮袁并经过盐析尧透析纯化工序袁 得到纯度较高的胶原蛋白袁然后采用 HAKKE 旋转 流变仪对猪皮胶原蛋白粘度特性进行分析遥 结果表 明袁增大胶原蛋白溶液浓度和添加含量在 10%以内 的乙醇和丙三醇都能使胶原蛋白溶液粘度增加曰 pH 对胶原蛋白的粘度影响很大袁pH=4 和 pH=6耀9 时袁粘度急剧下降曰随剪切速率的增大袁粘度呈指数 下降曰 电解质 NaCl 和 CaCl2 的存在都会引起胶原 蛋白溶液粘度下降袁其下降趋势呈先减后增再减的 S 型遥
变性温度的影响遥 而有关猪皮胶原蛋白的粘度特 性的研究还未见报道遥
文中以猪皮为原料袁在柠檬酸和胃蛋白酶的协 同作用下提取胶原蛋白袁 并采用旋转流变仪系统 考察了溶液浓度尧pH 值尧NaCl尧CaCl2尧 乙醇和丙三 醇对胶原蛋白粘度的影响袁 为有效利用猪皮胶原 蛋白资源和开发新型胶原基医用粘合剂提供理论 依据遥
胶原蛋白具有良好的物理性能和生物学特性袁 在化工尧食品尧医学尧生物材料以及农业等领域有 着广泛的应用[2]遥 应用于医用粘合剂的胶原蛋白袁 其流变学特性的研究至关重要遥 粘度作为流变学 性质的一个重要指标袁 它的变化在一定程度上能 反应出蛋白质分子物理化学特性和结构的变化[3]遥 影响蛋白质流体粘度性质的因素主要有院溶解度尧 蛋白质浓度尧温度尧pH 值尧盐和剪切速率等 遥 [4-5] 王 碧等[6]采用乌氏粘度计研究了皮革废弃物胶原蛋 白及多肽溶液在不同溶液浓度尧pH尧温度尧存放时 间和外加电解质 NaCl 下的粘度变化遥 Sai 等[7]利用 奥氏毛细管粘度计研究了温度和浓度对虎皮尧蛙 皮胶原蛋白的粘度影响遥 Usha 等[8]研究了尿素和 n-丙醇对鼠尾腱胶原蛋白粘度变化袁 确定了其对
130 110 90 70 50 30
0
100 200 300 400 500 剪切速率/s-1
图 3 剪切速率对粘度的影响
600 700
一个低谷袁当两者的添加浓度高于 1%时袁胶原蛋白 溶液粘度随 NaCl 和 CaCl2 浓度的增加呈下降趋势遥 这可能是由于低盐离子浓度下袁 盐离子的加入屏蔽 了胶原蛋白分子内带电氨基酸残基的相互作用袁粘 度下降曰盐离子浓度增大使溶液疏水缔合作用增强袁 溶液粘度增大曰当进一步加大盐离子浓度袁盐离子与 胶原蛋白竞争水分子袁 这使得胶原蛋白间的氢键等 被破坏 袁 [10] 引起溶液粘度下降遥 NaCl 浓度达到 4% 渊约 0.7 mol/ L冤 时袁胶原蛋白发生盐析袁这与胶原蛋 白用 0.7耀0.9 mol/ L 盐析纯化的报道相吻合遥 CaCl2 浓度达到 5%时袁蛋白溶液同样发生盐析袁旋转流变 仪无法测定其粘度遥
2.4 盐溶液渊NaCl 和 CaCl2冤对粘度的影响 由图 4 可见袁盐类电解质 NaCl 和 CaCl2 的添加
对胶原蛋白粘度的影响具有相同的趋势袁NaCl 和 CaCl2 的添加量在 0%耀1%之间袁 胶原蛋白粘度出现
万方数据
第 员6 卷第 3 期
薛新顺等 猪皮胶原蛋白的提取及粘度特性研究
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关键词：猪皮胶原蛋白曰提取曰粘度曰粘合剂 中图分类号：栽匝437.9 文献标识码：粤 文章编号：员园园源原圆愿源怨渊圆园园7冤03原0015-04
0前言
胶原蛋白是细胞外基质最重要的组成部分袁同 时也是动物结缔组织中最主要的结构纤维蛋白质遥 在酸性条件下袁 利用酶消化提取猪皮胶原蛋白具有 许多优势遥 在猪肉加工分割过程中袁 猪皮被作为下 脚料袁利用效率很低袁除少量用于制革工业外袁大部 分有待开发利用曰用蛋白酶在酸性条件下处理猪皮袁 可以水解掉胶原纤维蛋白的末端肽袁 提高胶原蛋白 的产率袁且不会破坏胶原蛋白的三股螺旋结构袁保持 了优良的物理和生化特性[1]遥
60
氯化钠
50
氯化钙
40
30
20
10 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 盐溶液浓度/%
图 4 盐溶液对粘度的影响
2.5 有机溶液渊乙醇和丙三醇冤对粘度的影响 乙醇和丙三醇作为一种常用药物载体袁 能提高
药物的溶解性和渗透性曰 而胶原蛋白由于其优良的 生物相容性和低抗原性也被广泛用于生物制药领 域袁 研究二者的相互作用可为制药工业提供参考遥 由图 5 可知袁 乙醇和丙三醇的添加量在 10%内袁胶 原蛋白溶液粘度随其添加浓度的增加而增大袁 这是 因为丙三醇和乙醇分子含有羟基袁 能通过氢键将胶 原蛋白分子交联或桥接在一起袁 从而起到增塑和增 加粘度的作用遥
1 材料与方法
1.1 实验材料 新鲜猪皮袁广州市场购买曰胃蛋白酶渊1颐10000冤袁
Sigma 公司曰脱脂剂渊Greasex 50L冤袁Novozymes曰其它 试剂均为分析纯遥
1.2 实验方法 1.2.1 猪皮胶原蛋白的提取工艺流程
新鲜猪皮寅脱毛寅切碎寅浸泡寅脱脂寅酸/酶 处理寅过滤寅盐析寅离心寅溶解寅透析寅冷冻干 燥寅产品[9]遥 1.2.2 猪皮胶原蛋白提取步骤及参数
胶原蛋白是一种性能优良的生物材料袁在医学 领域已经得到广泛的应用遥 此外袁柠檬酸是一种三 羧基弱酸袁是人体内三羧酸循环过程中主要的中间 代谢产物遥 将柠檬酸提取的胶原蛋白制备成新型的 医用粘合剂袁 在使用过程中对人体不存在副作用袁 并且可促进组织愈合袁其市场前景广阔曰柠檬酸提 取的猪皮胶原蛋白很大程度上保持了其天然结构袁 在生物医学及其它高附加值领域也有着良好的应 用前景遥
[2] 任俊莉,付丽红,邱化玉.胶原蛋白的应用及其发展前景 [J]. 中国皮革,2004,33渊1冤院36-38.
[3] 罗永康,潘道东,沈慧星袁等.蛋白质浓度尧pH尧离子强度对 鲢鱼肌原纤维蛋白粘度的影响[J].食品与发酵工业, 2004,30 渊7冤院52-54.
[4] 黄友如,华欲飞,裘爱泳.醇洗豆粕对大豆分离蛋白溶液粘 度影响[J]. 粮食与油脂,2005 渊3冤院18-21.
2 结果与讨论
2.1 浓度对粘度的影响 由图 1 可见袁 猪皮胶原蛋白的粘度随其浓度增
200
150
100
50
0
0
2
4
6
8
10
12
浓度/渊mg窑mL-1冤
图 1 浓度对粘度的影响
加呈指数增长遥这是因为随着浓度增加袁胶原多肽上 的疏水作用超过排斥作用袁 大分子间交联缠结成胶 原纤维袁胶原纤维进一步交联成聚集体袁此时胶原蛋 白溶液分子内和分子间的氢键作用增强袁 从而引起 粘度的较大增加遥 2.2 pH 值对粘度的影响
圆园园7 年 3 月第 员6 卷第 3 期 灾燥造援员6 No援3袁Mar援圆园园7
中国胶粘剂
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猪皮胶原蛋白的提取及粘度特性研究
薛新顺袁 罗发兴袁 罗志刚袁 黄 强
渊华南理工大学轻工与食品学院袁广东 广州 510641冤
摘要：以猪皮为原料袁在柠檬酸和胃蛋白酶协同作用下提取胶原蛋白遥 采用旋转流变仪系统考察了浓度尧 pH尧剪切速率尧NaCl 和 CaCl2尧乙醇和丙三醇对胶原蛋白粘度的影响遥 结果显示袁胶原蛋白溶液粘度随浓度增 大呈指数增加趋势曰pH=3 时粘度最大袁pH=4 和 pH=6耀9 时粘度下降袁pH=10 时粘度又陡然回升曰粘度随剪切 速率的增大呈对数下降趋势曰NaCl 和 CaCl2 的添加都会使胶原蛋白溶液粘度下降曰乙醇和丙三醇添加量在小 于 10 %时袁其添加浓度与粘度成正比例关系遥 通过对胶原蛋白粘度特性的研究袁为制备新型胶原基医用粘合 剂提供了理论基础遥
参考文献
[1] DEYL Z袁MIKIK I袁ECKHARDT A. Preparative procedures and purity assessment of collagen proteins [ J]. Journal of Chromatography B,2003,790院245-275.
将新鲜猪皮洗净脱毛袁 用手术刀刮去皮下脂 肪袁 切碎袁 放入 10豫的 NaCl 溶液中浸泡过夜袁以 除去盐溶性蛋白和其它可溶性杂质遥 用蒸馏水洗
收稿日期院2007-01-08曰修回日期院2007-01-16遥 基金项目院广东省科技攻关渊2005B20401006冤和广东省自然科学博士启动基金渊05300170冤遥 作者简介院薛新顺袁硕士研究生遥 研究方向院高分子材料的开发及利用遥
采用 RS600 型 HAAKE 旋转流变仪对各溶液的 粘度特性进行分析遥 试验设定在 25 益下保温 30 min 后进行测定遥 除剪切速率的测定中为变换不同 转速外袁其它转速均为 32 r/min遥
渊1冤浓度对粘度的影响 准确称量一定量胶原蛋白冻干品袁 用 0.5 mol/L 柠檬酸溶解成 0.5 mg/mL尧1 mg/mL尧1.5 mg/mL尧2 mg/ mL尧4 mg/mL尧6 mg/mL尧8 mg/mL 和 10 mg/mL 等不同 浓度胶原蛋白溶液袁测定浓度与粘度的关系遥 渊2冤pH 对粘度的影响 用 0.5 mol/L 柠檬酸配成 5 mg/mL 的胶原蛋白 溶液袁 用 5 mol/L HCl 和 5 mol/L NaOH 调 pH 至 1耀 10袁测定 pH 对粘度的影响遥 渊3冤剪切速率对粘度的影响 用 0.5 mol/L 柠檬酸溶解成 5 mg/mL 的胶原蛋 白溶液袁测定不同剪切速率下的粘度变化遥 渊4冤盐溶液渊NaCl 和 CaCl2冤对粘度的影响 用 0.5 mol/L 柠檬酸配制浓度为 5 g/mL 的胶原 蛋白溶液袁溶液中添加浓度分别为 0%尧0.5%尧1.0%尧 1.5%尧2.0%尧2.5%尧3.0%的 NaCl 和 CaCl2 盐溶液袁测 定 NaCl 和 CaCl2 对粘度的影响遥 渊5冤有机溶液渊乙醇和丙三醇冤对粘度的影响 用 0.5 mol/L 柠檬酸作溶剂袁 配制浓度为 5 mg/ mL 的胶原蛋白溶液袁 溶液中添加浓度分别为 0%尧 1% 尧2% 尧4% 尧6% 尧8% 尧10% 的 乙 醇 和 丙 三 醇 有 机 溶 液袁测定粘度的变化遥
由图 2 可见袁pH 值对胶原蛋白粘度的影响很 大遥 在 pH=3 时袁猪皮胶原蛋白的粘度最大袁在 pH=4 和 pH=6耀9 时出现了 2 个粘度低谷袁而 pH=10 时粘 度又开始上升袁这与王碧[6]的结果极为相似袁其原因 可能为强碱性条件下袁 胶原蛋白分子上的净负电荷 增多袁 电荷间强烈的排斥作用引起胶原蛋白的各种 次级键断裂袁二尧三级结构破坏袁胶原蛋白分子的紧 密构象变成松散的无序状态袁 从而使胶原蛋白粘度 增加遥
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中国胶粘剂
第 员6 卷第 3 期
涤2 次后浸泡于含有 6豫Na2CO3 和 1豫脱脂剂的溶 液中脱脂袁30 益搅拌 60 min袁 用 30 益温水洗涤 3 次袁置于通风橱中晾干遥将预处理过的猪皮原料加 入 0.05 mol/L 含 有 胃 蛋 白 酶 的 柠 檬 酸 溶 液 渊pH2.5耀3冤中处 理一段时间 袁用两层 医用 纱 布过 滤遥 向滤液中直接加入 NaCl 固体进行盐析渊NaCl 最终浓度在 0.8 mol/L 左右冤袁离心分离袁得到胶原 蛋白沉淀遥 盐析后得到的胶原蛋白沉淀溶解于所 用酸溶液袁在 0.02 mol/L 的 Na2HPO4渊pH8.6冤中透 析 2 d袁然后以蒸馏水为外透析液透析 1 d遥 将透 析后的胶原蛋白溶液冷冻干燥得到纯度较高的产 品遥 按照文献[9]中的检测方法对提取的产品进行 分析袁 得出提取物为保持完整三股螺旋结构的玉 型胶原蛋白遥 1.2.3 不同因素对胶原蛋白粘度的影响