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玉米醇溶蛋白改性、界面特性及成膜性研究

吴磊燕

   玉米醇溶蛋白(zein)疏水性好、易成膜,但纯玉米醇溶蛋白膜脆而易碎,延伸率差,工业化应用难,可用化学方法改变zein成膜性。本文利用玉米淀粉生产的副产物玉米蛋白粉(CGM)为原料提取玉米醇溶蛋白(zein),研究磷酸化改性对zein的物理性质及结构的变化;用界面吸附动力学和界面流变学研究SDS-磷酸化zein复合物的界面吸附和流变特性,模型分析磷酸化zein的吸附特点,推断磷酸化对zein结构的影响。研究塑化剂和磷酸化改性对zein蛋白膜表面和机械性质的影响,用静态和动态接触角分析zein蛋白膜表面亲水/疏水性质及动态润湿变化。 从玉米蛋白粉中提取玉米醇溶蛋白(zein),用SDS-PAGE电泳、zata电位仪、差异扫描量热法(DSC)和圆二色谱仪(CD)研究zein的性质,结果表明该提取物主要成分为α-zein,等电点pH5.97,Tg为165.42℃;磷酸化后zein蛋白黏度升高,电负性增强,等电点向酸性偏移,二级结构发生变化,结构松散,α-螺旋降低,玻璃态转化温度Tg升高;O-磷酸键和N-磷酸键都存在于磷酸化zein蛋白中,pH5.0、7.0和9.0时磷酸化程度分别为3.31、6.68和5.85mol P/mol zein。 磷酸化前后zein与不同浓度SDS混合溶液在空气-水界面、油(正己烷)-水界面上的表(界)面压力变化和吸附动力学不同;溶液的表(界)面压力都随吸附时间的增加而增大,各体系的溶质吸附到表(界)面,既有单溶质体系的吸附、渗透和重排,也有多溶质体系的竞争吸附、复合物吸附,甚至不相容吸附;根据Ward和Tordai吸附动力学模型公式得到各蛋白溶液界面上的扩散-控制吸附常数kdiff,判断各体系溶质吸附过程属于扩散-控制吸附,磷酸化提高zein蛋白的界面活性;用半经验公式得到蛋白溶液界面上的渗透速率常数和重排速率常数,分析得知,在研究的吸附时间内,各溶液体系在空气-水表面既有渗透吸附,又有重排现象,油-水界面上则只有强的渗透吸附。 振动频率增加,空气-水界面或油(正己烷)-水界面上吸附的蛋白溶质(zein蛋白、磷酸化zein蛋白、SDS分子或蛋白与SDS混合)膜的弹性模量( E_d )增加,黏性模量( E_v )降低,且E_d大于E_v,各溶质形成弹性界面膜;随吸附时间延长,各溶液形成的界面膜的E_d和E_v都增加,界面膜的E_d、E_v与吸附在界面上的zein蛋白结构相关;磷酸化程度越高,在空气-水界面上形成的蛋白膜E_v越大,油-水界面上的油相溶剂化作用减弱了界面相内疏水力作用强的zein蛋白分子间的作用力,影响界面蛋白膜的E_d、E_v值。 亲水/疏水性不同的甘油、油酸和聚乙二醇塑化剂按不同比例加入zein蛋白膜,改变蛋白膜的表面性质和机械性质,各蛋白膜中的水分含量、表面微结构、粗糙度Z值都不相同;甘油含量增加,甘油zein膜的表观接触角下降,而含油酸和聚乙二醇的zein膜的表观接触角却随着塑化剂含量的增加而增大;塑化剂膜表面动态接触角变化速率可用指数方程y = A1×exp (-x/t1) + y0拟合;随着塑化剂含量增加,zein蛋白膜的抗拉强度TS减小,延伸率EB增加。 磷酸化也改变zein蛋白膜的表面和机械性能,改变效果跟磷酸化程度、添加塑化剂的种类有关;磷酸化增加zein蛋白膜的临界表面张力γc,膜表面疏水性降低;动态接触角变化速率增大,变化幅度与表面微结构和塑化剂种类有关,也可用指数方程y = A1×exp(-x/t1) + y0拟合;磷酸化使zein蛋白膜表面粗糙度Z值增大,但结构紧密,膜的机械性质如延伸率与塑化剂改善的蛋白膜相比提高3~4倍。 磷酸化后,zein蛋白引入了磷酸根基团,蛋白质的物理性质、界面性质及所成膜的性质都发生改变。磷酸化提高zein蛋白的界面活性,磷酸化程度越高,界面蛋白膜的E_v越大,zein膜的延伸率也显著提高,膜柔韧性效果越好。因此,用磷酸化法改善zein膜的柔韧性有效、可行,适合工业化应用。……   
[关键词]:玉米醇溶蛋白;磷酸化;界面性质;蛋白膜;塑化剂
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:华南理工大学2010年