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    SDS對羽毛角蛋白提取率的影響

    2018-05-03 09:40:19吳慧娟楊旭紅
    關(guān)鍵詞:沉淀物二硫鍵角蛋白

    吳慧娟,楊旭紅,2

    (1.蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院,江蘇 蘇州 215006;2.現(xiàn)代絲綢國家工程實驗室(蘇州),江蘇 蘇州 215123)

    隨著社會的發(fā)展,資源的嚴(yán)重枯竭,資源可再生越來越受到人們的重視。從可再生資源中開發(fā)生物可降解材料完全符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求,有助于緩解環(huán)境污染和石油危機[1-10]。羽毛是禽類表皮細(xì)胞的角質(zhì)化衍生物,來源豐富,其中角蛋白含量占80%~90%[2]。我國家禽屠宰廠每年產(chǎn)生的羽毛廢棄物高達百萬噸,被當(dāng)作垃圾扔掉,這些廢棄物嚴(yán)重污染環(huán)境、滋生細(xì)菌,對人類以及家禽的生活和生存環(huán)境造成嚴(yán)重危害。發(fā)展再生角蛋白材料,不僅可以為化學(xué)、材料等產(chǎn)業(yè)提供新能源,緩解資源短缺問題,還可以解決與家禽行業(yè)相關(guān)的環(huán)境污染問題[5]。

    羽毛角蛋白主要成分是呈β折疊結(jié)構(gòu)的α-角蛋白,二級結(jié)構(gòu)之間形成大量的二硫鍵,使其具有較好的伸縮性能。羽毛角蛋白是一種抗性很強的硬蛋白,通過二硫鍵、氫鍵和鹽式鍵之間相互交聯(lián),穩(wěn)定性高,一般條件下較難溶解[2-3]。

    本實驗采用尿素熔融法溶解羽毛,并在透析時往提取物中加入十二烷基硫酸鈉(SDS)以防止二硫鍵的再形成。研究SDS的劑量對角蛋白的提取率的影響,并對提取后的角蛋白進行紅外光譜分析,檢測其結(jié)構(gòu)是否發(fā)生變化。尿素熔融法提取角蛋白,不僅不使用有害藥品,而且使用過的尿素可以當(dāng)作肥料作用于農(nóng)作物。使用材料綠色環(huán)保,溶解方法簡單高效。

    1 實驗

    1.1 材料

    羽毛:蘇州農(nóng)貿(mào)市場收集新鮮羽毛,用洗滌劑清洗干凈、晾干、并剪碎;尿素(脲):國藥集團化學(xué)試劑有限公司,分析純;十二烷基硫酸鈉(SDS):國藥集團化學(xué)試劑有限公司,化學(xué)純;透析袋:截留相對分子質(zhì)量為3 500,上海源葉生物科技有限公司。

    1.2 羽毛角蛋白的提取

    首先稱取羽毛5g,加入尿素37.5g[4],放入溫度為165℃的油浴鍋中,溶解2.5h,取出后加入SDS溶液,并加入去離子水,以防止熔融尿素的凝固。其次用紗布過濾掉少量不溶物。再次將濾液裝入到透析袋中,用去離子水透析3d。最后得到羽毛角蛋白溶液和少量析出的固體,然后用離心機離心得到角蛋白水溶液,并計算其提取率。

    (1)

    1.3 表征

    采用溴化鉀壓片法在Nicolet5700(美國Nicolet公司)紅外光譜儀上測定紅外光譜,測定范圍在4 000~ 400cm-1。分析雞毛原樣、可溶性角蛋白和沉淀物的紅外光譜特征。觀察角蛋白提取前后分子結(jié)構(gòu)的變化,分析SDS對角蛋白分子結(jié)構(gòu)的影響。

    2 結(jié)果與討論

    2.1 SDS對提取率的影響

    透析時加入不同劑量的SDS獲得的可溶性角蛋白和沉淀物的量不同。如圖1所示,橫坐標(biāo)為每5g羽毛中加入十二烷基硫酸鈉(SDS)的量,縱坐標(biāo)為角蛋白的提取率。

    圖1 SDS用量對角蛋白提取率的影響

    由圖1可知,角蛋白的提取率隨著SDS的量,總體呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。 當(dāng)提取物中不加入SDS時,透析之后有大量不溶物產(chǎn)生,加入SDS后不溶物明顯減少。每5g羽毛中加入SDS的量在0~0.8g時,角蛋白的提取率總體呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢,而當(dāng)5g羽毛中加入的SDS的量超過0.8g時,提取率又會逐漸減少。所以每5g羽毛中加入0.8gSDS是最佳的量。

    2.2 傅立葉紅外光譜分析

    如圖2所示,加入不同量的SDS透析之后,羽毛、可溶性角蛋白和沉淀物紅外光譜圖的對比。

    圖2 羽毛和提取物及沉淀物的紅外光譜圖

    如圖2所示,雞羽毛原樣中[11~14],3 296.59cm-1處的峰為N-H和O-H的伸縮振動吸收峰,而 2 962.21cm-1和2 922.30cm-1處是-CH3、-CH2、 -CH的伸縮振動。酰胺Ⅰ帶(C=O)1 653.64cm-1,酰胺Ⅱ帶(N-H) 1 538.01cm-1,酰胺Ⅲ帶(C-N) 1 236.06cm-1,1 450.45cm-1處的峰是-CH3、-CH2、 -CH的彎曲振動。

    1 200~1 000cm-1是屬于S-O的振動區(qū),反應(yīng)二硫鍵的變化[15]。二硫鍵(CH2-S-S-CH2)的斷裂,使C-H極性增強,-CH3、-CH2、-CH的伸縮振動增加,波長增加波數(shù)減少發(fā)生紅移。溶解之后的角蛋白在3 000~2 800cm-1處的伸縮振動均增加,發(fā)生紅移。說明在溶解過程中,羽毛的二硫鍵斷裂,減弱了羽毛的穩(wěn)定性,有助于羽毛的溶解??扇苄越堑鞍椎孽0发駧В〝?shù)均小于羽毛的波數(shù),角蛋白的結(jié)構(gòu)由α-螺旋轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序結(jié)構(gòu),羽毛內(nèi)部連接減弱。酰胺Ⅱ帶N-H彎曲振動,可溶角蛋白酰胺Ⅱ帶的振動處,波數(shù)減少,氫鍵增加水溶性增強。

    通過紅外光譜分析[16-18],可溶性羽毛角蛋白與羽毛和沉淀物相比,親水性更強,SDS的加入沒有影響角蛋白的結(jié)構(gòu),所以SDS不改變角蛋白的結(jié)構(gòu),只是減少了二硫鍵,增加了水溶性。

    3 結(jié)論

    本文采用尿素熔融法提取羽毛角蛋白,在透析時加入SDS,可有效提高角蛋白的提取率。每5g羽毛中加入0.8gSDS時,可獲得最高的提取率為57.7%。

    本文實驗使用的尿素、SDS等材料均為綠色無毒材料,使用過的尿素可以作為肥料作用于農(nóng)作物,提取過程綠色環(huán)保。所獲得的角蛋白有利于進一步利用,為羽毛角蛋白性質(zhì)的研究打下良好的基礎(chǔ)。

    參考文獻:

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