張學盈，崔永巖*

 天津科技大學化工與材料學院（天津300457）

摘要通過預熱處理，制備了十二烷基磺酸鈉(SDS)改性，戊二醛交聯(lián)的大豆分離蛋白(SPI)凝膠。研究了SDS對預處理溶液性質(zhì)、凝固時間及凝膠溶脹性的影響。結(jié)果表明，當SDS含量為0.5%時，預處理溶液的黏度值最低，為14.8 m Pa .s；當SDS含量為0.3%時，SPI預處理溶液的凝固時間達到最小值8min,凝膠平衡溶脹率可達到115.67 g/g。對凝膠的溶脹率數(shù)據(jù)進行線性擬合，結(jié)果顯示，未4:SDS改性和經(jīng)過改性的凝膠溶脹特征指數(shù)n均在0.5以下，屬于

Fickian擴散。

關(guān)鍵詞  大豆分離蛋白；凝膠；十二烷基磺酸鈉：戊二醛；溶脹動力學

 大豆分離蛋白( Soy protein isolate，SPI)是從大豆中提取的一種蛋白質(zhì)含量極高的植物蛋白，具有來源廣泛、可生物降解以及價格低廉等優(yōu)點，屬于環(huán)境友好型高分子材料，可部分取代不可降解的合成高分子材料。大豆分離蛋白具有乳化性、起泡性和凝膠性等特點，其中凝膠性十分重要。凝膠通過交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)吸收和保持大量水分，但天然大豆蛋白形成凝膠溶脹率較低，通過改變分子鏈上離子種類、數(shù)量或改變凝膠結(jié)構(gòu)，均可達到提高溶脹率的效果。

 采用十二烷基磺酸鈉( SDS)改性SPI，以戊二醛為交聯(lián)劑，制備了改性SPI凝膠。測定了SDS對SPI預處理溶液黏度值、透光率和凝固時間的影響，討論SDS對SPI水溶液的分散狀態(tài)的改善作用；測定了各組改性凝膠的溶脹率，并對結(jié)果進行線性擬合分析，討論改性凝膠在水中溶脹的擴散類型。

1材料與方法

1.1材料與試劑

  大豆分離蛋白( SPI)：食品級，臨沂山松生物制品有限公司；十二烷基磺酸鈉( SDS)：分析純，天津市永大化學試劑開發(fā)中心；戊二醛：分析純，天津博迪化工股份有限公司；氫氧化鈉( Na OH)：分析純，天津市化學試劑一廠；蒸餾水：實驗室自制。

1.2儀器與設(shè)備

 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：DF-101S，鄭州杜甫儀器廠；pH計：PHS-3C，上海佑科儀器有限公司；旋轉(zhuǎn)式黏度計：NDJ-79，同濟大學機電廠；紫外一可見分光光度計：UV759S，上海儀電分析儀器有限公司；冷凍干燥機：FD-1，北京德天佑公司；掃描電子顯微鏡( SEM)：JSM-6380LV，日本JEOL公司。

1.3方法

1.3.1改性SPI凝膠的制備

 將9 g SPI和一定量SDS分散于100 m L去離子水中，置于65 0C水浴處理30 min，水浴過程中使用2mol/L的Na OH調(diào)整pH為12。加熱結(jié)束后以3 000 r/min的離心條件脫泡5 min，待溶液冷卻至室溫后置于磁力攪拌裝置上，邊攪拌邊加入25%戊二醛500μ L。凝膠形成后于4℃條件下靜置48 h，隨后放人-18℃的冷凍室中冷凍，并利用冷凍干燥機進行干燥，可制得改性干凝膠。

1.3.2溶液性質(zhì)的測定

  將未加入交聯(lián)劑的預處理溶液于室溫下靜置2h。使用紫外-可見光分光光度計在550 nm波長下測量溶液的透光率；使用旋轉(zhuǎn)黏度計測量溶液的黏度。

1.3.3凝固時間的測定

 在溶液中滴入交聯(lián)劑后充分攪拌30 s，待溶液充分混合均勻后停止攪拌并重新計時，每隔1 min傾斜燒杯，直至在燒杯壁上形成一層穩(wěn)定均勻的凝膠層，記該時間為凝膠的凝固時間。

1.3.4溶脹動力學測試

1.3.5掃描電鏡觀測

  分別取各組冷凍干燥后的干凝膠置于液氮中，進行脆斷。將斷面進行噴金處理，置于掃描電子顯微鏡內(nèi)進行觀察，放大倍數(shù)為100倍，觀察凝膠的微觀結(jié)構(gòu)。

2結(jié)果與分析

2.1  SDS改性SPI溶液的性質(zhì)

  如圖1所示，預處理SPI溶液的透光率和黏度值呈現(xiàn)對應關(guān)系，即黏度值下降則透光率升高。當SDS含量為0.5%時，溶液的黏度值為14.8 m Pa．s，此時的溶液的透光率為22.2%。溶液的黏度值反映了SPI在水中的分散情況，即在相同的加熱條件下，黏度值越低則分散程度越高。SDS的加入破壞了蛋白質(zhì)分子間的疏水結(jié)合，促進了肽鏈的展開，從而有利于形成穩(wěn)定、均勻的凝膠結(jié)構(gòu)。

2.2  SDS對SPI凝固時間的影響

 由圖2可以看出，適量SDS的加入對降低SPI凝膠的凝固時間有較為明顯的效果。當SDS含量為0.3%時，凝固時間可降至8 min，繼續(xù)增加SDS的含量，凝固時間則會上升。SDS是一種同時具有親水基團和疏水基團的表面活性劑，其長烴鏈可與蛋白質(zhì)的非極性側(cè)鏈基團產(chǎn)生疏水結(jié)合；其親水部分與蛋白質(zhì)不帶電荷的極性側(cè)鏈形成氫鍵。適量SDS的加入縮短了凝固時間，這是由于SDS的加入破壞了蛋白質(zhì)分子間的疏水結(jié)合，對肽鏈的展開起到了促進作用，蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)得到伸展，從而暴露出更多的疏水基團，而疏水性的增加對二硫鍵和凝膠網(wǎng)絡的形成均有一定作用。過量的SDS會使蛋白質(zhì)分子變形，導致分子間作用力增強，不利于肽鏈的展開和凝膠網(wǎng)絡的形成，從而導致凝固時間延長，這也解釋了過量的SDS會使SPI溶液的黏度值上升。

2.3  SDS對SPI溶脹動力學的影響

 如圖3所示，隨著SDS含量的增加，SPI干凝膠的溶脹率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，溶脹速率沒有明顯變化，當SDS含量為0.3%時，凝膠的平衡溶脹率最高，為115.67 g/g。SDS的烴鏈與蛋白質(zhì)的非極性側(cè)鏈結(jié)合，固定于粒子表面，其所攜帶的磺�；鶠橛H水基團，從而使得蛋白質(zhì)分子更容易與溶劑結(jié)合，溶脹率也有所提升。另外，凝膠結(jié)構(gòu)更加均勻、疏松也有利于溶劑進入凝膠內(nèi)部，從而溶脹率升高。當SDS含量繼續(xù)增加時，凝膠的溶脹率下降，這可能是由于凝膠結(jié)構(gòu)的改變而導致的。

擬合直線的斜率，是凝膠的特征指數(shù)，可描述凝膠在溶劑中的溶脹機理，進一步確定溶劑擴散速度和聚合物鏈段松弛速度的關(guān)系。當，n≤0.5時，溶劑的擴散類型為Fickian擴散，此時小分子的擴散對溶脹起決定作用，聚合物鏈段幾乎不松弛；當0.5<n<1時，屬于非Fickian擴散，此時溶劑的擴散速度與聚合物鏈段的松弛速度相當；當，n≥1時，溶脹類型屬于松弛平衡擴散，大分子鏈的松弛起決定作用。

 由表1可知，未經(jīng)SDS改性和經(jīng)過改性后的SPI凝膠的，n值均在0.5以下，且相關(guān)系數(shù)R均超過0.99，說明其擬合程度較高，凝膠溶脹過程屬于Fickian擴散。在凝膠溶脹過程中，聚合物分子鏈幾乎不松動，無法通過鏈段伸展來提高吸水能力，溶脹速率基本取決于水

分子進入凝膠網(wǎng)絡的速度。

2.4  SDS對SPI凝膠結(jié)構(gòu)的影響

  SDS含量對SPI凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響如圖5所示。從圖5中可以看出，未添加SDS的SPI凝膠的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)不完整，且較為松散。少量添加SDS后（圖5b～5c），凝膠可形成較為完整的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，這是由于SDS的加入促進了SPI分子鏈的伸張，使得交聯(lián)更加均勻，有利于提高凝膠的穩(wěn)定性和溶脹率。隨著SDS含量的持續(xù)升高（圖5d～5e）．凝膠的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)變得更加致密、網(wǎng)孔尺寸減小且分布更加均勻，但這種結(jié)構(gòu)使得水分子進入凝膠網(wǎng)絡時所受到的阻力增加，導致了凝膠溶脹率的下降，該結(jié)論也與圖3所示數(shù)據(jù)相吻合。

3結(jié)論

 SDS可以促進SPI分子鏈在溶液中的伸展，有利于形成質(zhì)地均勻、溶脹率高的凝膠。

 1)當SDS含量為0.5%時，預處理溶液的黏度出現(xiàn)最小值，為14.8 m Pa．s，此時溶液的透光率為22.2%．SPI在水中的分散情況最好。

 2)當SDS含量為0.3%時，在戊二醛交聯(lián)的條件下，溶液的凝固速度最快，為8 min，且溶脹率達到最大值115.67 g/g，凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)規(guī)則。

 3)當SDS含量超過0.5%時，凝膠的凝固時間延長，凝膠結(jié)構(gòu)更為致密，不利于溶脹率的提高。