丝胶蛋白的乳化性能及其影响因素的研究

代君君，范 涛，章玉萍，王储炎，吴传华，刘 健

(安徽省农业科学院 蚕桑研究所，合肥 230061)

丝胶蛋白的乳化性能及其影响因素的研究

代君君，范 涛，章玉萍，王储炎，吴传华，刘 健

(安徽省农业科学院 蚕桑研究所，合肥 230061)

以废蚕茧为原料，通过高温煮茧得到丝胶蛋白溶液，测定丝胶蛋白溶液的乳化活性、乳化稳定性等指标，结果表明：丝胶蛋白的乳化性能较好。探讨了影响丝胶蛋白乳化性能的因素。乳化性受蛋白质浓度、pH值、离子强度、温度等因素影响较大，具体表现为乳化性能随着蛋白质浓度的增加逐步增大；随pH值的增加先逐渐减小，然后又逐渐增加，在pH值为4时，乳化活性和乳化稳定性达到最小值；乳化活性和乳化稳定性在20 ℃和50 ℃之间是随温度的升高而增加，50 ℃以上随温度的升高而减小；且其受离子浓度影响也是先增后减，在离子浓度为0.6 mol/L时乳化性能最好。

丝胶蛋白；乳化活性；乳化稳定性；影响因素

桑蚕丝是一种天然的蛋白质纤维，主要含有丝胶蛋白和丝素蛋白，其中丝胶蛋白占20 %～30 %。丝胶蛋白是一种易溶性的球状蛋白，由18种氨基酸组成，其二级结构主要以无规卷曲结构为主，还有部分β构象，含有74.61 %的极性侧链氨基酸[1]。研究表明丝胶蛋白具有良好的吸湿性、抗氧化性、紫外线吸收性、黏着性，且具有非常好的营养及保健功能。因此，丝胶蛋白在化妆品、食品添加剂、医药、生物材料、功能材料等领域具有良好的应用前景[2]。蛋白质的功能特性主要有乳化性、水合性、吸油性、胶凝性、溶解性、起泡性、黏性、结团性、组织性、结膜性、调色性等功能[3]，而乳化性是蛋白最重要、最基本的功能之一。蛋白质乳化性是指蛋白质能使油与水形成稳定的乳化液而起乳化剂的作用，主要包括乳化活性(EA,emulsifying capacity)和乳化稳定性(ES, emulsifying stability)。影响蛋白乳化性能的因素很多，如蛋白质浓度、pH值、离子强度、温度等[4]。丝胶蛋白是一种两亲性的蛋白，既有亲水性又有疏水性，这就决定了丝胶蛋白具有能显著降低油、水或空气、水界面张力的特性，即乳化性。

乳化性能是蛋白质的一种重要功能特性，使添加蛋白的食品、化妆品等体系保持稳定的乳化状态，从而达到延长货架期的目的。目前国内外已有学者对大豆蛋白、大米蛋白、丝素蛋白等蛋白的乳化性及其表征做了很多研究[4-6]，但对丝胶蛋白乳化性的研究还未见报道。而丝胶蛋白无毒、无污染，可降解，还具有良好的保湿性、吸湿性，与皮肤角朊蛋白有良好的亲和性，具有良好的生物相容性，是一种较理想的生物材料，已广泛应用于食品、化妆品等领域。因此，研究丝胶蛋白溶液的乳化特性，对于扩大丝胶蛋白的应用领域，提高丝胶蛋白的应用价值，有十分重要的意义。

1 试 验

1.1 材料及主要仪器设备

所用材料为家蚕削口茧(安徽省农业科学院蚕桑研究所)、食用大豆色拉油(市售)。

试剂：柠檬酸、碳酸钠、SDS(十二烷基硫酸钠)，均为国产分析纯(上海生工生物工程公司)。

仪器设备：电动均浆器、分光光度计、水浴锅、电子分析天平、烘箱等。

1.2 蚕丝的脱胶

称取一定量(约100 g)的茧壳，剪成面积约为1 cm2的碎片，加浴比为1︰40的质量分数为0.5 %的碳酸钠溶液，精练茧层2次，每次30 min(第一次精练后，加入一定量的水使得与第一次的加水量一致)，处理后的丝胶溶液备用。

1.3 丝胶蛋白浓度的测定

丝胶蛋白浓度按朱正华等[5]的方法测定，取2只相同型号的称量皿洗净放入烘箱烘干后取出，在室温条件下分别称量出其质量M1，加入一定体积V的丝胶溶液，称出丝胶溶液和称量皿的质量M2，然后放入烘箱烘至恒重取出，在室温条件下称出此时称量皿的质量M3。则：

1.4 乳化活性、乳化稳定性的测定方法

丝胶蛋白的乳化活性和乳化稳定性的测定参照Pearce等[7]的方法并略有改动，取30 mL 2 g/L待测样品蛋白液(样品蛋白溶于0.2 mol/L、pH7.0磷酸缓冲溶液中)，加入大豆色拉油，10 000 r/min、25 ℃下搅拌1 min，分别在搅拌后0 min和10 min取样。用微量取样器取出底部的乳状液40 μL，以1 g/L SDS(pH7.0)溶液稀释500倍后放入比色皿中，立即测定其在500 nm处的吸光值，以相同浓度的SDS溶液为参比液，以0时刻的吸光值A0表示乳化活性(EA)。用10 min后的吸光值计算出的乳化稳定性指数(ESI)表示乳化稳定性(ES)：

式(3)中：A0为0时刻的吸光值；Δt为时间差，min；ΔA为Δt内的吸光值差。

2 结果与分析

2.1 丝胶蛋白质量浓度测定结果

丝胶蛋白溶液浓度测定结果如表1所示，其质量分数为0.54 %，质量浓度为5.25 g/L，分装后，4 ℃储存备用。

表1 丝胶蛋白溶液浓度测定Tab.1 The determination of sericin solution concentration

2.2 丝胶蛋白乳化活性、乳化稳定性测定结果

2.2.1 丝胶蛋白质量浓度对其乳化活性、乳化稳定性的影响

分别配制质量浓度为1.05、2.10、3.15、4.20、5.25 g/L的丝胶溶液，测定不同质量浓度下丝胶蛋白的乳化活性和乳化稳定性(图1)。

图1 质量浓度对丝胶蛋白乳化活性、乳化稳定性的影响Fig.1 Effect of concentration of sericin on the emulsifying activity and stability

由图1可见，其乳化活性和乳化稳定性随丝胶蛋白质量浓度的增大而逐步增大，且乳化活性增长的幅度比乳化稳定性大，这说明丝胶蛋白能有效地降低油水界面张力，从而表现良好的乳化性能。

2.2.2 pH值对丝胶蛋白乳化活性、乳化稳定性的影响利用磷酸缓冲液将丝胶蛋白溶液调配成pH值为2.2、2.8、3.4、4.0、4.6、5.2、5.8、6.4、7.0、7.6、8.0的待测溶液，测定不同pH值时丝胶蛋白的乳化活性和乳化稳定性(图2)。

图2 pH值对丝胶蛋白乳化活性、乳化稳定性的影响Fig.2 Effect of pH value on the emulsifying activity and stability

由图2可见，pH值在2～4时，丝胶蛋白的乳化活性和乳化稳定性都随pH值的增加而减小，且pH值在2～3时乳化稳定性急剧下降；pH值在4～8时，丝胶蛋白的乳化活性和乳化稳定性都随pH值的增加而增大；在pH值为4时乳化活性和乳化稳定性达到最小值。这种现象可能是因为pH值为4左右时，丝胶蛋白溶液达到等电点[8]，其变性的程度达到最大，导致丝胶溶液浓度最低，从而降低了其乳化性能。

2.2.3 温度对丝胶蛋白乳化活性、乳化稳定性的影响

将丝胶蛋白和大豆色拉油按比例混合后，分别加热到20、30、40、50、60、70、80、90 ℃，测定在不同加热温度下丝胶蛋白的乳化性能(图3)。

由图3可见，乳化活性在20～50 ℃时随温度的升高而增加，然后随温度的升高而减小；乳化稳定性在20～40 ℃时随温度的升高而增加，40℃以后随温度的升高而减小。一般在55 ℃时蛋白质开始变性，以后温度每升高10 ℃，蛋白质的变性速度加快600倍左右[9]。由于温度升高引起了丝胶蛋白质的构象改变，影响其分子大小表面疏水性，从而影响丝胶蛋白的乳化性能。

图3 温度对丝胶蛋白乳化活性、乳化稳定性的影响Fig.3 Effect of temperature on the emulsifying activity and stability

2.2.4 离子浓度对丝胶蛋白乳化活性、乳化稳定性的影响

称取一定质量的NaCl，分别配制成浓度为0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mol/L的NaCl溶液，然后用不同浓度的NaCl溶液将丝胶蛋白配制成质量分数为0.2 %的待测溶液，测定不同浓度的离子对丝胶蛋白的乳化性能的影响(图4)。

图4 离子浓度对丝胶蛋白乳化活性、乳化稳定性的影响Fig.4 Effect of ions concentration on the emulsifying activity and stability

由图4可知，丝胶蛋白的乳化活性和乳化稳定性在离子浓度从0增大到0.6 mol/L时，随离子浓度增加而增加，在0.6 mol/L时达到最大，即乳化性能最好；然后以0.6 mol/L为转折点，随离子浓度增加而逐步减小。这是由于较低质量分数的NaCl有助于蛋白的溶解，从而更充分地发挥其表面活性作用，NaCl浓度过高则起到了相反的作用[10]。

3 结 语

缫丝、丝织、绢纺或丝绵等丝绸工业生产中产生大量的丝胶蛋白，具有多种药理作用或生物活性功能，在药物与生物材料方面有重要应用价值[11-12]。本研究在前人基础上，依据丝胶蛋白的理化特征结合实际需要，对丝胶蛋白的乳化功能特性及其影响因素进行了初步研究。研究表明丝胶蛋白的二级结构及表面疏水性随溶液的pH值及离子强度的变化而变化，在丝胶蛋白的等电点或离子强度较低时，丝胶蛋白的二级结构主要以α-螺旋形式存在[10，13-15]，因此，蛋白质浓度、pH值、温度及离子强度可以影响其空间结构，从而影响其乳化性能[11-12]。故可以通过化学改性、DNA重组等技术提高丝胶蛋白乳化活性和乳化稳定性。

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Study on emulsifying properties of sericin and its in fl uencing factors

DAI Jun-jun, FAN Tao, ZHANG Yu-ping, WANG Chu-yan, WU Chuan-hua, LIU Jian
(Sericulture Research Institute, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei 230061, China)

In this paper, sericin is extracted from waste cocoons in boiling water. Emulsifying activity is the most important and basic function about protein. In this study, emulsifying properties of sericin and its influencing factors were determined. The result suggested that the sericin exhibited good performance about emulsifying activity, and the performance of emulsifier affected by many factors, such as protein concentration,pH, ion strength and temperature. Emulsification properties increase gradually with the increasing of the concentration of proteins, At the point of pH=4, emulsion activity and emulsion stability are minimum. When temperature is between 20 ℃ and 50 ℃, emulsifying activity is increased with the rising of temperature. While temperature is more than 50 ℃, it is decreased with the temperature increases. When the concentration of the ions is 0.6 mol/L, emulsifying properties are optimal.

Sericin; Emulsifying activity; Emulsifying stability; Influencing factors

TS149；S881.3

A

1001-7003(2012)03-0013-04

2011-09-26；

2011-12-13

国家蚕桑产业技术体系合肥综合试验站项目(CARS-22-SYZ09)；安徽省蚕桑产业技术体系项目(ahnycytx-16)；安徽省农业科学院院重点及新兴学科培育项目(11A0610)；苏北科技发展计划：科技富民强县项目(BC2010468)

代君君(1975－ )，女，副研究员，主要从事蚕桑生化与分子生物学研究。通讯作者：范涛，研究员，Fantao1116@sohu.com。