SDS对羽毛角蛋白提取率的影响

吴慧娟，杨旭红,2

(1.苏州大学纺织与服装工程学院,江苏 苏州 215006；2.现代丝绸国家工程实验室(苏州)，江苏 苏州 215123)

随着社会的发展，资源的严重枯竭，资源可再生越来越受到人们的重视。从可再生资源中开发生物可降解材料完全符合可持续发展战略的要求，有助于缓解环境污染和石油危机[1-10]。羽毛是禽类表皮细胞的角质化衍生物，来源丰富，其中角蛋白含量占80%～90%[2]。我国家禽屠宰厂每年产生的羽毛废弃物高达百万吨，被当作垃圾扔掉，这些废弃物严重污染环境、滋生细菌，对人类以及家禽的生活和生存环境造成严重危害。发展再生角蛋白材料，不仅可以为化学、材料等产业提供新能源，缓解资源短缺问题，还可以解决与家禽行业相关的环境污染问题[5]。

羽毛角蛋白主要成分是呈β折叠结构的α-角蛋白，二级结构之间形成大量的二硫键，使其具有较好的伸缩性能。羽毛角蛋白是一种抗性很强的硬蛋白，通过二硫键、氢键和盐式键之间相互交联，稳定性高，一般条件下较难溶解[2-3]。

本实验采用尿素熔融法溶解羽毛，并在透析时往提取物中加入十二烷基硫酸钠(SDS)以防止二硫键的再形成。研究SDS的剂量对角蛋白的提取率的影响，并对提取后的角蛋白进行红外光谱分析，检测其结构是否发生变化。尿素熔融法提取角蛋白，不仅不使用有害药品，而且使用过的尿素可以当作肥料作用于农作物。使用材料绿色环保，溶解方法简单高效。

1 实验

1.1 材料

羽毛：苏州农贸市场收集新鲜羽毛，用洗涤剂清洗干净、晾干、并剪碎；尿素(脲)：国药集团化学试剂有限公司，分析纯；十二烷基硫酸钠(SDS)：国药集团化学试剂有限公司，化学纯；透析袋：截留相对分子质量为3 500，上海源叶生物科技有限公司。

1.2 羽毛角蛋白的提取

首先称取羽毛5g，加入尿素37.5g[4]，放入温度为165℃的油浴锅中，溶解2.5h，取出后加入SDS溶液，并加入去离子水，以防止熔融尿素的凝固。其次用纱布过滤掉少量不溶物。再次将滤液装入到透析袋中，用去离子水透析3d。最后得到羽毛角蛋白溶液和少量析出的固体，然后用离心机离心得到角蛋白水溶液，并计算其提取率。

(1)

1.3 表征

采用溴化钾压片法在Nicolet5700(美国Nicolet公司)红外光谱仪上测定红外光谱，测定范围在4 000～ 400cm-1。分析鸡毛原样、可溶性角蛋白和沉淀物的红外光谱特征。观察角蛋白提取前后分子结构的变化，分析SDS对角蛋白分子结构的影响。

2 结果与讨论

2.1 SDS对提取率的影响

透析时加入不同剂量的SDS获得的可溶性角蛋白和沉淀物的量不同。如图1所示，横坐标为每5g羽毛中加入十二烷基硫酸钠(SDS)的量，纵坐标为角蛋白的提取率。

图1 SDS用量对角蛋白提取率的影响

由图1可知，角蛋白的提取率随着SDS的量，总体呈现先增加后减少的趋势。 当提取物中不加入SDS时，透析之后有大量不溶物产生，加入SDS后不溶物明显减少。每5g羽毛中加入SDS的量在0～0.8g时，角蛋白的提取率总体呈现逐渐增加的趋势，而当5g羽毛中加入的SDS的量超过0.8g时，提取率又会逐渐减少。所以每5g羽毛中加入0.8gSDS是最佳的量。

2.2 傅立叶红外光谱分析

如图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红外光谱图的对比。

图2 羽毛和提取物及沉淀物的红外光谱图

如图2所示，鸡羽毛原样中[11～14]，3 296.59cm-1处的峰为N-H和O-H的伸缩振动吸收峰，而 2 962.21cm-1和2 922.30cm-1处是-CH3、-CH2、 -CH的伸缩振动。酰胺Ⅰ带(C=O)1 653.64cm-1，酰胺Ⅱ带(N-H) 1 538.01cm-1，酰胺Ⅲ带(C-N) 1 236.06cm-1，1 450.45cm-1处的峰是-CH3、-CH2、 -CH的弯曲振动。

1 200～1 000cm-1是属于S-O的振动区，反应二硫键的变化[15]。二硫键(CH2-S-S-CH2)的断裂，使C-H极性增强，-CH3、-CH2、-CH的伸缩振动增加，波长增加波数减少发生红移。溶解之后的角蛋白在3 000～2 800cm-1处的伸缩振动均增加，发生红移。说明在溶解过程中，羽毛的二硫键断裂，减弱了羽毛的稳定性，有助于羽毛的溶解。可溶性角蛋白的酰胺Ⅰ带，波数均小于羽毛的波数，角蛋白的结构由α-螺旋转变为无序结构，羽毛内部连接减弱。酰胺Ⅱ带N-H弯曲振动，可溶角蛋白酰胺Ⅱ带的振动处，波数减少，氢键增加水溶性增强。

通过红外光谱分析[16-18]，可溶性羽毛角蛋白与羽毛和沉淀物相比，亲水性更强，SDS的加入没有影响角蛋白的结构，所以SDS不改变角蛋白的结构，只是减少了二硫键，增加了水溶性。

3 结论

本文采用尿素熔融法提取羽毛角蛋白，在透析时加入SDS,可有效提高角蛋白的提取率。每5g羽毛中加入0.8gSDS时，可获得最高的提取率为57.7%。

本文实验使用的尿素、SDS等材料均为绿色无毒材料，使用过的尿素可以作为肥料作用于农作物，提取过程绿色环保。所获得的角蛋白有利于进一步利用，为羽毛角蛋白性质的研究打下良好的基础。

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