改性壳聚糖树脂-Cu(II)配合物的水解作用与应用

摘要

蛋白质是生命体的物质基础，其水解物氨基酸等物质，能够明显改善食品的风味，常被用于食品添加剂的开发。此外，蛋白质的初级水解物多肽，不仅能够更好的被人体消化吸收，还能调节人体的机能。我国因膳食结构特殊，公民每日蛋白质平均摄入量仅为60mg，低于FDA要求的每日蛋白摄入量。因此，加大蛋白质和蛋白水解物的开发利用，调整膳食结构，对于维持公民的身体健康和促进国家发展都具有积极作用。传统工艺中对蛋白质的水解一般是酶解法，酶解法虽然高效，易操作，但天然酶在体外易失活，对反应环境极为敏感，且不易于底物分离。固定化酶虽然可以解决与底物分离，循环使用等问题，但是天然酶固有的缺陷依旧无法改变。
　　 水果中含有大量的多酚、蛋白质、单宁等物质，当其被用于果汁果酒的开发时，多酚和蛋白质在水溶液中，会发生结合形成絮状物，严重影响了果类饮品的稳定性和感官品质。皂土是用于果类饮品的澄清处理的主要澄清剂。但是，皂土的澄清处理操作繁琐，皂土用量大，不可回收利用且其属于不可再生资源，这都不利于成本的节约和能效提升。目前，关于将化学改性后的壳聚糖衍生物，用于果酒澄清处理中的研究鲜有报道。
　　 本研究以精制壳聚糖为原料，以甲醛和环氧氯丙烷为交联剂，利用反相悬浮交联法制备出了壳聚糖树脂，接着用四氮杂环十二烷(Cyclen)和氯化铜(CuCl2)对壳聚糖树脂进行改性，最后合成了具有催化水解活性的改性壳聚糖树脂-Cu(Ⅱ)配合物(CMCR)，并将其应用到蛋白的水解研究中和果酒的澄清处理上。结果如下：
　　 1)明确了CMCR的结构性质。实验制备的CMCR呈深蓝色，规则圆球状，平均粒径为353μm，机械强度大，对酸碱的耐受性好。经过XRD和DSC分析，Cyclen和Cu(Ⅱ)借助配位键稳定结合在壳聚糖树脂，进而形成了CMCR。此外，在pH为4.0～9.0，温度为20℃～60℃的范围内，CMCR配合Cu(Ⅱ)离子的稳定性较高，这对后期CMCR的应用奠定了基础。
　　 2)CMCR具有较强的催化蛋白质水解的能力。采用SDS-PAGE、HPLC和茚三酮比色法等方法检测了CMCR对肌红蛋白、胶原蛋白和溶菌酶的水解能力。结果显示，在生理pH条件下，CMCR可以在24h内将肌红蛋白和溶菌酶降解70％以上，在48h之内可以将胶原蛋白降解75％左右。CMCR的催化水解效率随着温度升高而不断升高，但蛋白质的自身降解也会加剧，考虑到后期能效问题，建议反应温度控制在60℃。
　　 3)CMCR对干白葡萄酒有较好的澄清作用。经CMCR处理后的葡萄酒，其透光率提高了30％，多酚和蛋白质的含量分别下降了27％和25％，葡萄酒的稳定性得到了大幅度的提升。此外，CMCR还对葡萄酒中的敏感蛋白发挥了水解作用，将蛋白降解成了低分子量的多肽和氨基酸，在提高葡萄酒稳定性的同时增加了葡萄酒的营养价值。本实验可以很好的缩减成本和节约能源，具有良好的综合效益，为果酒的澄清提供了新的思路，值得扩大化应用和推广。
　　 蛋白质及其水解物，无论是对人体还是在工业生成中，都具有重要作用，传统工艺中用于蛋白质水解的方法都存在一定的不足。本研究以精制壳聚糖粉末、四氮杂环十二烷和氯化铜为原料，制备出了新型壳聚糖衍生物--改性壳聚糖树脂-Cu(Ⅱ)配合物，并研究了其水解蛋白质的能力和在葡萄酒澄清中的应用，希望为蛋白质的水解和果类饮品的澄清提供了新技术和实际应用基础。