界面分子作用与蛋白溶液界面性质、界面稳定性关系及模型建立

Emulsion and foam stability is one of the most important properties in protein solution system. It closely related with the phenomenon of interfacial layer formed, which including interfacial mechanics, dynamics and rheological behaviors. It is essentially for the stability of protein solutions to understand the molecular interaction in the layer, because the interfacial layer properties is the external exhibition of molecular interaction. The interfacial properties of single or mixture of zein, ovotransferrin and sodium dodecyl sulfate solutions at air-water or oil (n-hexane)-water interface will be studied using the method of drop oscillation analysis and the molecular interaction in protein layer will be analyzed from the aspects of thermodynamics, statistical mechanics and molecular force. The methods, such as circular dichroism(CD), differential scanning calorimetry(DSC), zeta potential, nuclear magnetic resonance(NMR), etc., will be used to determine the structure of solutes in protein solutions. At the same time, the stability of protein solutions will be evaluated and a model for stability is building according to the relationships between molecular interactions, interfacial properties in layer and stability of protein solutions. This general model should also offer applications of basic data and theoretical model in emulsification and foams stability studies for other types of proteins.

乳化和泡沫稳定性是蛋白溶液体系中最重要的性质之一，与溶液形成界面层的界面现象密切相关。界面力学、动力学及界面流变学等界面性质是界面现象研究的主要内容，本质上是界面层分子相互作用的外在表现，因此，掌握界面层分子相互作用对研究蛋白溶液稳定性十分重要。本项目拟用滴形振荡法研究玉米醇溶蛋白（Zein）、卵转铁蛋白（OVT）、十二烷基磺酸钠（SDS）单溶质和混合溶质溶液体系在空气－水、油（正己烷）－水界面的界面性质；用分子界面化学中的热力学、统计力学、分子作用力等方法分析界面层蛋白分子相互作用；用圆二色光谱（CD）、差异扫描量热法（DSC）、Zeta电位、核磁共振（NMR）等方法测定各蛋白溶液体系中的溶质分子结构（构象），同时测定各溶液稳定性；通过研究界面层分子相互作用、界面性质及溶液稳定性之间相互关系，建立蛋白溶液稳定性模型，为其它蛋白溶液乳化和泡沫稳定性的研究提供基础数据和理论模型。

乳化和泡沫稳定性是蛋白溶液体系中最重要的性质之一，与溶液形成界面层的界面现象密切相关，界面力学、动力学及界面流变学等界面性质是界面现象研究内容，对溶液稳定性十分重要。本项目用滴形振荡分析法研究玉米醇溶蛋白（Zein）、卵转铁蛋白（OVT）、十二烷基磺酸钠（SDS）单溶质和混合溶质溶液体系在空气－水、油（正己烷）－水界面的界面性质；用分子界面化学中的热力学、统计力学、分子作用力等方法分析界面层蛋白分子相互作用并建立蛋白溶液稳定性模型，并将界面技术应用在烘焙类、溶液稳定类及酶催化反应等实际生产中。结果表明：玉米醇溶蛋白是弱界面活性物质，，分子到达界面的时间和速度慢介导期比卵转铁蛋白长；SDS和卵转铁蛋白双溶质体系的界面张力最小，双溶质和三溶质体系的吸附过程复杂，竞争吸附、复合物吸附、并伴随单溶质吸附、渗透和重排；根据Fick第二定律，玉米醇溶蛋白溶液是吸附控制，且浓度对其界面张力影响不大，而卵转铁蛋白溶液是扩散控制，受溶液浓度的影响。以Fick第二定律为基础，选用Ward和Tordai模型，用公式 计算出上述各种溶液的扩散-控制吸附常数kdiff1、kdiff2，根据表面活性剂的这两个常数，可初步判断该活性剂对界面稳定性贡献大小及稳定时间长短。利用半经验序列公式计算各溶液体系在空气-水界面和油-水界面上的渗透速率常数和重排速率常数，分析后得知，上述溶液在空气-水界面上既有渗透吸附，又有重排现象，在油-水界面上，则只有强的渗透吸附。（1）蛋白分子的紧凑度；（2）界面非理想态程度（3）净界面的张力三个因素决定膨胀模量的值，由于蛋白具有弹性可压缩性，高浓度蛋白液界面上会形成双层或多层蛋白分子，相互作用后形成界面分子膜。 将界面技术用于烘焙食品（桃酥）、制备皮克林乳化液及酶催化反应实际生产中，取得较好的效果。