磷脂水解产物对低蛋白天然胶乳稳定性的影响

刘运浩，李普旺，杨子明，吕明哲，王超，周闯，何祖宇，李志锋

(1.中国热带农业科学院南亚热带作物研究所，广东 湛江 524091；2.中国热带农业科学院农产品加工研究所，广东 湛江 524001)

天然胶乳主要成分是顺式1,4-聚异戊二烯橡胶烃，其余为蛋白质、脂肪酸、灰分、糖类等非橡胶物质[1-2]。天然胶乳中的水溶性蛋白极易引起人体过敏反应，对制品的安全性造成了不良影响[3-7]。近些年，低蛋白天然橡胶在生物医学材料领域应用越来越广泛[8-10]；此外，还用于制备功能性的热塑性弹性体、环氧化天然橡胶等[11-12]。然而，蛋白质的去除会导致胶乳的机械稳定性变差、胶凝速度迟缓等[13-14]。国内外的研究热点主要集中在蛋白质的脱除方法[15-18]，对稳定体系的研究较少。本研究利用尿素与碱性蛋白酶处理天然胶乳，再加入磷脂及脂肪酶,重新构建低蛋白质天然胶乳的稳定体系。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

新鲜天然胶乳；氢氧化钠、十二烷基硫酸钠(SDS)均为分析纯；乙酸、2709碱性蛋白酶、磷脂、脂肪酶、氨水、乙醇等均为工业品。

TCP-03-107离心机；KJELTEC 2300型凯氏定氮仪；LL4240NA机械稳定度测定仪。

1.2 低蛋白天然胶乳的制备

以新鲜胶乳为原料，采用0.3%的NH3(以胶乳质量计，下同)和0.125%的十二烷基硫酸钠作为保存剂，加入一定量的尿素和碱性蛋白酶，在温度35 ℃ 消化12 h。在70 ℃对碱性蛋白酶灭活处理1 h， 离心浓缩后，得到低蛋白天然胶乳(LPNRL)，补氨保存。低蛋白天然胶乳测试总蛋白质含量(TP)。

1.3 磷脂水解产物保存LPNRL的制备

在低蛋白天然胶乳中按一定比例加入磷脂和脂肪酸，重新构建低蛋白天然胶乳的保存体系，得到低蛋白天然浓缩胶乳，并对比高氨低蛋白胶乳和低氨低蛋白胶乳的性能，分别测试机械稳定度、总固体含量、干胶含量、NH3含量等。

1.4 性能测试

胶乳总固体含量(TSC)按照国家标准GB/T 8298—2017测定；胶乳干胶含量(DRC)按照国家标准GB/T 8299—2008测定；胶乳总蛋白质含量(TP)的测定是由胶乳加入乙酸凝固成膜，沥滤24 h后在70 ℃烘箱中烘干至恒重，再用凯氏半微量定氮法测定以干胶计的总氮含量，并乘以6.25常数，换算成TP含量；机械稳定度(MST)按照国家标准GB/T 8301—2008测定。

2 结果与讨论

2.1 低蛋白天然胶乳的制备工艺优化

以新鲜胶乳为原料，以NH3和SDS作为稳定剂，对消化时间、尿素用量、碱性蛋白酶用量和消化温度进行正交实验，以总蛋白质含量为评价指标，因素与水平见表1，结果见表2。

表1 因素与水平表Table 1 Factor and level table

由表2可知，4个因子对制备低蛋白天然胶乳的影响大小顺序为：C(酶用量)>A(消化时间)>B(尿素用量)>D(消化温度)，最佳工艺条件为A1B2C1D2，即消化时间12 h，尿素用量0.1%，酶用量70 000 u/kg胶乳，消化温度35 ℃。在本研究中,先利用尿素破坏胶乳中蛋白质中的氢键，促使蛋白质的结构变得疏松[19]，然后采用碱性蛋白酶对蛋白质进行高效水解，降低了胶乳中的蛋白质含量。

表2 低蛋白天然胶乳制备工艺条件正交实验结果Table 2 Orthogonal test results of the process conditions of low protein natural latex

2.2 脂肪酶用量对浓缩低蛋白天然胶乳稳定性的影响

机械稳定度(MST)是表征天然胶乳稳定性的重要参数，本研究在磷脂用量为0.08%的条件下，添加不同用量的脂肪酶熟化和稳定低蛋白天然胶乳，研究脂肪酶用量对保存体系在提高低蛋白胶乳稳定性的作用效果。对照样、低氨低蛋白天然胶乳(LA-LPNRL)和高氨低蛋白天然胶乳(HA-LPNRL)贮存熟化30 d后的MST平均值见表3。

表3 采用磷脂保存的低蛋白天然胶乳储存30 d的MST Table 3 MST value of low protein natural latex preserved by phospholipid stored for 30 d

由表3可知，对照样、LA-LPNRL和HA-LPNRL熟化30 d后的MST分别为146 s和200 s。在加入磷脂后，需要熟化一定的时间才能提升胶乳稳定性；单独使用磷脂对胶乳的稳定性提高虽然对机械稳定性有一定的提高效果，但远比添加脂肪酶后的机械稳定性差。此外，随着脂肪酶用量从0.04%增加到0.10%，两种胶乳的MST增加都非常显著。低氨低蛋白天然胶乳的MST由638 s增加到990 s，高氨低蛋白天然胶乳的MST由860 s增加到1 190 s，说明两种低蛋白天然胶乳的稳定性都得到了显著提升。

2.3 贮存时间对磷脂保存低蛋白天然胶乳稳定性的影响

低氨和高氨两种低蛋白天然胶乳，在磷脂用量为0.08%、脂肪酶用量为0.04%和0.10%的作用下，熟化一定时间后的MST，见图1。

图1 LA-LPNRL在不同储存期间的MST Fig.1 MST value in different storage periods of LA-LPNRL

由图1可知，在LA-LPNRL中加入新型稳定体系，在脂肪酶用量为0.04%时，贮存10 d后，MST达到600 s，而在脂肪酶用量为0.10%时，仅需7 d。贮存18 d后，两种配比的稳定体系在不同胶乳中MST均趋于稳定，且低氨低蛋白天然胶乳的MST始终优于低氨浓缩胶乳。

由图2可知，在HA-LPNRL加入新型稳定体系，当脂肪酶用量为0.04%时，MST值需要8 d后才能达到600 s以上；在脂肪酶用量为0.10%时，仅需要3 d。贮存18 d后，两种配比的稳定体系在低蛋白胶乳中MST趋于稳定，且高氨低蛋白天然胶乳的MST始终优于高氨浓缩胶乳。HA-NRL采用传统的月桂酸铵+氨水的保存体系，在30 d的时间内MST上升不明显，因为常规天然浓缩胶乳经离心加工后需要长时间的储存熟化，MST才能达到标准值。

图2 HA-LPNRL在不同储存期的MST Fig.2 MST value in different storage periods of HA-LPNRL

由于脂肪酶能促进橡胶颗粒表面的磷脂以及添加的磷脂水解反应，形成长链脂肪酸，并与胶乳中少量的氨水结合，生成脂肪酸皂，吸附于橡胶颗粒的表面，使橡胶胶体的性质更加稳定[20-21]。通过加入较多的脂肪酶，能使胶乳的MST值上升更快，MST值的快速上升有利于缩短生产时间，提高浓缩天然胶乳出厂前的稳定性，从而提高生产效率。此外，研究发现，高氨条件下胶乳的MST上升更快，这是由于脂肪酶与高浓度氨相结合，更好地促进磷脂的水解，导致橡胶液中含有更多的脂肪酸皂。研究表明，脂肪酶+磷脂这一新型保存体系，能有效促进低蛋白天然胶乳的快速稳定。因此，可进一步降低胶乳保存中氨的用量，从而减少天然胶乳生产过程中因氨的使用而带来的环境污染。

2.4 脂肪酶对贮存熟化胶乳基本性能的影响

低蛋白胶乳的基本性能随贮存时间的变化见表4。

表4 贮存熟化时间对低蛋白天然胶乳TSC、DRC 和NH3的影响Table 4 Effect of aging time on TSC,DRC and NH3 of low protein natural latex

由表4可知，在熟化1，31，90 d后，高氨浓缩胶乳、高氨和低氨低蛋白胶乳的总固含量(TSC)和干胶含量(DRC)保持相对稳定，熟化时间对乳液的基本性能无影响，胶乳的TSC和DRC值基本没有变化，这是因为水中的所有固体橡胶和橡胶成分在熟成期间不会分解。然而，随着熟化时间的延长，胶乳中NH3含量呈逐渐降低的趋势，主要是由于氨参与了天然胶乳中蛋白质的水解以及氨气挥发的原因所致。

通过尿素联合蛋白酶解工艺能够制备得到低蛋白天然胶乳，采用磷脂水解产物能够重新构建稳定的低蛋白天然胶乳保存体系，提高了低蛋白天然胶乳的稳定性，解决了低蛋白天然胶乳机械稳定性差的问题。后续将深入研究低蛋白天然胶乳的成膜性质、硫化橡胶特性以及复合改性技术，以期更大程度地提高低蛋白天然橡胶的性能。

3 结论

(1)在尿素的作用下,破坏胶乳中蛋白质中的氢键，然后采用碱性蛋白酶对蛋白质进行高效水解，该工艺可以有效降低胶乳中的蛋白质含量，最佳工艺条件为消化时间12 h,尿素用量0.1%,酶用量70 000 u/kg 胶乳，消化温度35 ℃。

(2)采用脂肪酶水解磷脂的产物保存低蛋白天然胶乳,能有效提高机械稳定性，随着脂肪酶用量从0.04%增加到0.1%，无论是低氨或高氨低蛋白天然胶乳的稳定性都得到了显著提升。

(3)磷脂水解产物保存体系对低蛋天然胶乳的总固含量和干胶含量等基本性能无影响。