天然蚕丝蛋白乳液的制备与界面稳定机制研究

论文摘要

本论文采用由桑蚕茧提取的天然蚕丝丝素蛋白(Silk Fibroin)替代传统小分子表面活性剂,制备具有较强界面稳定性、优良生物相容性的新型蛋白质乳液,通过研究蚕丝蛋白乳液的制备方法、微观形态、流变行为、稳定性和界面粘弹性能等,探讨蚕丝蛋白乳液的材料设计、微观结构、体相流变学、界面流变学与稳定性之间的相互关系,从而获得蚕丝蛋白乳液的界面稳定机制与稳定性的影响因素和变化规律,进而揭示界面处蚕丝蛋白分子有序结构的形成、界面稳定机制和界面稳定性的控制与分析方法,为蚕丝蛋白乳液的设计、制备与研究提供新技术和新思路,特别是为蚕丝蛋白乳液在食品、化妆品和生物制药领域中的应用提供坚实的理论和实验基础。首先,使用碱液脱胶、溴盐溶解、纯水透析等技术路线由天然桑蚕茧制备得到稳定的丝素蛋白水分散液,并以此丝素蛋白水分散液作为水相,十二烷、丁酸丁酯、正己醇分别作为油相成功制备得到稳定乳液,研究了丝素蛋白浓度、油相体积分数和油相极性对乳液的类型、液滴尺寸及分布、流变行为和稳定性的影响。研究结果表明,蚕丝蛋白乳液为油/水型乳液,乳液液滴随丝素蛋白浓度和油相极性的增加而减小、随油相体积分数的减小而减小。乳液液滴表面带负电荷,受丝素蛋白浓度影响较大。由于蚕丝蛋白乳液液滴形成类似凝胶的网络结构,乳液的弹性行为占主导(动态振荡实验中,G’始终大于G",相位角较小)。但是,乳液液滴网状结构的强度较弱,稳态剪切时呈现显著的剪切变稀,并且液滴容易形变导致应力过冲,尤其是丝素蛋白浓度较低和极性油相的乳液。随着丝素蛋白浓度、油相体积分数和油相极性的增大,乳液的模量、粘度和屈服应力明显提高,乳液的分层稳定性也明显提高。然后,根据上述结果,进一步研究了丝素蛋白在空气/水和油/水界面的界面膜形态和界面流变行为,探讨界面流变行为与乳液的微观形态和稳定性的相互关系。研究发现,丝素蛋白由于具有两亲性,无论在空气/水还是油/水界面都能形成稳定的蛋白膜,此蛋白膜呈现纤维网络结构,界面弹性模量较高且随丝素蛋白浓度的提高而增加。与空气/水界面相比,油/水界面形成的丝素蛋白膜具着更好的稳定性、更高的机械强度和韧性,更强的结构恢复能力。最后,本文对蚕丝蛋白乳液的研究作出展望。界面流变学在泡沫和乳液方面的研究结果不仅加深了我们对蛋白质膜界面流变行为的理解,而且为更好地开发与应用蛋白质及其混合物作为表面活性物质和胶体稳定剂和预测乳液与泡沫的稳定性提供了重要的理论依据和指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 乳液
• 1.1.1 乳液的稳定性
• 1.1.2 乳液稳定性的影响因素
• 1.1.3 乳液的应用
• 1.2 天然蛋白乳液
• 1.2.1 天然蛋白表面活性剂
• 1.2.2 天然蛋白乳化性能的影响因素
• 1.2.3 天然蛋白乳液的应用
• 1.3 蚕丝蛋白
• 1.3.1 蚕丝蛋白的组成
• 1.3.2 丝素蛋白的结构与性能
• 1.3.3 丝素蛋白的应用
• 1.4 蛋白质膜界面流变行为
• 1.4.1 界面流变学
• 1.4.2 蛋白质膜界面流变行为与泡沫、乳液稳定性的相互关系
• 1.5 研究目的与内容
• 第二章 蚕丝蛋白乳液的制备与稳定性研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 材料与试剂
• 2.2.2 丝素蛋白水溶液的制备与分析
• 2.2.3 乳液的制备与表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 乳液类型
• 2.3.2 丝素蛋白乳化活性（EAI）
• 2.3.3 乳液液滴尺寸、形态、Zeta 电位
• 2.3.4 乳液流变行为研究
• 2.3.5 乳液稳定性分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 丝素蛋白在空气/水和油/水界面的界面流变学研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 材料与试剂
• 3.2.2 丝素蛋白水溶液的制备与分析
• 3.2.3 Langmuir-Blodgett 膜转移法制备丝素蛋白界面膜
• 3.2.4 丝素蛋白界面膜的形态观测
• 3.2.5 油相特性分析
• 3.2.6 界面流变学测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 丝素蛋白界面膜的形态
• 3.3.2 丝素蛋白在空气/水界面的界面流变行为研究
• 3.3.3 丝素蛋白在油/水界面的界面流变行为研究
• 3.3.4 由界面流变学到乳液微观形貌的思考与讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 全文总结
• 4.1 主要结论
• 4.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间研究成果