Коллоидно-химические свойства смесей лизоцим-ПАВ в системе водный раствор-октан (1105578), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Однако, при увеличении концентрации ПАВ наблюдалось формирование черных ньютоновскихпленок. В работе была показана корреляция между изотермами поверхностного37натяжения, формированием черных пленок и стабилизацией пен смесью белок –ПАВ.При изучении структурных изменений овальбумина (OVA), овотрансферина (OVT) и лизоцима в пенах получено, что в OVA происходят конформационныеизменения, приводящие к полимеризации вследствие образования межмолекулярных дисульфидных связей [173]. OVT при контакте с поверхностью вода/воздух претерпевает значительные изменения в структуре, приводящие к увеличению гидрофобности белка. Лизоцим, напротив, не подвергается изменениямв структуре.Увеличение ионной силы раствора увеличивает плотность пены, стабилизированной Lz [166].
Экранирование заряда приводит к уменьшению электростатического отталкивания молекул белка в слое и, как следствие, к росту адсорбции.Лизоцим в нативной форме не образует прочные межмолекулярные связи, необходимые для создания стабильной пены. При pH 3 белок не образует пены, чтосвязано с сильным электростатическим отталкиванием в слое и увеличением растворимости лизоцима в растворе.
Добавки Lz не позволяют восстановить пенообразующую способность шампанских вин после обработки бентонитом и углём[174].Неионогенное ПАВ Tween 20 снижает стабильность пен, образованныхβ-казеином и смесью α1, α2, β и k-казеинов за счет вытеснения белка молекуламиПАВ из слоя [175]. Устойчивость пен сопоставлена с изотермами поверхностногонатяжения. В случае смеси казеинов при концентрации добавленного ПАВ вышеККА устойчивость пен начинает увеличиваться, что связано с агрегирование белка и ПАВ в слое. Показано, что чем толще адсорбционный слой, тем более устойчива пена.
Совпадение ККМ ПАВ в случае раствора индивидуального ПАВ исмеси с β-Cs говорит о том, что комплекс β-Cs – Tween 20 не образуется [176].Устойчивость пленок, стабилизированных смесями, совпадает с устойчивостьюбелковых пленок при малых концентрациях ПАВ и с устойчивостью пленок, стабилизированных Tween 20, при достижении ККМ.38В отсутствии Tween 20 эмульсии, стабилизированные WPI вблизи его изоэлектрической точки, склонны к флокуляции благодаря образованию геля намежфазной поверхности [167, 168].
Добавки ПАВ снижают флокуляцию, что связано с уменьшением прочности геля вследствие вытеснения белка из слоя.Образование поверхностных сеток белка благотворно сказывается на стабилизации эмульсионных пленок [177]. β-LG способен полимеризоваться за счетдисульфидных связей на границе раздела вода/масло и стабилизировать эмульсии,в то время как α-LG не полимеризуется из-за отсутствия свободных SH-групп[178].
Термическая модификация β-LG [179], Lz [166] и BSA [169] вызывает упрочнение плёнок за счет образования самоорганизованных структур и формирования поверхностного геля вследствие сшивки молекул. Добавки лецитина оказывают небольшой положительный эффект на устойчивость пленок, стабилизированных β-LG, за счет комплексообразования с белком. Добавление казеината натрия способствует снижению прочности из-за конкурентной адсорбции [180].Увеличение времени, прошедшего после эмульгирования до добавления казеината натрия, влияет на конкурентную адсорбцию.
Упрочнение слоя β-LG со временем делает его более устойчивым к разрушению вторым компонентом. В работе[181] отмечены различия в структуре адсорбционных слоев неупорядоченногобелка β-Cs и глобулярных α-LG и β-LG и их влияние на стабилизацию эмульсийвода/масло из индивидуальных и смешанных растворов. Показано существованиеконкурентной адсорбции в смеси белков. Некоторые из особенностей адсорбциииз смешанных растворов были показаны с помощью компьютерного моделирования методом Монте-Карло.Эмульсии, стабилизированные Lz, β-LG в присутствии слюнных белковразличной молекулярной массы исследовали в [182].
Установлено, что высокомолекулярный муцин MUC5B лучше адсорбируется на межфазных границах эмульсии, стабилизированной Lz. MUC7 с более низкой молекулярной массой лучшеадсорбируется на межфазных поверхностях в эмульсии, стабилизированнойβ-LG. Авторы полагают, что характер адсорбции слюнных белков на межфазных39поверхностях в основном определяется зарядом поверхности, положительным дляадсорбционных слоев Lz и отрицательным для β-LG при нейтральных pH.Анализ литературных данных показывает, что, несмотря на широкое исследование смесей белок – ПАВ и их большое значение для многих природных итехнологических процессов, ряд вопросов остается недостаточно исследованным.Прежде всего, это относится к изучению взаимного влияния белка и ПАВ на адсорбцию на границе двух несмешивающихся жидкостей. Крайне ограничено число экспериментальных данных о составе смешанных адсорбционных слоев.
Малоисследований, посвященных изучению межфазного натяжения смесей белков иПАВ на границах водный раствор/органическая жидкость, а также исследованийвлияния ПАВ на ферментативную активность белка. Несмотря на широкое использование лизоцима для исследования его поведения в присутствии ПАВ, основные данные относятся к смесям с анионными ПАВ. Исследований влияния катионных ПАВ на поведение лизоцима мало, а цвиттерионных ПАВ практическинет. Отсутствуют работы по изучению влияния смесей белок – ПАВ на устойчивость смачивающих пленок. В связи с этим, исследование влияния взаимодействий Lz с ПАВ различного типа на поверхностные свойства систем (поверхностноенатяжение, адсорбцию и смачивание) является актуальным для понимания многихприродных и промышленных процессов.40II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬСписок условных обозначений, используемых в экспериментальной части.A – константа адсорбционного равновесия, л/моль,АЕ – ферментативная активность, с-1,Amol – молярная радиоактивность, Бк/моль,as, aps, asps – параметры взаимодействия между молекулами ПАВ , комплексамибелок – ПАВ и между комплексами белок – ПАВ и молекулами ПАВ в адсорбционном слое, соответственно,b – параметр уравнения Шишковского, мН/м,bs, bps – константы адсорбционного равновесия ПАВ и комплекса белок – ПАВ,соответственно (в модели Файнермана), л/моль,C, Co, Cw – общая концентрация, концентрация в органической и водной фазах,соответственно, М,D – коэффициент распределения в системе вода/октан,I, Iv, Is – суммарная скорость счета распадов трития, объемная и поверхностнаясоставляющие скорости счета, имп/мин,Kд1, Kд2 – константы десорбции ПАВ на участках связывания типа 1 и 2, соответственно, моль/л,OD – оптическая плотность,Q1, Q2 – степень заполнения участков связывания типа 1 и 2, соответственно,R – радиус смоченной площади при растекании капли, мм,S – площадь поверхности вода/октан, м2,S1 – площадь, приходящаяся на молекулу ПАВ в насыщенном адсорбционномслое, нм2,t – время, с,U – скорость растекания капли, м/с,Vo, Vw, Val – объемы органической фазы, водной фазы и аликвоты органическойфазы, л,41Xs, Xv – мольная доля ПАВ в смеси в адсорбционном слое и в водном растворе,соответственно.Г – адсорбция, моль/м2,ε – эффективность регистрации трития,η – вязкость, Па·с,θ – краевой угол, град.,λ – длина волны, нм,π – двумерное давление, мН/м,ρ – плотность, г/см3,σ – поверхностное натяжение, мН/м,ω – средняя площадь, приходящаяся на моль белка в насыщенном адсорбционномслое, м2/моль,ω0 – площадь, приходящаяся на моль растворителя в адсорбционном слое,м2/моль.2.1.
Объекты исследованияВ работе были исследованы смеси лизоцима с ПАВ различной природы. Лизоцим (Lz) – фермент класса гидролаз, разрушающий клеточные оболочки бактерий путем гидролиза амидных групп мурамилглюкозамина клеточных стенокграм-положительных бактерий. Lz содержится, в первую очередь, в местах соприкосновения организма животных с окружающей средой – в слизистой оболочкежелудочно-кишечного тракта, слезной жидкости, слюне, слизи носоглотки. Лизоцим используется в медицине в качестве бактерицидного средства, а также в косметических препаратах [183 – 186].
Lz – малый глобулярный белок (молекулярнаямасса = 14,3 кДа), его единственная полипептидная цепь состоит из 129 аминокислотных остатков и свернута в компактную глобулу размером 3,0×3,0×4,5 нм,55 аминокислотных остатков находятся в α-спиральной конформации [187](рис. 6). Жесткость структуры лизоцима обеспечена наличием дисульфидныхмостиков. Изоэлектрическая точка белка pI = 11,0, поэтому в водных растворах с42низкой ионной силой при нейтральных рН лизоцим имеет положительный заряд,суммарный заряд поверхностных групп лизоцима +8 [1, 61, 62, 69].
В работе использовали Lz белка куриных яиц (MP «Biomedicals»).Рис. 6. Структура лизоцима [189] и последовательность аминокислот [187].В работе были исследованы смеси Lz c ПАВ, имеющими одинаковую неполярную часть – н-додецильную цепь, – и полярную группу различного строения.Наряду с традиционными ионогенными ПАВ – катионным бромидом додецилтриметиламмония и анионным додецилсульфатом натрия, – в работе было изучено цвиттерионное ПАВ кокоамидопропил бетаин. Смеси Lz с цвиттерионнымПАВ впервые исследованы в настоящей работе.Бромид додецилтриметиламмония C12H25N+(CH3)3Br– (DTAB, «Merck» (Германия), чистота более 98%) – катионное ПАВ, молекулярная масса 308 г/моль,критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) (1,6±0,1)·10-2 М [189 –192].Додецилсульфат натрия C12H25SO4–Na+ (SDS, ЗАО «НПО ЭКРОС», Россия, ч.) – анионное ПАВ, молекулярная масса 288 г/моль, ККМ = 8,0 ÷10,0·10-3 M[151, 189, 193].