專利名稱：水溶性絲膠蛋白的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用蠶繭(包括繭殼、繭衣、廢絲等)為原料制造各種分子量范圍不同的水溶性絲膠蛋白的方法。
背景技術(shù)：
蠶絲的主要成分是絲膠和絲素，是由家蠶生產(chǎn)的一種天然高分子蛋白，絲膠約占絲蛋白總量20～30％。蠶吐絲營繭時，絲膠被覆在絲素纖維外面起到保護和膠粘絲素纖維的作用。在繅絲、絲綢練染等加工生產(chǎn)中需要不同程度脫膠處理。在絲棉、絹紡的加工或在絲素蛋白新功能材料的研究與開發(fā)中，必須完全或部分去除絲膠才能進行后續(xù)加工與處理。目前，在上述蠶絲生產(chǎn)與加工過程中，脫去的絲膠幾乎全部不回收，作為廢液全部排除，由于排放污水中蛋白質(zhì)含量過高，流入河道將會大量消耗水中溶解氧，使水體喪失自凈能力，造成大量的環(huán)境污染和能源浪費。所以，如果在蠶絲的加工與處理過程中能高效地回收和利用絲膠以免除對環(huán)境的污染，將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。
絲膠中含有人體所必需的氨基酸含量高達17％以上，在組成絲膠的18種氨基酸中有8種是人體必需氨基酸。最近有研究表明腦脊髓星形細胞分泌的非必需氨基酸一絲氨酸和甘氨酸都是由神經(jīng)膠質(zhì)細胞產(chǎn)生的營養(yǎng)因子(Mitoma J et al，Neurosci Res 30(2)195-199，1998；Mitoma J et al，J Biol Chem 273(31)19363-19366，1998)，它促進培養(yǎng)的小腦神經(jīng)元生存、樹突發(fā)生以及電生理發(fā)育(Furuya S et al，Porc Natl Acad SciUSA，97(21)11528-11533，2000)。絲膠蛋白中L-絲氨酸占氨基酸總量33.3％，而甘氨酸也含16.05％，這兩種氨基酸約占總量一半。因此，多攝取絲膠蛋白或絲膠水解產(chǎn)物可以提高人的記憶力、防止腦老化、預(yù)防癡呆癥等。研究表明絲膠及其絲膠水解產(chǎn)物具有美容、養(yǎng)顏的護膚、護發(fā)功能，抗氧化作用和酪氨酸酶活性抑制作用(日本特開昭10-140154，10-265403，歐洲專利0841065)，對皮炎(特開昭10-245345，11-193210)、皮膚癌、腸癌生長的有抑制作用(特開昭2000-256210)，能促進腸胃對礦物營養(yǎng)的吸收與消化等等功能(特開昭2000-312568)。而且，隨著研究的深入，絲膠肽或絲膠不同降解產(chǎn)物的新利用價值和許多未知生物功能將會不斷發(fā)現(xiàn)。
研究表明，分子量較大的絲膠蛋白可用于制成生物醫(yī)用材料或合成纖維和天然纖維的紡織品衛(wèi)生功能性涂層整理；分子量較小的絲膠肽、小分子量低聚肽和一些氨基酸混合物可以用于化妝品、醫(yī)用生物藥物、功能性保健食品、保健飲料等。
目前，水溶性絲膠蛋白的制備或從含有絲膠蛋白的廢液中回收的辦法，特別是制備低分子量的水溶性絲膠蛋白的方法，大都是用一些無機鹽、有機鹽等溶劑進行抽提，或者是用酸、堿進行水解，然后進行透析、脫鹽或超濾純化、脫色制成水溶性絲膠蛋白，或再經(jīng)過濃縮、干燥，制成絲膠蛋白粉末。例如，用堿性無機鹽、表面活性水溶液、尿素水溶液進行絲膠的煮沸、抽提、過濾、純化、濃縮、干燥后獲得的水溶性絲膠用于化妝品原料(特開昭58-26809)，也有用羧酸如檸檬酸等進行生絲和織物的脫膠。從精練廢液中通過無機凝集劑如聚氯化鋁等、有機高分子凝集劑如聚丙酸二乙基氨基乙酯等沉淀收集的方法(特開昭1-168906)或是通過超濾方法(特開昭4-202435)回收水溶性絲膠。通過水電解生成的離子水用于蠶絲的脫膠，從而制備純度較高的絲膠肽溶液(特開昭10-29909)。
上述制備絲膠蛋白的方法，由于加入溶劑的不同和溶解條件的差異，制備的絲膠蛋白有的是大分子難溶性絲膠蛋白，有的是分子量很小的水溶性絲膠肽，很難控制絲膠蛋白的降解程度和絲膠蛋白的分子量范圍。并由于高濃度的離子存在必須經(jīng)過透析、脫鹽或多次超濾純化、濃縮等工序才能獲得實用的絲膠蛋白。目前，水溶性絲膠蛋白特別是分子量較小(一般在5千道爾頓以下)的絲膠生產(chǎn)主要是通過酶解或酸解獲得，這種酶解或酸解很難控制絲膠的降解程度，沒法獲得各種不同用途、不同分子量范圍的水溶性絲膠。所以，以上這些方法大都存在制備工藝復(fù)雜、回收成本高、回收效率低，不適合工業(yè)化絲膠的回收或水溶性絲膠蛋白的制備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種工藝簡單、清潔環(huán)保，且能有效控制絲膠蛋白分子量范圍的水溶性絲膠蛋白的制造方法。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是采用了如下的加工步驟①脫膠潔凈的繭殼、廢絲、繭衣等在水或pH值為8～12的水溶液中，經(jīng)110～140℃或0.05～0.26MPa高溫高壓脫膠處理1～5小時后制得難溶性絲膠溶液；②絲膠降解用堿對上述難溶性絲膠溶液的pH值調(diào)至8～12，在110～140℃或0.05～0.26MPa條件下降解處理1～5小時，獲得分子量范圍不同的各種水溶性絲膠蛋白溶液。
對上述技術(shù)方案所述的脫膠溶液進行干燥處理制成粉末，絲膠降解處理前，先用熱水把絲膠粉末溶解。
將采用上述技術(shù)方案所獲得的水溶性絲膠蛋白溶液用酸調(diào)至中性。
將采用上述技術(shù)方案所獲得的水溶性絲膠蛋白溶液干燥后制得水溶性絲膠蛋白粉末。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的制造水溶性絲膠蛋白的方法具有以下明顯的有益效果1.由于采用了比較溫和的絲膠脫膠和降解工藝，只需用極少量的堿就能將絲膠液調(diào)至pH8～12，在高溫高壓條件下處理后，獲得降解絲膠液只要用少量的酸就能調(diào)至中性，不需再進行透析、脫鹽、超濾等工序便可應(yīng)用于許多領(lǐng)域，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了效率。降解處理后約有95％絲膠降解至分子量10kDa以下多肽，其余為游離氨基酸和少量的?；撬?。這種絲膠蛋白微細粉末易溶于水，在0℃以上的水中能全部溶解。
2.絲膠蛋白分子量范圍大小可以通過控制降解處理的壓力或溫度、降解處理時間及絲膠蛋白溶液pH值等工藝條件，方便地實現(xiàn)對所需各種絲膠蛋白分子量范圍的有效控制。
3.整個加工過程中沒有任何絲膠蛋白的廢棄，無有害的處理廢水產(chǎn)生污染，也沒使用大量的化學(xué)藥物作為添加劑。因此，可高效率回收蠶絲生產(chǎn)中的絲膠蛋白，做到低成本、無污染、工業(yè)化生產(chǎn)水溶性絲膠蛋白。
4.繭殼、廢絲、繭衣等在第一次高溫高壓脫膠處理后獲得的脫膠絲纖維，清潔、白凈，其脫膠絲產(chǎn)量和質(zhì)量不受任何影響，可用作絲棉、絹紡等各種用途。


圖1是本發(fā)明實施例中采用不同的工藝條件制造不同分子量范圍的水溶性絲膠蛋白的SDS-PAGE圖譜。
圖2是本發(fā)明實施例中一種水溶性絲膠蛋白及其水解物的氨基酸組成圖譜。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明所述的技術(shù)方案作進一步的描述。
實施例1稱取繭殼、繭衣、廢絲等原料，先在溫水中或在弱堿性水溶液中漂洗除去雜質(zhì)和塵埃，然后加入20倍量(V/W)的純水或用NaOH調(diào)至pH7～8水溶液中浸漬，使繭衣或繭殼充分膨潤后，置于高溫高壓容器中，在溫度為120℃(0.1MPa壓力)的條件下處理1小時，冷卻后取出脫膠蠶絲，用水反復(fù)沖洗，將洗滌液與脫膠液合并，制得難溶性絲膠溶液。
用NaOH調(diào)至上述難溶性絲膠溶液，pH值分別為pH＝10.0、pH＝11.0和pH＝12.0；或者將上述脫膠絲膠溶液直接噴霧干燥制成難溶性絲膠粉末，將這種絲膠粉末先用熱水溶解，同樣用NaOH分別調(diào)至pH＝10.0、pH＝11.0和pH＝12.0。
將上述調(diào)整pH值的難溶性絲膠溶液進行第二次高溫高壓降解處理，分別處理1小時、2.5小時和5小時，冷卻后再分別用HCl溶液將降解絲膠液調(diào)至中性，經(jīng)過濾、純化后獲得各種分子量范圍不同的水溶性絲膠蛋白溶液，或者將這種溶液噴霧干燥獲得各種水溶性絲膠蛋白粉末。參見附圖1，由SDS-PAGE圖譜可清楚地看到各種水溶性絲膠蛋白的分子量范圍。A4、A5、A6分別對應(yīng)于絲膠蛋白溶液的pH值為10.0、11.0和12.0，在溫度為120℃、壓力為0.1Mpa降解處理1小時的工藝條件下所得到的絲膠蛋白分子量范圍；B4、B5、B6分別對應(yīng)于絲膠蛋白溶液的pH值為10.0、11.0和12.0，在溫度為120℃、壓力為0.1MPa降解處理2.5小時的工藝條件下所得到的絲膠蛋白分子量范圍；C4、C5、C6分別對應(yīng)于絲膠蛋白溶液的pH值為10.0、11.0和12.0，在溫度為120℃、壓力為0.1MPa降解處理5小時的工藝條件下所得到的絲膠蛋白分子量范圍。經(jīng)附圖1的SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳分析，本發(fā)明實施例所提供的制備水溶性絲膠蛋白的方法，通過改變工藝條件，如絲膠蛋白溶液的pH值、降解處理的溫度或壓力、處理時間等，便可達到控制所制備的絲膠蛋白分子量范圍的目的。
對上述在各種不同工藝條件下所獲得絲膠蛋白，也可加入1～5倍體積的丙酮處理10～20小時，經(jīng)過濾、烘干后制成脫脂的水溶性絲膠粉末，便于儲存、運輸或滿足一些特殊的需要。該水溶性絲膠粉末的粒徑分布范圍在0.5～20μm，平均粒徑在10μm左右，為白色或略帶微黃色粉末，在0℃以上水中能完全溶解。通過對這種絲膠粉末的吸濕試驗，結(jié)果表明其吸濕能力很強。
參見附圖2，這種水溶性絲膠蛋白粉末經(jīng)氨基酸分析表明，含5％左右的游離氨基酸，在這些游離氨基酸中還含13.7％?；撬?，因此，這種水溶性絲膠蛋白具有抗氧化、抑制酪氨酸活性等多種作用。
實施例2稱取繭殼、繭衣、廢絲等原料1Kg，先在溫水中或在弱堿性水溶液中漂洗除去雜質(zhì)和塵埃，然后加入20倍量(V/W)的純水中浸漬，使繭衣或繭殼充分膨潤后，置于高溫高壓容器中，在溫度為120℃(0.1MPa壓力)的條件下處理1小時，冷卻后取出脫膠蠶絲，用水反復(fù)沖洗，將洗滌液與脫膠液合并，制得難溶性絲膠溶液。
用NaOH將制得的難溶性絲膠溶液調(diào)至pH11.0；或者將制得的難溶性絲膠溶液直接噴霧干燥制成難溶性絲膠粉末，將這種絲膠粉末先用熱水溶解，同樣用NaOH調(diào)至pH11.0。接著，將上述調(diào)整pH值后的難溶性絲膠溶液分為D和E二組，D組在110℃(或0.05MPa壓力)，E組在125℃(或0.135MPa壓力)條件下分別進行第二次高溫高壓降解處理2.5小時，冷卻后均用HCl溶液將降解絲膠液調(diào)至中性，經(jīng)過濾、純化后獲得兩種不同分子量的水溶性絲膠蛋白溶液，或者將這種溶液噴霧干燥獲得水溶性絲膠蛋白粉末。經(jīng)SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳分析，D組水溶性絲膠蛋白的分子量范圍為90kDa以下，E組水溶性絲膠蛋白的分子量范圍為15kDa以下。
我國是產(chǎn)絲大國，在蠶桑、繅絲和紡織生產(chǎn)中有大量廢絲可利用。本發(fā)明特別適用于絲棉廠、絹紡廠絲膠的回收和水溶性絲膠蛋白(粉末)的生產(chǎn)，也適用于從繅絲廠煮繭和染練廠絲綢精練廢液中回收難溶性絲膠，生產(chǎn)水溶性絲膠蛋白。這種絲膠蛋白可廣泛地應(yīng)用于生物醫(yī)藥、生物功能材料、保健品、化妝品和食品等領(lǐng)域。這項發(fā)明將具有明顯經(jīng)濟效益和重要的社會意義。
權(quán)利要求
1.一種水溶性絲膠蛋白的制造方法，其特征在于加工步驟如下①脫膠潔凈的繭殼、廢絲、繭衣等在水或pH值為8～12的水溶液中，經(jīng)110～140℃或0.05～0.26MPa高溫高壓脫膠處理1～5小時后制得難溶性絲膠溶液；②絲膠降解用堿對上述難溶性絲膠溶液的pH值調(diào)至8～12，在110～140℃或0.05～0.26MPa條件下降解處理1～5小時，獲得分子量范圍不同的各種水溶性絲膠蛋白溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水溶性絲膠蛋白的制造方法，其特征在于所述的難溶性絲膠溶液進行干燥處理制成粉末，絲膠降解處理前，先用熱水把絲膠粉末溶解。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水溶性絲膠蛋白的制造方法，其特征在于將獲得的水溶性絲膠蛋白溶液用酸調(diào)至中性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水溶性絲膠蛋白的制造方法，其特征在于將獲得的水溶性絲膠蛋白溶液干燥后制得水溶性絲膠蛋白粉末。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用蠶繭為原料制造不同分子量水溶性絲膠蛋白的方法。經(jīng)清洗后的繭殼、廢絲等浸入水或微堿性溶液中，經(jīng)高溫高壓脫膠處理后，獲得難溶性絲膠溶液，將該溶液的pH值調(diào)至8～12，再進行第二次高溫高壓降解處理，通過調(diào)節(jié)降解處理時的溫度或壓力、處理時間、脫膠液pH值的范圍等工藝條件，控制所要求達到的水溶性絲膠蛋白的分子量，以制備不同用途的易水溶性絲膠蛋白溶液或粉末，應(yīng)用于生物材料、紡織整理劑、保健品、化妝品、高分子合成材料等領(lǐng)域。
文檔編號C08H1/00GK1477141SQ0313202
公開日2004年2月25日 申請日期2003年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月9日
發(fā)明者張雨青, 沈衛(wèi)德, 陶美林, 周文林, 馬燕, 丁悅 申請人:蘇州大學(xué)