高濃度再生絲蛋白水溶液及其製備方法
2023-06-18 09:11:06
專利名稱：高濃度再生絲蛋白水溶液及其製備方法
技術領域：
本發明屬於絲蛋白處理技術領域，具體涉及一種高濃度再生絲蛋白水溶液及其製備方法。
背景技術：
中國是絲綢的故鄉，國人對蠶絲的應用已經有幾千年的歷史。蠶絲由於其柔軟、透氣性好、穿著舒適等優點倍受人們的青睞，被譽為「纖維皇后」。近幾十年來，蠶絲除了在服裝紡織領域的廣泛應用外，在包括食品、醫藥、生物技術、日用化工等其他領域的應用亦得到了長足的發展，如用於藥物緩釋材料、酶固定化材料、保健食品和化妝品等等。但是由於天然蠶絲原料的成本較高且受季節的嚴格限制，導致真絲織物以及其他的一些以蠶絲蛋白為原料的產品價格昂貴，使它們在日常消費中受到了較大的制約。
利用絲織廠的下腳料——廢蠶絲經過再生處理得到再生絲蛋白，然後利用再生絲蛋白替代天然絲蛋白生產各種產品可以在保證質量的前提下明顯降低產品的成本。本發明人曾用再生絲蛋白和聚丙烯腈水溶液共混後進行溼法紡絲，紡出的複合纖維性能優良，具有與天然蠶絲相似的光澤和柔軟的手感；本發明人還用再生絲蛋白溶液和酶溶液混合後，除去溶劑水即得到了性能優良的固定化酶材料。
通常製備再生絲蛋白水溶液的方法如下將蠶絲或廢絲溶解在特定的溶劑中(這些特定的溶劑包括溴化鋰水溶液、硫氰酸鋰水溶液、硫氰酸鈉水溶液、氯化鈣-乙醇-水混合溶劑、硝酸鈣-甲醇-水混合溶劑和溴化鋰-乙醇-水混合溶劑等)，然後將絲蛋白溶劑用透析膜或透析袋在純水中進行透析除去溶劑小分子後，便能得到絲蛋白水溶液。由於在透析過程中半透膜的兩側存在很大的濃度差而導致很高的滲透壓，因此大量水透過半透膜進入絲蛋白溶液中而使絲蛋白濃度下降，嚴重時甚至會導致透析袋(膜)的破裂。用這種方法得到的再生絲蛋白溶液的濃度一般不會超過5wt％，而低濃度的再生絲蛋白溶液無論在人工紡絲的可操作性上還是在作為生產原料的儲存、運輸等方面都受到很大的限制。
發明內容
本發明的目的在於提供一種高濃度的再生絲蛋白水溶液及其製備方法。
本發明提出的再生絲蛋白水溶液的製備方法，是對溶解在無機鹽溶液中的絲蛋白，用水溶性聚合物的水溶液進行透析；聚合物的分子量為6,000~100,000，聚合物的濃度為5~50％。
上述方法中，水溶性聚合物可以是聚乙二醇(PEG)、聚環氧乙烷(PEO)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等。
上述方法的操作步驟如下將蠶絲或廢絲用0.1~3.0％的Na2CO3或NaHCO3溶液，或0.1~1.0mol/L的硼酸-硼砂緩衝溶液，在90~105℃的溫度條件下處理20~90分鐘，然後用去離子水漂洗乾淨；按需要重複1~5次以完全除去絲膠；接著將蠶絲溶解在某種無機鹽溶劑中(如7~10mol/L的LiBr溶液)配成濃度為2~15％的絲蛋白溶液；同時將分子量為6,000~100,000的水溶性聚合物配成濃度為5~50％的水溶液，用於對絲蛋白溶液進行透析。透析的方法可以有以下兩種將絲蛋白溶液倒入透析袋中或放在透析膜的一側，然後用水溶性聚合物的水溶液進行透析，整個透析過程為48~96小時，更換透析液10~20次。
也可以先用純水透析24~48小時，更換透析液5~10次，然後再用水溶性聚合物的水溶液透析24~48小時，更換透析液5~10次。
本發明採用在純水中加入水溶性聚合物的方法來克服由於滲透壓造成絲的蛋白溶液濃度的下降。由半透膜的特性我們可以知道，溶液中只有分子量小於半透膜截留分子量的分子才能自由透過半透膜，而那些分子量大於截留分子量的大分子則無法透過半透膜。因此，絲蛋白溶液在含有聚合物水溶液中透析時，只有水分子和用於溶解絲蛋白的那些無機鹽及有機溶劑小分子可以自由透過半透膜，而絲蛋白和聚合物水溶液中的聚合物分別保留在半透膜的兩側，不會相互混合。本發明通過控制聚合物水溶液的濃度來調節透析體系中的滲透壓，從而達到保持絲蛋白溶液濃度不變直至反而增加的目的。
上述方法獲得的再生絲蛋白水溶液其濃度為5~40％，一般為10~35％，可以獲得與蠶絲腺體中紡絲液的濃度(約為26％)相當的再生絲蛋白水溶液。本發明得到的高濃度再生絲蛋白水溶液具有良好的流動性，可以用水稀釋成任何較稀濃度的再生絲蛋白水溶液。用本發明得到的高濃度再生絲蛋白水溶液和通過其稀釋得到的較稀濃度的再生絲蛋白水溶液以及用它們澆鑄的絲蛋白膜經分析發現都以無規線團構象為主，與用傳統透析方法得到的絲蛋白水溶液和絲蛋白膜相同。此外，本發明得到的高濃度再生絲蛋白水溶液的儲存時間比傳統方法得到的再生絲蛋白水溶液要長，在4℃下可保持2個月不發生由變性而產生的大量沉澱。
本發明用來製備高濃度再生絲蛋白水溶液的方法簡單、原料易得，製得的高濃度再生絲蛋白水溶液無論在儲存和運輸成本，以及在人工生物模擬紡絲中都具有巨大的應用潛能。
具體實施例方式
實施例以下利用實施例進一步詳細說明本發明。
實施例1將蠶絲浸入0.2mol/L的硼酸-硼砂緩衝溶液中，以浸沒蠶絲為準，攪拌煮沸45分鐘後取出，用去離子水洗滌乾淨。重複以上操作一次後，將蠶絲烘乾、剪碎。
稱取上述處理後的蠶絲12g溶解於100mL濃度為10mol/L的LiBr溶液中，配成濃度為12％的絲蛋白溶液。將此絲蛋白溶液裝入透析袋中，用濃度為20％的聚乙二醇(分子量＝20,000)水溶液透析72小時後，得到濃度為35％的再生絲蛋白水溶液。
實施例2將蠶絲浸入0.5％的Na2CO3溶液中，以浸沒蠶絲為準，攪拌煮沸30分鐘後取出，用去離子水洗滌乾淨。重複以上操作兩次後，將蠶絲烘乾、剪碎。
稱取上述處理後的蠶絲10g溶解於100mL濃度為9.5mol/L的LiBr溶液中，配成濃度為10％的絲蛋白溶液。將此絲蛋白溶液裝入透析袋中，先用純水透析72小時後，再用濃度為10％的聚乙二醇(分子量＝20,000)水溶液透析24小時，得到濃度為13％的再生絲蛋白水溶液。
實施例3將蠶絲浸入1.0％的NaHCO3溶液中，以浸沒蠶絲為準，攪拌煮沸25分鐘後取出，用去離子水洗滌乾淨。重複以上操作兩次後，將蠶絲烘乾、剪碎。
稱取上述處理後的蠶絲11g溶解於100mL濃度為9.7mol/L的LiBr溶液中，配成濃度為11％的絲蛋白溶液。將此絲蛋白溶液裝入透析袋中，用濃度為15％的聚環氧乙烷(分子量＝30,000)水溶液透析96小時後，得到濃度為26％的再生絲蛋白水溶液。
實施例4將廢絲浸入2％的Na2CO3溶液中，以浸沒蠶絲為準，攪拌煮沸45分鐘後取出，用去離子水洗滌乾淨。重複以上操作一次後，將蠶絲烘乾、剪碎。
稱取上述處理後的蠶絲10g溶解於100mL濃度為9.5mol/L的LiBr溶液中，配成濃度為10％的絲蛋白溶液。將此絲蛋白溶液裝入透析袋中，先用純水透析48小時後，再用濃度為8％的聚乙烯醇(分子量＝90,000)水溶液透析48小時，得到濃度為10％的再生絲蛋白水溶液實施例5將廢絲浸入1.5％的NaHCO3溶液中，以浸沒蠶絲為準，攪拌煮沸20分鐘後取出，用去離子水洗滌乾淨。重複以上操作兩次後，將蠶絲烘乾、剪碎。
稱取上述處理後的蠶絲11g溶解於100mL濃度為9.7mol/L的LiBr溶液中，配成濃度為11％的絲蛋白溶液。將此絲蛋白溶液裝入透析袋中，用濃度為45％的聚乙烯吡咯烷酮(分子量＝8,000)水溶液透析48小時後，得到濃度為20％的再生絲蛋白水溶液。
權利要求
1.一種再生絲蛋白水溶液的製備方法，其特徵在於將溶解在高濃度無機鹽溶液中的絲蛋白用水溶性聚合物的水溶液進行透析；聚合物的分子量為6,000~100,000；聚合物水溶液的濃度為5~50％。
2.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於水溶性聚合物為聚乙二醇、聚環氧乙烷、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮之一種。
3.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於用聚合物水溶液對絲蛋白透析的方式為將絲蛋白溶液倒入透析袋中或放在透析膜的一側，然後用水溶性聚合物溶液進行透析，整個透析過程為48~96小時，更換透析液10~20次。
4.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於用聚合物水溶液對絲蛋白透析的方式為將絲蛋白溶液倒入透析袋中或放在透析膜的一側，先用純水透析24~48小時，更換透析液5~10次，然後再用水溶性聚合物溶液透析24~48小時，更換透析液5~10次。
5.一種根據權利要求1~4所述的製備方法獲得的再生絲蛋白水溶液，其特徵在於濃度為5~40％，水溶液中絲蛋白的構象以無規線團為主。
6.根據權利要求5所述的再生絲蛋白水溶液，其特徵在於濃度為10~35％。
全文摘要
本發明為一種高濃度再生絲蛋白水溶液及其製備方法。絲蛋白是一種非常有用的天然高分子材料，由於蠶絲本身不溶於水，因此需要將蠶絲溶解於某些特定溶劑，然後用透析的方法除去溶劑中的小分子物質，從而得到再生絲蛋白水溶液。傳統用純水進行透析的方法得到的再生絲蛋白水溶液濃度較低，一般不超過5％，且在常溫下(0～40℃)難以保存，極易發生凝聚。本發明採用水溶性聚合物的水溶液來對其進行透析，可以明顯提高再生絲蛋白水溶液的濃度，最高可以達到40％；同時，再生絲蛋白水溶液在兩個月內可以保持穩定。
文檔編號D01F13/00GK1483866SQ0314220
公開日2004年3月24日 申請日期2003年8月9日 優先權日2003年8月9日
發明者陳新, 邵正中, 周麗, 陳 新 申請人:復旦大學