CN102167724A - 一种可控的高浓度再生蚕丝蛋白水溶液的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于蚕丝蛋白处理技术领域，具体为一种可控的高浓度再生蚕丝蛋白水溶液的制备方法。本发明是将无机盐溶液中溶解并透析得到的低浓度蚕丝蛋白溶液装于透析袋中，然后置于真空干燥箱内；真空干燥箱内放置有吸水剂，箱内温度设为5℃~50℃，真空度调节在－0.06MPa~－0.1MPa范围；利用程序控制真空系统进行一步或多步真空浓缩处理，得到高浓度再生蚕丝蛋白水溶液。本发明采用负压浓缩，时间较短，成本较低，且能准确获得所需蚕丝蛋白的浓度；浓缩过程无杂质引入，保证了溶液纯度；蚕丝蛋白的浓度可达到5%～45%；所得浓溶液在低温下可稳定存在。

Description

一种可控的高浓度再生蚕丝蛋白水溶液的制备方法

技术领域

本发明属于蚕丝蛋白处理技术领域，具体涉及一种高浓度蚕丝蛋白水溶液的纯净且可控的制备方法。

背景技术

蚕丝乃中国古代文明的产物，早在商周时代就出现了丝织品的应用，而汉代以前丝绸已输出，闻名于世界。近几十年来，蚕丝除了在纺织服装领域的广泛应用外，在医药、生物技术和日用化工等科技领域的应用也在不断发展，例如用于医药缓释载体、酶固定材料、化妆品及食品等。

由于天然蚕丝原料成本高且受季节严格限制，导致以蚕丝蛋白为原料的产品价格昂贵，进而限制了其应用。近年来研究者们开始利用废弃的蚕丝进行再生处理以得到再生的蚕丝蛋白代替天然蚕丝蛋白进行科研及生产，以降低产品成本。

通常制备再生蚕丝蛋白溶液的方法是将蚕丝或废丝溶解在高浓度的无机盐（溴化锂、硫氰酸钠、硫氰酸锂等）溶液或醇—盐混合溶液（氯化钙-乙醇-水、硝酸钙-甲醇-水等）中，得的蚕丝蛋白-盐混合水溶液，再用透析袋将蚕丝蛋白混合溶液在去离子水中透析，除去无机盐或醇等小分子杂质。

由于透析过程中渗透压很高，大量水将透过半透膜进入透析袋内，因此上述方法得到的丝素蛋白溶液浓度下降（一般小于5wt%），低浓度的再生蚕丝蛋白溶液在生产及科学研究等很多应用方面受到了极大的限制。

将低浓度的蚕丝蛋白水溶液浓缩到较高浓度是再生蚕丝蛋白应用前极为重要的准备，目前应用最广的是一种透析袋渗透浓缩法：将蚕丝蛋白稀溶液放入透析袋中，然后把高分子量（6 000－12 000 Da）聚合物如聚乙二醇、聚乙烯吡咯和烷酮等或蔗糖置于透析袋外，或者将装有蚕丝蛋白溶液的透析袋放入由聚合物配成的高浓度溶液中，透析袋中水渗出以得到高浓度的蚕丝蛋白溶液。然而所用高分子由于聚合生产过程残留一些小分子或离子杂质，这些杂质和高分子齐聚物在渗透浓缩时有可能部分渗透进入透析袋，进而影响所制备的蚕丝蛋白溶液纯度。虽然目前尚无研究证实这些杂质的存在对蚕丝蛋白结构以及后期应用等的影响，但其潜在的危害始终存在。同时，高分子量聚合物的使用以及渗透浓缩耗时较长，且需多次更换聚合物透析液，导致最终得到的高浓度蚕丝蛋白水溶液所需成本极高。

发明内容

本发明的目的是提供一种便捷、纯净、可控，且制备成本低的制备高浓度再生蚕丝蛋白水溶液的方法。

本发明提供的制备高浓度再生蚕丝蛋白水溶液的方法，是将在无机盐溶液中溶解并透析得到的蚕丝蛋白稀溶液装入透析袋，并置于真空干燥箱内，进行真空浓缩处理。

上述方法中，真空干燥箱内事先放入吸水剂（ 吸水剂为颗粒状无水CaCl₂ 、变色硅胶、无水MgSO₄或活性氧化铝等），温度设定为5℃~50℃，真空度保持在－0.06 MPa ~－0.1MPa。

具体操作步骤：将蚕丝用5%的Na₂CO₃或NaHCO₃溶液在80~100℃的温度条件下煮20~90分钟，然后用水漂洗7~8次以保证完全除胶；接着将脱胶丝溶解在无机盐溶剂中（如7~10mol/L的LiBr溶液）配成质量浓度为2~15%的蚕丝蛋白水溶液；将蚕丝蛋白水溶液装入透析袋，在去离子水中透析1～2天，以除去无机盐离子。

将真空干燥箱预热，使其温度稳定，温度范围5~70℃。

蚕丝蛋白溶液倒入透析袋中并扎紧，透析袋两端固定悬挂于真空干燥箱内。抽真空。程序控制真空方法有两种：

一步法：抽真空到所需真空度（一般为-0.06~ -0.1MPa范围内的某恒定值）， 关闭真空泵，真空度维持在该设定值，设定的真空度及浓缩时间依最终溶液浓度而定。

分步法：每间隔一段时间（如1~5小时）抽0.1~1小时，（真空度一般为-0.06~ -0.1MPa范围内），总浓缩时间根据所需产品浓度而定。此法对所需泵的功率及装置的气密性要求不高，因为间隔抽真空将使箱内回落的负压再次达到到较高值，避免密闭性差引起的整个浓缩过程真空度波动太大。

本发明中，抽真空过程所使用的泵可以是水泵，也可以是油泵，并配置冷凝塔和干燥塔。

本发明中，抽真空过程的时间长短以及时间间隔完全由程控装置自动控制。

半透膜具有只允许分子量小于截留分子量的小分子能通过半透膜的，而大分子不能透过的特性，利用该特性，在真空负压条件下，水分子不断渗出，抽离，同时吸水剂保证真空干燥箱内较低的湿度；分子量较高的蚕丝蛋白分子则保留在透析袋里面，从而达到浓缩蚕丝蛋白溶液的目的；同时，调控抽真空的时间及真空度能获得所需要的不同浓度的产品。

上述方法获得的再生蚕丝蛋白溶液浓度可达到5%~ 45%，可以获得与蚕丝腺体中纺丝液的浓度（26%左右）相当的再生素蛋白溶液，溶液具有较好流动性，且构象以无规线团为主，可稀释再用。与传统的聚合物透析浓缩相比，其优势在于：（1）该浓缩过程溶液始终作为独立体系存在，不会引入任何杂质，保证了再生蚕丝蛋白溶液的纯度；（2）该过程完全由程控装置自动控制，操作简单；（3）不利用高分子试剂，且所使用的干燥剂可回收，重复使用，极大地降低了材料成本；（4）浓缩周期较短，节约了时间成本。这些优势使该方法具有巨大的应用前景。

具体实施方式

以下利用实施例进一步详细说明。

实施例1：9.5mol/L的LiBr 溶解蚕丝，去离子水透析得到的浓度3.9%的蚕丝蛋白溶液，50ml溶液装入透析袋（截留分子量=14,000），悬空于真空干燥机内。

箱内压力维持恒定（-0.09MPa），温度32℃，以粒状CaCl₂为干燥剂（平铺表面积60cm²），停抽，常温（20℃）常压下保持在密闭干燥箱内10小时,得到浓度35%的再生蚕丝蛋白水溶液。

实施例2：9.5mol/L的LiBr 溶解蚕丝，去离子水透析得到的浓度3.9%的蚕丝蛋白溶液，40ml溶液装入透析袋（截留分子量=8,000），悬空于真空干燥箱内。

隔1小时抽真空一次，箱内压力维持在-0.093~ -0.07MPa, 温度20℃，以粒状CaCl₂为干燥剂（表面积170cm²），19小时后取出样品，得到浓度约26%的再生蚕丝蛋白溶液。

实施例3：14.7mol/L的NaSCN 溶解蚕丝，去离子水透析得到的浓度3.1%的蚕丝蛋白溶液，80ml溶液装入透析袋（截留分子量=8,000），悬空于真空干燥箱内。

隔2小时抽真空一次，箱内压力（-0.095~ -0.06MPa）, 温度10℃，以硅胶为干燥剂（表面积170cm²），16小时后取出样品，得到浓度约7.8%的再生蚕丝蛋白溶液。

实施例4：9.8mol/L的LiBr 溶解，去离子水透析得到的浓度3.4%的蚕丝蛋白溶液，60ml溶液装入透析袋（截留分子量=14,000），悬空于真空干燥箱内。

隔1小时抽真空一次，箱内压力（-0.095~ -0.07MPa）, 温度15℃，以粒状CaCl₂为干燥剂（表面积590 cm²）置于第二层，23小时后取出样品，得到浓度约16%的再生蚕丝蛋白溶液。

实施例5：9.8mol/L的LiBr 溶解，去离子水透析得到的浓度3.4%的蚕丝蛋白溶液，80ml溶液装入透析袋（截留分子量=14,000），悬空于真空干燥箱内。

隔1小时抽真空一次，箱内压力（-0.095~ -0.08MPa）, 温度25℃，以硅胶为干燥剂（表面积1190cm²），置于上层，12h后取出样品，得到浓度约20%的再生蚕丝蛋白溶液。

Claims (7)

1.高浓度再生蚕丝蛋白溶液的制备方法，其特征在于具体步骤为：将无机盐溶液中溶解并透析得到的低浓度蚕丝蛋白溶液装于透析袋中，然后将透析袋置于真空干燥箱内，进行真空浓缩处理；真空干燥箱内放置有吸水剂，真空干燥箱内温度设为5℃~50℃，相对真空度调节在－0.06 MPa ~－0.1MPa范围。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述将无机盐溶液中溶解并透析得到低浓度蚕丝蛋白溶液的步骤为：将蚕丝用5%的Na₂CO₃或NaHCO₃溶液在80~100℃的温度条件下煮20~90分钟，然后用水漂洗7~8次以保证完全除胶；接着将脱胶丝溶解在无机盐溶剂中配成质量浓度为2~15%的蚕丝蛋白水溶液；将蚕丝蛋白水溶液装入透析袋，在去离子水中透析1～2天，以除去无机盐离子。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于真空干燥箱内使用的吸水剂为颗粒状无水CaCl₂ 、变色硅胶、无水MgSO₄或活性氧化铝。

4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于抽真空所使用的泵是水泵。

5.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于抽真空所使用的泵是油泵，并配置冷凝塔和干燥塔。

6.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于采用一步真空浓缩方法：抽真空到设定真空度，关闭真空泵，真空度维持在该设定值；设定的真空度及浓缩时间依最终溶液浓度而定；或者采用分步真空浓缩方法：每间隔1~5小时，抽真空0.1~1小时，真空度为-0.06~ -0.1MPa范围内；总浓缩时间根据所需产品浓度而定。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于抽真空过程由程控装置控制，自动调控抽真空的时间和间隔。