CN103436578B - 一种单酶法制备羽毛多肽及其产物制备生物可降解薄膜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种单酶法制备羽毛多肽及其产物制备生物可降解薄膜的方法，单酶法工艺为按废弃羽毛5—10%、蛋白酶k2—4%、水86—93%的重量配比称量；反应条件：PH：8.0—9.0，温度：50—60℃，摇床180—250rpm/min，反应48—60小时；离心取上清，即得到羽毛多肽酶解液。生物可降解薄膜的制备方法为按聚乙烯醇（PVA）60%—80%、羽毛多肽酶解液10%—30%、甘油2—10%、甲醛0.5—2%的重量配比称取，将PVA加水于90—110℃加热溶解，再加入甘油和甲醛共混30分钟，降温至40℃，再加入羽毛多肽酶解液共混30～40分钟，成膜，在30—50℃烘干即得产品。本发明利用废弃羽毛，制得的薄膜可以生物降解，保护了环境。

Description

一种单酶法制备羽毛多肽及其产物制备生物可降解薄膜的方法

技术领域

本发明涉及单酶法制备羽毛多肽及其产物制备生物可降解薄膜的方法。利用单酶法来水解废弃物羽毛得到产物羽毛多肽，整个处理过程无环境污染。利用羽毛多肽这种以天然高分子物质为基体制作的膜材料，能被生物降解，不会造成环境污染。

背景技术

我国家禽羽毛资源相当丰富，我国家禽养殖业每年约有70万吨羽毛废弃物，角蛋白是构成动物机体的重要功能物质，它具有合成高分子材料无法比拟的生物相容性和生物降解性。由于羽毛很难降解，工业上常用酸碱法来处理羽毛，酸法水解反应时间较长，对设备的要求较高，投资较大，而且使用的盐酸易挥发，造成污染，有害于操作人员的身体健康；碱法对设备要求不高，反应时间较短，可大量生产，但氨基酸含量偏低，难以控制反应。

专利号公开号为CN 101613733 B，发明名称为《羽毛多肽的制备方法》的中国专利，将动物羽毛经过粉碎，与水混合形成羽毛与水混合液，再经过灭菌，胰蛋白酶、碱式蛋白酶和木瓜蛋白酶三种酶酶解和酶失活步骤。 该技术使用的酶种较多，工艺也比较复杂。

本发明中的羽毛酶解，不需要任何处理（粉碎，高温高压等），直接将羽毛用单一的酶(蛋白酶k来源于林伯氏白色念球菌的蛋白酶K突变体，用毕赤酵母表达重组蛋白)处理，即可得到羽毛多肽。整个工艺操作方法简单，节能环保，成本低廉，羽毛多肽的提取效率高，产品多肽含量高。

生物可降解塑料大多数都集中在淀粉改性方面，蛋白质基塑料的研究相对要少一些，然而，淀粉基塑料存在自身难以克服的诸多缺点，如力学强度不够，不能满足实际的应用要求。以角蛋白为基质来制备地膜，成为热点。角蛋白薄膜可降解，可作为制作包装袋的材料，可变为有机肥料被农作物吸收，解决了环境污染的问题。作为地膜不仅具有增温、保墒、早熟、增产等作用，还能防止土壤流失，有效控制土壤盐碱度，减少氮的淋洗。

专利号公开号为CN 101284948 A，发明名称为《畜禽毛角蛋白基复合薄膜及其制备方法》的中国专利，采用还原水解法或者氧化水解法制备角蛋白原液，超声波处理角蛋白原液，该技术整个工艺复杂，能耗大，制备的薄膜中盐离子高，并且不利于工业化生产。

本发明中的制备只需要加入酶液，水和废弃物羽毛，并且羽毛角蛋白原液内不含其它任何盐离子，并且纯度高，颜色均一，能耗低，适合于工业化生产，并且制得的薄膜均达到国家标准。

发明内容

本发明的目的是运用单酶法酶解不需要任何处理的废弃物羽毛，并得到羽毛多肽，该方法具有降解速度快，产品成本低，生产工艺简单的特点。本发明的第二目的是利用单酶法酶解的羽毛多肽，制备生物可降解薄膜，用其代替不可降解的薄膜。整个工艺可以减少废弃物羽毛对环境的污染，变害为利，同时减少不可降解的薄膜污染，保护环境，在取得环境效益的同时又取得经济效益和生态效益。

本发明是这样实现的。本发明的步骤为：

一、角蛋白酶解液（即羽毛多肽酶解液）的制备

按下列各原料的重量配比称量，

废弃物羽毛 5—10%，

蛋白酶k 2—4%，

水 86—93%，

反应条件： PH：8.0—9.0，温度：50—60℃ ，摇床摇振转速：180—250rpm/min，反应时间： 48—60小时 ，

离心取上清，即得到角蛋白酶解液（羽毛多肽酶解液）。

通过酶法进行水解，反应条件温和，时间适中，对设备要求不高，而且易于控制，对人和环境无危害，同时提高了生产附加值。羽毛多肽含量可达到80%以上。

废弃物羽毛可由市场收集，蛋白酶k可从市场购买。

二、可降解薄膜的制备步骤

a、按下列各原料的重量配比称取，

聚乙烯醇（PVA） 60%—80%，

羽毛多肽酶解液 （含量70-80%） 10%—30%，

甘油 2—10%，

甲醛 0.5—2%，

b、PVA用乙醇浸泡1-3小时，然后加入水于90—95℃加热，待PVA完全溶解，再加入甘油和甲醛共混30分钟，完毕后降温至40℃，最后加入羽毛多肽酶解液共混30分钟到40分钟，

c、将共混后的液体倒入玻璃平板上成膜，或用成膜机成膜，

d、放在烘箱中烘干，烘干温度控制在30—50℃之间。

三、共混膜的物理性质的检测

1.成膜在水中溶胀率的测定

2.膜透光率的测定

3.膜的拉伸强度

4．断裂伸长率

通过单酶法回收利用可再生的角蛋白废弃物，将羽毛酶解多肽与聚乙烯醇（PVA）、增塑剂、交联剂等通过共混方法制备羽毛基复合薄膜，通过对薄膜的力学性能、透光率、溶胀率等，筛选和优化制膜的物料配比、工艺条件，并借助XRD、DSC-TG、AFM等手段表征膜的结构与性能，优选出保温保墒、保水、可降解的薄膜。创新和技术关键在于使用酶法水解羽毛得到羽毛酶解多肽，这种纯生物方法，可以摒弃酸碱法处理羽毛带来的环境危害和高耗能，也更易于对其水解条件、水解率和水解时间的控制，产品纯净，颜泽自然，工艺简单，易于操作，可产生高附加值。这种可降解地膜消除了塑料地膜造成的“白色污染”，为农业增产增收以及土壤的保护提供了支撑，也丰富了蛋白质开发利用的新途径.

具体实施方式

实施例1：

一、角蛋白酶解液的制备

称取5g的羽毛于含有50ml水的锥形瓶中，加入酶液2ml，调节其PH值8～8.5置于55℃、200rpm/min的摇床摇振24h。

将水解后的羽毛液置于4000rpm/min离心机离心10min。

二．可降解薄膜的制备

将已用乙醇泡过的PVA加入烧杯中，加水400ml，将烧杯置于90℃的水浴锅中水浴加热，加热时应不停的用玻璃棒搅拌。

待PVA全溶解后，加入甘油、甲醛共混30min。共混完毕后降温至40℃，加入羽毛酶解液配置成不同梯度的溶液，于40℃下共混30min。

将共混后的液体倒入玻璃平板上，放入40℃的烘箱中流延成膜。

三．共混膜的物理性质的检测

1. 成膜在水中溶胀率的测定

在膜上剪下lcmx2cm大小的试样，用分析天平准确称量，然后浸入水中，30min后取出，用滤纸吸去试样表面黏附的水，待表面略干后称其重量，并按下式计算其在水中的溶胀率。

经实验测得：薄膜的溶胀率为110%.

2.膜透光率的测定

将待测样品裁切成矩形，贴于比色皿表面，利用紫外可见UV2300仪器扫描在220nm-800nm下膜的透光率，以空气作为对照测出膜的透光率。

经实验测得：薄膜的透光率超过80%.

3.膜的拉伸强度

拉伸强度是当膜被多功能材料试验机拉伸时，单位横接面积上受到的力的负荷数。假设当试样受到轴向力AB的拉伸时，如在C处断裂，则在横接面C上，每平方毫米的面积承受的牛顿力，既为试样的拉伸强度。在GB/T 1040.3-2006标准下测定薄膜的拉伸强度。

经实验测得：薄膜在标距34mm、厚度0.12mm、窄部分宽度4mm的情况下拉伸强度的12.89MPa.

4．断裂伸长率

试样开始受到拉伸至被拉断时所伸长的长度，与原受力部分的长度之比，即为断裂伸长率，以百分率表示。在GB/T 1040.3-2006标准下测定薄膜的断裂伸长率。

经实验测得：薄膜在标距34mm、厚度0.12mm、窄部分宽度4mm的情况下薄膜的断裂伸长率为263.65%。

Claims (1)

1. 一种利用羽毛多肽酶解液制备生物可降解薄膜的方法，其特征在于步骤为:

a、按下列各原料的重量配比称取，

聚乙烯醇（PVA） 60%—80%，

含量70-80%的羽毛多肽酶解液 10%—30%，

甘油 2—10%，

甲醛 0.5—2%，

b、PVA用乙醇浸泡1-3小时，然后加入水于90—95℃加热，待PVA完全溶解，再加入甘油和甲醛共混30分钟，完毕后降温至40℃，最后加入羽毛多肽酶解液共混30分钟到40分钟，

c、将共混后的液体倒入玻璃平板上成膜，或用成膜机成膜，

d、放在烘箱中烘干，烘干温度控制在30—50℃之间。