CN104861663B - 一种利用l‑半胱氨酸再生羊毛角蛋白的方法 - Google Patents

一种利用l‑半胱氨酸再生羊毛角蛋白的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用L‑半胱氨酸再生羊毛角蛋白的方法，包括：将羊毛纤维洗净，用乙醇‑丙酮混合溶剂脱脂，剪碎；将剪碎的羊毛纤维加入到L‑半胱氨酸复合液体中，密封，在65～85℃下振荡3～8h，得到羊毛角蛋白溶液。然后热过滤，取滤液进行透析；透析后，调节pH值至4.0～4.5，使角蛋白完全析出，离心，对固体成分进行冷冻干燥，粉碎，得到羊毛角蛋白粉末。本发明简单实用，采用成本较低的L‑半胱氨酸溶解、醋酸沉析，制备分子量高、提取率高的角蛋白粉末。制成的角蛋白粉末稳定，可以较长时间贮存，粉末可以用于创伤医学，也可以选择合适溶剂溶解角蛋白粉末，与其他聚合物进行复合纺丝，应用于组织工程等。

Description

一种利用L-半胱氨酸再生羊毛角蛋白的方法
技术领域
本发明属于羊毛纤维的再生利用的技术领域，特别涉及一种利用L-半胱氨酸再生羊毛角蛋白的方法。
背景技术
羊毛角蛋白质纤维作为人类利用较早的天然纤维材料之一，由于羊毛品质和纺织技术的限制，每年都有大量的短纤维、粗纤维被废弃，使得这类纤维的再生利用及方法的研究一直为人们所关注。羊毛纤维主要成分为α-角蛋白，角蛋白分子通过双硫键、氢键、盐键和其它键作用形成高度交联的三维稳定结构，由于其结构的复杂致密性，其在一般条件下不溶解，传统溶解羊毛蛋白的方法是通过强碱、强酸、还原剂或氧化剂等试剂破坏蛋白质分子的双硫键或肽键分解成短肽，这些方法普遍存在大量无机酸、碱、还原剂或氧化剂等环境不友好溶剂的浪费，对环境造成严重的影响。
L-半胱氨酸又叫巯基丙氨酸，是一种具有生理功能的氨基酸，是组成蛋白质的20多种氨基酸中惟一具有还原性基团巯基(-SH)的氨基酸。作为一种还原剂,通过改变蛋白质分子之间和蛋白质分子内部的二硫键,减弱了蛋白质的结构，使蛋白质就伸展开来。L-半胱氨酸有很多优点，首先L-半胱氨酸，分子内还有巯基，具有一定还原性；其次L-半胱氨酸没有毒性，实验条件比较温和，对实验要求较低；再次L-半胱氨酸价格便宜，来源广泛，资源充分。相对于毒性高、价格昂贵的巯基乙醇、巯基乙酸和三(2-羧乙基)膦等，具有相当大的优势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用L-半胱氨酸再生羊毛角蛋白的方法，该方法操作简单，使用的药品及设备成本低廉，易于实现工业化生产；该方法以纺织过程中被废弃羊毛、羊绒等纤维及不能直接用于纺织加工的羊毛等动物短纤维为原料，既节约资源，又保护环境；制备得到的固体粉末具有洁白色泽、分子量高等的特点。
本发明的一种利用L-半胱氨酸再生羊毛角蛋白的方法，包括：
(1)将羊毛纤维在H2O2的碱性溶液中清洗，然后用水清洗，再用乙醇-丙酮混合溶剂脱脂12～24h，烘干，将得到的羊毛纤维剪碎；其中，清洗的温度为40～60℃，浴比为30:1～40:1，脱脂过程使用的脱脂剂浸没羊毛纤维即可；
(2)将步骤(1)中剪碎后的羊毛纤维加入到L-半胱氨酸-尿素复合液体中，浴比10:1～30:1，用NaOH溶液调节pH值至9.5～10.5，密封，升温至65～85℃，机械振荡3～8h，得到羊毛角蛋白溶液；其中，L-半胱氨酸用量为10～50g/L，尿素的用量为5～10mol/L；
(3)对步骤(2)中得到的羊毛和角蛋白的混合溶液进行热过滤，取滤液，得到羊毛角蛋白溶液；
(4)对步骤(3)中得到的羊毛角蛋白溶液透析48～72h；
(5)透析完成后，边搅拌边向透析液中加醋酸溶液，调节pH至4.0～4.5，使角蛋白完全析出；静置2～3h后，去除上清液，对沉淀进行离心；
(6)将步骤(5)中离心所得沉淀放入-60℃冰箱冷冻6～12h，然后在冷冻干燥机上干燥48～72h，得到角蛋白固体；
(7)用粉碎机将步骤(6)中得到的角蛋白固体粉碎成粉末，得到羊毛角蛋白粉末。
所述步骤(1)中H2O2碱性溶液中30％H2O2的浓度为4-8mL/L，纯碱的浓度为5-15g/L。
所述步骤(1)中乙醇-丙酮混合溶剂中乙醇与丙酮的体积比为1:1～2:1。
所述步骤(1)中羊毛纤维剪碎至1～5cm长。
所述步骤(2)中NaOH溶液的浓度为200g/L。
所述步骤(2)中振荡的时间为4～7h。
所述步骤(3)中过滤除去5μm以上的固体杂质。
所述步骤(4)中透析时透析膜的截留分子量为8000～14000，每隔3～4h换一次去离子水。
所述步骤(5)中离心的条件为离心转速为10000rpm，温度为10～20℃，时间为10min。
所述步骤(7)中得到的羊毛角蛋白粉末置于4℃待用。
本发明所用的角蛋白原料为固体废弃羊毛，其化学机理是用还原方法切断角蛋白分子链间的-S-S-键，在此基础上调节反应体系的pH至合适值，并且选用具有强烈膨化作用的尿素，使蛋白大分子充分溶胀直至溶解，得到角蛋白溶液及固体，其中溶液具有的显著特征，其固相粉末制品具有洁白色泽，其工艺流程为：原料→氧化洗净→剪碎→溶解→热过滤→角蛋白溶液→透析→沉析→离心→冷冻干燥→角蛋白粉体。
本发明制备得到的角蛋白溶液可以用于织物整理、制膜及纺丝等，角蛋白粉末性质稳定，在一定条件下可以贮存较长时间，可以用于创伤医学，也可以与其他聚合物进行复合纺丝，应用于组织工程等。
有益效果
(1)本发明所使用的药品及设备成本低廉，操作简单，易于实现工业化生产；
(2)本发明所使用的还原剂没有毒性，来源广泛，资源充分；
(3)本发明以纺织过程中被废弃羊毛、羊绒等纤维及不能直接用于纺织加工的羊毛等动物短纤维为原料，既节约资源，又保护环境；
(4)本发明提取的羊毛角蛋白具有分子量高，提取率高等显著特点。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)将羊毛纤维在H2O2碱性溶液中洗净，其中30％H2O2的浓度为6mL/L，纯碱的浓度为10g/L，温度为50℃，浴比40:1。再用乙醇-丙酮混合溶剂脱脂12h，70℃烘干，然后将烘干后的羊毛剪碎。其中，脱脂过程使用的脱脂剂浸没羊毛纤维即可，乙醇-丙酮混合溶剂中乙醇与丙酮的体积比为2:1。
(2)将剪碎后的羊毛纤维加入到L-半胱氨酸-尿素复合液体中，其中浴比20:1，L-半胱氨酸用量为20g/L，尿素的用量为8mol/L。用200g/L的NaOH调节pH值至10左右，盖上塞子密封，升温至75℃，机械振荡5h后，得到羊毛和角蛋白的混合溶液。
(3)对羊毛、角蛋白混合溶液进行热过滤，取滤液，得到羊毛角蛋白溶液。
(4)对所得到的滤液透析72h，透析膜的截留分子量为8000～14000，每隔3h换一次去离子水。透析完成后，得到羊毛角蛋白纯溶液。
实施例2
(1)将羊毛纤维在H2O2碱性溶液中洗净，其中30％H2O2的浓度为6mL/L，纯碱的浓度为10g/L，温度为50℃，浴比40:1。再用乙醇-丙酮混合溶剂脱脂12h，然后将烘干后的羊毛剪碎。其中，脱脂过程使用的脱脂剂浸没羊毛纤维即可，乙醇-丙酮混合溶剂中乙醇与丙酮的体积比为2:1。
(2)将剪碎后的羊毛纤维加入到L-半胱氨酸-尿素复合液体中，其中浴比20:1，L-半胱氨酸用量为10g/L，尿素的用量为8mol/L。用200g/L的NaOH调节pH值至10左右，盖上塞子密封，升温至75℃，机械振荡5h后，得到羊毛和角蛋白的混合溶液。
(3)对羊毛、角蛋白混合溶液进行热过滤，取滤液，得到羊毛角蛋白溶液。
(4)对所得到的滤液透析72h，透析膜的截留分子量为8000～14000，每隔3h换一次去离子水。
(5)透析完成后，边搅拌边向透析液中加醋酸溶液，调节其pH至4.0～4.5，使角蛋白完全析出。
(6)将其静置2h后，去除上清液，对沉淀进行离心，离心转速为10000rpm，温度为10℃，时间为10min。
(7)对离心所得沉淀冷冻12h，然后进行冷冻干燥，得到角蛋白固体。
(8)用粉碎机将角蛋白固体粉碎成粉末，得到羊毛角蛋白粉末，将其置于4℃待用。最终羊毛角蛋白分子量在10Kda以上的产量最高可达66％，分子量大部分集中在40～50Kda。
实施例3
(1)将羊毛纤维在H2O2碱性溶液中洗净，其中30％H2O2的浓度为6mL/L，纯碱的浓度为10g/L，温度为50℃，浴比40:1。再用乙醇-丙酮混合溶剂脱脂12h，然后将烘干后的羊毛剪碎。其中，脱脂过程使用的脱脂剂浸没羊毛纤维即可，乙醇-丙酮混合溶剂中乙醇与丙酮的体积比为2:1。
(2)将剪碎后的羊毛纤维加入到L-半胱氨酸-尿素复合液体中，其中浴比20:1，L-半胱氨酸用量为25g/L，尿素的用量为6mol/L。用200g/L的NaOH调节pH值至10左右，盖上塞子密封，升温至75℃，机械振荡8h后，得到羊毛和角蛋白的混合溶液。
(3)对羊毛、角蛋白混合溶液进行热过滤，取滤液，得到羊毛角蛋白溶液。
(4)对所得到的滤液透析72h，透析膜的截留分子量为8000～14000，每隔3h换一次去离子水。
(5)透析完成后，边搅拌边向透析液中加醋酸溶液，调节其pH至4.0～4.5，使角蛋白完全析出。
(6)将其静置2h后，去除上清液，对沉淀进行离心，离心转速为10000rpm，温度为10℃，时间为10min。
(7)对离心所得沉淀冷冻24h，然后进行冷冻干燥，得到角蛋白固体。
(8)用粉碎机将角蛋白固体粉碎成粉末，得到羊毛角蛋白粉末，将其置于4℃待用。最终羊毛角蛋白分子量在8Kda以上的产量最高可达68％，分子量大部分集中在40～50Kda。
实施例4
(1)将羊毛纤维在H2O2碱性溶液中洗净，其中30％H2O2的浓度为6mL/L，纯碱的浓度为10g/L，温度为50℃，浴比40:1。再用乙醇-丙酮混合溶剂脱脂12h，然后将烘干后的羊毛剪碎。其中，脱脂过程使用的脱脂剂浸没羊毛纤维即可，乙醇-丙酮混合溶剂中乙醇与丙酮的体积比为2:1。
(2)将剪碎后的羊毛纤维加入到L-半胱氨酸-尿素复合液体中，其中浴比20:1，L-半胱氨酸用量为30g/L，尿素的用量为10mol/L。用200g/L的NaOH调节pH值至10左右，盖上塞子密封，升温至95℃，机械振荡4h后，得到羊毛和角蛋白的混合溶液。对羊毛、角蛋白混合溶液进行热过滤，取滤液。
(3)对所得到的滤液透析72h，透析膜的截留分子量为8000～14000，每隔3h换一次去离子水。
(4)透析完成后，边搅拌边向透析液中加醋酸溶液，调节其pH至4.0～4.5，使角蛋白完全析出。
(5)将其静置2h后，去除上清液，对沉淀进行离心，离心转速为10000rpm，温度为10℃，时间为10min。
(6)对离心所得沉淀冷冻24h，然后进行冷冻干燥，得到角蛋白固体。最终羊毛角蛋白分子量在8Kda以上的产量最高可达72％，分子量大部分集中在40～50Kda。

Claims (1)

1.一种利用L-半胱氨酸再生羊毛角蛋白的方法，包括：
(1)将羊毛纤维在H2O2碱性溶液中洗净，其中30％H2O2的浓度为6mL/L，纯碱的浓度为10g/L，温度为50℃，浴比40:1；再用乙醇-丙酮混合溶剂脱脂12h，然后将烘干后的羊毛剪碎；其中，脱脂过程使用的脱脂剂浸没羊毛纤维即可，乙醇-丙酮混合溶剂中乙醇与丙酮的体积比为2:1；
(2)将剪碎后的羊毛纤维加入到L-半胱氨酸-尿素复合液体中，其中浴比20:1，L-半胱氨酸用量为30g/L，尿素的用量为10mol/L；用200g/L的NaOH调节pH值至9.5～10.5，盖上塞子密封，升温至95℃，机械振荡4h后，得到羊毛和角蛋白的混合溶液；对羊毛、角蛋白混合溶液进行热过滤，取滤液；
(3)对所得到的滤液透析72h，透析膜的截留分子量为8000～14000，每隔3h换一次去离子水；
(4)透析完成后，边搅拌边向透析液中加醋酸溶液，调节其pH至4.0～4.5，使角蛋白完全析出；
(5)将其静置2h后，去除上清液，对沉淀进行离心，离心转速为10000rpm，温度为10℃，时间为10min；
(6)对离心所得沉淀冷冻24h，然后进行冷冻干燥，得到角蛋白固体；最终羊毛角蛋白分子量在8kDa以上的产量最高可达72％，分子量大部分集中在40～50kDa。
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