CN106755248A - 一种纳米丝胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米丝胶及其制备方法，包括如下步骤：(1)将中性蛋白酶加入蚕丝脱胶液中，酶解后得到酶解液；所述中性蛋白酶用量为1200～1600活力单位/g丝胶，酶解温度为35～40℃，酶解时间为3.5～6小时，pH值控制在6.5～7.5；(2)将酶解液进行破壁处理；然后再经过超声处理，得到处理液；(3)将处理液透析浓缩制备浓缩物；(4)将浓缩物进行超重力处理；然后冷冻干燥，再进行辐照灭菌，得到纳米丝胶；所述超重力处理的转速为25000～40000rpm；浓缩物的流量为100～200mL/min。本发明得到的最终产物的灰分、铅、汞、砷、菌落总数和大肠杆菌含量的各项指标均大大减低，且具有较高的生物活性，取得了意想不到的效果，更适用于生物材料。

Description

一种纳米丝胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种丝胶，具体涉及一种纳米丝胶及其制备方法。
背景技术
蚕丝纤维的主体是丝素，在丝素外围包覆着丝胶，丝胶对丝素起着保护作用和胶粘作用。丝胶是一种性能优良的生物材料，为开发新功能生物材料提供了极为重要的应用素材。例如，丝胶可以作为合成高分子材料的添加剂，所得的高分子材料的物理性能不仅能得到改善，而且其高分子材料能被微生物迅速降解，成为优异的环保材料；由丝胶和丝素混合组成的丝蛋白膜将是一种有开发前途的人工皮肤；此外，丝胶还可以作为固定化酶的载体，用丝胶载体制成的固定化酶其热稳定性、操作稳定性、抗蛋白酶水解能力等方面都优于其他载体；丝胶对细胞和蛋白质具有很强的抗冻保护作用，作为新功能生物材料具有重要的应用价值。
现有的制备丝胶的方法主要包括清洗、常压脱胶、脱色、酶解、浓缩、离子交换树脂纯化、喷雾干燥、高温蒸汽灭菌、铝膜袋真空干燥包装；然而，当应用于生物材料时，要求丝胶中的各项指标（如铅、汞、砷及灰分含量、菌落总数和大肠杆菌含量等）更低。此外，现有技术制备的丝胶粒径偏大，一般为微米级，导致一些性能偏弱。
因此，开发新的制备丝胶的方法，在加工过程中应尽量保留丝胶原有的生物活性，以进一步提高丝胶的品质和生物活性，将其应用于生物材料，具有积极的意义。
发明内容
本发明目的是提供一种纳米丝胶及其制备方法，以获得高品质的纳米级丝胶，比表面积大，从而充分发挥丝胶的活性以及功能。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种纳米丝胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)将中性蛋白酶加入蚕丝脱胶液中，酶解后得到酶解液；所述中性蛋白酶用量为1200～1600活力单位/g丝胶，酶解温度为35～40℃，酶解时间为3.5～6小时，pH值控制在6.5～7.5；
(2)将酶解液进行破壁处理；然后再经过超声处理，得到处理液；
(3) 将处理液经过透析后再浓缩得到浓缩物；
(4)将浓缩物进行超重力处理；然后冷冻干燥，再进行辐照灭菌，得到纳米丝胶；所述超重力处理的转速为25000～40000rpm；浓缩物的流量为100～200mL/min。
上述技术方案中，步骤（1）中，将清洗后的蚕丝进行高温高压脱胶，得到蚕丝脱胶液；所述高温脱胶的压力为0.15～0.3MPa，温度为110～135℃，脱胶时间为10～20分钟；以蚕丝为原料，除杂、漂洗后，加入纯净水浸泡至少30min，浴比为10～20∶1；然后脱水，得到清洗后的蚕丝。
上述技术方案中，步骤（1）中，所述蚕丝为桑蚕丝、柞蚕丝、蓖麻蚕丝、天蚕丝中的一种或者几种。
上述技术方案中，步骤（1）中，所述中性蛋白酶为绿色木霉。
上述技术方案中，步骤（2）中，所述破壁处理在45000～50000rpm的转速下进行破壁处理，时间为30～40分钟；所述超声处理的功率为500～800W，频率30～50KHz，时间为10～15分钟。本发明利用超声处理，不是传统的提高分散性，而是进一步破碎粒子，提高破壁处理的粉碎效果，从而提高了杂质去除率并提高酶解处理效果。
上述技术方案中，步骤（3）中，所述透析采用截留分子量为5000～25000的半透膜在纯水中进行；本发明创造性的将透析应用于丝素制备，而不是用常规的过滤、吸附，一方面克服了现有技术认为透析由于无法分离杂质与丝胶而不适用于丝胶洗涤的技术偏见；另一方面结合前步骤的酶解、破壁、超声，以处理液进行透析，可有效去除杂质；得到的纳米级丝胶白度非常高、重金属、菌落等含量极低；取得了意想不到的技术效果。
上述技术方案中，步骤（3）中，所述浓缩物的固含量为50～70%；即浓缩物中固体物的质量分数为50～70%。为最后进行超重力处理提供优异的原料形态，达到最佳的处理效果，从而实现纳米级丝胶的制备。
上述技术方案中，步骤(4)中，优选所述超重力处理的转速为30000～35000rpm；浓缩物的流量为140～160mL/min。
上述技术方案中，步骤(4)中，所述冷冻干燥的温度为-40～-35℃，压力为2～2.5Pa，蒸发液层厚度1～1.5mm。限定的条件结合超重力处理的产物可以在得到纳米级丝素粉的同时避免污染以及营养物质的损失。
本发明还公开了根据上述的制备方法得到的纳米丝胶。
本发明首次利用超重力旋转床，在超重力作用下，使得丝胶成核，形成纳米级产品，解决了现有技术丝胶粒径过大、不利于人体吸收等问题。现有技术未见超重力对聚合物处理的报道，并且由于聚合物成核过程不存在反应性，而且聚合物本身韧性、粘度、成核性都较为特异，一般认为不适合利用超重力方法处理聚合物得到纳米产品。本发明首先酶解，再破壁处理，接着利用超声处理，然后制备限定固含量的浓缩物，最后利用超重力处理，从而制备纳米级丝胶，取得了意想不到的技术效果。
本发明首次制备出纳米级丝胶，粒径为10～25纳米，而且白色无臭味，尤其是具有优异的营养价值，氨基酸组成与未处理相比损失少；实验证明，本发明得到的最终产物的灰分、铅、汞、砷、菌落总数和大肠杆菌含量的各项指标均大大减低，尤其是抗氧化性能与抑制黑色素性能较现有技术明显提升，取得了意想不到的效果，更适用于生物材料。因此本发明进一步公开了上述纳米丝胶在制备口服材料或者外敷材料中的应用。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1．本发明从蚕丝出发，经过酶解、破壁、超声、浓缩，最后利用超重力处理后干燥，首次制备纳米级丝胶，粒径为10～25纳米，比表面积大，可以充分发挥丝胶的活性以及功能，尤其是作为医用材料，更能真正被人体吸收，取得了意想不到的技术效果。
2．本发明公开的纳米级丝胶的功能特征明显，特别是氨基酸组成与未处理比较变化小，并且丝胶活性功能优异，尤其是抗氧化性能与抑制黑色素性能较现有技术明显提升。
3．本发明利用酶解处理蚕丝脱胶液，尤其是利用绿色木霉，在限定条件进行处理，既能去色除味，又能保持丝胶营养；没有加入额外的酸或碱，因此不会产生额外的盐分，无需过滤步骤，使最终产物的灰分小于等于1.3%。
4．本发明利用蚕丝为原料，清洗后采用高温高压脱胶制备脱胶液，升温速率快，保温效果好，并使保温时间大大缩短，同时蒸汽及助剂消耗减少，具有节能减排、环保的优点。
5．本发明创造性地将酶解液进行破壁处理，再经过超声处理，得到处理液；实现对蚕丝细胞膜的破壁，在保证丝胶有效成分不被破坏的情况下，利于丝胶的开裂，更使得丝胶白细化，为后续处理打下基础，从而结合酶解、超重力处理，获得纳米级食用型、高性能丝胶。
6．本发明创造性的利用超重力技术对丝胶浓缩物进行处理，在固含量为50～70%下，不仅可以得到纳米级丝胶，而且避免营养成分的流失，最大程度实现丝胶的医用保健作用，可在制备口服材料或者外敷材料中应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一一种纳米丝胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)以桑蚕丝为原料，除杂、漂洗后，加入纯净水浸泡30min，浴比为10∶1；然后脱水，得到清洗后的蚕丝；将清洗后的蚕丝进行高温高压脱胶，得到蚕丝脱胶液；所述高温脱胶的压力为0.15MPa，温度为110℃，脱胶时间为10分钟；将绿色木霉加入蚕丝脱胶液中，酶解后得到酶解液；所述中性蛋白酶用量为1200活力单位/g丝胶，酶解温度为35℃，酶解时间为3.5小时，pH值控制在6.5；
(2)将酶解液进行破壁处理；然后再经过超声处理，得到处理液；所述破壁处理在45000rpm的转速下进行破壁处理，时间为30分钟；所述超声处理的功率为500W，频率30KHz，时间为10分钟；
(3)将处理液采用截留分子量为10000的半透膜在纯水中进行透析浓缩制备固含量为50%的浓缩物；
(4)将浓缩物进行超重力处理；然后冷冻干燥，再进行辐照灭菌，得到纳米丝胶；所述超重力处理的转速为25000rpm；浓缩物的流量为100mL/min；所述冷冻干燥的温度为-40℃，压力为2.5Pa，蒸发液层厚度1.5mm。
实施例二一种纳米丝胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)以桑蚕丝为原料，除杂、漂洗后，加入纯净水浸泡40min，浴比为20∶1；然后脱水，得到清洗后的蚕丝；将清洗后的蚕丝进行高温高压脱胶，得到蚕丝脱胶液；所述高温脱胶的压力为0.3MPa，温度为135℃，脱胶时间为20分钟；将绿色木霉加入蚕丝脱胶液中，酶解后得到酶解液；所述中性蛋白酶用量为1600活力单位/g丝胶，酶解温度为40℃，酶解时间为6小时，pH值控制在7.5；
(2)将酶解液进行破壁处理；然后再经过超声处理，得到处理液；所述破壁处理在50000rpm的转速下进行破壁处理，时间为40分钟；所述超声处理的功率为800W，频率50KHz，时间为15分钟；
(3)将处理液采用截留分子量为15000的半透膜在纯水中进行浓缩制备固含量为70%的浓缩物；
(4)将浓缩物进行超重力处理；然后冷冻干燥，再进行辐照灭菌，得到纳米丝胶；所述超重力处理的转速为40000rpm；浓缩物的流量为200mL/min；所述冷冻干燥的温度为-35℃，压力为2Pa，蒸发液层厚度1.5mm。
实施例三一种纳米丝胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)以桑蚕丝为原料，除杂、漂洗后，加入纯净水浸泡30min，浴比为15∶1；然后脱水，得到清洗后的蚕丝；将清洗后的蚕丝进行高温高压脱胶，得到蚕丝脱胶液；所述高温脱胶的压力为0.2MPa，温度为125℃，脱胶时间为15分钟；将绿色木霉加入蚕丝脱胶液中，酶解后得到酶解液；所述中性蛋白酶用量为1400活力单位/g丝胶，酶解温度为38℃，酶解时间为5小时，pH值控制在7；
(2)将酶解液进行破壁处理；然后再经过超声处理，得到处理液；所述破壁处理在48000rpm的转速下进行破壁处理，时间为35分钟；所述超声处理的功率为600W，频率40KHz，时间为15分钟；
(3)将处理液采用截留分子量为8000的半透膜在纯水中进行浓缩制备固含量为60%的浓缩物；
(4)将浓缩物进行超重力处理；然后冷冻干燥，再进行辐照灭菌，得到纳米丝胶；所述超重力处理的转速为30000rpm；浓缩物的流量为150mL/min；所述冷冻干燥的温度为-40℃，压力为2Pa，蒸发液层厚度1mm。
实施例四一种纳米丝胶的制备方法，包括如下步骤：
(1) 以桑蚕丝为原料，除杂、漂洗后，加入纯净水浸泡30min，浴比为10∶1；然后脱水，得到清洗后的蚕丝；将清洗后的蚕丝进行高温高压脱胶，得到蚕丝脱胶液；所述高温脱胶的压力为0.15MPa，温度为110℃，脱胶时间为10分钟；将绿色木霉加入蚕丝脱胶液中，酶解后得到酶解液；所述中性蛋白酶用量为1200活力单位/g丝胶，酶解温度为35℃，酶解时间为3.5小时，pH值控制在6.5；
(2) 将酶解液进行破壁处理；然后再经过超声处理，得到处理液；所述破壁处理在45000rpm的转速下进行破壁处理，时间为30分钟；所述超声处理的功率为500W，频率30KHz，时间为10分钟；
(3)将处理液采用截留分子量为25000的半透膜在纯水中进行浓缩制备固含量为70%的浓缩物；
(4)将浓缩物进行超重力处理；然后冷冻干燥，再进行辐照灭菌，得到纳米丝胶；所述超重力处理的转速为35000rpm；浓缩物的流量为160mL/min；所述冷冻干燥的温度为-35℃，压力为2Pa，蒸发液层厚度1.5mm。
实施例五一种纳米丝胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)以桑蚕丝为原料，除杂、漂洗后，加入纯净水浸泡40min，浴比为20∶1；然后脱水，得到清洗后的蚕丝；将清洗后的蚕丝进行高温高压脱胶，得到蚕丝脱胶液；所述高温脱胶的压力为0.3MPa，温度为135℃，脱胶时间为20分钟；将绿色木霉加入蚕丝脱胶液中，酶解后得到酶解液；所述中性蛋白酶用量为1600活力单位/g丝胶，酶解温度为40℃，酶解时间为6小时，pH值控制在7.5；
(2)将酶解液进行破壁处理；然后再经过超声处理，得到处理液；所述破壁处理在50000rpm的转速下进行破壁处理，时间为40分钟；所述超声处理的功率为800W，频率50KHz，时间为15分钟；
(3)将处理液采用截留分子量为5000的半透膜在纯水中进行浓缩制备固含量为50%的浓缩物；
(4)将浓缩物进行超重力处理；然后冷冻干燥，再进行辐照灭菌，得到纳米丝胶；所述超重力处理的转速为30000rpm；浓缩物的流量为150mL/min；所述冷冻干燥的温度为-40℃，压力为2Pa，蒸发液层厚度1mm。
然后对实施例的丝胶配置成丝胶溶液进行抗氧化作用的测试，检测其对黑色素生产的抑制作用，结果如表1：
表1 黑色素生产的抑制结果
对实施例的丝胶固体进行抗氧化作用的测试，检测其对黑色素生产的抑制作用，结果如表2：
表2 丝胶固体进行抗氧化作用以及抑制结果
丝胶 粒径（nm） 总抗氧化能力 U/g 清除羟自由基能力 U/g
实施例一 10 831.1 3666.6
实施例二 18 880.6 3699.7
实施例三 20 854.9 3700.2
实施例四 22 865.5 3702.1
实施例五 25 842.8 3689.7
由上述测试可见，本实施例获得的丝胶具有更好的抗氧化作用，粒径非常小，因而具有更高的生物活性，更适用于生物材料。

Claims (10)

1.一种纳米丝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将中性蛋白酶加入蚕丝脱胶液中，酶解后得到酶解液；所述中性蛋白酶用量为1200～1600活力单位/g丝胶，酶解温度为35～40℃，酶解时间为3.5～6小时，pH值控制在6.5～7.5；
(2)将酶解液进行破壁处理；然后再经过超声处理，得到处理液；
(3)将处理液经过透析后再浓缩得到浓缩物；
(4)将浓缩物进行超重力处理；然后冷冻干燥，再进行辐照灭菌，得到纳米丝胶；所述超重力处理的转速为25000～40000rpm；浓缩物的流量为100～200mL/min。
2.根据权利要求1所述纳米丝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，将清洗后的蚕丝进行高温高压脱胶，得到蚕丝脱胶液；所述高温脱胶的压力为0.15～0.3MPa，温度为110～135℃，脱胶时间为10～20分钟；以蚕丝为原料，除杂、漂洗后，加入纯净水浸泡至少30min，浴比为10～20∶1；然后脱水，得到清洗后的蚕丝。
3.根据权利要求1所述纳米丝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述蚕丝为桑蚕丝、柞蚕丝、蓖麻蚕丝、天蚕丝中的一种或者几种；所述中性蛋白酶为绿色木霉。
4.根据权利要求1所述纳米丝胶的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述破壁处理在45000～50000rpm的转速下进行破壁处理，时间为30～40分钟；所述超声处理的功率为500～800W，频率30～50KHz，时间为10～15分钟。
5.根据权利要求1所述纳米丝胶的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述透析采用截留分子量为5000～25000的半透膜在纯水中进行。
6.根据权利要求1所述纳米丝胶的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述浓缩物的固含量为50～70%。
7.根据权利要求1所述纳米丝胶的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述超重力处理的转速为30000～35000rpm；浓缩物的流量为140～160mL/min。
8.根据权利要求1所述纳米丝胶的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述冷冻干燥的温度为-40～-35℃，压力为2～2.5Pa，蒸发液层厚度1～1.5mm。
9.根据权利要求1所述的制备方法得到的纳米丝胶。
10.权利要求9所述的纳米丝胶在制备内服产品或者外敷产品中的应用。
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