CN106884033A - 一种纳米丝素粉及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米丝素粉及其制备方法，包括如下步骤：(1)将中性蛋白酶加入脱胶丝素纤维溶液中，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丝素粉，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)将处理液微波加热后离心洗涤得到洗涤物；(4)将洗涤物浓缩制备浓缩物；(5)将浓缩物进行超重力处理；然后冷冻干燥，再进行辐照灭菌，得到纳米丝素粉。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
技术领域
本发明涉及一种蚕丝产品，具体涉及一种纳米丝素粉及其制备方法。
背景技术
蚕丝纤维的主体是丝素，在丝素外围包覆着丝素粉，丝素粉对丝素起着保护作用和胶粘作用。丝素粉的利用主要是这几年国际上流行起来的丝素美容的趋势。虽然丝素美容的概念目前在国内在不怎么明确，但是在国外，特别是在日本，丝素美容已经是家喻户晓，人人皆知了，其和珍珠粉配合使用，构成珍珠丝素系列美容粉饼，目前在市场上取得了广泛好评。
现有的制备丝素的方法中使用了碱溶液，该碱水溶液会破坏丝素中的部分氨基酸，尤其是对丝氨酸和酪氨酸破坏严重；而且为了满足化妆材料的白度要求，制备过程中使用了漂白剂，而试验证明，由该方法制得的产品的白度相对较低，且在放置一年后，其白度会明显降低。特别的，现有制备丝素的方法产率低，得到的丝素粉末粒径大。
因此，开发新的制备丝素粉的方法，在加工过程中应尽量保留丝素原有的生物活性，以进一步提高丝素粉的品质和生物活性，特别是达到纳米级，具有积极的意义。
发明内容
本发明目的是提供一种纳米丝素粉及其制备方法，以获得高品质的纳米级丝素粉，比表面积大，从而充分发挥丝素粉的活性以及功能。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种纳米丝素粉的制备方法，包括如下步骤：
(1)将中性蛋白酶加入脱胶丝素纤维溶液中，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丝素粉，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)将处理液微波加热后离心洗涤得到洗涤物；
(4)将洗涤物浓缩制备浓缩物；
(5)将浓缩物进行超重力处理；然后冷冻干燥，再进行辐照灭菌，得到纳米丝素粉；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，将清洗后的蚕丝或者蚕茧进行高温高压脱胶，得到脱胶丝素纤维溶液；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；以蚕丝或蚕茧为原料，除杂、漂洗后，加入纯水浸泡至少30min，浴比为10～20∶1；然后脱水，完成清洗。
上述技术方案中，步骤（1）中，所述蚕丝或蚕茧来源于家蚕；脱胶丝素纤维溶液的质量浓度为5～65%。
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20～30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，所述微波加热的温度为60～70℃，时间为1～2小时；所述离心洗涤次数为2～5次，离心洗涤的离心转速为1800转/分钟，每次离心时间8分钟。本发明创造性的在酶解后将蚕丝纤维破壁超声，然后利用微波加热，可有效去除天然蚕丝残留的危害物质，通过微波加热使得酶失活，极大程度保持丝素营养价值，在经过多次离心洗涤，从而得到有毒物质含量极低、营养成分高的超重力处理前驱原料。
本发明创造性的将离心洗涤应用于丝素制备，而不是用常规的过滤洗涤，一方面克服了现有技术认为离心洗涤由于无法分离杂质与丝素而不适用于丝素洗涤的技术偏见；另一方面结合前步骤的酶解、破壁、超声，以处理液进行离心洗涤，可有效去除杂质；得到的纳米级丝素白度非常高、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，从而实现纳米级丝素粉的制备。
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素粉。
本发明首次利用超重力旋转床，在超重力作用下，使得丝素粉成核，形成纳米级产品，解决了现有技术丝素粉粒径过大、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，从而制备纳米级丝素粉，取得了意想不到的技术效果。
本发明首次制备出纳米级丝素粉，粒径为30～50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，尤其是丝氨酸与酪氨酸含量较现有技术明显提升，取得了意想不到的效果，特别是产品白度高且不会随着时间而大量降低。因此本发明进一步公开了上述纳米丝素粉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．本发明从蚕丝或蚕茧出发，经过酶解、破壁、超声、浓缩，最后利用超重力处理后干燥，首次制备纳米级丝素粉，粒径为30～50纳米，比表面积大，可以充分发挥丝素粉的活性以及功能，尤其是作为医用美容材料，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素粉的功能特征明显，特别是氨基酸组成与未处理比较变化小，并且丝素粉活性功能优异，尤其是丝氨酸与酪氨酸含量较现有技术明显提升。
3．本发明利用酶解处理脱胶丝素纤维溶液，尤其是利用绿色木霉，在限定条件进行处理，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．本发明利用蚕丝或蚕茧为原料，清洗后采用高温高压脱胶制备脱胶丝素纤维溶液，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；实现对蚕丝纤维细胞膜的破壁，在保证丝素粉有效成分不被破坏的情况下，利于丝素粉的开裂，更使得丝素粉白细化，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/外敷型、高性能丝素粉。
6．本发明创造性的利用超重力技术对丝素粉浓缩物进行处理，在固含量为50～70%下，不仅可以得到纳米级丝素粉，而且避免营养成分的流失，最大程度实现丝素粉的医用保健作用，可在制备口服材料或者外敷材料中应用。
附图说明
图1为实施例一的粒径测试结果图。
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 一种纳米丝素粉的制备方法，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，得到脱胶丝素纤维溶液（5wt%）；所述高温脱胶的压力为0.15MPa，温度为110℃，脱胶时间为10分钟；将绿色木霉加入脱胶丝素纤维溶液中，酶解后得到酶解液；所述中性蛋白酶用量为1200活力单位/g丝素粉，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20分钟；
(3)将处理液微波加热后离心（转速为1800转/分钟，每次离心时间8分钟）洗涤得到洗涤物，将洗涤物浓缩制备固含量为50%的浓缩物；所述微波加热的温度为60℃，时间为1小时；所述离心洗涤次数为5次；
(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，得到纳米丝素粉；所述超重力处理的转速为25000rpm；浓缩物的流量为100mL/min；冷冻干燥的温度为-40℃，压力为2Pa，蒸发液层厚度1mm。
实施例二 一种纳米丝素粉的制备方法，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，得到脱胶丝素纤维溶液（20wt%）；所述高温脱胶的压力为0.3MPa，温度为135℃，脱胶时间为20分钟；将绿色木霉加入脱胶丝素纤维溶液中，酶解后得到酶解液；所述中性蛋白酶用量为1600活力单位/g丝素粉，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20分钟；
(3)将处理液微波加热后离心（转速为1800转/分钟，每次离心时间8分钟）洗涤得到洗涤物，将洗涤物浓缩制备固含量为70%的浓缩物；所述微波加热的温度为60℃，时间为1小时；所述离心洗涤次数为5次；
(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，得到纳米丝素粉；所述超重力处理的转速为40000rpm；浓缩物的流量为200mL/min；冷冻干燥的温度为-40℃，压力为2Pa，蒸发液层厚度1.5mm。
实施例三 一种纳米丝素粉的制备方法，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，得到脱胶丝素纤维溶液（45wt%）；所述高温脱胶的压力为0.2MPa，温度为125℃，脱胶时间为15分钟；将绿色木霉加入脱胶丝素纤维溶液中，酶解后得到酶解液；所述中性蛋白酶用量为1400活力单位/g丝素粉，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30分钟；
(3)将处理液微波加热后离心（转速为1800转/分钟，每次离心时间8分钟）洗涤得到洗涤物，将洗涤物浓缩制备固含量为60%的浓缩物；所述微波加热的温度为70℃，时间为1小时；所述离心洗涤次数为2次；
(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，得到纳米丝素粉；所述超重力处理的转速为30000rpm；浓缩物的流量为150mL/min；冷冻干燥的温度为-40℃，压力为2Pa，蒸发液层厚度1mm。
实施例四 一种纳米丝素粉的制备方法，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，得到脱胶丝素纤维溶液（65wt%）；所述高温脱胶的压力为0.15MPa，温度为110℃，脱胶时间为10分钟；将绿色木霉加入脱胶丝素纤维溶液中，酶解后得到酶解液；所述中性蛋白酶用量为1200活力单位/g丝素粉，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30分钟；
(3)将处理液微波加热后离心（转速为1800转/分钟，每次离心时间8分钟）洗涤得到洗涤物，将洗涤物浓缩制备固含量为70%的浓缩物；所述微波加热的温度为70℃，时间为1小时；所述离心洗涤次数为3次；
(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，得到纳米丝素粉；所述超重力处理的转速为40000rpm；浓缩物的流量为200mL/min；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 一种纳米丝素粉的制备方法，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，得到脱胶丝素纤维溶液（45wt%）；所述高温脱胶的压力为0.3MPa，温度为135℃，脱胶时间为20分钟；将绿色木霉加入脱胶丝素纤维溶液中，酶解后得到酶解液；所述中性蛋白酶用量为1600活力单位/g丝素粉，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20分钟；
(3)将处理液微波加热后离心（转速为1800转/分钟，每次离心时间8分钟）洗涤得到洗涤物，将洗涤物浓缩制备固含量为50%的浓缩物；所述微波加热的温度为70℃，时间为2小时；所述离心洗涤次数为2次；
(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，得到纳米丝素粉；所述超重力处理的转速为25000rpm；浓缩物的流量为100mL/min；冷冻干燥的温度为-35℃，压力为2Pa，蒸发液层厚度1mm。
附图1为上述实施例一的粒径测试结果图；表1为上述纳米丝素粉的性能表征，可以看出，本发明不仅制备出纳米级丝素粉，而且氨基酸营养成分足，尤其是丝氨酸与酪氨酸含量较现有技术明显提升。
表1 上述纳米丝素粉的性能表征
| 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 | 实施例四 | 实施例五 | 现有 | |
| 丝氨酸含量 | 15.9 | 15.4 | 16.2 | 15.7 | 15.3 | 14.2 |
| 酪氨酸含量 | 13.2 | 13.6 | 13.7 | 13.1 | 13.2 | 11.3 |
| 白度 | 82.3 | 82.6 | 83.4 | 81.9 | 82.1 | 77.8 |
| 白度（一年后） | 82.2 | 82.3 | 83.1 | 81.2 | 82.0 | 77.4 |
| 收率 | 87% | 90% | 92% | 89% | 88% | 75% |
| 粒径(峰) | 45纳米 | 42纳米 | 49纳米 | 48纳米 | 48纳米 | 3.5微米 |
| 灰分 | 1.2% | 1.3% | 1.1% | 1.2% | 1.3% | 未知 |
| 重金属（以Pb计） | <10mg/Kg | <10mg/Kg | <10mg/Kg | <10mg/Kg | <10mg/Kg | 未知 |
| 菌落总数（包括致病菌） | 未检出 | 未检出 | 未检出 | 未检出 | 未检出 | 未知 |
Claims (10)
1.一种纳米丝素粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将中性蛋白酶加入脱胶丝素纤维溶液中，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丝素粉，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)将处理液微波加热后离心洗涤得到洗涤物；
(4)将洗涤物浓缩制备浓缩物；
(5)将浓缩物进行超重力处理；然后冷冻干燥，再进行辐照灭菌，得到纳米丝素粉；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所述纳米丝素粉的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，将清洗后的蚕丝或者蚕茧进行高温高压脱胶，得到脱胶丝素纤维溶液；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；以蚕丝或者蚕茧为原料，除杂、漂洗后，加入水浸泡至少30min，浴比为10～20∶1；然后脱水，完成清洗。
3.根据权利要求1所述纳米丝素粉的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述蚕丝或蚕茧来源于家蚕；所述中性蛋白酶为绿色木霉；脱胶丝素纤维溶液的质量浓度为5～65%。
4.根据权利要求1所述纳米丝素粉的制备方法，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20～30分钟。
5.根据权利要求1所述纳米丝素粉的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述微波加热的温度为60～70℃，时间为1～2小时；所述离心洗涤次数为2～5次。
6.根据权利要求1所述纳米丝素粉的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，离心洗涤的离心转速为1800 转/分钟，每次离心时间8分钟。
7.根据权利要求1所述纳米丝素粉的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，所述浓缩物的固含量为50～70%。
8.根据权利要求1所述纳米丝素粉的制备方法，其特征在于：步骤(5)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素粉。
10.权利要求9所述的纳米丝素粉在制备内服产品或者外敷产品中的应用。
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