CN108440662A - 一种丝胶的制作工艺及其应用 - Google Patents
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Abstract
一种丝胶的制作工艺及其应用,工艺为加热萃取‑初步过滤‑粗虑‑细虑‑搅拌、调节pH‑脱盐‑纯化;制作工艺的应用即工艺中分子量小于10K的回收液可作为果蔬的氮源液态肥料。本发明具有如下的优点:回收的丝胶纯度高,生产效率高,绿色环保,可工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及生物化学技术,具体涉及一种丝胶的制作工艺及其应用。
背景技术
蚕茧中的组成含有将近70%的丝素、25~28%的丝胶和少量蜡质,传统蚕茧抽丝都是将蚕茧至于碱液内加热脱胶,脱胶的液体即为丝胶,目前的做法大部是将废液直接排放,其高pH值与臭味会造成环境的污染,长发展会导致土壤pH值达10以上,不利于经济作物的耕作。
近年来丝胶的应用与价值大幅的提升,丝胶经由纯化后可以作为保健食品促进微量元素的吸收;在美容保养品方面的研究发现,丝胶还具有抗自由基、抑制酪氨酸酶(美白)、抑制弹力酶(肌肤弹性)、高度保湿等显著的特性;在生物材料丝胶蛋白能有效地促进伤口的愈合,也能促进哺乳动物细胞增生。因此,丝胶具有广泛的应用,具有很高的潜在经济价值。
现有的丝胶废液回收技术中,有化学混凝法、机溶剂沉淀法、过滤法和冻融法。在2016年《浙江农业学报》中第57页中有记载,名称为《缫丝废水中丝胶蛋白的回收工艺》,该工艺采用鞣酸有与机溶剂结合等电点沉淀法对缫丝废水进行处理,处理所用的药剂量少、操作简便,得到的蛋白质品质和纯度都有极大的改善,适于规模化的处理;专利号为CN201410839067.4的专利中是以酸析法初步的分离丝素与丝胶粗液,丝胶的粗液经由去离子水稀释后在上超过滤膜过滤回收丝胶溶液最后进行冷冻干燥成粉末,得到丝胶蛋白粉末。
然而,上述的处理方法存在如下问题:1、利用鞣酸与有机溶剂的回收废水中的丝胶,其有机溶剂仍需要更多的回收设备来回收有机溶剂,且鞣酸排放至环境中对环境都是危害,有机溶剂的使用对于操作人员也具有潜在的风险;2、利用柠檬酸进行酸析废水中的丝胶的方法中,整体处理时,丝胶的pH维持在3.8左右,过滤浓缩完的丝胶液冻干成粉末,其产生了两个严重的问题,a、丝胶有等电点问题,即在某一pH的溶液中,氨基酸或蛋白质解离成阳离子和阴离子的趋势或程度相等,成为兼性离子,呈电中性,此时溶液的pH值称为该氨基酸或蛋白质的等电点;b、胶态-液态转换态问题,如果丝胶的pH值维持在3~4之间提取,丝胶液会逐渐变为凝胶或胶冻状态,无法进行实际的应用,又必须通过物理的特性,比如加热让它成为液体的状态,这个是非常有名的丝胶特性“溶液—凝胶”过渡状态;c、在pH值3.8浓缩后即进行冻干,因为酸气会侵蚀真空油槽,造成腐蚀,真空度下降等严重问题,对冻干机的真空马达具有相当大的危害;d、冻干的粉末pH值在4以下,因为肌肤的pH值约5.5左右,在肌肤上应用具有侵蚀性,因而应用在美容保养品是几乎不可能的;e、应用在食品,过酸也无法作为日常食用之产品;f、在回收过程中全程以去离子水作为稀释母液再进行浓缩,在习知的技术中了解,在工业界也仅在积体电路与应刷电路板需要高纯度的去离子水,而制造去离子水成本当高,因此上述的程序仅为实验室程序,无法实现工业化生产。
可见,现有丝胶的制作工艺仍因为其制备工艺上存在着危害环境、应用局限且不可工业化生产的不足。
发明内容
本发明的目的就是提供一种丝胶的制作工艺,其回收的丝胶纯度高,生产效率高,绿色环保。
本发明的另一目的是提供丝胶制作工艺的应用,为果蔬提供氮源液态肥料。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的,一种丝胶的制作工艺,包括以下步骤:
S1,加热萃取:将蚕丝或平面茧加入碱水中加热萃取;
S2,初步过滤:使用滤网对冷却后的萃取液进行过滤分离成丝素与丝胶液;
S3,粗虑:使用滤纸对丝胶液进行粗虑;
S4,细虑:丝胶液依次使用滤芯过滤器和超滤膜进行过滤;
S5,搅拌、调节pH:得到的回收的丝胶液均匀搅拌,加入盐酸调整pH值至7.0;
S6,脱盐:调整好pH的丝胶液加入丝胶液体积的1~2倍蒸馏水稀释后均匀搅拌,并以1K dalton的超滤膜过滤脱盐并回收大于1K dalton之丝胶蛋白,回收至原来体积;
S7,纯化:将上述丝胶液加入丝胶液体积的1~2倍蒸馏水稀释后均匀搅拌再以5~10K Dalton超滤膜过滤纯化回收5~200K dalton丝胶蛋白,回收至原来体积;经由蛋白质电泳分析可以得到7K、18K、25K、36K、50K等不同分子量的高纯度丝胶蛋白。
进一步地,将丝胶蛋白液贮存于-65℃~-95℃超低冷冻24~72小时后进行冻干成为白色粉末。
进一步地,S1中碱水是浓度为0.1~1%的碳酸氢钠或氢氧化钠,蚕丝或平面茧与碱水的添加量为每1g蚕丝或平面茧添加30~60ml碱水;加热萃取是在97~145℃恒温条件下进行10~60min后完成的。
进一步地,滤网规格为50~300筛目。
进一步地,S3中滤纸为直径80~185mm的工业化滤纸。
进一步地,S4中滤芯过滤器的孔径为1~5μm,超滤膜孔径为0.2~0.45μm。
进一步地,S5中盐酸的浓度为1N~6N。
进一步地,S6和S7中加蒸馏水稀释1~2倍。
进一步地,S7中分子量小于10Kdalton的回收液应用为果蔬的氮源液态肥料。
本发明的另一目的是这样实现的,丝胶制作工艺S7中分子量小于10K的回收液可作为果蔬的氮源液态肥料。
在本发明中,将蚕丝或平面茧放入碱水中进行加热萃取,进行初步的丝素和丝胶的萃取;使用滤网,一般为不锈钢滤网对冷却后的萃取液进行过滤,将丝素和丝胶进行完全分离;使用滤纸对丝胶液进行粗虑,一般使用工业滤纸,以除去可见的杂质,杂质主要来自进行平面织茧时家蚕吃的桑叶屑与家蚕所产生之大便,重复过滤两次至丝胶液颜色呈深黄色浑浊液体;之后,使用滤芯过滤器和超滤膜对丝胶液进行过滤,一般过滤两次,至丝胶液呈现黄色透明;缓慢的搅拌均匀并调节pH值调节至7.0;调整好pH的丝胶液加入丝胶液体积的1~2倍蒸馏水稀释后均匀搅拌,并以1K dalton的超滤膜过滤脱盐并回收大于1K dalton之丝胶蛋白,回收至原来体积,进行脱盐处理;将上述丝胶液加入丝胶液体积的1~2倍蒸馏水稀释后均匀搅拌再以5~10K Dalton超滤膜过滤纯化回收5~200K dalton丝胶蛋白,回收至原来体积,便进行了纯化。
三次过滤之丝胶液以超滤膜进行过滤,过滤完的丝胶液呈现黄色完全透明状液体,前三道的过滤是希望能将主要在生产丝胶液的杂质完全去除后再以超滤膜过滤,因为超滤膜效率高且昂贵,若造成阻塞,则降低了过滤效率与使用寿命;加入丝胶液体积的1~2倍蒸馏水稀释后均匀搅拌可提高过滤效率,过滤的目的主要是收到分子量10000以上的丝胶蛋白分子,此外以分子量10K dalton作为最后个过滤手段主要还能淡化丝胶液的颜色,最终为淡黄色液体的丝胶液;10K dalton以下的滤液还含有一定的胺基酸与小分子丝胶,可以做农蔬果汁液态肥料,整体纯化的程序在8小时完成,此发明程序是具有工业化量产与效率的绿色制程,在整体的制造过程未使用有机溶剂,而使用有机溶剂必须进行回收增加制造成本;此外,也没有使用特殊的化学药品,在整体制程中仅使用少量低浓度碱液进行脱胶与少量盐酸进行调整pH值,因此这种回收丝胶的工艺绿色环保。
由于采用了上述技术方案,本发明具有如下的优点:丝胶纯度高,生产效率高,绿色环保,可工业化生产。
附图说明
图1为本发明中生产丝胶进行电泳分子量分析图。
图2为本发明中生产丝胶蛋白粉末进行红外线光谱分析图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合具体实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
一种丝胶的制作工艺,包括以下步骤:
S1,加热萃取:将蚕丝或平面茧加入浓度为0.1~1%的碱水在97~145℃恒温条件下加热萃取10~60min,蚕丝或平面茧与碱水的添加比例为1:(30~60);
S2,初步过滤:使用规格为50~300筛目的滤网对冷却后的萃取液进行过滤分离成丝素与丝胶液;
S3,粗虑:使用直径80~185mm的滤纸对丝胶液进行粗虑;
S4,细虑:丝胶液依次使用孔径为1~5μm的滤芯过滤器和孔径为0.2~0.45μm的超滤膜进行过滤;
S5,搅拌、调节pH:得到的回收的丝胶液均匀搅拌,加入浓度为1N~6N的盐酸调整pH值至7.0;
S6,脱盐:调整好pH的丝胶液加入丝胶液体积的1~2倍蒸馏水后均匀搅拌,并以1Kdalton的超滤膜过滤脱盐并回收大于1K dalton之丝胶蛋白,回收至原来体积;
S7,纯化:将上述丝胶液加入丝胶液体积的1~2倍蒸馏水后均匀搅拌再以5~10KDalton超滤膜过滤纯化回收5~200K dalton丝胶蛋白,回收至原来体积;经由蛋白质电泳分析可以得到7K、18K、25K、36K、50K等不同分子量的高纯度丝胶蛋白。
实施例2
一种丝胶的制作工艺,包括以下步骤:
S1,加热萃取:将蚕丝或平面茧加入浓度为0.1%的碱水在97℃恒温条件下加热萃取10min,蚕丝或平面茧与碱水的添加比例为1:30;
S2,初步过滤:使用规格为50筛目的滤网对冷却后的萃取液进行过滤分离成丝素与丝胶液;
S3,粗虑:使用直径80mm的滤纸对丝胶液进行粗虑;
S4,细虑:丝胶液依次使用孔径为1μm的滤芯过滤器和孔径为0.2μm的超滤膜进行过滤;
S5,搅拌、调节pH:得到的回收的丝胶液均匀搅拌,加入浓度为1N的盐酸调整pH值至7.0;
S6,脱盐:调整好pH的丝胶液加入丝胶液体积的1倍蒸馏水后均匀搅拌,并以1Kdalton的超滤膜过滤脱盐并回收大于1K dalton之丝胶蛋白,回收至原来体积;
S7,纯化:将上述丝胶液加入丝胶液体积的1倍蒸馏水后均匀搅拌再以5K Dalton超滤膜过滤纯化回收5K dalton丝胶蛋白,回收至原来体积;经由蛋白质电泳分析可以得到7K、18K、25K、36K、50K等不同分子量的高纯度丝胶蛋白。
实施例3
一种丝胶的制作工艺,包括以下步骤:
S1,加热萃取:将蚕丝或平面茧加入浓度为1%的碱水在145℃恒温条件下加热萃取60min,蚕丝或平面茧与碱水的添加比例为1:60;
S2,初步过滤:使用规格为300筛目的滤网对冷却后的萃取液进行过滤分离成丝素与丝胶液;
S3,粗虑:使用直径185mm的滤纸对丝胶液进行粗虑;
S4,细虑:丝胶液依次使用孔径为5μm的滤芯过滤器和孔径为0.45μm的超滤膜进行过滤;
S5,搅拌、调节pH:得到的回收的丝胶液均匀搅拌,加入浓度为6N的盐酸调整pH值至7.0;
S6,脱盐:调整好pH的丝胶液加入丝胶液体积的2倍蒸馏水后均匀搅拌,并以1Kdalton的超滤膜过滤脱盐并回收大于1K dalton之丝胶蛋白,回收至原来体积;
S7,纯化:将上述丝胶液加入丝胶液体积的2倍蒸馏水后均匀搅拌再以5~10KDalton超滤膜过滤纯化回收200K dalton丝胶蛋白,回收至原来体积;经由蛋白质电泳分析可以得到7K、18K、25K、36K、50K等不同分子量的高纯度丝胶蛋白。
实施例4
一种丝胶的制作工艺,包括以下步骤:
S1,加热萃取:将600g平面茧加入浓度为0.5%的30L碱水在121℃恒温条件下加热萃取30min;
S2,初步过滤:使用规格为100筛目的滤网对冷却至40℃的萃取液进行过滤分离成丝素与丝胶液,测pH值为11.2;
S3,粗虑:使用ADVANTEC 5C直径185mm的滤纸对丝胶液进行粗虑,重复过滤两次;
S4,细虑:丝胶液依次使用孔径为5μm的滤芯过滤器和孔径为0.45μm的超滤膜进行过滤;
S5,搅拌、调节pH:得到的回收的丝胶液均匀搅拌,加入浓度为1N的盐酸调整pH值至7.0;
S6,脱盐:调整好pH的丝胶液加入丝胶液体积的1.5倍蒸馏水后均匀搅拌,并以1Kdalton的超滤膜过滤脱盐并回收大于1K dalton之丝胶蛋白,回收至原来体积,重复三次;
S7,纯化:将上述丝胶液加入丝胶液体积的1.5倍蒸馏水后均匀搅拌再以5Kdalton超滤膜过滤纯化回收5K dalton丝胶蛋白,回收至原来体积;经由蛋白质电泳分析可以得到7K、18K、25K、36K、50K等不同分子量的高纯度丝胶蛋白。
实施例5
在实施例1至4中,分子量小于10K dalton的回收液应用为果蔬的氮源液态肥料。
在整体工艺中,关键在于调整pH值至7.0与脱盐的两个过程,丝胶的制作的成品需要符合人体,以CN201410839067.4专利为对比,其丝胶的pH值低于4,就进行冻结干燥成粉末对工业化的设备来说是具有相当伤害性的,酸性的物质在冻干时除了对环境会造成腐蚀外,对于抽真空之真空马达具有相当危害,其会造成马达油槽腐蚀外也会降低真空度,延长冻结干燥的时间;另外pH3.8的丝胶应用在美容保养品是不可行的,pH3.8对人体肌肤来说算是强酸,不能常用,如同果酸换肤对于表皮细胞是具有一定程度伤害,在一些专利试着将回收的丝胶液pH值调整至7.0,但因为调整pH值会产生盐类,若未去除盐类,应用在美容保养品恐会有疑虑,因为如果有细微伤口的消费者使用到含有盐类之丝胶保养品可能会引起伤口的敏感性,也有可能延缓伤口愈合的现象发生,而应用在品或保健食品因为含有盐类可能会导致血压上升的现象发生,这也是本发明具有相当重要的两项重点。
同时,0.45μm与10K dalton超滤膜过滤的丝胶蛋白液30毫升至于80毫升玻璃样品瓶置于-80℃超低温冷冻柜48小时,再放入冻干机进行冻干,经由37小时后冻干成白色粉末;蒸馏水可以替换为反渗透水。
取冻干粉末200毫克加1毫升去离子水于1.5ml离心管,并加入电泳蛋白质染剂0.05毫升95℃加热10分钟,以1.0%SDS浓度的电泳胶进行电泳,结果如附图1,我们比较0.45μm与10K dalton超滤膜过滤的丝胶蛋白结果显示以分子量10K Dalton(lan2)超滤膜过滤回收的丝胶蛋白同时可以在SDS胶片上清晰地看见有分子量7K、18K、25K、36K、50K等五个分布之不同分子量之丝胶蛋白,而在lan1几乎看不到有显著的丝胶蛋白分子量band,以10K dalton进行回收丝胶蛋白能有效浓缩丝胶液,证明在量产的工业化程序是有效率可行的。
取以10Kdalton回收的丝胶液进行蛋白质水解胺基酸分析如下表,纯化之丝胶蛋白液其指标丝氨酸占总体重量达到23%以上,显然这种工业化回收程序能有效的回收丝胶,而丝胶中的丝氨酸占的比例与诸多文献上说明的比例是相符的。
天门冬氨酸(Aspargine) | 115.3mg/100g |
麸胺酸(Glutamic acid) | 41mg/100g |
丝氨酸(Serine) | 133.7mg/100g |
组氨酸(Histidine) | 8,9mg/100g |
甘氨酸(Glycine) | 75.4mg/100g |
苏氨酸(Threonine) | 20.6mg/100g |
精氨酸(Arginie) | 26.5mg/100g |
丙氨酸(Alanine) | 45.7mg/100g |
络氨酸(Tyrosine) | 19.6mg/100g |
胱氨酸(Cystine) | N.D(未检出) |
缬氨酸(Valine) | 18.5mg/100g |
甲硫氨酸(Methionine) | ND(未检出) |
苯丙氨酸(Phenylalanine) | 8.5mg/100g |
异亮氨酸(Isoleusine) | 6.6mg/100g |
亮氨酸(Leusine) | 10.7mg/100g |
赖氨酸(Lysine) | 11.1mg/100g |
脯氨酸(Proline) | 8.5mg/100g |
总和 | 567.7mg/100g |
取以10Kdalton回收的丝胶液冻干粉末进行红外线光谱(IR)分析,分析结果如图2所示,提取的丝胶蛋白以傅立叶转换红外线光谱分析其结构,在波长1637cm-1(C=O),1510厘米-1(NH),1236厘米-1(CN)以及在3100~3200厘米-1(-OH)之间有强烈的吸收波,与文献的比较后确认萃取的物质为蚕丝蛋白结构,其中-OH基吸收波非常强烈也显示蚕丝蛋白的氨基酸结构多含有亲水基。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种丝胶的制作工艺,其特征在于,包括以下步骤:
S1,加热萃取:将蚕丝或平面茧加入碱水中加热萃取;
S2,初步过滤:使用滤网对冷却后的萃取液进行过滤分离成丝素与丝胶液;
S3,粗虑:使用滤纸对丝胶液进行粗虑;
S4,细虑:经S3过滤后的丝胶液依次使用滤芯过滤器和超滤膜进行过滤;
S5,搅拌、调节pH:将S4中得到的丝胶液均匀搅拌,加入盐酸调整pH值至7.0;
S6,脱盐:向S5中得到的丝胶液中加入丝胶液体积的1~2倍蒸馏水稀释后均匀搅拌,并以1K dalton的超滤膜过滤脱盐并回收大于1K dalton的丝胶蛋白,浓缩至原来未加反渗透水时的体积;
S7,纯化:将S6中过滤后得到的丝胶液加入丝胶液体积的1~2倍蒸馏水稀释后均匀搅拌再以5~10K Dalton超滤膜过滤纯化回收5~200K dalton的丝胶蛋白,浓缩至原来未加反渗透水时的体积;经由蛋白质电泳分析可以得到7K、18K 、25K、36K、50K等不同分子量的高纯度丝胶蛋白。
2.根据权利要求1所述的丝胶的制作工艺,其特征在于,将丝胶蛋白液贮存于-65℃~-95℃超低冷冻24~72小时后进行冻干成为白色粉末。
3.根据权利要求1所述的丝胶的制作工艺,其特征在于,S1中碱水是浓度为0.1~1%的碳酸氢钠或氢氧化钠,蚕丝或平面茧与碱水的添加量为每1g蚕丝或平面茧添加30~60ml碱水;加热萃取是在97~145℃恒温条件下进行10~60min后完成的。
4.根据权利要求1所述的丝胶的制作工艺,其特征在于,滤网规格为50~300筛目。
5.根据权利要求1所述的丝胶的制作工艺,其特征在于,S3中滤纸为直径80~185mm的工业化滤纸。
6.根据权利要求1所述的丝胶的制作工艺,其特征在于,S4中滤芯过滤器的孔径为1~5μm,超滤膜孔径为0.2~0.45μm。
7.根据权利要求1所述的丝胶的制作工艺,其特征在于,S5中盐酸的浓度为1N~6N。
8.根据权利要求1所述的丝胶的制作工艺,其特征在于,S6和S7中加反渗透水稀释1~2倍。
9.根据权利要求1所述的丝胶制作工艺的应用,其特征在于,S7中分子量小于10Kdalton的回收液应用为果蔬的氮源液态肥料。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180824 |
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