CN109061123B - 一种桑蚕丝含胶率定量检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桑蚕丝含胶率的定量检测方法。利用丝胶和丝素蛋白的溶解性能差异，分别获得丝胶和丝素蛋白标准品；再通过将丝胶与丝素蛋白标准品进行混合后获得一系列含胶率不同的已知样品，利用丝胶与丝素二者氨基酸组成的最显著差异，分别经氨基酸分析测定已知样品中天门冬氨酸与丙氨酸比例，建立含胶率与天门冬氨酸/丙氨酸比例的线性函数关系，以此作为测定未知蚕丝中含胶率的依据，能客观、准确、灵敏地定量测定蚕丝的含胶率，特别适用于测定经精炼后含胶率较低的蚕丝的含胶率，有利于产品质量的控制和提供。本发明提供的技术方案可广泛应用于纤维、织物精炼及生物医用丝素纯化时的含胶率鉴定。
Description
技术领域
本发明涉及一种蚕丝含胶率的定量检测方法，可以实现大批量蚕丝或织物中丝胶含量的快速、定量检测，判断桑蚕丝的脱胶程度，特别适用于经过脱胶加工处理后的桑蚕丝及经过精炼加工后的桑蚕丝产品含胶率的测定。
背景技术
天然桑蚕丝是我国的优势和特色资源，约占世界总产量的70～80%。桑蚕丝由丝素和丝胶两种蛋白质组成，其中丝素占70～80% ，丝胶占20～30% 。丝素和丝胶虽然都是蛋白质，但两者的氨基酸组成差异很大。甘氨酸、丙氨酸在丝素蛋白中含量很多，而丝胶蛋白含量较多的氨基酸则为丝氨酸和天门冬氨酸。天然蚕丝中的丝胶包裹在丝素的外表，对丝素有一定保护作用，但丝胶是球状蛋白，亲水性氨基酸含量很高，易溶于水。在丝绸纺织领域，若不经过精炼工艺将丝胶除去，则会影响织物的光泽、手感以及染色牢度。在生物医用材料领域，若不将丝胶去除，则蚕丝材料植入体内后存在免疫反应风险。因此精炼脱胶是蚕丝或真丝织物染色前的重要工序，也是生物医用丝素蛋白提取及纯化的重要环节。脱胶方法的选择对丝素纤维或织物的力学性能及丝素蛋白的分子量有显著影响。碳酸钠、中性皂、尿素等化学试剂脱胶及高温高压脱胶方法对丝素都具有水解作用，造成脱胶后丝素蛋白的分子量下降，丝素纤维的力学性能和热稳定性等性能受到严重影响。而长期困扰该领域的更重要问题则是如何检验蚕丝的脱胶程度。经典的苦味酸-胭脂红染色鉴定法仅能定性，不能定量地鉴定脱胶程度，更不能检验是否过度脱胶。
在本发明之前，国家标准GB/T1797-2008《生丝试验方法》中，用中性皂或碳酸钠对桑蚕生丝进行煮炼，煮炼三次后的生丝作为完全脱胶的生丝，用重量法计算煮炼前后质量差占脱胶前桑蚕生丝质量的百分比，以此作为生丝的含胶率。行业标准FZ/T40004-2009《蚕丝含胶率试验方法》也是在碱脱胶的基础上采用重量法计算含胶率。这些方法的缺点显著，在中性皂或碳酸钠溶液中，尤其是当温度较高时，不仅能将丝素纤维外围的丝胶溶解，而且会破坏和水解丝素，尤其是丝素纤维的非结晶区，继而使部分丝素也被溶解，测得的含胶率往往比真实的含胶率大。
中国发明专利CN105842358A公开了一种蚕丝含胶率定量检测方法，采用氨基酸分析方法，检测碳酸钠脱胶后生丝纤维中的天门冬氨酸含量，用天门冬氨酸浓度与含胶率建立线性函数关系，以此作为测定蚕丝含胶率的依据。该方法用碳酸钠脱胶作为标准品，而碳酸钠呈较强碱性，能够将丝素部分水解，获得的丝胶标准品中包含部分丝素水解后的产物。以此标准品中的天门冬氨酸的浓度作为后续测定待测蚕丝中丝胶含量的依据，存在偏差。而且，丝素蛋白中天门冬氨酸的含量很少，当待测蚕丝中丝胶含量很少时，难以客观地测得其丝胶含量。
发明内容
本发明针对现有技术桑蚕丝含胶率检测方法的不足，提供一种准确性和灵敏度高，能客观反映蚕丝中含胶率的定量检测方法。
实现本发明目的的技术方案是提供一种桑蚕丝含胶率的定量检测方法，包括以下步骤：
（1）将桑蚕茧层或桑蚕丝用去离子水室温反复洗净，置于去离子水中，在温度为80～100℃的条件下处理1～6小时，得到丝胶水溶液，经冷冻干燥后得到丝胶固体；
（2）将桑蚕茧层或桑蚕丝置于浓度为3～6 g/L的中性蛋白酶溶液中，按浴比1:50，pH值5～7，温度40～90℃的条件下，脱胶处理30～60分钟；脱胶后用去离子水室温反复清洗，再经冷冻干燥后得到丝素纤维；
（3）将步骤（1）得到的丝胶固体与步骤（2）得到的丝素纤维按不同含胶率y（%）混合，得到一系列含胶率y（%）不同的固体样品；含胶率y（%）的计算式为：
丝胶质量/(丝胶质量＋丝素质量)的取值为0/100～30/100范围中若干不同的比例值；
（4）将步骤（3）得到的各含胶率y（%）不同的固体样品分别经水解后，用氨基酸分析仪测定各样品的天门冬氨酸和丙氨酸的摩尔百分含量，计算天门冬氨酸/丙氨酸的百分比例x（%），x（%）的计算式为：
；
（5）采用线性回归法，建立含胶率y（%）与天门冬氨酸/丙氨酸百分比例x（%）的线性函数关系式；
（6）将待测样品水解后用氨基酸分析仪测定各样品的天门冬氨酸和丙氨酸的摩尔百分含量，得到天门冬氨酸/丙氨酸的百分比例X1（%）；依据步骤（5）建立的线性函数关系式计算得到待测样品的含胶率Y1（%）。
本发明技术方案中，所述的中性蛋白酶为木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶中的一种。在水解过程中，水解液为浓度6N的盐酸，水解温度为110℃。
本发明的待测样品可以是桑蚕茧层、桑蚕丝或桑蚕丝织物。
本发明的原理是：利用丝胶和丝素在不同溶剂中的溶解性能差异，分别获得丝胶蛋白和丝素蛋白；再通过将丝胶与丝素蛋白样品进行混合后获得一系列含胶率不同的已知样品，利用丝胶蛋白与丝素蛋白二者氨基酸组成的最显著差异，分别经氨基酸分析测定已知样品中天门冬氨酸与丙氨酸的比例，建立含胶率与天门冬氨酸/丙氨酸比例的线性函数关系，以此作为测定未知样品含胶率的依据。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）采用去离子水在不高于100℃的条件下溶解蚕丝外围的丝胶作为丝胶标准品，能客观地反映丝胶真实的氨基酸组成；采用对丝胶蛋白具有特异性而对丝素蛋白无明显特异性的中性蛋白酶对蚕丝脱胶，既能彻底去除蚕丝外围的丝胶，又能保护丝素免受破坏，获得的丝素标准品能客观地反映丝素的氨基酸组成。以上述丝胶、丝素标准品中氨基酸组成的突出差异作为衡量待测蚕丝中丝胶含量的依据，更加客观和准确。
（2）通过对丝胶和丝素氨基酸组成差异的分析，取丝胶中含量最高的亲水性氨基酸天门冬氨酸，同时取丝素中含量最高的疏水性氨基酸丙氨酸，建立含胶率与天门冬氨酸/丙氨酸比例的函数关系，以此作为计算待测蚕丝含胶率的依据，测定准确性和灵敏度显著提高，可以实现大批量蚕丝或织物中丝胶含量的快速、定量检测，判断桑蚕丝的脱胶程度。
（3）本发明技术方案能对丝胶含量很低的蚕丝中的丝胶含量进行定量测定，特别适用于经过脱胶加工处理后的桑蚕丝及经过精炼加工后的桑蚕丝产品含胶率的测定，有利于产品质量的控制和提高。
附图说明
图1为本发明提供的含胶率与天门冬氨酸/丙氨酸比例的线性函数关系图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。
实施例1
将桑蚕茧层用去离子水室温反复洗净，置于去离子水中于80℃煮6小时，得到丝胶水溶液，经冷冻干燥后得到丝胶固体。
将桑蚕茧层置于浓度为3g/L的木瓜蛋白酶溶液中，浴比1:50 ，温度85℃，pH值为6，脱胶处理60分钟。脱胶后用去离子水室温反复清洗，再经冷冻干燥后得到桑蚕丝素纤维，剪碎。
将上述步骤中的丝胶固体与丝素纤维按丝胶/(丝胶＋丝素)质量比例0/100、0.05/100、0.1/100、0.2/100、0.5/100、1/100、2/100、5/100、10/100、15/100、20/100、25/100、30/100混合，得到一系列含胶率y（%）不同的固体样品。
将含胶率y（%）不同的固体样品分别用6N的盐酸于110℃水解后，用氨基酸分析仪分别测定其天门冬氨酸和丙氨酸的摩尔百分含量，计算天门冬氨酸与丙氨酸的比例x（%）。
参见附图1，它是本发明提供的含胶率与天门冬氨酸/丙氨酸比例的线性函数关系图。用线性回归法，建立含胶率y（%）与天门冬氨酸/丙氨酸比例x（%）的线性函数关系为
，线性相关系数 R2=0.9958。
将待测桑蚕茧层用6N的盐酸于110℃水解后，采用与上述步骤相同的方法进行氨基酸分析，测定其天门冬氨酸和丙氨酸的摩尔百分含量分别为3.96%和27.98% 。计算得到天门冬氨酸/丙氨酸比例为14.15% ，通过线性函数关系
计算得到待测桑蚕茧层的含胶率为23.80% 。
实施例2
将桑蚕丝用去离子水室温反复洗净，置于去离子水中于85℃煮4小时，得到丝胶水溶液，经冷冻干燥后得到丝胶固体。
将桑蚕茧层置于浓度为4g/L的菠萝蛋白酶溶液中，浴比1:50 ，温度55℃，pH值为6，脱胶处理45分钟。脱胶后用去离子水室温反复清洗，再经冷冻干燥后得到桑蚕丝素纤维，剪碎。
将上述步骤中的丝胶固体与丝素纤维按丝胶/(丝胶＋丝素)质量比例0/100、0.04/100、0.12/100、0.24/100、0.36/100、0.48/100、0.64/100、0.96/100、1.24/100、1.64/100、1.96/100混合，得到一系列含胶率y（%）不同的固体样品。
将含胶率y（%）不同的固体样品分别用6N的盐酸于110℃水解后，用氨基酸分析仪分别测定其天门冬氨酸和丙氨酸的摩尔百分含量，计算天门冬氨酸与丙氨酸的比例x（%）。
用线性回归法，建立含胶率y（%）与天门冬氨酸/丙氨酸比例x（%）的线性函数关系为，线性相关系数 R2=0.9958。
将待测桑蚕真丝织物用与上述步骤相同的方法进行氨基酸分析，测定其天门冬氨酸和丙氨酸的摩尔百分含量分别为1.73%和31.59% 。计算得到天门冬氨酸/丙氨酸比例为5.48% ，通过线性函数关系
计算得到待测桑蚕茧层的含胶率为0.45% 。
实施例3
将桑蚕茧层用去离子水室温反复洗净，置于去离子水中于90℃煮3小时，得到丝胶水溶液，经冷冻干燥后得到丝胶固体。
将桑蚕丝置于浓度为5g/L的枯草杆菌蛋白酶溶液中，浴比1:50 ，温度40℃，pH值为6，脱胶处理30分钟。脱胶后用去离子水室温反复清洗，再经冷冻干燥后得到桑蚕丝素纤维，剪碎。
将上述步骤中的丝胶固体与丝素纤维按丝胶/(丝胶＋丝素)质量比例10/100、12/100、14/100、16/100、18/100、20/100、22/100、24/100、26/100、28/100混合，得到一系列含胶率y（%）不同的固体样品。
将含胶率y（%）不同的固体样品分别用6N的盐酸于110℃水解后，用氨基酸分析仪分别测定其天门冬氨酸和丙氨酸的摩尔百分含量，计算天门冬氨酸与丙氨酸的比例x（%）。
用线性回归法，建立含胶率y（%）与天门冬氨酸/丙氨酸比例x（%）的线性函数关系为
，线性回归系数R2=0.9958。
将待测桑蚕生丝用与上述步骤相同的方法进行氨基酸分析，测定其天门冬氨酸和丙氨酸的摩尔百分含量分别为3.92%和27.90% 。计算得到天门冬氨酸/丙氨酸比例为14.05% ，通过线性函数关系计算得到待测桑蚕茧层的含胶率为23.52% 。
实施例4
将桑蚕丝用去离子水室温反复洗净，置于去离子水中于95℃煮2小时，得到丝胶水溶液，经冷冻干燥后得到丝胶固体。
将桑蚕丝置于浓度为6g/L的木瓜蛋白酶溶液中，浴比1:50 ，温度90℃，pH值为6，脱胶处理30分钟。脱胶后用去离子水室温反复清洗，再经冷冻干燥后得到桑蚕丝素纤维，剪碎。
将上述步骤中的丝胶固体与丝素纤维按丝胶/(丝胶＋丝素)质量比例2/100、2.5/100、2.8/100、3.2/100、3.6/100、4/100、4.5/100、4.8/100、5/100混合，得到一系列含胶率y（%）不同的固体样品。
将含胶率y（%）不同的固体样品分别用6N的盐酸于110℃水解后，用氨基酸分析仪分别测定其天门冬氨酸和丙氨酸的摩尔百分含量，计算天门冬氨酸与丙氨酸的比例x（%）。
用线性回归法，建立含胶率y（%）与天门冬氨酸/丙氨酸比例x（%）的线性函数关系为
，线性回归系数R2=0.9958。
将待测桑蚕精炼丝用与上述步骤相同的方法进行氨基酸分析，测定其天门冬氨酸和丙氨酸的摩尔百分含量分别为1.91%和30.82% 。计算得到天门冬氨酸/丙氨酸比例为6.20% ，通过线性函数关系计算得到待测桑蚕茧层的含胶率为2.39% 。
实施例5
将桑蚕茧层用去离子水室温反复洗净，置于去离子水中于98～100℃煮1小时，得到丝胶水溶液，经冷冻干燥后得到丝胶固体。
将桑蚕丝置于浓度为5g/L的菠萝蛋白酶溶液中，浴比1:50 ，温度70℃，pH值为6，脱胶处理45分钟。脱胶后用去离子水室温反复清洗，再经冷冻干燥后得到桑蚕丝素纤维，剪碎。
将上述步骤中的丝胶固体与丝素纤维按丝胶/(丝胶＋丝素)质量比例5/100、5.5/100、6/100、6.5/100、7/100、7.5/100、8/100、8.5/100、9/100、9.5/100、10/100混合，得到一系列含胶率y（%）不同的固体样品。
将含胶率y（%）不同的固体样品分别用6N的盐酸于110℃水解后，用氨基酸分析仪分别测定其天门冬氨酸和丙氨酸的摩尔百分含量，计算天门冬氨酸与丙氨酸的比例x（%）。
用线性回归法，建立含胶率y（%）与天门冬氨酸/丙氨酸比例x（%）的线性函数关系为，线性回归系数R2=0.9958。
将待测桑蚕精炼丝用与上述步骤相同的方法进行氨基酸分析，测定其天门冬氨酸和丙氨酸的摩尔百分含量分别为2.86%和29.24% 。计算得到天门冬氨酸/丙氨酸比例为9.78% ，通过线性函数关系
计算得到待测桑蚕茧层的含胶率为12.04% 。
Claims (4)
1.一种桑蚕丝含胶率的定量检测方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将桑蚕茧层或桑蚕丝用去离子水室温反复洗净，置于去离子水中，在温度为80～100℃的条件下处理1～6小时，得到丝胶水溶液，经冷冻干燥后得到丝胶固体；
（2）将桑蚕茧层或桑蚕丝置于浓度为3～6 g/L的中性蛋白酶溶液中，按浴比1:50，pH值5～7，温度40～90℃的条件下，脱胶处理30～60分钟；脱胶后用去离子水室温反复清洗，再经冷冻干燥后得到丝素纤维；
（3）将步骤（1）得到的丝胶固体与步骤（2）得到的丝素纤维按不同含胶率y（%）混合，得到一系列含胶率y（%）不同的固体样品；含胶率y（%）的计算式为：
（4）将步骤（3）得到的各含胶率y（%）不同的固体样品分别经水解后，用氨基酸分析仪测定各样品的天门冬氨酸和丙氨酸的摩尔百分含量，计算天门冬氨酸/丙氨酸的百分比例x（%），x（%）的计算式为：
（5）采用线性回归法，建立含胶率y（%）与天门冬氨酸/丙氨酸百分比例x（%）的线性函数关系式；
（6）将待测样品水解后用氨基酸分析仪测定各样品的天门冬氨酸和丙氨酸的摩尔百分含量，得到天门冬氨酸/丙氨酸的百分比例X1（%）；依据步骤（5）建立的线性函数关系式计算得到待测样品的含胶率Y1（%）。
2.根据权利要求1所述的一种桑蚕丝含胶率的定量检测方法，其特征在于：中性蛋白酶为木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种桑蚕丝含胶率的定量检测方法，其特征在于：水解的水解液为浓度6N的盐酸，水解温度为110℃。
4.根据权利要求1所述的一种桑蚕丝含胶率的定量检测方法，其特征在于：待测样品为桑蚕茧层、桑蚕丝或桑蚕丝织物。
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