CN113801345B - 高分子量的可溶性丝素蛋白粉末及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高分子量的可溶性丝素蛋白粉末及其制备方法，包括以下步骤：将丝素蛋白的水溶液在进风温度为90℃～150℃、喷头压力为0.001～20MPa的条件下进行喷雾干燥，得到高分子量的可溶性丝素蛋白粉末。本发明通过喷雾干燥技术实现对丝素蛋白水溶液的雾化与快速干燥，从而直接得到直径为5～10μm的丝素蛋白粉末，且所得粉末中丝素蛋白的二级结构仍然与溶液中保持一致且分子量并未明显降解，因而本发明能够得到高分子量的可溶性丝素蛋白粉末，并且运用此方法制备的粉末具备应用于制备丝素蛋白高强度材料的可能性。同时，鉴于热干燥具有灭菌的作用，本发明方法获得的丝素蛋白粉末可以不经过额外的灭菌处理而直接用于生物医用产品中。

Description

高分子量的可溶性丝素蛋白粉末及其制备方法

技术领域

本发明属于生物高分子材料领域，具体涉及高分子量的可溶性丝素蛋白粉末及其制备方法。

背景技术

近几十年，蚕丝除了在服装纺织领域的广泛应用外，在包括食品、医药、生物技术、日用化工等其他领域的应用也得到了长足的发展。然而研究开发可再溶解的丝素蛋白产品仍停留在初级阶段，同时已有的研究实践证明，在丝肽、丝胶生产中，脱盐工艺采用传统透析法实现产业化存在不少弊端问题。这就要求要从根本解决蚕丝研究和开发的基础问题。同时小分子量的氨基酸、多肽或是蛋白质分子都无法实现或是解决蛋白质材料在型材中的力学性能问题。在本申请发明人所在团队前面的研究工作中，丝素蛋白因其具有许多优良特性，可以加工制备成不同的利用形态，如丝蛋白溶液、粉末、纳米颗粒、纤维、纳米纤维、薄膜、凝胶、多孔支架、人工移骨修复材料、光学、电子学、光电子学器件等。这些材料都要求丝素蛋白原材料具有较大的分子量。所以解决材料化学结构的分子量和聚集态结构可控将是丝素蛋白产业化的前提。

前些年，本申请发明人所在团队申请的中国专利CN102167724B公开了一种可控的高浓度再生蚕丝蛋白水溶液的制备方法。是将无机盐溶液中溶解并透析得到的低浓度蚕丝蛋白溶液装于透析袋中，然后置于真空干燥箱内；真空干燥箱内放置有吸水剂，箱内温度设为5℃～50℃，真空度调节在-0.06MPa～-0.1MPa范围；利用程序控制真空系统进行一步或多步真空浓缩处理，得到高浓度再生蚕丝蛋白水溶液，从而解决了丝素蛋白化学结构的分子量和聚集态结构可控的可能性问题。

而在近期的一些研究中，关于蚕丝蛋白水溶液的制备有较多的专利以及文献报告，技术较为成熟，其他的一些关于再生丝素蛋白溶液的制备方法也均采用脱胶步骤、洗涤烘干步骤、溶解步骤、透析步骤、冻干步骤。这些会导致在实际使用丝素蛋白溶液过程中，丝素蛋白容易在高温下发生分子结构变化导致聚集，形成凝胶或沉淀析出，纯化的丝素蛋白溶液通常保存在4℃冰箱里，时间不超过两个月，室温下保存不超过两周，也就是说目前丝素蛋白溶液的保存条件非常苛刻。这给下游的材料制备和应用带来了很大的不便，主要体现在：(1)浪费时间和材料，每次制备材料都需要重新纯化丝素蛋白溶液；(2)产品稳定性差、重复性差、质量难以控制。高分子量再生丝素蛋白溶液即使保存在4℃冰箱，丝素蛋白的结构也在缓慢地变化，分子在不断聚集，将直接影响到后续制备材料的性能；(3)由于丝素蛋白本身的剪切敏感性使其难以保存和运输，将再生丝素蛋白溶液作为商品直接销售，或作为可注射凝胶等的主要组分销售都需要考虑保存温度和运输条件的问题，这也是制约其大规模应用开发的首要难题。

然而，在产业化过程中发现，高分子量且高浓度的丝素蛋白溶液的运输和存储极为不便；此外，某些材料的制备和应用领域需要的再生丝素蛋白溶液浓度较高，纯化后的丝素蛋白溶液只能通过进一步的浓缩手段，如聚乙二醇透析、超滤等得到需要的高浓度丝素蛋白溶液，给材料制备带来额外的成本和污染风险。

蚕丝蛋白水溶液或粉末原料是丝素蛋白基材料的基础。蚕丝蛋白水溶液或粉末原料可以再出发制成不同形式的新材料如制成的丝素蛋白薄膜、微球以及微小颗粒、多孔生物支架以及水凝胶等多种可降解生物材料。这些新型医用生物材料，因为再生丝素蛋白优异的生物相容性，可调控降解速度以及无免疫原性，可直接用于药物缓释微球及细胞的载体支架和临床中的组织修复及组织工程构建人工器官，以及在光学/电子学/光电子学等诸多领域的相应器件等。需要特别指出的是，上述提及的丝素蛋白基材料均以高分子量的(再生)丝蛋白为基础。

以上各种问题或原因极其严重地制约了丝素蛋白原料的大规模应用开发。如何得到高纯度、高分子量且高稳定性的丝素蛋白溶液或粉末原料不仅是进一步开发丝素蛋白基新功能型材料的关键，也是新材料赋能的基础。

要想大规模的生产或利用丝素蛋白，必须克服丝素蛋白溶液的本身的缺点。针对丝素蛋白溶液在无添加的情况下容易产生分子链聚集而不能长期保存、运输过程中的大量扰动或是剪切使丝素蛋白溶液的构象向β-sheet的转变而导致丝素蛋白变性等问题，有发明专利(专利申请号：201410118465.7)通过将丝素蛋白溶液经低温冷冻干燥的方式予以解决，但是其成本高昂，每次获得的产品量仍然较少，并且获得的冻干粉末依然需要苛刻条件进行保存。冻干丝素蛋白粉末的存储和运输过程中需冷藏包装，冷链运输依然需要高能耗和高昂成本以及操作的不便利性等，为其大规模产业化带来了困难，并且十分不可取。这些因素都是导致丝素蛋白基材料在产业化进程中容易失败的重要原因。因此如何以较低成本获得质量稳定、可长期存储且使用便利、能耗较低的丝素蛋白原料成为丝素蛋白基新型材料规模化制备中的核心关键点。

有鉴于此，如今迫切需要设计新的可再溶解的高分子量丝素蛋白粉末的制备方式，以便克服现有丝素蛋白溶液或粉末制备方式存在的缺陷。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种高分子量的可溶性丝素蛋白粉末及其制备方法，以便克服现有丝素蛋白溶液或粉末制备方式存在的成本高昂、质量及其稳定性较差且难以长期存储和难以便利使用等缺陷。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的第一方面，提供高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的制备方法，包括以下步骤：将高分子量的丝素蛋白的水溶液在进风温度为90℃～150℃、喷头压力为0.001～20MPa(优选为0.15～0.35MPa)的条件下进行喷雾干燥，得到高分子量的可溶性丝素蛋白粉末；

所述高分子量丝素蛋白的水溶液是指数均分子量为80kDa～200kDa(流变方法测得)丝素蛋白的水溶液；

高分子量的可溶性丝素蛋白粉末是指数均分子量为80kDa～200kDa(流变方法测得)的可溶性丝素蛋白粉末。

在本发明的一个实施方式中，所述丝素蛋白的水溶液的浓度为0.1％～50wt％，优选为4％～10wt％

本申请的方案中，丝素蛋白的水溶液的浓度不宜过低，否则无法收集到粉末。丝素蛋白的水溶液的浓度也不宜过高，首先高浓度丝素蛋白的水溶液需要更久的制备时间；其次高浓度丝素蛋白的水溶液较低浓度更容易发生β-折叠，不利于保存；最后高浓度丝素蛋白的水溶液粘度较高，不利于喷雾干燥。

在本发明的一个实施方式中，所述丝素蛋白的水溶液中还添加有助溶剂，所述助溶剂的添加量为丝素蛋白的水溶液中丝素蛋白质量的0.05％～20％，优选为0.5％～1％。

在本发明的一个实施方式中，所述助溶剂选择无机盐、尿素、氨基酸或小分子量(多)糖类物质，所述小分子量(多)糖类物质可以为葡萄糖等。

本发明技术方案中，选用的助溶剂都是常见的小分子，其作用主要有以下两方面：助溶剂可以与丝素蛋白链产生氢键相互作用，帮助丝素蛋白分子链在喷雾干燥过程中保持稳定并降低其分子链的缠结程度，防止构象向β-sheet的转变，从而有利于粉末的溶解；同时小分子助溶剂自身在溶解过程中的运动可以促进大分子链的运动，有利于粉末的溶解。

在本发明的一个实施方式中，所述丝素蛋白的水溶液作为喷雾物料，喷雾过程中给料速度为0.1～2000mL/min，优选为8～20mL/min。

在本发明的一个实施方式中，喷雾干燥时，进风温度为90℃～150℃；进风流量为0.01～350m³/h，优选为20～35m³/h。

本申请的技术方案中，进风温度不宜过低，否则会导致干燥不充分，水分含量过高，无法得到成型的干燥粉末。同时进风温度也不宜过高，否则会导致丝素蛋白发生明显的降解，无法得到高分子量的丝素蛋白粉末。

在本发明的一个实施方式中，喷雾干燥时，喷头直径为0.01～50mm，优选为0.5～3mm；喷头压力为0.15～0.35MPa；

喷头直径通常选择较小的，有利于减少雾化液粒径，增大比表面积。然而喷头直径过小，对丝素蛋白的水溶液的剪切过强，易导致丝素蛋白的水溶液发生溶胶-凝胶的转变，堵塞喷头。喷头压力增大时，物料的喷出速度提高，压缩空气量增加，使物化液滴粒径减小，导致比表面积增加，微粒与热空气接触后，水分迅速蒸发，致使出现严重的跑粉现象，产品得率降低，产品的颗粒度、流动性等外观质量受到较大影响。但当喷头压力减小时，雾化液滴粒径增大，比表面积减小，干燥速度减慢，容易造成潮粉或粘壁现象，也影响产品质量。

在本发明的一个实施方式中，喷雾干燥得到的高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的数均分子量为80kDa～200kDa。

在本发明的一个实施方式中，喷雾干燥得到的高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的颗粒直径为5～10μm，可以根据使用需求经过筛分处理。

在本发明的一个实施方式中，喷雾干燥得到的高分子量的可溶性丝素蛋白粉末装入容器中保存即可。

在本发明的一个实施方式中，作为喷雾物料的丝素蛋白的水溶液使用本领域常规技术手段获得即可。

在本发明的一个实施方式中，提供获得丝素蛋白的水溶液的方法，包括以下步骤：

S1：脱胶步骤：将蚕茧与碱式碳酸盐(例如碳酸钠或碳酸氢钠等)加水混合，并加热，得到脱胶丝；

S2：洗涤烘干步骤：将经过S1步骤处理的脱胶丝洗涤，烘干；

S3：溶解步骤：经过步骤S2处理后的干燥脱胶丝溶解于溴化锂水溶液，加热后得到含高浓度盐的丝素蛋白水溶液；

S4：透析步骤：使用透析袋将经过步骤S3处理的丝素蛋白水溶液透析；

S5：浓缩步骤：将经过步骤S4处理的丝素蛋白水溶液进行浓缩；

所得丝素蛋白的水溶液为数均分子量是80kDa～200kDa的丝素蛋白的水溶液。

在本发明的一个实施方式中，所述步骤S1中，蚕茧与碳酸钠或碳酸氢钠及水的加入比例为：40g:40g:8L。

在本发明的一个实施方式中，所述步骤S1中，加热的温度为加热液体保持沸腾，加热的时间为30min～45min。

在本发明的一个实施方式中，所述步骤S1的脱胶过程，具体步骤如下：

S11：取碳酸钠或碳酸氢钠放入容器中，加水；

S12：加热容器中液体至沸腾；

S13：加入蚕茧并持续搅拌，保持容器中液体沸腾；

S14：30min～45min后捞出脱胶丝。

在本发明的一个实施方式中，所述步骤S2中的洗涤方法为：分别用温水、凉水以及去离子水冲洗步骤S1中得到的脱胶丝。

在本发明的一个实施方式中，所述步骤S2中的烘干的条件为将脱胶丝在40℃下干燥过夜。

在本发明的一个实施方式中，所述步骤S2中，可以把丝完全烘干后收集放入密封袋内储存。

在本发明的一个实施方式中，所述步骤S3中，加热的温度为40℃～60℃，搅拌状态下持续加热1～2小时，使得脱胶丝完全溶解。

在本发明的一个实施方式中，所述步骤S4中，经过步骤S3处理的丝素蛋白水溶液在使用透析袋透析之前，还经历了过滤的步骤，过滤的具体步骤为：把丝素蛋白水溶液取出，放置使其冷却，然后取6～8层纱布过滤丝素蛋白水溶液，将溶液注入透析袋中。

在本发明的一个实施方式中，所述步骤S4中，所述透析袋为截留分子量10000Da的透析袋。

在本发明的一个实施方式中，所述透析的条件为：将含溶液的透析袋浸入去离子水中，透析期间不断更换去离子水，以除去溶液中的盐而保留丝素蛋白分子，最终得到较低浓度的丝素蛋白水溶液。

在本发明的一个实施方式中，所述透析的具体工艺条件为：将含溶液的透析袋浸入去离子水中，透析期间不断更换去离子水用去离子水透析3天；第一天每2h换一次水，而后每3h换一次水。

在本发明的一个实施方式中，所述步骤S4的透析过程也可使用其他透析装置以达到相同目的。

本发明的一个实施方式中，所述步骤S5中，将含溶液的透析袋浸入一定浓度的聚乙二醇溶液中，以除去溶液中的部分水来达到浓缩的目的来得到较高浓度且稳定的丝素蛋白水溶液；也可使用其他反透析装置达到相同的目的。

本发明的一个实施方式中，所述步骤S5中，浓缩的过程包括：

S51：将透析袋中的丝素蛋白的水溶液都倒入容器中；

S52：将丝素蛋白的水溶液注入离心容器内，将离心容器放入离心装置内离心设定时间；

S53：离心后取上层清液，余弃；此时丝素蛋白的水溶液浓度为3～4％；

S54：取分子量为20000的聚乙二醇PEG，配成10％的聚乙二醇PEG溶液，待溶解完全后，将离心后的丝素蛋白清液注入透析袋中，放置在10％的聚乙二醇PEG溶液中，浓缩；

S55：12～24h后，取出透析袋，将袋内的丝蛋白溶液倒入容器中冷藏保存。

经过步骤S5得到的丝素蛋白的水溶液的浓度可以采用重量法进行标定。

本申请中提供的获得丝素蛋白的水溶液的方法是本领域成熟的方法，根据文献(Biomacromolecules,2012,14,285.)中提到使用溴化锂溶解的碳酸氢钠脱胶的丝素蛋白分子量为179±4kDa；使用溴化锂溶剂的碳酸钠脱胶的丝素蛋白分子量为95±1kDa。所以，本申请以数均分子量为80kDa～200kDa的丝素蛋白的水溶液作为处理对象，并采用喷雾干燥的方式来得到高分子量的可溶性丝素蛋白粉末。

本发明第二方面，提供采用上述喷雾干燥方法获得的高分子量的可溶性丝素蛋白粉末。

本发明通过喷雾干燥技术实现对丝素蛋白水溶液的雾化与快速干燥，从而直接得到直径为5～10μm的丝素蛋白粉末。由于喷雾干燥中液滴的传质传热速率很快，所得粉末中丝素蛋白的二级结构仍然与溶液中保持一致且分子量并未明显降解，因而本发明通过基本的喷雾干燥过程能够得到高分子量的可溶性丝素蛋白粉末。同时，鉴于热干燥具有灭菌的作用，本发明通过喷雾干燥获得的丝素蛋白粉末可以不经过额外的灭菌处理，可以直接用于生物医用产品中。

本发明提供的高分子量的可溶性丝素蛋白粉末可以迅速溶解到水中并被用于制备各类含丝蛋白的产品，包括各类丝蛋白基生物医用产品。

与现有技术相比，本发明的优点体现在以下方面：

目前再生丝素蛋白溶液的制备方法有很多种，本申请中丝素蛋白溶液采用的碳酸钠脱胶/溴化锂溶解体系可以得到高分子量的丝素蛋白溶液，根据文献(Biomacromolecules,2012,14,285.)，其分子量可高于80kDa。而目前已报道的喷雾干燥可溶性丝素蛋白粉末采用其他溶解体系，如氯化钙/乙醇体系，得到的分子量要远远低于80kDa。高分子量丝素蛋白的溶液相较于低分子量丝素蛋白的溶液更不稳定，在室温、加热或是剪切作用下，易发生构象的转变而导致凝胶化。而喷雾干燥过程对丝素蛋白溶液不仅会施加强热还会在喷头处施以较强的剪切。故鲜有人将高分子量的丝素蛋白溶液用于喷雾干燥。

本专利的技术贡献为结合喷雾干燥干燥速率快的特性以及丝素蛋白分子极难在无水状态下发生构象转变致使其非水溶的特性，制备了高分子量的可溶性丝素蛋白粉末。其科学意义在于，在剪切与强热作用下丝素蛋白分子发生构象转变(从可溶到不可溶)需要一个时间过程，当喷雾干燥速率大于构象转变的速率，就可以在丝素蛋白分子链发生构象转变之前使丝素蛋白链固定在无归构象状态。此外由于喷雾干燥过程非常快速，其对丝素蛋白分子量的影响可以忽略不计。因而，由此方法是可以用较低成本得到高子量的丝素蛋白粉末，从而为新的功能性丝素蛋白基材料的规模化制备提供可能性，进一步开拓丝素蛋白产业化的新局面。

附图说明

图1：实施例1、实施例4、实施例7所得到的高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的二级结构示意图(丝素蛋白浓度为12wt.％、8wt.％和4wt.％，进风温度为110℃)；

图2：实施例4、实施例5、实施例6所得到的高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的二级结构示意图(进风温度为130℃、120℃和110℃，丝素蛋白浓度为4wt％)；

图3：实施例1～实施例9中所得到的高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的扫描电镜图；图3中标尺的大小为5μm；

图4：25℃下10wt.％P-RSF溶液和O-RSF溶液的粘度与剪切速率的关系。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1

一种高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的制备工艺，所述工艺包括以下步骤：

S1：脱胶步骤：取40g碳酸钠或碳酸氢钠放入10L锅中，加入8L自来水；搅拌加热至沸腾后，加入40g蚕茧并继续搅拌，45min后捞出；

S2：洗涤烘干步骤：将经过S1步骤处理的脱胶丝用温水、凉水以及去离子水分别冲洗3次，将脱胶丝在40℃下干燥过夜；把丝完全烘干后收集放入密封袋内储存；

S3：溶解步骤：取20g经过步骤S2处理后的干燥脱胶丝溶解于200mL的9.3M溴化锂水溶液，在60℃下加热1h后得到含高浓度盐的丝素蛋白水溶液；

S4：透析步骤：把S3步骤的丝素蛋白的水溶液冷却至室温后，用6～8层纱布过滤丝素溶液；将溶液注入截留分子量10000Da的透析袋中，将含溶液的透析袋浸入去离子水中，透析期间不断更换去离子水用去离子水透析3天；第一天每2h换一次水，而后每3h换一次水；

S5：浓缩步骤：将透析袋中的丝素蛋白的水溶液都倒入容器中；将丝素蛋白的水溶液注入离心容器内，将离心容器放入离心装置内，6000rpm下离心10min；离心后取上层清液，余弃；此时丝素蛋白的水溶液浓度为3～4wt.％；取分子量为20000的聚乙二醇PEG，配成10％的聚乙二醇PEG溶液，待溶解完全后，将离心后的丝素蛋白清液注入透析袋中，放置在10％的聚乙二醇PEG溶液中，浓缩；12～24h后，取出透析袋，将袋内的丝蛋白溶液倒入容器中冷藏保存；

S6：粉末制备步骤：喷雾物料选取8％的丝素蛋白的水溶液，可选添加0.5％～1％的助溶剂(尿素、氨基酸、葡萄糖等)；给料速度为15mL/min；喷雾干燥进风温度为110℃；进风流量为30m³/h；喷雾干燥喷头直径为2mm；喷头压力为0.3MPa；收集得到的粉末经过筛分后装入容器中保存。

实施例2

一种高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的制备工艺，所述工艺包括以下步骤：

S1：脱胶步骤：取40g碳酸钠或碳酸氢钠放入10L锅中，加入8L自来水；搅拌加热至沸腾后，加入40g蚕茧并继续搅拌，45min后捞出；

S2：洗涤烘干步骤：将经过S1步骤处理的脱胶丝用温水、凉水以及去离子水分别冲洗3次，将脱胶丝在40℃下干燥过夜；把丝完全烘干后收集放入密封袋内储存；

S3：溶解步骤：取20g经过步骤S2处理后的干燥脱胶丝溶解于200mL的9.3M溴化锂水溶液，在60℃下加热1h后得到含高浓度盐的丝素蛋白水溶液；

S4：透析步骤：把S3步骤的丝素蛋白的水溶液冷却至室温后，用6～8层纱布过滤丝素溶液；将溶液注入截留分子量10000Da的透析袋中，将含溶液的透析袋浸入去离子水中，透析期间不断更换去离子水用去离子水透析3天；第一天每2h换一次水，而后每3h换一次水；

S5：浓缩步骤：将透析袋中的丝素蛋白的水溶液都倒入容器中；将丝素蛋白的水溶液注入离心容器内，将离心容器放入离心装置内，6000rpm下离心10min；离心后取上层清液，余弃；此时丝素蛋白的水溶液浓度为3～4％；取分子量为20000的聚乙二醇PEG，配成10％的聚乙二醇PEG溶液，待溶解完全后，将离心后的丝素蛋白清液注入透析袋中，放置在10％的聚乙二醇PEG溶液中，浓缩；12～24h后，取出透析袋，将袋内的丝蛋白溶液倒入容器中冷藏保存；

S6：粉末制备步骤：喷雾物料选取8wt.％的丝素蛋白的水溶液；给料速度为15mL/min；喷雾干燥进风温度为120℃；进风流量为30m³/h；喷雾干燥喷头直径为2mm；喷头压力为0.3MPa；收集得到的粉末经过筛分后装入容器中保存。

实施例3

一种高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的制备工艺，所述工艺包括以下步骤：

S1：脱胶步骤：取40g碳酸钠或碳酸氢钠放入10L锅中，加入8L自来水；搅拌加热至沸腾后，加入40g蚕茧并继续搅拌，45min后捞出；

S2：洗涤烘干步骤：将经过S1步骤处理的脱胶丝用温水、凉水以及去离子水分别冲洗3次，将脱胶丝在40℃下干燥过夜；把丝完全烘干后收集放入密封袋内储存；

S3：溶解步骤：取20g经过步骤S2处理后的干燥脱胶丝溶解于200mL的9.3M溴化锂水溶液，在60℃下加热1h后得到含高浓度盐的丝素蛋白水溶液；

S4：透析步骤：把S3步骤的丝素蛋白的水溶液冷却至室温后，用6～8层纱布过滤丝素溶液；将溶液注入截留分子量10000Da的透析袋中，将含溶液的透析袋浸入去离子水中，透析期间不断更换去离子水用去离子水透析3天；第一天每2h换一次水，而后每3h换一次水；

S5：浓缩步骤：将透析袋中的丝素蛋白的水溶液都倒入容器中；将丝素蛋白的水溶液注入离心容器内，将离心容器放入离心装置内，6000rpm下离心10min；离心后取上层清液，余弃；此时丝素蛋白的水溶液浓度为3～4％；取分子量为20000的聚乙二醇PEG，配成10％的聚乙二醇PEG溶液，待溶解完全后，将离心后的丝素蛋白清液注入透析袋中，放置在10％的聚乙二醇PEG溶液中，浓缩；12～24h后，取出透析袋，将袋内的丝蛋白溶液倒入容器中冷藏保存；

S6：粉末制备步骤：喷雾物料选取8wt.％的丝素蛋白的水溶液；给料速度为15mL/min；喷雾干燥进风温度为130℃；进风流量为30m3/h；喷雾干燥喷头直径为2mm；喷头压力为0.3MPa；收集得到的粉末经过筛分后装入容器中保存。

实施例4

一种高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的制备工艺，所述工艺包括以下步骤：

S1：脱胶步骤：取40g碳酸钠或碳酸氢钠放入10L锅中，加入8L自来水；搅拌加热至沸腾后，加入40g蚕茧并继续搅拌，45min后捞出；

S2：洗涤烘干步骤：将经过S1步骤处理的脱胶丝用温水、凉水以及去离子水分别冲洗3次，将脱胶丝在40℃下干燥过夜；把丝完全烘干后收集放入密封袋内储存；

S3：溶解步骤：取20g经过步骤S2处理后的干燥脱胶丝溶解于200mL的9.3M溴化锂水溶液，在60℃下加热1h后得到含高浓度盐的丝素蛋白水溶液；

S4：透析步骤：把S3步骤的丝素蛋白的水溶液冷却至室温后，用6～8层纱布过滤丝素溶液；将溶液注入截留分子量10000Da的透析袋中，将含溶液的透析袋浸入去离子水中，透析期间不断更换去离子水用去离子水透析3天；第一天每2h换一次水，而后每3h换一次水；

S5：浓缩步骤：将透析袋中的丝素蛋白的水溶液都倒入容器中；将丝素蛋白的水溶液注入离心容器内，将离心容器放入离心装置内，6000rpm下离心10min；离心后取上层清液，余弃；此时丝素蛋白的水溶液浓度为3～4％；取分子量为20000的聚乙二醇PEG，配成10％的聚乙二醇PEG溶液，待溶解完全后，将离心后的丝素蛋白清液注入透析袋中，放置在10％的聚乙二醇PEG溶液中，浓缩；12～24h后，取出透析袋，将袋内的丝蛋白溶液倒入容器中冷藏保存；

S6：粉末制备步骤：喷雾物料选取4wt.％的丝素蛋白的水溶液；给料速度为15mL/min；喷雾干燥进风温度为110℃；进风流量为30m3/h；喷雾干燥喷头直径为2mm；喷头压力为0.3MPa；收集得到的粉末经过筛分后装入容器中保存。

实施例5

一种高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的制备工艺，所述工艺包括以下步骤：

S1：脱胶步骤：取40g碳酸钠或碳酸氢钠放入10L锅中，加入8L自来水；搅拌加热至沸腾后，加入40g蚕茧并继续搅拌，45min后捞出；

S2：洗涤烘干步骤：将经过S1步骤处理的脱胶丝用温水、凉水以及去离子水分别冲洗3次，将脱胶丝在40℃下干燥过夜；把丝完全烘干后收集放入密封袋内储存；

S3：溶解步骤：取20g经过步骤S2处理后的干燥脱胶丝溶解于200mL的9.3M溴化锂水溶液，在60℃下加热1h后得到含高浓度盐的丝素蛋白水溶液；

S4：透析步骤：把S3步骤的丝素蛋白的水溶液冷却至室温后，用6～8层纱布过滤丝素溶液；将溶液注入截留分子量10000Da的透析袋中，将含溶液的透析袋浸入去离子水中，透析期间不断更换去离子水用去离子水透析3天；第一天每2h换一次水，而后每3h换一次水；

S5：浓缩步骤：将透析袋中的丝素蛋白的水溶液都倒入容器中；将丝素蛋白的水溶液注入离心容器内，将离心容器放入离心装置内，6000rpm下离心10min；离心后取上层清液，余弃；此时丝素蛋白的水溶液浓度为3～4％；取分子量为20000的聚乙二醇PEG，配成10％的聚乙二醇PEG溶液，待溶解完全后，将离心后的丝素蛋白清液注入透析袋中，放置在10％的聚乙二醇PEG溶液中，浓缩；12～24h后，取出透析袋，将袋内的丝蛋白溶液倒入容器中冷藏保存；

S6：粉末制备步骤：喷雾物料选取4wt.％的丝素蛋白的水溶液；给料速度为15mL/min；喷雾干燥进风温度为120℃；进风流量为30m3/h；喷雾干燥喷头直径为2mm；喷头压力为0.3MPa；收集得到的粉末经过筛分后装入容器中保存。

实施例6

一种高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的制备工艺，所述工艺包括以下步骤：

S1：脱胶步骤：取40g碳酸钠或碳酸氢钠放入10L锅中，加入8L自来水；搅拌加热至沸腾后，加入40g蚕茧并继续搅拌，45min后捞出；

S2：洗涤烘干步骤：将经过S1步骤处理的脱胶丝用温水、凉水以及去离子水分别冲洗3次，将脱胶丝在40℃下干燥过夜；把丝完全烘干后收集放入密封袋内储存；

S3：溶解步骤：取20g经过步骤S2处理后的干燥脱胶丝溶解于200mL的9.3M溴化锂水溶液，在60℃下加热1h后得到含高浓度盐的丝素蛋白水溶液；

S4：透析步骤：把S3步骤的丝素蛋白的水溶液冷却至室温后，用6～8层纱布过滤丝素溶液；将溶液注入截留分子量10000Da的透析袋中，将含溶液的透析袋浸入去离子水中，透析期间不断更换去离子水用去离子水透析3天；第一天每2h换一次水，而后每3h换一次水；

S5：浓缩步骤：将透析袋中的丝素蛋白的水溶液都倒入容器中；将丝素蛋白的水溶液注入离心容器内，将离心容器放入离心装置内，6000rpm下离心10min；离心后取上层清液，余弃；此时丝素蛋白的水溶液浓度为3～4％；取分子量为20000的聚乙二醇PEG，配成10％的聚乙二醇PEG溶液，待溶解完全后，将离心后的丝素蛋白清液注入透析袋中，放置在10％的聚乙二醇PEG溶液中，浓缩；12～24h后，取出透析袋，将袋内的丝蛋白溶液倒入容器中冷藏保存；

S6：粉末制备步骤：喷雾物料选取4wt.％的丝素蛋白的水溶液；给料速度为15mL/min；喷雾干燥进风温度为130℃；进风流量为30m3/h；喷雾干燥喷头直径为2mm；喷头压力为0.3MPa；收集得到的粉末经过筛分后装入容器中保存。

实施例7

一种高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的制备工艺，所述工艺包括以下步骤：

S1：脱胶步骤：取40g碳酸钠或碳酸氢钠放入10L锅中，加入8L自来水；搅拌加热至沸腾后，加入40g蚕茧并继续搅拌，45min后捞出；

S2：洗涤烘干步骤：将经过S1步骤处理的脱胶丝用温水、凉水以及去离子水分别冲洗3次，将脱胶丝在40℃下干燥过夜；把丝完全烘干后收集放入密封袋内储存；

S3：溶解步骤：取20g经过步骤S2处理后的干燥脱胶丝溶解于200mL的9.3M溴化锂水溶液，在60℃下加热1h后得到含高浓度盐的丝素蛋白水溶液；

S4：透析步骤：把S3步骤的丝素蛋白的水溶液冷却至室温后，用6～8层纱布过滤丝素溶液；将溶液注入截留分子量10000Da的透析袋中，将含溶液的透析袋浸入去离子水中，透析期间不断更换去离子水用去离子水透析3天；第一天每2h换一次水，而后每3h换一次水；

S5：浓缩步骤：将透析袋中的丝素蛋白的水溶液都倒入容器中；将丝素蛋白的水溶液注入离心容器内，将离心容器放入离心装置内，6000rpm下离心10min；离心后取上层清液，余弃；此时丝素蛋白的水溶液浓度为3～4％；取分子量为20000的聚乙二醇PEG，配成10％的聚乙二醇PEG溶液，待溶解完全后，将离心后的丝素蛋白清液注入透析袋中，放置在10％的聚乙二醇PEG溶液中，浓缩；12～24h后，取出透析袋，将袋内的丝蛋白溶液倒入容器中冷藏保存；

S6：粉末制备步骤：喷雾物料选取12wt.％的丝素蛋白的水溶液；给料速度为15mL/min；喷雾干燥进风温度为110℃；进风流量为30m3/h；喷雾干燥喷头直径为2mm；喷头压力为0.3MPa；收集得到的粉末经过筛分后装入容器中保存。

实施例8

一种高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的制备工艺，所述工艺包括以下步骤：

S1：脱胶步骤：取40g碳酸钠或碳酸氢钠放入10L锅中，加入8L自来水；搅拌加热至沸腾后，加入40g蚕茧并继续搅拌，45min后捞出；

S2：洗涤烘干步骤：将经过S1步骤处理的脱胶丝用温水、凉水以及去离子水分别冲洗3次，将脱胶丝在40℃下干燥过夜；把丝完全烘干后收集放入密封袋内储存；

S3：溶解步骤：取20g经过步骤S2处理后的干燥脱胶丝溶解于200mL的9.3M溴化锂水溶液，在60℃下加热1h后得到含高浓度盐的丝素蛋白水溶液；

S4：透析步骤：把S3步骤的丝素蛋白的水溶液冷却至室温后，用6～8层纱布过滤丝素溶液；将溶液注入截留分子量10000Da的透析袋中，将含溶液的透析袋浸入去离子水中，透析期间不断更换去离子水用去离子水透析3天；第一天每2h换一次水，而后每3h换一次水；

S5：浓缩步骤：将透析袋中的丝素蛋白的水溶液都倒入容器中；将丝素蛋白的水溶液注入离心容器内，将离心容器放入离心装置内，6000rpm下离心10min；离心后取上层清液，余弃；此时丝素蛋白的水溶液浓度为3～4％；取分子量为20000的聚乙二醇PEG，配成10％的聚乙二醇PEG溶液，待溶解完全后，将离心后的丝素蛋白清液注入透析袋中，放置在10％的聚乙二醇PEG溶液中，浓缩；12～24h后，取出透析袋，将袋内的丝蛋白溶液倒入容器中冷藏保存；

S6：粉末制备步骤：喷雾物料选取12wt.％的丝素蛋白的水溶液；给料速度为15mL/min；喷雾干燥进风温度为120℃；进风流量为30m3/h；喷雾干燥喷头直径为2mm；喷头压力为0.3MPa；收集得到的粉末经过筛分后装入容器中保存。

实施例9

一种高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的制备工艺，所述工艺包括以下步骤：

S1：脱胶步骤：取40g碳酸钠或碳酸氢钠放入10L锅中，加入8L自来水；搅拌加热至沸腾后，加入40g蚕茧并继续搅拌，45min后捞出；

S2：洗涤烘干步骤：将经过S1步骤处理的脱胶丝用温水、凉水以及去离子水分别冲洗3次，将脱胶丝在40℃下干燥过夜；把丝完全烘干后收集放入密封袋内储存；

S3：溶解步骤：取20g经过步骤S2处理后的干燥脱胶丝溶解于200mL的9.3M溴化锂水溶液，在60℃下加热1h后得到含高浓度盐的丝素蛋白水溶液；

S4：透析步骤：把S3步骤的丝素蛋白的水溶液冷却至室温后，用6～8层纱布过滤丝素溶液；将溶液注入截留分子量10000Da的透析袋中，将含溶液的透析袋浸入去离子水中，透析期间不断更换去离子水用去离子水透析3天；第一天每2h换一次水，而后每3h换一次水；

S5：浓缩步骤：将透析袋中的丝素蛋白的水溶液都倒入容器中；将丝素蛋白的水溶液注入离心容器内，将离心容器放入离心装置内，6000rpm下离心10min；离心后取上层清液，余弃；此时丝素蛋白的水溶液浓度为3～4％；取分子量为20000的聚乙二醇PEG，配成10％的聚乙二醇PEG溶液，待溶解完全后，将离心后的丝素蛋白清液注入透析袋中，放置在10％的聚乙二醇PEG溶液中，浓缩；12～24h后，取出透析袋，将袋内的丝蛋白溶液倒入容器中冷藏保存；

S6：粉末制备步骤：喷雾物料选取12wt.％的丝素蛋白的水溶液；给料速度为15mL/min；喷雾干燥进风温度为130℃；进风流量为30m3/h；喷雾干燥喷头直径为2mm；喷头压力为0.3MPa；收集得到的粉末经过筛分后装入容器中保存。

以上实施例1、实施例4、实施例7所得到的高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的二级结构如图1所示，可以看出，在本申请实施例给出的丝素蛋白的水溶液浓度范围内，改变丝素蛋白的水溶液的浓度对于喷雾干燥的丝素蛋白粉末的二级结构影响不大，粉末的二级结构均以无归线团为主。

以上实施例4、实施例5、实施例6所得到的高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的二级结构如图2所示，可以看出，在本申请实施例给出的丝素蛋白的水溶液浓度范围内，改变进风温度对于喷雾干燥的丝素蛋白粉末的二级结构影响不大，粉末的二级结构均以无归线团为主。进风流量在本申请技术方案中并不是非常重要的关键参数，通常可以根据仪器的实际情况来设定。

以上实施例1～实施例9中所得到的高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的扫描电镜图如图3所示，其中110℃、120℃、130℃分别表示喷雾干燥进风温度，4％、8％、12％分别表示不同丝素蛋白的水溶液的浓度，图3中9附图分别对应于9个实施例，可以看出，本申请通过喷雾干燥方法所得丝素蛋白粉末的颗粒直径为5～10μm，丝素蛋白粉末的颗粒度整体上比较规整。

再对实施例1～实施例9中所得粉末溶解情况进行表征

取1g实施例1～实施例9中所得粉末加入99g去离子水，磁力搅拌140rpm下溶解3h，用纱布过滤。取滤液测量丝蛋白溶液的浓度以及粉末的溶解度，结果如表1所示。

表1各实施例的实验参数以及粉末的溶解情况

取分子量为20000的聚乙二醇PEG，配成10％的聚乙二醇PEG溶液，待溶解完全后，取1g实施例3的粉末溶解于99g水后过滤，将滤液注入透析袋中，放置在10％的聚乙二醇PEG溶液中浓缩至10wt.％后取出。为方便区分，将由粉末溶解得到的丝素蛋白的水溶液记为P-RSF溶液，而将作为喷雾干燥原料的丝素蛋白的水溶液标记为O-RSF溶液。分别取10wt.％的P-RSF溶液和O-RSF溶液用于黏度测量。测试在安东帕公司(Anton Paar Co.Inc.)的Physica MCR 301流变仪上完成。采用直径60mm的锥形夹板，上下板间距0.1mm。测试温度为25℃。25℃下10wt.％P-RSF溶液和O-RSF溶液的粘度与剪切速率的关系如图4所示。

稳态剪切实验结果表明，10wt.％P-RSF溶液呈现出与O-RSF溶液近乎相同的牛顿流体行为。在较低剪切速率下，出现剪切变稀的现象；在较高的剪切速率下粘度不随剪切速率变化。此外P-RSF在不同剪切速率下的粘度均与O-RSF相近，可以表明P-RSF具有与O-RSF相近的分子量。鉴于前文提及O-RSF采用的制备方法能够制备得到具有高分子量的丝素蛋白，因而使用喷雾干燥技术制备得到的P-RSF也和O-RSF一样具有高分子量。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将高分子量丝素蛋白的水溶液在进风温度为90℃～150℃、喷头压力为0.15~0.35MPa的条件下进行喷雾干燥，得到高分子量的可溶性丝素蛋白粉末；

所述高分子量丝素蛋白的水溶液是指数均分子量为80kDa～200kDa丝素蛋白的水溶液；

高分子量的可溶性丝素蛋白粉末是指数均分子量为80kDa～200kDa的可溶性丝素蛋白粉末；

所述丝素蛋白的水溶液的浓度为0.1～50％；

所述高分子量丝素蛋白的水溶液中还添加有助溶剂；

喷雾干燥时，所述喷头直径为0.5～3mm；

所述丝素蛋白的水溶液通过以下方法获得：

S1：脱胶步骤：将蚕茧与碱式碳酸盐加水混合，并加热，得到脱胶丝；

S2：洗涤烘干步骤：将经过S1步骤处理的脱胶丝洗涤，烘干；

S3：溶解步骤：经过步骤S2处理后的干燥脱胶丝溶解于溴化锂水溶液，加热后得到含高浓度盐的丝素蛋白水溶液；

S4：透析步骤：使用透析袋将经过步骤S3处理的丝素蛋白水溶液透析；

S5：浓缩步骤：将经过步骤S4处理的丝素蛋白水溶液进行浓缩。

2.根据权利要求1所述的一种高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的制备方法，其特征在于，所述助溶剂选择无机盐、尿素、氨基酸或小分子量多糖类物质，所述助溶剂的添加量为丝素蛋白的水溶液中丝素蛋白质量的0.05％～20％。

3.根据权利要求1所述的一种高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的制备方法，其特征在于，所述丝素蛋白的水溶液在喷雾过程中给料速度为0.1～2000mL/min。

4.根据权利要求1所述的一种高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的制备方法，其特征在于，喷雾干燥时，进风流量为0.01～350m³/h。

5.根据权利要求1所述的一种高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的制备方法，其特征在于，喷雾干燥得到的高分子量的可溶性丝素蛋白粉末的颗粒直径为5～10μm。

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