專利名稱：高濃度再生絲蛋白水溶液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于絲蛋白處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高濃度再生絲蛋白水溶液及其制備方法。
背景技術(shù)：
中國(guó)是絲綢的故鄉(xiāng)，國(guó)人對(duì)蠶絲的應(yīng)用已經(jīng)有幾千年的歷史。蠶絲由于其柔軟、透氣性好、穿著舒適等優(yōu)點(diǎn)倍受人們的青睞，被譽(yù)為“纖維皇后”。近幾十年來(lái)，蠶絲除了在服裝紡織領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用外，在包括食品、醫(yī)藥、生物技術(shù)、日用化工等其他領(lǐng)域的應(yīng)用亦得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，如用于藥物緩釋材料、酶固定化材料、保健食品和化妝品等等。但是由于天然蠶絲原料的成本較高且受季節(jié)的嚴(yán)格限制，導(dǎo)致真絲織物以及其他的一些以蠶絲蛋白為原料的產(chǎn)品價(jià)格昂貴，使它們?cè)谌粘ＯM(fèi)中受到了較大的制約。
利用絲織廠的下腳料——廢蠶絲經(jīng)過(guò)再生處理得到再生絲蛋白，然后利用再生絲蛋白替代天然絲蛋白生產(chǎn)各種產(chǎn)品可以在保證質(zhì)量的前提下明顯降低產(chǎn)品的成本。本發(fā)明人曾用再生絲蛋白和聚丙烯腈水溶液共混后進(jìn)行濕法紡絲，紡出的復(fù)合纖維性能優(yōu)良，具有與天然蠶絲相似的光澤和柔軟的手感；本發(fā)明人還用再生絲蛋白溶液和酶溶液混合后，除去溶劑水即得到了性能優(yōu)良的固定化酶材料。
通常制備再生絲蛋白水溶液的方法如下將蠶絲或廢絲溶解在特定的溶劑中(這些特定的溶劑包括溴化鋰水溶液、硫氰酸鋰水溶液、硫氰酸鈉水溶液、氯化鈣-乙醇-水混合溶劑、硝酸鈣-甲醇-水混合溶劑和溴化鋰-乙醇-水混合溶劑等)，然后將絲蛋白溶劑用透析膜或透析袋在純水中進(jìn)行透析除去溶劑小分子后，便能得到絲蛋白水溶液。由于在透析過(guò)程中半透膜的兩側(cè)存在很大的濃度差而導(dǎo)致很高的滲透壓，因此大量水透過(guò)半透膜進(jìn)入絲蛋白溶液中而使絲蛋白濃度下降，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致透析袋(膜)的破裂。用這種方法得到的再生絲蛋白溶液的濃度一般不會(huì)超過(guò)5wt％，而低濃度的再生絲蛋白溶液無(wú)論在人工紡絲的可操作性上還是在作為生產(chǎn)原料的儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)确矫娑际艿胶艽蟮南拗啤?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高濃度的再生絲蛋白水溶液及其制備方法。
本發(fā)明提出的再生絲蛋白水溶液的制備方法，是對(duì)溶解在無(wú)機(jī)鹽溶液中的絲蛋白，用水溶性聚合物的水溶液進(jìn)行透析；聚合物的分子量為6,000~100,000，聚合物的濃度為5~50％。
上述方法中，水溶性聚合物可以是聚乙二醇(PEG)、聚環(huán)氧乙烷(PEO)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等。
上述方法的操作步驟如下將蠶絲或廢絲用0.1~3.0％的Na2CO3或NaHCO3溶液，或0.1~1.0mol/L的硼酸-硼砂緩沖溶液，在90~105℃的溫度條件下處理20~90分鐘，然后用去離子水漂洗干凈；按需要重復(fù)1~5次以完全除去絲膠；接著將蠶絲溶解在某種無(wú)機(jī)鹽溶劑中(如7~10mol/L的LiBr溶液)配成濃度為2~15％的絲蛋白溶液；同時(shí)將分子量為6,000~100,000的水溶性聚合物配成濃度為5~50％的水溶液，用于對(duì)絲蛋白溶液進(jìn)行透析。透析的方法可以有以下兩種將絲蛋白溶液倒入透析袋中或放在透析膜的一側(cè)，然后用水溶性聚合物的水溶液進(jìn)行透析，整個(gè)透析過(guò)程為48~96小時(shí)，更換透析液10~20次。
也可以先用純水透析24~48小時(shí)，更換透析液5~10次，然后再用水溶性聚合物的水溶液透析24~48小時(shí)，更換透析液5~10次。
本發(fā)明采用在純水中加入水溶性聚合物的方法來(lái)克服由于滲透壓造成絲的蛋白溶液濃度的下降。由半透膜的特性我們可以知道，溶液中只有分子量小于半透膜截留分子量的分子才能自由透過(guò)半透膜，而那些分子量大于截留分子量的大分子則無(wú)法透過(guò)半透膜。因此，絲蛋白溶液在含有聚合物水溶液中透析時(shí)，只有水分子和用于溶解絲蛋白的那些無(wú)機(jī)鹽及有機(jī)溶劑小分子可以自由透過(guò)半透膜，而絲蛋白和聚合物水溶液中的聚合物分別保留在半透膜的兩側(cè)，不會(huì)相互混合。本發(fā)明通過(guò)控制聚合物水溶液的濃度來(lái)調(diào)節(jié)透析體系中的滲透壓，從而達(dá)到保持絲蛋白溶液濃度不變直至反而增加的目的。
上述方法獲得的再生絲蛋白水溶液其濃度為5~40％，一般為10~35％，可以獲得與蠶絲腺體中紡絲液的濃度(約為26％)相當(dāng)?shù)脑偕z蛋白水溶液。本發(fā)明得到的高濃度再生絲蛋白水溶液具有良好的流動(dòng)性，可以用水稀釋成任何較稀濃度的再生絲蛋白水溶液。用本發(fā)明得到的高濃度再生絲蛋白水溶液和通過(guò)其稀釋得到的較稀濃度的再生絲蛋白水溶液以及用它們澆鑄的絲蛋白膜經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)都以無(wú)規(guī)線團(tuán)構(gòu)象為主，與用傳統(tǒng)透析方法得到的絲蛋白水溶液和絲蛋白膜相同。此外，本發(fā)明得到的高濃度再生絲蛋白水溶液的儲(chǔ)存時(shí)間比傳統(tǒng)方法得到的再生絲蛋白水溶液要長(zhǎng)，在4℃下可保持2個(gè)月不發(fā)生由變性而產(chǎn)生的大量沉淀。
本發(fā)明用來(lái)制備高濃度再生絲蛋白水溶液的方法簡(jiǎn)單、原料易得，制得的高濃度再生絲蛋白水溶液無(wú)論在儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本，以及在人工生物模擬紡絲中都具有巨大的應(yīng)用潛能。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例以下利用實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例1將蠶絲浸入0.2mol/L的硼酸-硼砂緩沖溶液中，以浸沒蠶絲為準(zhǔn)，攪拌煮沸45分鐘后取出，用去離子水洗滌干凈。重復(fù)以上操作一次后，將蠶絲烘干、剪碎。
稱取上述處理后的蠶絲12g溶解于100mL濃度為10mol/L的LiBr溶液中，配成濃度為12％的絲蛋白溶液。將此絲蛋白溶液裝入透析袋中，用濃度為20％的聚乙二醇(分子量＝20,000)水溶液透析72小時(shí)后，得到濃度為35％的再生絲蛋白水溶液。
實(shí)施例2將蠶絲浸入0.5％的Na2CO3溶液中，以浸沒蠶絲為準(zhǔn)，攪拌煮沸30分鐘后取出，用去離子水洗滌干凈。重復(fù)以上操作兩次后，將蠶絲烘干、剪碎。
稱取上述處理后的蠶絲10g溶解于100mL濃度為9.5mol/L的LiBr溶液中，配成濃度為10％的絲蛋白溶液。將此絲蛋白溶液裝入透析袋中，先用純水透析72小時(shí)后，再用濃度為10％的聚乙二醇(分子量＝20,000)水溶液透析24小時(shí)，得到濃度為13％的再生絲蛋白水溶液。
實(shí)施例3將蠶絲浸入1.0％的NaHCO3溶液中，以浸沒蠶絲為準(zhǔn)，攪拌煮沸25分鐘后取出，用去離子水洗滌干凈。重復(fù)以上操作兩次后，將蠶絲烘干、剪碎。
稱取上述處理后的蠶絲11g溶解于100mL濃度為9.7mol/L的LiBr溶液中，配成濃度為11％的絲蛋白溶液。將此絲蛋白溶液裝入透析袋中，用濃度為15％的聚環(huán)氧乙烷(分子量＝30,000)水溶液透析96小時(shí)后，得到濃度為26％的再生絲蛋白水溶液。
實(shí)施例4將廢絲浸入2％的Na2CO3溶液中，以浸沒蠶絲為準(zhǔn)，攪拌煮沸45分鐘后取出，用去離子水洗滌干凈。重復(fù)以上操作一次后，將蠶絲烘干、剪碎。
稱取上述處理后的蠶絲10g溶解于100mL濃度為9.5mol/L的LiBr溶液中，配成濃度為10％的絲蛋白溶液。將此絲蛋白溶液裝入透析袋中，先用純水透析48小時(shí)后，再用濃度為8％的聚乙烯醇(分子量＝90,000)水溶液透析48小時(shí)，得到濃度為10％的再生絲蛋白水溶液實(shí)施例5將廢絲浸入1.5％的NaHCO3溶液中，以浸沒蠶絲為準(zhǔn)，攪拌煮沸20分鐘后取出，用去離子水洗滌干凈。重復(fù)以上操作兩次后，將蠶絲烘干、剪碎。
稱取上述處理后的蠶絲11g溶解于100mL濃度為9.7mol/L的LiBr溶液中，配成濃度為11％的絲蛋白溶液。將此絲蛋白溶液裝入透析袋中，用濃度為45％的聚乙烯吡咯烷酮(分子量＝8,000)水溶液透析48小時(shí)后，得到濃度為20％的再生絲蛋白水溶液。
權(quán)利要求
1.一種再生絲蛋白水溶液的制備方法，其特征在于將溶解在高濃度無(wú)機(jī)鹽溶液中的絲蛋白用水溶性聚合物的水溶液進(jìn)行透析；聚合物的分子量為6,000~100,000；聚合物水溶液的濃度為5~50％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于水溶性聚合物為聚乙二醇、聚環(huán)氧乙烷、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮之一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于用聚合物水溶液對(duì)絲蛋白透析的方式為將絲蛋白溶液倒入透析袋中或放在透析膜的一側(cè)，然后用水溶性聚合物溶液進(jìn)行透析，整個(gè)透析過(guò)程為48~96小時(shí)，更換透析液10~20次。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于用聚合物水溶液對(duì)絲蛋白透析的方式為將絲蛋白溶液倒入透析袋中或放在透析膜的一側(cè)，先用純水透析24~48小時(shí)，更換透析液5~10次，然后再用水溶性聚合物溶液透析24~48小時(shí)，更換透析液5~10次。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1~4所述的制備方法獲得的再生絲蛋白水溶液，其特征在于濃度為5~40％，水溶液中絲蛋白的構(gòu)象以無(wú)規(guī)線團(tuán)為主。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的再生絲蛋白水溶液，其特征在于濃度為10~35％。
全文摘要
本發(fā)明為一種高濃度再生絲蛋白水溶液及其制備方法。絲蛋白是一種非常有用的天然高分子材料，由于蠶絲本身不溶于水，因此需要將蠶絲溶解于某些特定溶劑，然后用透析的方法除去溶劑中的小分子物質(zhì)，從而得到再生絲蛋白水溶液。傳統(tǒng)用純水進(jìn)行透析的方法得到的再生絲蛋白水溶液濃度較低，一般不超過(guò)5％，且在常溫下(0～40℃)難以保存，極易發(fā)生凝聚。本發(fā)明采用水溶性聚合物的水溶液來(lái)對(duì)其進(jìn)行透析，可以明顯提高再生絲蛋白水溶液的濃度，最高可以達(dá)到40％；同時(shí)，再生絲蛋白水溶液在兩個(gè)月內(nèi)可以保持穩(wěn)定。
文檔編號(hào)D01F13/00GK1483866SQ0314220
公開日2004年3月24日 申請(qǐng)日期2003年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月9日
發(fā)明者陳新, 邵正中, 周麗, 陳 新 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)