柞蚕丝胶蛋白制备工艺优化与生物活性研究

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柞蚕丝作为我国一种天然纺织原料,享有“纤维皇后”之佳誉,它由内层丝素蛋白与外层丝胶蛋白组成,其中丝素蛋白是一种坚韧同时富有弹性的蛋白质,含量占柞蚕丝70%-80%,而丝胶蛋白是一种球状蛋白,可溶于水,含量占柞蚕丝20%-30%。由于制丝及纺织工艺需要,蚕茧需要脱胶处理。我国许多丝绵印染厂通过对蚕茧进行煮茧、缫丝、精炼、染色等操作,获取丝素蛋白并应用于服饰行业,而大量丝胶蛋白在煮茧操作中随工业废水排放。目前,我国每年约生产蚕丝20万吨,约有3-4万吨丝胶蛋白流失,全球每年约生产蚕丝40万吨,约有8万吨丝胶蛋白流失,每千克丝胶蛋白300-350元。可见,对工厂废液中丝胶蛋白的研究具有一.定经济效益。现阶段,丝胶蛋白没有得到充分重视与利用,国内外丝胶蛋白的开发均属于实验室研究阶段,缺少工业化制备丝胶蛋白技术。针对这些问题,本研究优化柞蚕丝胶蛋白制备工艺,以中试放大研究为重点,共处理2吨工业废水,打破实验室小型制备规模,为实现企业化生产提供技术支持与安全保障。本研究以柞蚕丝为实验材料,优化柞蚕丝胶蛋白制备工艺,对工厂废液及酶法脱胶液进行中试放大研究,制备工厂废液丝胶蛋白粉末及酶法脱胶丝胶蛋白粉末,进行理化指标分析(包括重金属分析、氨基酸组分分析以及卫生指标分析)与生物活性(抗氧化性,抗酪氨酸酶活性,抗紫外活性,保湿性以及体外抑癌细胞活性)研究。具体实验结果如下:1、柞蚕丝胶蛋白制备工艺优化:优化木瓜蛋白酶法脱胶工艺,模拟传统工业皂碱法脱胶工艺,以酶活力,脱胶时间,初始pH,脱胶温度为因素设计L9(34)正交试验,制备脱胶液。探析酸析法、有机溶剂法、盐析法提取脱胶液中丝胶蛋白能力大小。结果显示:传统工业皂碱法脱胶练减率为15.6%,蛋白含量14.6%,脱胶后柞蚕丝颜色暗黄,结块,拉伸时易断裂。COD为1.0×104,BOD5为1.1×103;木瓜蛋白酶法最佳脱胶工艺为酶活力7×105U、时间2h、pH8、温度75oC。在木瓜蛋白酶法最佳脱胶工艺下练减率19%,蛋白含量18.6%,脱胶后柞蚕丝白皙蓬松,具有韧性,COD为5.2×103,BOD5为9.7×102;在脱胶液提取丝胶蛋白工艺中有机溶剂法提取丝胶蛋白优于酸析法和盐析法,75%乙醇浓度提取率为69%,90%乙醇浓度提取率为75%,最终选用75%乙醇对脱胶液中丝胶蛋白进行提取。2、中试放大研究及理化指标、生物活性研究:根据工业化实际需求,利用优化后柞蚕丝胶蛋白制备工艺对丝绵印染厂工业废水与酶法脱胶液进行中试放大研究,制备工厂废液丝胶蛋白粉末与酶法脱胶丝胶蛋白粉末,制备丝胶蛋白1123g,所制备的两种丝胶蛋白均以丝氨酸,甘氨酸,天冬氨酸为主要氨基酸,总含量高达55%以上,重金属含量与卫生指标均符合国家标准。在此基础上,对两种丝胶蛋白的抗氧化活性,抗酪氨酸酶活性,抗紫外活性,保湿活性以及体外抑癌细胞能力进行评价,探究不同制备工艺对丝胶蛋白生物活性的影响。结果表明:两者DPPH自由基的清除能力,羟自由基清除能力均呈现剂量依赖效应,当浓度达到2 mg/mL时,DPPH自由基的清除能力分别为62%和74%,羟自由基清除能力分别为51%和57%,抗酪氨酸酶活性抑制率分别为18%和27%;在吸湿实验中,两者在24h内吸湿能力随时间增长呈正相关,平衡后吸湿率均为26%左右。在保湿试验中,两种丝胶蛋白保湿能力在前2小时内均在80%以上,当达到平衡后,两者保湿能力为40%;工厂废液丝胶蛋白在波长287nm产生最大吸收峰,吸光度值为0.612,SPF为4.43;酶法脱胶丝胶蛋白在波长287nm产生最大吸收峰,吸光度值为0.906,SPF为9.40,两者均具有良好抗UVA与UVB作用;对胃癌细胞(823)的最佳抑瘤率分别48%和51%,对肝癌细胞(HepG2)的最佳抑瘤率分别59%和62%。在两种丝胶蛋白生物活性能力比较中,酶法脱胶丝胶蛋白的抗氧化、抗酪氨酸酶、抗紫外活性明显好于工厂废液丝胶蛋白,而保湿性、体外抑制癌细胞能力相仿。综上所述,本研究针对丝胶蛋白利用率低等问题,优化柞蚕丝胶蛋白制备工艺,进行中试放大研究,评价丝胶蛋白生物活性,不仅解决了环境污染,污水处理等问题,同时将丝胶蛋白作为资源极大开发利用,为其功能性食品,保健型医疗以及化妆品、功能性材料等新工业领域进一步应用提供安全保障与理论依据,对增加经济效益与实现丝胶蛋白附加值具有深远意义。
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