[發明專利]一種利用強堿性電解水低溫繅絲的方法

有效

• 申請號: 201210082082.X
• 申請日: 2012-03-26
• 公開（公告）號: CN102605436A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 張雨青;王元凈;伍敏暉;王海燕;朱琳
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: D01B7/04
• 分類號: D01B7/04;D01B3/00
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及一種在強堿性電解水中進行生絲加工的技術與工藝。這種強堿性電解水可以作為一種低溫的蠶繭膨潤劑和繅絲湯浴。這項技術還涉及到蠶繭膨潤劑和繅絲湯浴中低成本、綠色回收絲膠蛋白的領域。

背景技術

蠶絲是一種由家蠶生產的天然蛋白質纖維，蠶桑、絲綢產業是我國傳統的優勢產業。在世界上，具有最悠久的歷史和傳統的絲綢文化。

蠶絲纖維主要由65～75%絲素、20～30%絲膠和5%左右的蠟質、色素、糖類及雜質等組成。其中，絲素是一種結晶性的纖維蛋白，而覆蓋在其周圍的是一種膠質狀的絲膠蛋白，起到膠粘絲素纖維而加固蠶繭空間的作用，保證了家蠶的發育與變態。絲素蛋白由18種氨基酸組成，其中占近八成的氨基酸是由分子側鏈較小的、非極性的、疏水性的甘氨酸、丙氨酸和絲氨酸以3：2：1的摩爾比組成，形成一種結晶性的纖維蛋白。因此，絲素纖維具有優異的機械性能和吸、放濕性能以及柔軟、亮澤、滑爽等特性，被譽為紡織纖維的皇后。絲膠也同樣是由18種氨基酸組成，但其大多數氨基酸是由分子側鏈較大的、極性的、親水性的氨基酸等組成。因此，絲膠是一種水溶性的球狀蛋白，在熱水中特別是在堿性熱水中易膨潤和溶解。古代勞動人民早已發現蠶絲的這些特性，利用熱水使蠶繭膨潤利于繅絲、堿性熱水溶液煮繭，有利于手工絲綿兜的加工以及坯綢精練脫膠等一系列技術進行制被、制絲與織綢，為中華民族創造了蠶絲綢的輝煌。時至今日，現代蠶絲加工工業中由堿性物質組成的蠶繭淋洗劑、蠶繭膨潤劑、真絲綢精練劑等廣泛應用于絲綿被、絹紡、繅絲、真絲綢精練等加工當中。

目前，在循環式煮繭機的高溫煮繭和繅絲過程中，繭殼外層的水溶性相當好的絲膠蛋白（約占絲膠總量5％）隨繅絲而溶解在大量的繅絲溫水中，因其含量低，很難低成本回收與利用，只能隨著龐大的廢液一起排放?，F階段有條件的絲綢企業，通過微生物發酵或高溫段燒爐的方法將包括絲膠在內的沉淀物分解或灰凈，然后再通過各種手段將含絲膠工業廢水轉化為二類排放水標準。而有些企業不具備污水處理能力，由此而帶來的不僅造成嚴重的環境污染，而且造成生物資源的大量流失。

在蠶絲工業廢水中回收絲膠也有許多嘗試，其中就有酸析法、化學混凝法、有機溶劑沉淀法、離心法、超濾法、冰凍法和反滲透法等多種提取方法，一些是要在廢水中要加入化學試劑，通過酸析、化學混凝、有機溶劑沉淀的原理將絲膠蛋白與廢水分離，然后再濃縮與純化；還有一些方法雖在絲膠廢水中不需加入化學物質，主要通過物理方法將蛋白與廢液分開。如通過高速離心機的離心作用后，廢液中質量大的被甩到外圍，質量小的則留在內圍，膠體層與水層通過不同的出口分別引導出來，從而分離出絲膠。因此，在進行離心分離之前，要首先使絲膠顆粒從溶液中沉淀出來。雖然成本低，但回收效率較低，也難以實用化。所有這些方法和技術都存在最致命的弱點：無論是化學法還是物理方法回收絲膠要不是成本過高，要不就是回收效率低下，企業難以為繼。所以，至今大規模地工業化回收絲膠蛋白在全世界還沒有成功的例子。

另一方面，絲膠是一種同樣由18種氨基酸組成的球狀高分子蛋白質，在家蠶吐絲結繭時主要起到粘附絲素纖維、固定繭殼的作用。實際上，絲素纖維外面被覆的絲膠蛋白可以分成多層，研究表明，通過不同的方法可以將絲膠分成內、中、外三層（參見文獻：Wang?&?Zhang,?Advanced?Materials?Research?175-176:?158-163,?2011），分別占絲膠總量50%,?35%和15%，其氨基酸組成也相差很大，外層絲膠極性氨基酸含量最高，所以只需水煮就能溶解近一半的絲膠，中層絲膠（約35%）只能通過高溫水（120°C）處理才能去除，而內層絲膠氨基酸組成與外層差異很大，非極性氨基酸增加，極性氨基酸減少，所以內層絲膠水溶性差，只能在堿性溶液如碳酸鈉溶液才能去除。所以，通常用堿性溶液才能完全脫除絲素纖維外面的絲膠蛋白。實際上，通過堿性溶液脫膠獲得的絲膠蛋白是一種降解的肽鏈長短不一的絲膠肽混合物，甚至是含有水解產物氨基酸的絲膠肽混合物。絲膠肽分子量大小主要受到脫膠劑和脫膠條件的影響，所以脫膠劑的選擇與控制脫膠條件可以獲得實際需要的絲膠肽。大于30000?Da絲膠肽混合物常用作紡織纖維、工業用品的表面修飾劑或稱改性劑；而小于30000?Da尤其小于10000?Da絲膠肽常報道具有抗氧化、抗衰老、抗病毒、抗糖尿病、抗腫瘤以及抑制酪氨酸酶等多種活性，在日用品、保健物品和高級化妝品等方面有應用廣泛。近年，有報道高純度的絲膠蛋白可以作為動物來源的白蛋白替換劑，可避免動物病源的污染，作為細胞培養基的基質或添加劑在國外已有商業化產品出售。