蚕丝蛋白制备工艺研究
丝素蛋白提取工艺

丝素蛋白提取工艺
丝素蛋白是一种从蚕丝中提取的天然高分子纤维蛋白,具有优异的功能和生物相容性。
工艺如下:
准备原料:将蚕茧或下脚茧丝在沸水中脱胶,得到丝素纤维。
将丝素纤维溶入乙醇溶液中,两者固液比为1:20,调节pH值为8.2-8.7,静置60-150min,然后过滤得到滤液。
将滤液调节pH值为5.8-6.4,静置70-120min后,以转速3500-5000r/min离心15-25min,得到丝素蛋白粗提取物。
取蛋白粗提取物加入去离子水,调节pH为8.2-8.7,加入24份碱性蛋白酶,在温度45-55℃酶解24h。
随后在温度85-95℃下灭酶10-20min得到酶解液。
将酶解液继续减压浓缩至原溶液的8-15%,在温度25℃冷冻干燥,粉碎后即可得到所述丝素蛋白粉。
这种提取工艺简单、安全、有效,所得丝素蛋白具有较高的纯度和生物活性,可用于制备人工器官、生物材料、药物载体等。
需要注意的是,该工艺仅为其中一种方法,具体实施时可能需要根据实际情况进行调整和优化。
蚕丝蛋白制备工艺

蚕丝蛋白的分子结构中含有大量的氨基酸残基,这些残基可以与多种物质发生相互 作用,为其在生物医学领域的应用提供了广泛的可能性。
蚕丝蛋白的应用领域
生物医学材料
蚕丝蛋白可以用于制备人工皮 肤、手术缝合线、药物载体等
生物医学材料。
复合工艺
复合材料的选择
根据应用需求,选择适合的基材和增强材方法,将基材和增 强材料结合在一起,形成复合材料。
热处理和加工
对复合材料进行热处理和加工,如固化、切 割、打磨等,以满足应用需求。
性能检测与评价
对复合材料的性能进行检测和评价,确保其 满足使用要求。
洗涤
用清水反复冲洗,进一步去除残留的 杂质和化学试剂。
脱色和脱盐
脱色
采用氧化剂或吸附剂去除溶液中的色素,使蚕丝蛋白更加洁白。
脱盐
通过离子交换或透析等方法去除溶液中的盐分,提高蚕丝蛋白的纯度。
03
蚕丝蛋白的纯化工艺
沉淀法
盐析法
利用高浓度的盐溶液使蛋白质发生沉淀,再通过离心、过滤等方法将沉淀物与溶 液分离,达到纯化目的。
06
蚕丝蛋白制备工艺的应用和发 展前景
在医疗领域的应用
生物材料
蚕丝蛋白具有优良的生物 相容性和可降解性,可用 于制作医疗植入物、人工 器官等生物材料。
药物载体
蚕丝蛋白可以作为药物载 体,用于药物传递系统, 提高药物的靶向性和生物 利用度。
止血材料
蚕丝蛋白中含有多种活性 成分,具有止血、抗炎等 作用,可用于制作止血敷 料、绷带等医疗用品。
蚕丝蛋白制备工艺
汇报人:文小库 2024-01-06
目录
蚕丝蛋白的制备及其应用前景

蚕丝蛋白的制备及其应用前景蚕丝蛋白,是指由蚕蛹组织中提取的一种蛋白质。
它具有优秀的生物学特性,比如生物相容性、生物降解性等,因此在医疗、化妆品、纺织等领域都有广泛的应用前景。
本文将探讨目前蚕丝蛋白的制备技术以及未来的应用前景。
一、蚕丝蛋白的制备技术蚕丝蛋白的制备技术已经相对成熟。
一般是通过提取自然蚕丝或者人工培育蚕蛹获取,然后通过化学或物理方法分离纯化出蚕丝蛋白。
目前最常用的制备方法是采用氢氧化钠/硫酸或者草酸解丝法从自然蚕丝中提取蚕丝蛋白。
以氢氧化钠/硫酸法为例,可以将蚕丝蛋白分离出来,然后用乙醇反应生成蚕丝蛋白纤维素。
而这样制备的蚕丝蛋白具有较好的生物相容性和生物降解性。
值得一提的是,近年来,科学家们通过基因工程技术成功制备出蚕丝蛋白基因工程菌株,使蚕丝蛋白的生产规模得以大幅提升。
二、应用前景1. 医疗蚕丝蛋白的生物相容性和生物降解性是其在医疗领域被广泛关注的主要原因。
它可以制成止血纱布、可吸收缝线、人工血管等医用材料,已经在临床应用中得到验证。
2. 化妆品蚕丝蛋白具有优异的保湿能力以及较高的渗透性,可以作为化妆品中一种理想的活性成分。
近年来,有不少化妆品品牌推出含有蚕丝蛋白的产品,成为市场上备受追捧的商品。
3. 纺织蚕丝蛋白纤维的性能很好,具有优异的抗菌性、透气性和柔轻舒适的触感。
因此,它可以用于纺织品的生产,比如生产高档的服装、床上用品等。
4. 食品人工培育的蚕蛹是一种食用佳品,而蚕蛹中主要的蛋白质成分就是蚕丝蛋白。
近年来,中国的蚕蛹产业快速发展,蚕蛹制品也在外销中越来越受到国际市场的欢迎。
因此,蚕丝蛋白的应用前景在食品领域也十分广阔。
三、结语目前,蚕丝蛋白已经成为一种备受关注的新型材料,它的制备技术也在不断改进和完善。
未来,随着技术的进一步提升,蚕丝蛋白的应用领域也会逐渐拓展,带来更多的商业机会和社会效益。
一种丝素蛋白的制备方法

一种丝素蛋白的制备方法引言丝素蛋白是一种具有广泛应用前景的生物材料,它具有出色的力学性能、生物相容性和生物可降解性。
丝素蛋白的制备方法对于其在医学、纺织品、食品等领域的应用具有重要意义。
本文将介绍一种基于生物法提取和纯化的丝素蛋白制备方法。
实验步骤1. 丝素蛋白原料的准备:选择新鲜的蚕茧作为丝素蛋白的原料。
将蚕茧洗净并晾干。
2. 蚕茧脱胶:将蚕茧浸泡在去离子水中,用微波加热或酶法处理蚕茧,将蚕丝蛋白分离出来。
采用酶法时,可以选择较为常用的硫酸盐酶法。
3. 过滤和沉淀:将分离得到的丝素蛋白溶液进行过滤,以去除杂质。
然后使用浓度适宜的醋酸沉淀蛋白质。
4. 洗涤和干燥:将沉淀物用去离子水进行洗涤,以去除残留的醋酸。
洗涤完成后,在通风干燥的条件下将丝素蛋白沉淀干燥。
5. 纯化:采用凝胶过滤、离子交换、透析等技术进行丝素蛋白的纯化。
通过这些步骤可以去除掉蛋白溶液中的杂质,提高丝素蛋白的纯度。
6. 蛋白定量:采用Lowry法、Bradford法或Biuret法等蛋白定量方法,确定丝素蛋白的浓度。
7. 可选择性修饰:根据需要,可以对丝素蛋白进行一定的化学修饰,如酯化、甲酰化等,以增强其特定性质。
8. 储存条件:将制备好的丝素蛋白储存在干燥、低温的环境中,以保持其稳定性和活性。
结果与讨论本制备方法采用了生物法提取丝素蛋白,相较于传统的化学提取方法,具有无毒性、低成本、环境友好等优点。
制备出的丝素蛋白纯度较高,且力学性能良好,能够满足不同领域的需求。
结论本实验成功地展示了一种基于生物法提取和纯化的丝素蛋白制备方法。
通过合理的实验操作步骤,蚕茧中的丝素蛋白可以被高效地提取和纯化,为丝素蛋白的应用研究提供了可行的方法。
参考文献1. Kundu, B. et al. Silk proteins for biomedical applications: Bioengineering perspectives. Progress in Polymer Science, 59, 153-193 (2016).2. Nurkeeva, Z. S. et al. Technology of silk fibroin powder production as obtained from silkworm cocoons. International Journal of Biological Macromolecules, 113, 50-56 (2018).3. Vijayavenkataraman, S. et al. Versatile applications of silk fibroin-based biomaterials for biomedical engineering. Biosensors and Bioelectronics, 141, 111478 (2019).。
蚕丝蛋白的合成及其仿生学应用的研究

蚕丝蛋白的合成及其仿生学应用的研究蚕丝蛋白是一种独特的天然蛋白质,在世界范围内有着广泛的应用价值。
其优异的物理化学性质和天然的生物相容性,赋予了其分别在医药、纺织、生物材料、电子等领域中的广泛应用。
本文将探讨蚕丝蛋白的合成及其仿生学应用的研究。
一、蚕丝蛋白的合成1.1 蚕丝蛋白的基础结构蚕丝蛋白是昆虫丝绸蛋白家族中唯一成纤维蛋白质,是由6种不同的丝素蛋白单体组成。
其中,丝素Ⅰ和Ⅱ是构成丝蛋白的重要组成部分。
在丝绸蛋白基因中,6种丝素蛋白基因分别编码了对应的丝素蛋白单体。
1.2 蚕丝蛋白的合成途径蚕丝蛋白的合成来源于蚕的蚕茧,主要以嫩茧为原料。
其产生的主要过程是经过松脱、热处理、碱性脱皮和酸性漂白等工艺步骤后,将蚕茧纤维的丝蛋白分离出来,再通过化学或生物合成方法将其转化为蚕丝蛋白。
二、蚕丝蛋白的仿生学应用2.1 蚕丝蛋白在医学领域的应用①仿生医学:由于蚕丝蛋白具有良好的生物相容性和水解性等特点,被广泛应用于仿生医学领域,如修复组织、修复器官等。
②药物增效:蚕丝蛋白是一种优异的药物载体,可以被用来增加药物的生物分布、延长药物的持续时间。
③伤口敷料:蚕丝蛋白具有良好的抗氧化性和抗菌性,适合用于伤口敷料等医用纺织品中。
2.2 蚕丝蛋白在纺织领域的应用①高档纺织品:蚕丝蛋白具有天然的闪光、柔软、透气、吸湿等特性,被广泛用于高档纺织品领域。
②功能性纺织品:蚕丝蛋白的优异物理化学性质使其可以被用于生产各类功能性纺织品,如保温、保湿等。
③医用纺织品:蚕丝蛋白的抗菌性、生物相容性和机械性能等特点使其适合用于医用纺织品中。
2.3 蚕丝蛋白在材料领域的应用①生物材料:蚕丝蛋白具有良好的生物相容性、弹性、耐久性等特点,可以被用于生产生物材料,如心脏修复材料、骨修复材料等。
②电子材料:蚕丝蛋白的特殊物化性质使其可以被用于电子材料领域中,如液晶显示器、太阳能电池等方面。
③环境友好材料:蚕丝蛋白是一种天然的、环保的材料,在制造过程中没有产生任何有害废气和废弃物,可以被广泛应用于环保方面。
蚕丝蛋白制备方法的研究

蚕丝蛋白制备方法的研究近年来,蚕丝蛋白的研究受到了越来越多的关注。
由于它的优异物理性能,蚕丝蛋白在医学、服装、消费品、纤维等行业中的应用正在不断扩大。
蚕丝蛋白的可溶性,有机饱和度,生物基底,机械性能等性能指标有着很高的要求,因此制备蚕丝蛋白的方法已成为当今研究领域中一个热门话题。
蚕丝蛋白可以分为保守型和非保守型。
保守性蚕丝蛋白在翻译前,蛋白质的结构会受原始基因所限制,是不变的;而非保守性蚕丝蛋白则在翻译后,其结构可以由原始基因调节,因此较为复杂。
在研究蚕丝蛋白制备方法的时候,就要考虑它的特性,分别采用不同的做法来制备。
常见的蚕丝蛋白制备方法有蒸馏法、萃取法、溶剂交换法等。
蒸馏法是一种简单、有效的蚕丝蛋白制备方法,它的基本原理是通过蒸气使蚕丝蛋白从水体中沉淀出来,并利用各种技术手段来改善其溶解度。
萃取法也是一种常用的蚕丝蛋白制备方法,它需要利用溶剂来提取蚕丝蛋白,并可以通过添加不同的离子产生相互结合的效果来改善其溶解度。
溶剂交换法是一种蚕丝蛋白的分离和提取技术,它需要将蚕丝蛋白与一种溶质解离,之后通过溶质替换完成。
蚕丝蛋白制备方法要根据实验条件和蛋白质的特性来确定。
例如,如果蛋白质的缓冲温度较高,则可以采用蒸馏法。
如果缓冲溶液中有大量的阴离子,可以考虑使用萃取法。
而如果需要对蛋白质进行质谱分析,则可以采用溶剂交换法。
另外,在制备蚕丝蛋白的过程中,还可以考虑使用毛细管电泳技术的纯化方法。
毛细管电泳技术能够有效的提取蛋白质,快速完成纯化。
毛细管电泳技术具有高效,低成本,精密,稳定性好等优势,因此在制备蚕丝蛋白中为科学家们提供了另一种解决方案。
综上所述,蚕丝蛋白的制备方法有蒸馏法、萃取法、溶剂交换法和毛细管电泳技术四大类,根据实验条件和蛋白质的特性,可以采取最合适的制备方法。
蚕丝蛋白有着广泛的应用,其制备方法的研究对于促进蚕丝蛋白的应用具有重要的意义。
经过这些年蚕丝蛋白制备方法的开发,目前已经有许多研究成果可供参考,但该领域仍存在许多未知因素,有待进一步研究。
蚕丝蛋白材料制备与性能优化研究

蚕丝蛋白材料制备与性能优化研究蚕丝蛋白作为一种天然高分子材料,在医药、生物技术、材料科学等领域有着广泛的应用前景。
其优良的生物相容性、生物可降解性、低免疫原性等特性使其成为一种理想的材料候选者。
然而,由于蚕丝蛋白在自然环境中长期暴露的情况下,容易受到生物降解和老化的影响,降低了其在实际应用中的稳定性和可靠性。
这为蚕丝蛋白材料的制备与性能优化研究提出了新的挑战。
蚕丝蛋白的制备是通过蚕丝的加工和提取来实现的。
以往的研究中,蚕丝蛋白大多采用化学方法提取。
但是这种方法产生的蚕丝蛋白含有一些化学物质残留,如甲醛、亚硝酸盐等。
这些物质会严重影响其生物相容性与生物可降解性。
因此,寻找一种无毒、高效、接近自然环境的提取方法就变得尤为重要。
近年来,有学者利用基因工程技术、生物发酵技术等方法提高蚕丝蛋白的产量和品质,实现了从基因组到蛋白质的系统优化。
同时,还有学者通过合成法合成了一些人工蚕丝蛋白蛋白质,比如基于富含氨基酸序列的多肽的蛋白质,从而实现了对蛋白质结构和性质的精确控制。
这些新技术不仅解决了传统制备方法的一些缺陷,而且为蚕丝蛋白的性能优化提供了更广阔的空间。
在蚕丝蛋白的性能优化研究中,我们需要关注的是其力学性能、光学性能、生物降解性能等方面。
其中,力学性能是制备蚕丝蛋白材料的基础性能,也是其应用的最重要的性能指标。
我们可以通过改变蚕丝蛋白材料的各种制备条件,如提取方法、加工干燥方式、交联处理等,来改善其力学性能。
例如,在交联处理中,选择适当的交联剂、比例和交联时间,可以形成更优秀的网络结构,从而使材料的力学性能得到有效提高。
而在光学性能方面,可以通过控制其多孔结构和孔隙大小等来调节其折射率、透明度等性能。
此外,生物降解性能也是极其重要的一个方面。
这方面的研究需要特别关注蚕丝蛋白在不同温度、水分和微生物环境下降解的情况,以及其对人体和环境的安全性等方面的评价。
在蚕丝蛋白材料的应用领域中,制备不同形态和性质的蚕丝蛋白材料则成为了一项重要的任务。
蚕丝蛋白合成和应用的研究

蚕丝蛋白合成和应用的研究蚕丝蛋白是指蚕丝蛾幼虫所分泌的蛋白质,具有优良的物理、化学性质和生物活性,是一种非常重要的天然蛋白质资源。
蚕丝蛋白与其它蛋白质相比,不仅具有材料学上的优异性能,而且对生命科学也有很重要的应用价值。
如何利用现代科技对蚕丝蛋白进行研究和应用,已成为当前一个热门的领域。
一、蚕丝蛋白合成的研究蚕丝蛋白是一种由6种蛋白质组成的复合蛋白质,分别为丝素、五组合素I、五组合素Ⅱ、黄柔蛋白、粘液蛋白和黏附蛋白。
这些蛋白质通常由蚕丝蛾幼虫前肠腺的特化细胞分泌合成的,经过腺管、腺管通道、钉孔、气门等多道工序加工后被封存在蚕丝的两端,构成蚕丝长丝,由此形成了蚕丝的特级质。
随着现代分子生物学研究技术的飞速发展,越来越多的科学家开始关注蚕丝蛋白的合成和结构。
科学家在研究蚕丝蛋白合成机理和结构的基础上,对蚕丝蛋白结构、形态、功能等方面做了大量的研究。
研究成果表明,蚕丝蛋白通常有很多天然的构象和可变的结构,使其可以在不同的环境下呈现出不同的物理、化学性质。
二、蚕丝蛋白的应用蚕丝蛋白具有优异的物理力学性质,和许多生物相似的物理和生物活性,已成为各个领域中的研究热点之一。
下面就介绍几个应用领域:1.医学领域蚕丝蛋白具有优异的生物相容性、缩合性和吸附性等老化特点,因此可以被广泛地应用于生物医学领域。
例如,可以制成一种能够加速血管新生的人工血管。
人工血管的创新设计可以通过多种方式处理蚕丝蛋白,以实现生物医学应用中的多种功能,包括骨骼修复材料、心肌修复材料等。
2.工程材料领域由于蚕丝蛋白拥有非常优异的性质,除了医学领域外,工程材料领域也可以利用蚕丝蛋白的优异性质来加强材料的力学性能和附着性能。
其中,一些蚕丝蛋白工程材料已经在航空航天、建筑、电子和乐器制造等多个领域得到广泛应用。
例如,蚕丝蛋白被用作电子产品配色材料,通过利用蚕丝原材料的优异性质,可以有效提升产品品质和使用寿命。
3.美容化妆品领域蚕丝蛋白具有天然的保湿、滋润肌肤的特性,因此被广泛地应用于美容化妆品领域。
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综述论文蚕丝蛋白制备工艺研究学院(系、部):实验课程名称:班级名称:学生姓名:学生学号:目录蚕丝蛋白制备工艺研究 (4)1、蚕丝及其成分性质的组成 (5)1.1丝素 (5)1.2丝胶 (6)2、蚕丝蛋白的结构 (7)3、蚕丝的应用 (7)3.1共混纺丝 (8)3.2酶的固定化和生物传感器 (8)3.3智能性水凝胶 (8)4、实验 (8)4.1蚕丝结构及其水解原理 (8)4.2主要材料及仪器 (8)4.3分离提取过程 (8)5、结果及讨论 (9)5.1 pH值对蚕丝水解液收率的影响(图1) (9)5.2水质对水解液的影响(图2) (9)5.3设备对丝蛋白水解液质量的影响(图3) (10)5.4贮存方式对丝蛋白水解液质量的影响 (10)5.5样品分析 (10)6、结论 (11)3蚕丝蛋白制备工艺研究【摘要】:植桑养蚕是我国一些地区的传统产业,在养蚕过程中得到大量的蚕茧。
20世纪80年代初以来,对蚕茧开始进行深度加工的研究,其中含有丰富的丝胶、丝素、多肽蛋白等成分在食品和医药工业中有广泛的用途。
为了合理利用蚕茧资源,本论文主要研究了提取丝胶的新工艺,以指导工业生产。
即以蚕丝为原料,在碱性条件下加热水解提取了蚕丝蛋白。
其优化的提取条件为:温度90~96℃、pH值11~12、水解时间3~4h。
【关键字】:蚕丝丝胶丝素蛋白【引言】:蚕丝是一种高蛋白纤维,富含18种氨基酸]1[,且其结构与人体皮肤相似。
经水解后的丝蛋白相对分子量减小、渗透力增强,可加速细胞的新陈代谢,使肌肤富有光泽、增加弹性。
同时具有很好的保湿、抗皱、润肤、抑制黑色素的生成及防止化学损害的作用。
将蚕丝水解液作营养添加剂加入化妆品中,能让肌肤感觉清爽自然,另外,蚕丝蛋白可以废茧丝作为原料,成本低廉,不含生理活性成分,来源充足]2[。
因此,将蚕丝蛋白提取分离并应用于化妆品行业已成为国内外普遍研究的课题,并已达到了实用化程度。
此外,蚕丝水解液在医疗保健、美容、食品、酶工程等方面也具有广阔的应用前景。
丝胶是球状蛋白,可从下茧,废丝中经高温脱胶,浓缩,干燥制得,也可从丝绸制造厂家排放的废水中大量提取,丝胶二级结构主要以无规卷曲结构为主和部分β构象,含有74.61%的极性侧链氨基酸,丝胶具有良好的吸放湿性能,抗氧化性,营养及保健功能,可用作合成纤维的涤层材料,化妆品和食品的添加剂,还可在医药,固定化酶载体,高分子材料和水泥浆添国剂等方面被开发利用,回收利用丝胶,对保护环境和增加经济效益具有重要意义。
天然蚕丝由丝素和被覆在其外部的胶质物质两部分组成,前者是蚕丝蛋白的主要成分,约占总重量70%,后者主要是丝胶蛋白,占总重量的25%,其余约5%是杂质部分,主要包括碳水化合物、色素、盐和蜡质等。
丝素和丝胶蛋白均由18种氨基酸组成,但氨基酸组成完全不同。
丝素蛋白中包含的l8种氨基酸以甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸为主,极性氨基酸仅占18%左右。
这种丝素蛋白作为人工皮肤和医用组织工程材料正在研究与开发。
而丝胶蛋白的氨基酸组成则不同,极性氨基酸占多数,且以丝氨酸和天冬氨酸为主,非极性氨基酸只占22%。
目前,丝胶蛋白已在高级化妆品、医用生物材料和表面活性改性材料等方面得到广泛应用。
丝胶蛋白的广泛应用主要归功于它所具有的多种生物活性,主要包括抗氧化、美白、促进细胞有丝分裂和增殖、作为细胞培养的基质、促进微量元素吸收、抗紫外线、防癌等。
在上述生物活性的试验中所用的丝胶蛋白样品,有的是利用碳酸钠、中性皂等水溶液煮沸而获得的脱胶液,经过24-48 h水透析而获得的丝胶溶液及其冻干粉作为试验材料,这种纯化处理并不能保证试验样品是单一的丝胶蛋白,也就是说,可能吸附在丝胶蛋白上的一些茧层小分子物质特别是具有生物活性的黄酮类物质没有完全被除去。
还有些试验用丝胶样品是用普通水或高温高压水处理后获得的脱胶液,直接干燥制成的丝胶肽及其水解物作为试验样品,这些样品中也含有黄酮类物质。
目前市场上用于化妆品、护肤品和护发品等领域的丝胶粉末,大多是从茧壳或茧衣脱胶后经过酶解,没有经过进一步的纯化就直接喷雾干燥制成,同样,这些产品中仍可能含有黄酮类物质。
目前已有报道彩色茧的茧层中含有叶黄素、一胡萝卜素等活性物质,新开发的家蚕荧光判性蚕茧品种的茧层中含有多种紫色荧光色素和黄色荧光色素,特别是大造茧层中含有许多黄酮类色素,这些物质都具有诸多生物活性。
由于研究人员用的蚕茧品种、丝胶制备与纯化方法各不相同,很难比较和确定丝胶蛋白哪些成分具有真正的生物活性。
因此,本试验4使用了5种蚕茧品种(普通蚕茧、金黄茧、荧光判性雌雄蚕茧和大造茧),利用高温高压水脱胶的方法,制成水溶性丝胶蛋白溶液,经过酒精反复沉淀来制备纯化的丝胶蛋白样品,以确保完全除去茧层上某些小分子物质,最后分别测定5种纯化丝胶样品的体外生物活性。
1、蚕丝及其成分性质的组成国内外学者对蚕丝蛋白结构进行许多研究和探讨,但由于蚕丝蛋白结构的复杂性而后易变性,致使研究结果互不相同,甚至相差很大。
蚕丝中蛋白含量高达98%以上,主要是由两条丝素和周转覆盖的丝胶两部分组成]3[。
根据资料调查]4[,蚕丝的组成,含有丝素70%~80%,丝胶20~30%,乙醚浸出物0.4%~0.6%,酒精浸出物1.2%~3.3%,矿物质1.0%~1.7%。
丝素的氨基酸组成和丝胶有一定差别,以蚕丝中丝素和丝胶的氨基酸组成为例,见表1.1 1.1丝素丝素又称丝心,是蚕丝的主体部分,是具有结晶结构的蛋白质,有18种氨基酸组成,其中7%左右为人体所必需的8种必需氨基酸。
丝素的氨基酸组成结构简单,并且组成多肽分子后分子问容易敛集,所以有一定结晶性,其结晶度在50%左右。
丝素中极性侧基约占29.5%,非极性占70.5%,两者比为O.42,而丝胶中两者比为2.91,两者差别较大,这也是丝胶易溶于水而丝素不溶于水且具有一定强度的根本原因。
其中侧基为简单的甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸约占总数的85%,三者摩尔比为4:3:1,并且按一定的序列结构排列成较为规则的链段。
这些链段大多位于丝素蛋白的结晶区域,而带有较大侧基的苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸等主要存在于非结晶区域。
丝素中蛋白的构象主要以无规则线团为主,还有少量。
-β转角、-α螺旋等,其分子量普遍认为在3.6~3.7×范围。
在水中只发生膨胀而不溶解,亦不溶于乙醇。
图1. 1 蚕丝中丝素和丝胶的氨基酸组成名称丝素丝胶甘氨酸丙氨酸亮氨酸异亮氨酸苯丙氨酸蛋氨酸色氨酸脯氨酸胱氨酸丝氨酸苏氨酸天门冬氨酸谷氨酸组氨酸赖氨酸精氨酸41.8727.030.320.310.660.70.60.340.312.450.581.231.290.360.711.8313.754.90.80.911.070.870.51.40.233.318.71919.623.251.910.873.58长期以来,人们认为其分子是以Gly-Ala-Gly-Ala-Gly-X(X是包含Ser残基的其他的氨基酸残基)的氨基酸排列顺序的重复构造为主体的一根长链分子。
但近几年来随着丝素蛋白分5子生物学研究的进展,已认识到丝素蛋白是由大小两个多肽链通过二硫键缔合而成,大的叫重链(H链),小的叫轻链(L链)。
H链是由结晶区和非结晶区段交互排列构成,其亲水区域中存在的2个Cys残基与L链亲水区域中的Cys残基通过极性基团的相互作用而靠近,并最终缔合β折叠结构的相互在一起。
在特定的处理条件下,丝素蛋白分子会发生无规则卷曲结构与-转变,其形态可相应的表现为纤维状、粉状、膜状、凝胶状以及溶液状,而且这些形态之间可相互转变。
丝素不溶于酒精、乙醚、二硫化碳等溶剂之中,也不溶于水。
但水溶剂对丝素不是没有作用的,丝素也和其他蛋白质一样,与水接触,能吸收一定量的水分而膨化,其膨化度一般不超过30%~40%。
其次在一些中性盐如氯化钠、硝酸钠的稀溶液中,也能产生与水同样的膨化作用。
在另一些盐,如钙和矽的氯化盐、溴化盐、硝酸盐氯化锌等浓热溶液中,几分钟内就完全熔化。
丝肽是丝素蛋白水解的中间产物,丝素水解可采用酸法、碱法以及酶法得到丝肽。
丝肽的氨基酸组成与蚕丝中的丝素组成基本相同,主要是由Cly、Ala、Ser、Try组成,这4种氨基酸含量总和占其氨基酸总量的88.4%,这是丝素多肽氨基酸组成的特征,其分子构象为无规则卷曲结构,且无序疏松结构。
丝肽中含有多种氨基酸,其中人体所必需的八种氨基酸几乎全有,其含量约占氨基酸总量15%左右,而丝肽具有水溶性,极易被人体吸收,特别是丝肽组成中的Ser、Lys、Asp、Arg、Glu都是皮肤的营养要素。
丝肽分子量分布在300~20000一个很广的范围,由于丝肽多肽链比丝素要短的多,所以其分子量亦必然要比丝素小。
控制蚕丝的水解程度,可得到不同分子量的丝肽。
丝肽分子量在300左右,其水溶性最好,分子量在2000以下,其水溶性良好,当丝肽分子量最高达400~5000,丝肽基本上以大分子聚合肽的形态出现,水溶性较差,放置稳定性亦随之变差。
另外平均分子量低于1000的丝肽,味道可口,可直接食用,而分子质量在lOO~5000的丝肽具有良好的保湿性、分散性和溶解性,用于冰淇淋中具有很好的起泡性、持泡能力和保香性,并使口感良好。
高纯度的丝肽在冷水中的溶解度非常大,而丝素只在水中发生膨润而不溶解,其主要原因是由于丝肽与丝素的分子构象不同所引起的。
从圆色光谱分析来看,丝肽分子以无规则卷β折叠为主。
两者构象不同的原因是丝肽的制曲结构为主,而丝素分子的构象为反平行的-得必须要用强极性的浓盐溶液溶解丝素,在溶剂溶解丝素过程,在数量众多强极性离子的强烈的水化作用下,水分子不仅能进行丝素的非结晶区,而且还能进入结晶区,削弱了多肽链间的范德华力,溶剂化的作用还可以用丝素大分子的多肽链部分发生断烈,这些强极性的浓度溶液使丝素发生无限膨润而成粘稠溶液,同时又破坏了丝素紧密有序的聚集态结构,使之变为疏松无序结构。
1.2丝胶被覆丝素外层的是丝胶,丝胶在蚕体内对丝素的流动起润滑剂作用,在茧丝中对丝素起到保护和胶粘作用,约占茧层质量的30%。
除含少量蜡质、碳水化合物、色素和无机成分外,主要成分为丝胶蛋白,丝胶是一种球状蛋白,相对分子质量为1.4~31.4万,其中Ser、Alp、Gly含量较高,相对质量分别达到33.4%、16.17%和13.49%。
丝胶的2级结构以无规则卷曲α螺旋结构,故丝胶分子空间结构松散、无序。
为主,并含部分-β构象,几乎不含-在丝胶的氨基酸组成中含大量的丝氨酸、苏氨酸、天冬氨酸等羟基和羧基的氨基酸,因此丝胶表现出较好的水溶性和吸水性,可在水中膨润溶解。
将溶于水的丝胶在自然条件下放置,可得到可逆性的丝胶凝胶。
在液胶向凝胶转化的过程中,伴随着部分无规卷曲向构象的不可逆转化,凝胶强度与凝胶的浓度呈正比。