[发明专利]一种以还原性溶剂分离提取天然角蛋白纤维中原纤状结构体及角蛋白溶液的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以还原性溶剂分离提取天然角蛋白纤维中原纤状结构体及角蛋白溶液的方法，属于天然纤维加工技术领域。

背景技术

羊毛是一种珍贵的天然纤维材料，但是由于天然纤维的品质存在差异，纺织加工产业在开松、梳理工序中每年都产生大量的无可纺性废弃羊毛。由于天然蛋白质纤维自身结构稳定，难于在自然条件下降解，因此，其任意丢弃会造成极大的环境污染。而羊毛是天然角蛋白材料，其蛋白质含量达90％以上，是良好的可再生材料，如将其回收利用，不但有利于环境保护，还可以开发出高附加值的产品，具有广泛的应用前景。

目前，国内外专利中均有关于角蛋白材料再生利用相关技术的报道。

欧洲专利(EP1930343)报道了一种采用还原法，并且不添加尿素等蛋白质变性剂制备水溶性角蛋白溶液和角蛋白粉末的方法。

中国专利“一种羊毛角朊蛋白及其制品的制备方法”(CN1587301)报道了一种以强极性中性助剂溶解羊毛制备角蛋白膜、粉末和块状物的方法。

中国专利“纳米羊毛乳液和粉末、其制备方法以及用途”(CN1693371)提出以碱性催化水解的方法处理羊毛、制备其蛋白乳液，并对其进行进一步分散得到纳米蛋白质乳液或干粉。

中国专利“角蛋白基产品及其生产方法”(CN1555393)在碱性条件下用硫化物溶解角蛋白，并通过烷基化部分修饰溶解的角蛋白半胱氨酸残基，获得部分修饰，部分水解的角蛋白。

以上技术均通过还原或水解等化学作用使蛋白质溶解，得到角蛋白溶液，而后通过分散、喷雾或冷冻干燥得到角蛋白粉末；通过氧化交联、铸造等方式制成膜材料以及其他角蛋白材料。所获得的角蛋白粉体均是各向同性的球状颗粒粉体，破坏了天然角蛋白动物纤维本身固有的原纤结构单元。

发明内容

本发明的目的是提供一种从天然角蛋白纤维中获得各向异性原纤状结构体和角蛋白溶液的方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种以还原性溶剂分离提取天然角蛋白纤维中原纤状结构体及角蛋白溶液的方法，其特征在于，具体步骤为：

第一步：将天然角蛋白纤维依次进行开松、除杂、清洗和干燥处理后，切断成3-6mm的纤维段，以固液比为2.5-10g/250ml浸入到含有还原剂和能够破坏蛋白质氢键的蛋白质变性剂的溶液中在50-90℃搅拌3-10h，搅拌器转速为50-500r/min；

第二步：将搅拌后所得的混合物用80-120目筛网过滤除去未反应的天然角蛋白纤维，将滤液用350-450目筛网过滤得到直径为2-4μm的原纤结构体，将滤液在15-25℃以转速3000-7000rpm离心分离0.2-1h得到直径为0.2-0.4μm的原纤状结构体和离心上清液，将得到的原纤状结构体清洗后干燥；

第三步：将第二步得到的离心上清液经透析浓缩，制得角蛋白水溶液。

进一步地，所述第一步中含有还原剂和能够破坏蛋白质氢键的蛋白质变性剂的溶液优选是通过将还原剂加入到6-10M能够破坏蛋白质氢键的蛋白质变性剂水溶液中制得，其中，所述还原剂的质量百分比浓度为7％-12％，所得溶液pH值为6.5-7.5。

所述第一步中还原剂优选为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸钾、亚硫酸氢钾或偏重亚硫酸钠。

所述第一步中能够破坏蛋白质氢键的蛋白质变性剂溶液优选为尿素、硫脲或溴化锂。

所述第一步中的天然角蛋白纤维优选为羊毛、人发、羊绒、兔毛、驼毛、马毛或牛毛。

本发明是分离和提取天然角蛋白纤维本身结构所具有的各向异性特征的原纤状结构体的方法。通过亚硫酸盐的还原作用打开二硫键交联；通过蛋白质变性剂破坏氢键、促进溶胀，使羊毛内部原纤状结构体之间结构较为疏松的基质首先受到溶胀、开键、溶解的破坏，而后在机械力作用下，实现羊毛原纤状结构体的分离。所述的角蛋白原纤状结构体为动物毛发纤维本身所具有的各向异性微结构单元，包括细胞、巨原纤和微原纤集束体，直径为0.2-4μm。

本发明从角蛋白纤维本身的结构特点出发，采用中性还原剂体系，在使羊毛发生强烈溶胀的同时，破坏其非晶区基质中的二硫键，使羊毛内部原纤状结构体之间的化学作用力和剪切模量降低，在机械作用力的辅助作用下实现原纤状结构体的相互分离。同时，还原剂的溶解抛光作用，使所获得的角蛋白原纤状结构体表面更加光滑，直径更小。由于部分角蛋白会在原纤状结构体的提取过程中溶解于还原剂中，反应后的废液中还能够提取出5-15wt％角蛋白溶液作为附加产物。该方法简单、易行、产率高；又是部分溶解分离，能耗低；且溶剂可回收率用，对环境污染小。