[发明专利]水解角蛋白的方法

说明书

本发明涉及水解角蛋白的方法，该方法包括将固态角蛋白物质在含有亚硫酸根离子的水溶液中进行预处理以形成变性的角蛋白，并用蛋白酶进行水解以形成角蛋白水解物。本发明中所述的含有角蛋白的物质是指羽毛，头发，羊毛，鬃毛、马鬃、触须，分趾蹄，和蹄。从工业意义上说，这些物质中的大多数，如羽毛和头发，其本身几乎是没有利用价值的，并且虽然在自然界中它们也可被分解，但如果这样大批量地浪费也是一个问题。

利用本发明的方法，可将角蛋白水解成动物能够利用的水解产物，水解产物中富含用作饲料的蛋白。

利用水解物可以生产给定长度的寡聚肽，它可以用作化妆品成分尤其是用于处理和清洗皮肤和头发。

人们知道，如果用物理方法进行处理，就是说，加热，例如在146℃，345kpa压力下加热30到70分钟可以促进含有角蛋白的副产品，如羽毛和头发的水解和软化。这个被称为变性的过程可引起角蛋白结构的变化，使提供给角蛋白化学性持久结构的硫桥键打开，靠酶（包括动物的消化酶）的作用可将已变性的角蛋白水解成可利用的更小的成分即肽。

该分法的弊端是部分损毁了某些氨基酸并产生了人造氨基酸如：羊毛硫氨酸，从而降低了所制造的产品的质量。

另一方面，本领域内技术人员熟知利用化学处理也可以打开硫桥键并且将蛋白质切成小的成分就是说，切割成肽。在≤2.0～4.0pH，沸点温度时处理角蛋白2～20小时可打开角蛋白的硫桥键并将蛋白质分解成多肽，寡聚肽，甚至游离氨基酸。

同样地，在强碱性范围，沸点温度或更高温度时处理2小时以上产生如上所述的同样结果。

化学处理的弊端是部分或甚至全部损毁某些氨基酸并且在水解物中产生极不均匀大小的肽。化学水解，尤其是在碱性条件下，产生可能是具有毒副作用的人造氨基酸，羊毛硫氨酸和赖氨基丙氨酸（Lysinoalanine）。

借助在温和条件下进行的角蛋白的酶促水解和必要的预处理两种方法，可获得上面描述的方法所没有的许多优点。

酶促水解要求变性的角蛋白，就是说，天然角蛋白经过这种处理其中所有或只有一部分硫桥打开，从而使蛋白水解酶或角蛋白水解酶能水解角蛋白中的肽键并将它分解成肽。

预处理即变性可以用上文中描述的物理方法即热处理，或在酸性或碱性条件下的化学方法进行，或者是在更温和条件下采用与水解相结合的其他化学方法。

在德国专利NO.2705669中描述的角蛋白酶促水解反应例子中，在水溶性混合物中处理头发和羊毛，其量约为于物质的7%，变性作用是在1.5到2.0pH，在≥80℃下至少进行4小时。然后用水洗涤含有角蛋白的物质即毛发和羊毛。

在另一个德国专利NO.3305305中，变性过程使用氧化亚硫酸分解法，其中角蛋白的胱氨酸与亚硫酸盐形成角蛋白半胱氨酸磺酸盐以及角蛋白半胱氨酸。在亚硫酸和硫代硫酸盐，例如四硫代硫酸盐存在下，上述产生的角蛋白半胱氨酸被氧化成角蛋白半胱氨酸磺酸盐。总反应如下：

Bailey &-Cole在出版物J-Biol。Chem.234，17133-1739，1959中也提供了同样的反应。正如上述专利所公开，预处理按如下方式进行：在3.5升水中用约27%NaHSO₃和约24%Na₂S₄O₆;PH＝9以及约40℃条件下处理经切割过的100g羊毛（其浓度低于3%）。处理时间是15小时。处理后用足够的水洗涤羊毛。

在温和条件下实际水解反应是在变性以及用蛋白酶冲洗后进行的。

按照德国专利NO.2705669的公开进行的水解过程，方法如下。将经过预处理的含有角蛋白的物质即毛发或羊毛混合到95升水中的混合物中（浓度约7%）。温度维持在50～55℃，pH维持在9.5。搅拌混合物。将一定量的尿素及硫酸铵加入到该混合物中。用氨水控制pH。水解时间为10到20小时。至于酶，可用芽孢杆菌蛋白酶。在完全水解后立即将混合物加热到95℃以便破坏酶活性。过滤水解产物，将溶液干燥。水解产物的平均分子量是1000到3000。