家蠶絲蛋白和蛹蛋白表面活性劑的特性及其生物安全性評價.pdf

1、蠶絲是由家蠶生產(chǎn)的外層被覆絲膠蛋白的高分子絲素蛋白纖維，目前主要用作繅絲工業(yè)和絲綿被加工業(yè)的原料，在繅絲工業(yè)和絲綿被加工業(yè)中存在兩種不容忽視的副產(chǎn)物—絲膠和蠶蛹。在加工過程中，產(chǎn)生的蠶蛹僅作為低附加值的禽畜飼料添加劑加以利用，而許多絲膠蛋白隨著大量繅絲湯浴和絲綿片加工的堿性廢液直接廢棄，這不僅導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境污染，還造成了蛋白質(zhì)資源的大量浪費。所以，有關(guān)絲膠蛋白的回收與蠶蛹的高附加值利用一直是業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點。
　　表面活性劑是人類

2、生活中需求量極大的日常用品，近年來各種類型的表面活性劑紛紛面市，其也是國內(nèi)外的一大研究熱點，氨基酸型陰離子表面活性劑是其中的一大熱門。
　　本文結(jié)合上述蠶絲加工工業(yè)中的需求和存在的問題，利用絲素蛋白、絲膠蛋白以及蛹蛋白為原料，經(jīng)過回收或分離、純化和降解等方法制備絲素氨基酸、絲膠氨基酸和蛹蛋白氨基酸，采用經(jīng)典的肖頓-鮑曼縮合法分別合成了具有實用價值的三種月桂?；z蛋白氨基酸鈉鹽的表面活性劑，這三種陰離子表面活性劑分別簡稱為絲素表面活

3、性劑（SFA），絲膠表面活性劑（SSA）和蛹基表面活性劑（SPA），并分別對其進(jìn)行了表面特性等方面的分析與測試。為了充分了解作為日常洗滌用品對人體的安全性，本文分別將這三種氨基酸基表面活性劑與小鼠飼料按比例混合，進(jìn)行了為期八周的小鼠生物安全性評估試驗，以分析其對小鼠的生長與發(fā)育及代謝方面的影響。
　　本文主要做了如下幾方面工作：
　　（1）絲素氨基酸、絲膠氨基酸和蛹氨基酸的制備。
　　本文利用自制的機(jī)拉生絲綿片機(jī)模擬工

4、業(yè)上機(jī)拉生絲綿片的制作流程，以100 kg家蠶雙宮繭為原料，分別加工得到了生絲綿片（絲素纖維）36 kg（烘干后）、堿性絲膠廢水約100 L、蠶蛹20 kg（干重）以及一些由繭衣或蛹襯形成的廢絲。?將這種收集到廢絲用0.2％碳酸鈉水溶液煮沸30 min，換液后重復(fù)煮沸1次，取出脫膠的絲素纖維清洗、烘干；然后，這些絲素纖維置于121 oC（0.235 MPa）高壓滅菌鍋中水解30 min，得到了淡黃色的絲素蛋白水解液，調(diào)pH至4.0，過濾

5、、純化后，噴霧干燥制成粉末后續(xù)備用。?絲膠蛋白廢液首先分別利用 PP棉（聚丙烯短纖維）和活性炭進(jìn)行粗過濾，然后利用超濾膜對其進(jìn)行超濾分離，共獲得20 L含大分子量絲膠蛋白多肽的超濾膜保留液和1 L的小分子量的超濾膜濾出液，將獲得的保留液和濾出液分別進(jìn)行噴霧干燥，最終獲得純度較高的大分子量絲膠蛋白粉末和小分子絲膠蛋白粉末備用。?將20 kg烘干后的蠶蛹先后經(jīng)過榨油機(jī)和正己烷脫脂后獲得約4 L的蠶蛹油和約16 kg的脫脂蛹粉（蠶蛹蛋白粉），

6、在125 oC（0.235 MPa）高壓滅菌鍋中水解30 min，得到蛹蛋白水解液若干，然后將蛹蛋白水解液通過 PP棉和活性炭進(jìn)行過濾，接著進(jìn)行脫酸處理。最后獲得橘紅色的蛹蛋白水解液，噴霧干燥制成的粉末用于后續(xù)表面活性劑的合成。
　?。?）表面活性劑的合成及特性分析。
　　將上述獲得的三種絲素氨基酸、絲膠氨基酸和蛹氨基酸均分別配置為20%的氨基酸溶液，pH值調(diào)至8.0-9.0。將配好后的三種氨基酸溶液分別置于配備有程序控溫儀

7、和攪拌裝置的反應(yīng)釜中，加入適量丙酮，并將反應(yīng)體系溫度控制在5 oC以內(nèi)，隨后緩慢滴加月桂酰氯，同時滴加2.0 mol/L的氫氧化鈉溶液使反應(yīng)體系pH值控制在9.0-10.0。滴加完畢后，使整個反應(yīng)溫度升至20 oC反應(yīng)4 h。待反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)混合液pH值調(diào)至1.0-2.0，呈現(xiàn)乳白色和棕紅色沉淀，即為粗產(chǎn)品。最后，將獲得的沉淀依次利用熱水與石油醚洗滌多次，將產(chǎn)物溶解于無水乙醇中，同時在55 oC下滴加氫氧化鈉的乙醇溶液使反應(yīng)溶液的p

8、H調(diào)至7.0-8.0左右，繼續(xù)在室溫下反應(yīng)30 min。在整個反應(yīng)中所用的有機(jī)溶劑均用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行濃縮回收。隨后將合成好的三種陰離子型氨基酸鈉鹽表面活性劑進(jìn)行紅外光譜分析以對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。所合成的三種月桂酰基氨基酸鈉表面活性劑的產(chǎn)率大約為78%、75%和70%。綜合三種表面活性劑的產(chǎn)率、臨界膠束濃度、最低表面張力、發(fā)泡性能和乳化能力等指標(biāo)，SFA為三種表面活性劑中最優(yōu)。
　?。?）表面活性劑的生物安全性評價。
　　將以上

9、合成的三種表面活性劑分別以不同的比例混入小鼠的正常飼料中飼喂八周，以探究表面活性劑添食對小鼠生長發(fā)育和代謝方面的影響。實驗結(jié)果表明，食用了不同比例的添食飼料組的小鼠與正常組相比有增重的現(xiàn)象；各實驗組小鼠的肝系數(shù)、腎系數(shù)與正常組相比無顯著差異，各實驗組小鼠的腹腔脂肪的質(zhì)量與正常組相比顯著增大；各實驗組小鼠的血液指標(biāo)與正常組相比無明顯差異；檢測到各實驗組小鼠的肝組織氧化酶類GSH-PX、T-AOC、T-SOD和MDA的活性與正常組相比無顯著

10、差異；各實驗組小鼠的肝臟、腎臟的病理切片無異常，通過對小鼠脂質(zhì)代謝關(guān)鍵酶 mRNA表達(dá)水平的檢測，RT-PCR分析結(jié)果顯示，三種表面活性劑分別以2.5%和5.0%添食不會刺激小鼠脂質(zhì)代謝關(guān)鍵酶基因的表達(dá)上調(diào)，可推斷表面活性劑添食不會對小鼠的消化吸收和正常代謝造成不良影響。
　　綜上所述，本文以機(jī)拉生絲綿片加工過程中的廢絲、廢液中回收的絲膠蛋白以及蠶蛹為原料，合成了三種陰離子型的氨基酸鈉鹽表面活性劑。小鼠口服添食試驗的結(jié)果充分證實這