一種利用l-半胱氨酸再生人發(fā)角蛋白的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用L?半胱氨酸再生人發(fā)角蛋白的方法，包括：將人發(fā)纖維清洗后，脫脂，烘干，粉碎，加入到L?半胱氨酸?尿素復(fù)合液中，浴比為10:1～30:1，pH調(diào)節(jié)至10～12，密封，升溫至65～95℃，振蕩，得到人發(fā)和角蛋白的混合溶液，離心過(guò)濾，取濾液，得到人發(fā)角蛋白溶液；透析，調(diào)節(jié)pH值為4.0～4.5，至棕色角蛋白完全析出，靜置，去除上清液，冷凍，干燥，即得。本發(fā)明簡(jiǎn)單實(shí)用，采用成本較低的L?半胱氨酸溶解、醋酸沉析，制備分子量高、提取率高的角蛋白粉末。制成的角蛋白粉末可以較長(zhǎng)時(shí)間貯存，粉末可以用于創(chuàng)傷醫(yī)學(xué)，也可以選擇合適溶劑溶解角蛋白粉末，與其他聚合物進(jìn)行復(fù)合紡絲，應(yīng)用于生物工程領(lǐng)域等。
【專利說(shuō)明】
一種利用L-半胱氨酸再生人發(fā)角蛋白的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于廢棄人發(fā)的再生利用領(lǐng)域，特別涉及一種利用L-半胱氨酸再生人發(fā)角蛋白的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]廢棄人發(fā)的利用自20世紀(jì)80年代第一次作為生物材料利用起來(lái)，就引起了眾研究者的注意，由于人發(fā)生長(zhǎng)于人體，在生物組織工程領(lǐng)域引起了極大的興趣，另外黑發(fā)中含有大量黑色素，對(duì)紫外線具有強(qiáng)烈吸收，也可作為抗紫外功能添加劑。人發(fā)與其它動(dòng)物毛發(fā)如羊毛等類似，主要成分為角蛋白，其區(qū)別在于人發(fā)(約80um)相對(duì)于動(dòng)物毛(羊毛20um)直徑明顯增加，其表層大量的黑色素成分對(duì)還原劑的還原效果起著很大的阻礙作用，且在纖維中形成了黑色素蛋白。
[0003]人發(fā)角蛋白分子通過(guò)雙硫鍵、氫鍵、鹽鍵和其它鍵作用形成高度交聯(lián)的三維穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜致密性，其在一般條件下不溶解，傳統(tǒng)溶解人發(fā)角蛋白的方法是通過(guò)強(qiáng)堿、強(qiáng)酸、還原劑或氧化劑等試劑破壞蛋白質(zhì)分子的雙硫鍵或肽鍵分解成短肽，這些方法普遍存在大量無(wú)機(jī)酸、堿、還原劑，氧化劑和尿素等環(huán)境不友好試劑的排放，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的影響。L-半胱氨酸又叫巰基丙氨酸，是一種具有生理功能的氨基酸，是組成蛋白質(zhì)的20多種氨基酸中惟一具有還原性基團(tuán)巰基(-SH)的氨基酸。L-半胱氨酸有很多優(yōu)點(diǎn)，首先L-半胱氨酸，分子內(nèi)還有巰基，具有一定還原性;其次L-半胱氨酸沒有毒性，實(shí)驗(yàn)條件比較溫和，對(duì)實(shí)驗(yàn)要求較低;再次L-半胱氨酸價(jià)格便宜，來(lái)源廣泛，資源充分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種利用L-半胱氨酸快速環(huán)保且高效提取人發(fā)角蛋白的方法，且該方法可以顯著降低尿素等變性劑的使用量，操作簡(jiǎn)單，使用的藥品及設(shè)備成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn);該方法以不能直接被利用的被廢棄人發(fā)短纖維為原料，達(dá)到廢物利用最大化、高值化;制備得到的棕色固體粉末具有分子量高、提取率高等的特點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明的一種利用L-半胱氨酸再生人發(fā)角蛋白的方法，包括:
[0006](I)將人發(fā)纖維清洗后，脫脂，烘干，粉碎；
[0007](2)將步驟(I)中粉碎得到的人發(fā)5g加入到L-半胱氨酸溶液中(尿素含量為O時(shí)，為加入到L-半胱氨酸-尿素復(fù)合液中)，浴比為10:1?30:1，pH調(diào)節(jié)至10?12，密封，升溫至65?95°C，振蕩，得到人發(fā)和角蛋白的混合溶液，離心過(guò)濾，取濾液，得到人發(fā)角蛋白溶液；
[0008](3)將步驟(2)中的人發(fā)角蛋白溶液，透析，調(diào)節(jié)pH值為4.0?4.5，至棕色角蛋白完全析出，靜置，去除上清液，得析出的棕色角蛋白，冷凍，干燥，得到人發(fā)角蛋白粉末。
[0009 ]所述步驟(I)中清洗為先在H2O2和碳酸鈉的堿性溶液中清洗，然后用水清洗;其中，清洗的溫度為85-95°C，浴比為30:1?40:1 ;H202和碳酸鈉的堿性溶液中30^H2O2的濃度為4-8mL/L，純堿的濃度為5-15g/L。
[0010]所述步驟(I)中脫脂為:用乙醇-丙酮混合溶劑脫脂12?24h;其中，乙醇-丙酮混合溶劑中乙醇與丙酮的體積比為1:1?2:1;脫脂過(guò)程使用的脫脂劑浸沒人發(fā)即可。
[0011 ]所述步驟(I)中粉碎得到人發(fā)為2?5mm長(zhǎng)。
[0012]所述步驟(2)中L-半胱氨酸溶液中:L-半胱氨酸用量為10?50g/L;尿素的用量為O
?8M0
[0013]所述步驟(2)中pH調(diào)節(jié)為用NaOH溶液調(diào)節(jié)。
[0014]所述步驟(2)中振蕩為機(jī)械振蕩，時(shí)間為8?1h;離心轉(zhuǎn)速為5000?9500rpm，溫度為10?20°C，時(shí)間為l_5min。
[0015]所述步驟(3)中透析的時(shí)間為48?72h;透析時(shí)透析膜的截留分子量為8000?14000，每隔4?6h換一次去離子水。
[0016]所述步驟(3)中調(diào)節(jié)pH的方式為:攪拌條件下加入醋酸溶液。
[0017]所述步驟(3)中靜置的時(shí)間為2?3h;冷凍為:-60 °(:冰箱冷凍6?12h;干燥為:在冷凍干燥機(jī)上干燥，條件為:20?5Pa，溫度為-60 °C?-50 °C，時(shí)間為36?48h。
[0018]所述步驟(3)中得到的人發(fā)角蛋白粉末置于4°C待用。
[0019]本發(fā)明所用的角蛋白原料為固體廢棄人發(fā)，其化學(xué)機(jī)理是用還原方法切斷角蛋白分子鏈間的-S-S-鍵，在此基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH至合適值，并且選用具有強(qiáng)烈膨化作用的尿素，使蛋白大分子充分溶脹直至溶解，得到角蛋白溶液及固體，其中溶液具有的顯著特征，其固相粉末制品呈棕色，其工藝流程為:原料—氧化洗凈—粉碎—溶解—角蛋白溶液—離心，過(guò)濾—透析—沉析—冷凍干燥—角蛋白粉體。
[0020]本發(fā)明制備得到的角蛋白溶液可以用于功能整理、制膜及紡絲等，角蛋白粉末性質(zhì)穩(wěn)定，在一定條件下可以貯存較長(zhǎng)時(shí)間，可以用于創(chuàng)傷醫(yī)學(xué)，也可以與其他聚合物進(jìn)行復(fù)合紡絲，應(yīng)用于生物工程領(lǐng)域等。
[0021]有益效果
[0022]1.本發(fā)明所使用的藥品及設(shè)備成本低廉，操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；
[0023]2.本發(fā)明所使用的還原劑沒有毒性，來(lái)源廣泛，資源充分；
[0024]3.本發(fā)明所使用的尿素含量可以極大降低；
[0025]4.本發(fā)明以不能直接被利用的被廢棄人發(fā)短纖維為原料，達(dá)到廢物利用最大化、高值化；
[0026]5.本發(fā)明提取的人發(fā)角蛋白具有分子量高，提取率高等顯著特點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0028]實(shí)施例1
[0029](I)將人發(fā)在H2O2堿性溶液中洗凈，其中30%H202的濃度為8mL/L，純堿的濃度為10g/L，溫度為95°C，浴比40:1。再用乙醇-丙酮混合溶劑脫脂121!，然后將烘干后的人發(fā)粉碎;其中，清洗的溫度為85°C，浴比為30:1，脫脂過(guò)程使用的脫脂劑浸沒人發(fā)即可，乙醇-丙酮混合溶劑中乙醇與丙酮的體積比為2:1。
[0030](2)將粉碎后的人發(fā)5g加入到L-半胱氨酸-尿素復(fù)合液體中，其中浴比20:1，L_半胱氨酸用量為10g/L，尿素的用量為8M。用200g/L的NaOH調(diào)節(jié)pH值至12左右，蓋上塞子密封，升溫至75°C，機(jī)械振蕩1h后，得到人發(fā)和角蛋白的混合溶液。
[0031 ] (3)對(duì)人發(fā)和角蛋白混合溶液進(jìn)行離心，轉(zhuǎn)速為9500rmp，溫度為25°C，時(shí)間為5min，過(guò)濾，取濾液，得到人發(fā)角蛋白溶液。
[0032](4)對(duì)所得到的濾液透析72h，透析膜的截留分子量為8000?14000，每隔4-6h換一次去尚子水。
[0033](5)透析完成后，邊攪拌邊向透析液中加醋酸溶液，調(diào)節(jié)其pH至4.0?4.5，使棕色角蛋白完全析出。
[0034](6)將其靜置2h后，去除上清液，取沉淀。
[0035](7)對(duì)沉淀冷凍12h，然后進(jìn)行冷凍干燥，條件為:氣壓20Pa，溫度為_60 V，時(shí)間為36h，得到棕色角蛋白固體粉末，將其置于4°C待用。最終角蛋白分子量在1Kda以上的產(chǎn)量最高可達(dá)25.74%。
[0036]實(shí)施例2
[0037](I)將人發(fā)在H2O2堿性溶液中洗凈，其中30%H202的濃度為8mL/L，純堿的濃度為10g/L，溫度為95°C，浴比40:1。再用乙醇-丙酮混合溶劑脫脂121!，然后將烘干后的人發(fā)粉碎。其中，清洗的溫度為85°C，浴比為30:1，脫脂過(guò)程使用的脫脂劑浸沒人發(fā)即可，乙醇-丙酮混合溶劑中乙醇與丙酮的體積比為2:1。
[0038](2)將粉碎后的人發(fā)5g加入到L-半胱氨酸-尿素復(fù)合液體中，其中浴比20:1，L_半胱氨酸用量為10g/L，尿素的用量為2M。用200g/L的NaOH調(diào)節(jié)pH值至12左右，蓋上塞子密封，升溫至85°C，機(jī)械振蕩1h后，得到人發(fā)和角蛋白的混合溶液。
[0039](3)對(duì)人發(fā)和角蛋白混合溶液進(jìn)行離心，轉(zhuǎn)速為9500rmp，溫度為25 °C，時(shí)間為5min，過(guò)濾，取濾液，得到人發(fā)角蛋白溶液。
[0040](4)對(duì)所得到的濾液透析72h，透析膜的截留分子量為8000?14000，每隔4-6h換一次去尚子水。
[0041](5)透析完成后，邊攪拌邊向透析液中加醋酸溶液，調(diào)節(jié)其pH至4.0?4.5，使棕色角蛋白完全析出。
[0042](6)將其靜置2h后，去除上清液，取沉淀。
[0043](7)對(duì)沉淀冷凍12h，然后進(jìn)行冷凍干燥，氣壓15Pa，溫度為_50 V，時(shí)間為48h，得到棕色角蛋白固體粉末，將其置于4°C待用。最終角蛋白分子量在1Kda以上的產(chǎn)量最高可達(dá)38.42%。
[0044]實(shí)施例3
[0045](I)將人發(fā)在H2O2堿性溶液中洗凈，其中30%H202的濃度為8mL/L，純堿的濃度為10g/L，溫度為95°C，浴比40:1。再用乙醇-丙酮混合溶劑脫脂121!，然后將烘干后的人發(fā)粉碎。其中，清洗的溫度為85°C，浴比為30:1，脫脂過(guò)程使用的脫脂劑浸沒人發(fā)即可，乙醇-丙酮混合溶劑中乙醇與丙酮的體積比為2:1。
[0046](2)將粉碎后的人發(fā)5g加入到L-半胱氨酸-尿素復(fù)合液體中，其中浴比20:1，L_半胱氨酸用量為15g/L，尿素的用量為8M。用200g/L的NaOH調(diào)節(jié)pH值至12左右，蓋上塞子密封，升溫至85°C，機(jī)械振蕩1h后，得到人發(fā)和角蛋白的混合溶液。
[0047](3)對(duì)人發(fā)和角蛋白混合溶液進(jìn)行離心，轉(zhuǎn)速為9500rmp，溫度為25 °C，時(shí)間為5min，過(guò)濾，取濾液，得到人發(fā)角蛋白溶液。
[0048](4)對(duì)所得到的濾液透析72h，透析膜的截留分子量為8000?14000，每隔4-6h換一次去尚子水。
[0049](5)透析完成后，邊攪拌邊向透析液中加醋酸溶液，調(diào)節(jié)其pH至4.0?4.5，使棕色角蛋白完全析出。
[0050](6)將其靜置2h后，去除上清液，取沉淀。
[0051 ] (7)對(duì)沉淀冷凍12h，然后進(jìn)行冷凍干燥，氣壓1Pa，溫度為_55V，時(shí)間為42h，得到棕色角蛋白固體粉末，將其置于4°C待用。最終角蛋白分子量在1Kda以上的產(chǎn)量最高可達(dá)51.80%。
[0052]實(shí)施例4
[0053](I)將人發(fā)在H2O2堿性溶液中洗凈，其中30%H202的濃度為8mL/L，純堿的濃度為10g/L，溫度為95°C，浴比40:1。再用乙醇-丙酮混合溶劑脫脂121!，然后將烘干后的人發(fā)粉碎。其中，清洗的溫度為85°C，浴比為30:1，脫脂過(guò)程使用的脫脂劑浸沒人發(fā)即可，乙醇-丙酮混合溶劑中乙醇與丙酮的體積比為2:1。
[0054](2)將粉碎后的人發(fā)5g加入到L-半胱氨酸-尿素復(fù)合液體中，其中浴比20:1，L_半胱氨酸用量為10g/L，尿素的用量為8M。用200g/L的NaOH調(diào)節(jié)pH值至10左右，蓋上塞子密封，升溫至95°C，機(jī)械振蕩1h后，得到人發(fā)和角蛋白的混合溶液。
[0055](3)對(duì)人發(fā)和角蛋白混合溶液進(jìn)行離心，轉(zhuǎn)速為9500rmp，溫度為25 °C，時(shí)間為5min，過(guò)濾，取濾液，得到人發(fā)角蛋白溶液。
[0056](4)對(duì)所得到的濾液透析72h，透析膜的截留分子量為8000?14000，每隔4-6h換一次去尚子水。
[0057](5)透析完成后，邊攪拌邊向透析液中加醋酸溶液，調(diào)節(jié)其pH至4.0?4.5，使棕色角蛋白完全析出。
[0058](6)將其靜置2h后，去除上清液，取沉淀。
[0059](7)對(duì)沉淀冷凍12h，然后進(jìn)行冷凍干燥，氣壓5Pa，溫度為_60 V，時(shí)間為36h，得到棕色角蛋白固體粉末，將其置于4°C待用。最終角蛋白分子量在1Kda以上的產(chǎn)量最高可達(dá)12.78%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用L-半胱氨酸再生人發(fā)角蛋白的方法，包括: (1)將人發(fā)纖維清洗后，脫脂，烘干，粉碎； (2)將步驟(I)中剪碎得到的人發(fā)加入到L-半胱氨酸溶液中，浴比為1:1?30:1，pH調(diào)節(jié)至10?12，密封，升溫至65?95°C，振蕩，得到人發(fā)和角蛋白的混合溶液，離心過(guò)濾，取濾液，得到人發(fā)角蛋白溶液； (3)將步驟(2)中的人發(fā)角蛋白溶液，透析，調(diào)節(jié)pH值為4.0?4.5，至棕色角蛋白完全析出，靜置，去除上清液，冷凍，干燥，得到人發(fā)角蛋白。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用L-半胱氨酸再生人發(fā)角蛋白的方法，其特征在于，所述步驟(I)中清洗為先在H2O2和碳酸鈉的堿性溶液中清洗，然后用水清洗;其中，清洗的溫度為85-95°C，浴比為30:1?40:1 ;H202和碳酸鈉的堿性溶液中30%H202的濃度為4_8mL/L，純堿的濃度為5_15g/L。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用L-半胱氨酸再生人發(fā)角蛋白的方法，其特征在于，所述步驟(I)中脫脂為:用乙醇-丙酮混合溶劑脫脂12?24h;其中，乙醇-丙酮混合溶劑中乙醇與丙酮的體積比為1:1?2:1。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用L-半胱氨酸再生人發(fā)角蛋白的方法，其特征在于，所述步驟(2)中L-半胱氨酸溶液中:L-半胱氨酸用量為10?50g/L;尿素的用量為O?8M。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用L-半胱氨酸再生人發(fā)角蛋白的方法，其特征在于，所述步驟(2)中pH調(diào)節(jié)為用200g/L NaOH溶液調(diào)節(jié)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用L-半胱氨酸再生人發(fā)角蛋白的方法，其特征在于，所述步驟(2)中振蕩為機(jī)械振蕩，時(shí)間為8?1h;離心轉(zhuǎn)速為2500-5000rpm，溫度為10?20°C，時(shí)間為l-5min。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用L-半胱氨酸再生人發(fā)角蛋白的方法，其特征在于，所述步驟(3)中透析的時(shí)間為48?72h;透析膜的截留分子量為8000?14000。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用L-半胱氨酸再生人發(fā)角蛋白的方法，其特征在于，所述步驟(3)中調(diào)節(jié)pH的方式為:攪拌條件下加入醋酸溶液。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用L-半胱氨酸再生人發(fā)角蛋白的方法，其特征在于，所述步驟(3)中靜置的時(shí)間為2?3h;冷凍為:-60 0C冰箱冷凍6?12h;干燥為冷凍干燥，條件為:氣壓20?5Pa，溫度為-60°C?_50°C，時(shí)間為36?48h。
【文檔編號(hào)】C08H1/06GK105924654SQ201610292984
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月5日
【發(fā)明人】李戎, 朱惠惠, 吳興樂(lè)
【申請(qǐng)人】東華大學(xué)