一种富含甘氨酸的胶原多肽及由其制备的甲醛清除剂的制作方法

本发明属于功能多肽技术领域，具体涉及一种富含甘氨酸的胶原多肽及由其制备的甲醛清除剂。

背景技术：

近年来，随着科学社会的发展以及人民生活水平的提高，人们越发重视各种健康问题。人们一生中生活、学习以及工作的主要环境是室内，因此，室内环境的好坏直接影响人们的身体健康，然而室内大幅度使用的装饰、装修材料控制不严，缺乏统一的标准是造成的室内空气污染的主要来源，严重威胁人们健康。甲醛是室内空气污染的主要顽敌，具有长达3至15年之久持续释放的特性，主要来源于装饰材料人造木板。甲醛对皮肤黏膜具有刺激、致敏作用可引起头痛、眼痛、过敏性皮炎、色斑、支气管哮喘等，甚至对人体具有致癌作用，可引起鼻咽肿瘤等，严重危害人们的身体健康。

环境污染的治理是世界难题，针对室内环保问题，国内外对此进行了大量研究以及市场上涌现了很多针对性产品，但大多数只能短期控制，无法达到长期有效的去除。目前除甲醛技术主要有活性炭吸附技术，纳米钛光催化技术以及化学络合技术。活性炭吸附是一种物理吸附，一定时间后填料会达到饱和，使用效率比较低，而且基本无法达到全室净化的效果，一般只能净化室内的一个角落。纳米钛光催化技术是一种利用光线照射纳米颗粒，使其释放出强氧化电子破坏甲醛的结构，从而达到去除效果，但是，由于室内光线不足，降解甲醛的效果不好；另外，由于灰尘覆盖在纳米材料表面，导致除甲醛效果失效快；再者，纳米材料制备复杂，应用成本比较高。化学络合技术是一种利用有效分子物质与甲醛进行反应，生成另一种物质从而达到净化空气的目的。化学络合技术采用化学甲醛清除剂，例如硫脲、磺胺酸、酰氨类等，此类甲醛清除剂容易造成二次污染、有效期短、持久性差，存在一定安全性问题。因此，开发高效、长效、安全性的除甲醛材料已成为室内除甲醛和空气净化行业急需解决的问题。

目前，已有研究利用氨基酸与甲醛反应生成羟甲基衍生物的原理，制成处理甲醛的氨基酸型除甲醛材料，具有无毒、无味、无二次性污染等特点(王嵬,杨立平,仪淑敏,李颖畅,励建荣,李春.9种氨基酸对甲醛捕获能力的研究[J].氨基酸和生物资源,2015,37(02):10-13；任龙芳,王学川.蛋白类甲醛捕获剂除醛效果的对比研究[J].皮革科学与工程,2010,20(04):15-17；李杨.一种添加氨基酸去除甲醛的硅藻泥涂料[P].CN105236834A,2016-01-13；张跃,严生虎,刘建武,沈介发.以氨基酸为甲醛捕捉剂生产的脲醛树脂胶及其制备方法[P].CN102585130A,2012-07-18)。如郑希以氨基酸为净化活性组分，将氨基酸负载在净化载体上，制成处理甲醛的吸附净化材料，比较了不同净化材料的净化效果(郑希.基于氨基酸的甲醛吸附净化材料制备及净化效果研究[D].昆明理工大学,2010；郑希.氨基酸型甲醛吸附材料制备及净化效果研究[J].四川环境,2017,36(01):1-5)。胡默言等人发明一种氨基酸型甲醛清除剂及其制备方法，主要成分为氨基酸、渗透剂和保水剂等(胡默言,崔国士,赵红英.一种氨基酸型甲醛清除剂及其制备方法[P].CN10 1007203,2007-08-01)。但是，在郑希研究中，以单一氨基酸作为活性组分的除甲醛效果有限，而胡默言等人的发明中仍存在渗透剂和保水剂等化学成分，存在一定安全隐患。

我国是世界淡水鱼生产大国，罗非鱼是淡水鱼主要的鱼种，罗非鱼加工时会产生大量的鱼鳞、鱼皮等废弃物，可占整鱼重量的40-60％，而鱼鳞、鱼皮中含有丰富的胶原蛋白，其水解物中富含甘氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸等多种活性氨基酸(王玮,丁建乐,房金岑.罗非鱼产业标准化现状及分析[J].上海海洋大学学报,2012,21(06):976-981；陈胜军,李来好,杨贤庆,吴燕燕,郝淑贤,岑剑伟,戚勃,邓建朝.罗非鱼综合加工利用与质量安全控制技术研究进展[J].南方水产科学,2011,7(04):85-90；袁永明,袁媛,代云云,贺艳辉,张红燕.2013年罗非鱼产业生产现状及发展趋势分析[J].中国渔业经济,2014,32(01):149-156；夏光华,申铉日,蔡锦红,徐克寒,张诚.三酶法制备罗非鱼鱼皮胶原蛋白抗氧化肽及活性研究[J].食品科学,2012,33(23):175-179；张宁.利用罗非鱼下脚料生产抗菌营养复合型活性肽的工艺研究[D].广东海洋大学,2016；Liu J,Zhang B,Song S,Ma M,Si S,et al.Bovine Collagen Peptides Compounds Promote the Proliferation and Differentiation of MC3T3-E1Pre-Osteoblasts[J].PLoS ONE,2014,9(6):e99920；Hye Kyung Kim,Myung-Gyou Kim,Kang-Hyun Leem.Osteogenic Activity of Collagen Peptide via ERK/MAPK Pathway Mediated Boosting of Collagen Synthesis and Its Therapeutic Efficacy in Osteoporotic Bone by Back-Scattered Electron Imaging and Microarchitecture Analysis[J].Molecules 2013,18,15474-15489)，但目前以此为原料制备除甲醛产品的研究暂未发现。

技术实现要素：

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种富含甘氨酸的胶原多肽的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的富含甘氨酸的胶原多肽。

本发明的再一目的在于提供一种由上述富含甘氨酸的胶原多肽制备的甲醛清除剂。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种富含甘氨酸的胶原多肽的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)将罗非鱼废弃物剪碎后用碱溶液浸泡除去杂蛋白，水洗至中性，再加入酸溶液浸泡，水洗至中性，得到清洗后的罗非鱼废弃物；

(2)将步骤(1)所得清洗后的罗非鱼废弃物与水混合，40～60℃恒温提取8～15h，离心，所得上清液冷冻干燥，得到罗非鱼胶原蛋白；

(3)将步骤(2)所得胶原蛋白用蛋白酶酶解，酶解pH为7.5～8.5，酶解温度为45～60℃，酶解时间为1～5h，酶解完成后加热灭酶，冷却至室温，离心，得到罗非鱼胶原蛋白酶解上清液；

(4)将步骤(3)所得罗非鱼胶原蛋白酶解上清液经不同截留分子量的超滤膜进行分级，冷冻干燥，得到不同分子量的胶原多肽。

优选地，步骤(1)中所述罗非鱼废弃物包括罗非鱼鱼皮、鱼鳞和鱼骨中的至少一种组分。

优选地，步骤(1)中所述碱溶液是指0.8mmol/L的NaOH溶液；所述的酸溶液是指0.6wt.％HCl溶液。

优选地，步骤(2)中所述清洗后的罗非鱼废弃物与水混合的料液比为1:(10～20)g/mL。

优选地，步骤(2)和步骤(3)中所述的离心是指在10000r/min的转速下离心20min。

优选地，步骤(3)中所述酶解过程中胶原蛋白的浓度为10wt.％，所述蛋白酶的浓度为0.5～10wt.％。

优选地，步骤(4)中所述不同截留分子量的超滤膜是指截留分子量分别为1kDa、3kDa和5kDa的超滤膜；分级，冷冻干燥后分别得到分子量为MW<1kDa、1kDa<MW<3kDa，3kDa<MW<5kDa，MW>5kDa的胶原多肽。

一种富含甘氨酸的胶原多肽，通过上述方法制备得到。

一种由上述富含甘氨酸的胶原多肽制备的甲醛清除剂，由上述胶原多肽与植物多酚类化合物和去离子水组成。

优选地，所述植物多酚类化合物是指苹果多酚、葡萄多酚和茶叶多酚中的至少一种。

优选地，所述甲醛清除剂中各组分的质量百分含量为：胶原多肽5％～15％，植物多酚类化合物2％～10％。

本发明的原理为：基于曼尼希反应原理，利用富含甘氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸的胶原蛋白水解物中的氨基，并结合植物多酚化合物的羟基，在常温下与甲醛进行聚合反应，生成稳定无毒害作用的曼氏碱，达到有效的除甲醛目的。曼尼希反应机理一般认为先由胺和醛反应，即醛上的羰基质子化，胺对羰基发生亲核加成，去质子，氮上的电子转移脱去水，得到N-羟甲基胺中间体，然后其作为亲电试剂进攻含活泼氢化合物的烯醇型结构，失去质子，得到稳定的曼氏碱产物以及水，反应机理如图1所示。此外，由于胶原多肽与多酚类化合物与甲醛发生聚合反应，在喷洒的家具等物体的表面，干燥后形成一层微米级胶体薄膜，能够长期与甲醛作用，阻止其释放，达到长期去除甲醛的效果。

相对于现有技术，本发明具有如下优点及有益效果：

(1)本发明以罗非鱼的鱼皮和鱼鳞等废弃物为原料，通过酶法水解制备具有去除甲醛功能的胶原多肽，实现废弃物的高值化。

(2)本发明制备富含甘氨酸(甘氨酸含量大于15％)的胶原多肽，分子量远高于氨基酸，粘度大于氨基酸，容易形成薄膜。

(3)本发明产品为富含甘氨酸的胶原多肽，并结合植物多酚类化合物，与甲醛高效快速地发生曼尼希反应，生成稳定、无毒害的曼氏碱和水，喷洒在超标8-15倍的家具等物体表面(国家标准0.1mg/m³)，10分钟甲醛去除率达到95％以上，达到快速、高效、安全除甲醛的目的。

(4)本发明获得的富含甘氨酸的胶原多肽，与植物多酚结合，制备高效去除甲醛的生物产品，干燥后，在家具等物体表面能够形成一层2-10微米的胶体薄膜，抑制甲醛的进一步释放，在3个月内，维持甲醛去除率95％以上，达到长期去除甲醛的效果，解决了目前去除甲醛产品的效果反弹和有效期短的问题。

(5)本发明所使用的胶原多肽和植物多酚均为可食用材料，解决了目前除甲醛产品的二次污染和安全性等问题。

(6)本发明原料丰富、经济环保、生产安全，便于大规模生产。

附图说明

图1为本发明甲醛清除反应机理图。

图2为本发明实施例5的甲醛清除剂在三个月的除甲醛测试结果图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例的一种富含甘氨酸的胶原多肽的制备方法，具体制备步骤如下：

(1)将罗非鱼皮用去离子水清洗干净后将其剪成1×1cm大小的碎片，然后把鱼皮碎片加入到100mL三角瓶中，加入0.8mmol/L NaOH溶液(鱼皮:溶液＝1:7，g/mL)，浸泡2h，以除去杂蛋白，再用去离子水，反复冲洗至中性。加入0.6wt.％HCl，浸泡1h(鱼皮:溶液＝1:7，g/mL)，而后用去离子水反复冲洗至中性，得到清洗后的鱼皮。

(2)加入无菌水与清洗后的鱼皮混合，料液比为1:15(g/mL)，40～60℃恒温提取12h，然后离心(10000r/min，20min)，所得上清液冷冻干燥，即为胶原蛋白。

(3)用蛋白酶酶解胶原蛋白，胶原蛋白底物浓度为10wt.％，酶浓度为2wt.％，在50℃、pH 7.5下酶解2h，酶解后沸水中加热15min灭酶，冷却至室温，酶解液10000r/min离心20min，得到罗非鱼胶原蛋白酶解上清液。

(4)将罗非鱼胶原蛋白酶解上清液经截留分子量为1kDa、3kDa和5kDa的超滤膜进行分级，得到MW<1kDa、1kDa<MW<3kDa，3kDa<MW<5kDa，MW>5kDa四部分酶解液，取酶解液浓缩并进行冷冻干燥得到不同分子量的胶原多肽。

采用日立L-8900全自动氨基酸分析仪进行甘氨酸含量的测定，以上四部分酶解液甘氨酸含量分别为17.1％，19.2％，15.8％和15.4％。

氨基酸分析方法如下：

称取一定量的多肽试样，精确到0.0001g。在水解管中加入6mol/L盐酸10mL，加入4滴苯酚。将水解管放到冰水混合物中，放置5min后接到真空泵的上抽真空，充入高纯氮气。反复4次，至水解管完全在氮气状态下封口。将封口的水解管置于110℃的恒温干燥箱内，水解24h后，取出冷却。将水解液定容至50mL容量瓶内，吸取1mL于5mL容量瓶中，在50℃下干燥，残留物用2mL水溶解后，再干燥反复。最后蒸干，用1mL pH2.2的柠檬酸钠缓冲液溶解，待用。准确吸取0.200mL混合氨基酸标准液，用pH 2.2的柠檬酸钠缓冲液稀释到5mL，用氨基酸自动分析仪以外标法测定试样中氨基酸含量。

本实施例所得胶原多肽的甲醛清除效果测试：

分别取本实施例所得分子量为MW<1kDa、1kDa<MW<3kDa，3kDa<MW<5kDa，MW>5kDa的胶原蛋白肽，以去离子水为溶剂，配制10wt.％的蛋白多肽溶液。利用泰宜康甲醛检测仪检测甲醛含量。喷涂甲醛清除剂前把检测仪放到甲醛严重超标的抽屉内，采样检测甲醛含量，然后将甲醛清除剂喷涂于抽屉内壁四个面和外壁三个面，5h后再次采样检测甲醛含量，甲醛的去除率＝(初始浓度-试样浓度)×100％/初始浓度，测试结果见表1。

表1不同分子量胶原多肽甲醛清除剂清除效果

表1结果表明，不同分子量的胶原多肽除甲醛效果不同，最好效果为分子量1kDa<MW<3kDa的胶原蛋白肽，除醛率达94.2％。

实施例2

本实施例的一种甲醛清除剂，其组成为：以去离子水为溶剂，含8wt.％实施例1所得分子量为1kDa<MW<3kDa的胶原多肽，2wt.％苹果多酚(商业购买)。

实施例3

本实施例的一种甲醛清除剂，其组成为：以去离子水为溶剂，含10wt.％实施例1所得分子量为1kDa<MW<3kDa的胶原多肽，2wt.％红葡萄多酚(商业购买)。

实施例4

本实施例的一种甲醛清除剂，其组成为：以去离子水为溶剂，含10wt.％实施例1所得分子量为1kDa<MW<3kDa的胶原多肽，5wt.％茶多酚(商业购买)。

实施例5

本实施例的一种甲醛清除剂，其组成为：以去离子水为溶剂，含14wt.％实施例1所得分子量为1kDa<MW<3kDa的胶原多肽，10wt.％苹果多酚(商业购买)。

对比例1

本对比例的一种甲醛清除剂，其组成为：以去离子水为溶剂，含10wt.％甘氨酸。

对比例2

本对比例的一种甲醛清除剂，其组成为：以去离子水为溶剂，含10wt.％大豆多肽。

按实施例1的方法对以上实施例2～5及对比例1～2的甲醛清除剂进行甲醛清除效果测试，结果如表2所示。

表2甲醛清除剂清除效果

如表2结果可知，对照组单纯甘氨酸甲醛清除剂的除醛率仅有77.6％，大豆多肽除醛率为84.1％，低于本发明胶原蛋白肽除醛剂的最低清除率90.0％，而通过本发明所得胶原多肽与植物多酚类化合物复配后具有更一步提高的除甲醛能力。

本发明实施例5的甲醛清除剂在三个月的除甲醛测试结果如图2所示。由图2可见，本发明的产品具有高效以及长效性，其在10min内甲醛去除率达95％以上，15min内能达到100％的清除率，处理后甲醛含量低于国家安全标准(0.1mg/m³)。且能在三个月内保持清除效果，在第90天检测除醛率仍保持在95％以上。这是因为本发明所得胶原多肽富含甘氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸，并结合植物多酚类化合物，干燥后形成一层胶体薄膜(将本发明的甲醛清除剂喷于玻璃表面，观察及利用数显测厚仪测量干燥后膜表面情况，经数显测厚仪可知单纯玻璃厚度为3.753mm，加上薄膜的厚度为3.760mm，可知膜的厚度为0.007mm，即尺度测量为2-10微米的薄膜)，此薄膜能够长期持续的与甲醛作用，阻止其释放，达到长期去除甲醛的效果。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。