提取角蛋白的方法及该方法提取的角蛋白与流程

本发明属于可再生资源的回收利用领域，涉及一种提取角蛋白的方法及由该方法提取的角蛋白。

背景技术：

1、随着环境问题的突出与环保意识的提高，废弃资源再利用受到重视。角蛋白废弃物成本低廉、安全且来源丰富。据估计，全球每年产生来自纺织工业的劣质毛、纺织下脚料和废旧羊毛织物等角蛋白废弃物约250万吨，是非常可观的生物质资源。

2、羊毛角蛋白含量高达95％，所含的角蛋白主要为α-螺旋结构，角蛋白结构通过一系列非共价相互作用(静电力、氢键、疏水力)和共价相互作用(二硫键)来稳定。半胱氨酸残基通过二硫键在分子链内和链间构建连接，形成三维网状结构，使角蛋白的结构致密，赋予角蛋白材料优于其它蛋白材料的机械性能和稳定性。因此，角蛋白的溶解和提取是一个困难的过程，角蛋白的大规模使用依赖于经济、高效的提取方法。

3、为了溶解天然羊毛，需要采用不同功能的溶剂以破坏蛋白质分子之间的二硫键、盐键和氢键等。根据迄今报道的方法，碱水解法和和氧化法会导致主链结构的严重破坏，得到的再生角蛋白分子量不高，这最终使随后的角蛋白产品(如生物支架、薄膜、纤维和水凝胶等)的强度降低，且其耗时长，对环境有较大污染，不符合绿色工业发展的要求(zhangj.,et al.powder technology,2013,246:356-362.)。

4、新兴的“绿色”溶剂离子液体因其无毒、无味、热稳定性好、可循环使用等优点在天然高分子溶解中受到关注，中国发明专利(公开号：cn103102695a)提供了一种直接溶解动物毛发制备再生蛋白纤维的方法，工艺流程主要为废弃的动物毛洗涤脱脂、机械粉碎、离子液体溶解、再生角蛋白溶液湿法纺丝。但是，离子液体溶解生物高分子主要是通过破坏分子间氢键实现的。角蛋白中存在大量二硫键交联，很难通过离子液体法得到线性的角蛋白大分子，且离子液体价格昂贵，不利于商业化应用。

技术实现思路

1、为了克服上述缺陷，本发明提供一种提取角蛋白的方法及通过该方法提取的角蛋白。

2、本发明提供一种提取角蛋白的方法，包括：s1，对动物毛发洗净脱脂后，粉碎形成纤维段；s2，将所述纤维段浸泡于溶解有还原剂的溶液中，所述还原剂对所述纤维段进行还原使毛发中的角蛋白的二硫键裂解；及s3，收集角蛋白溶液，使角蛋白沉淀析出。

3、根据本发明一实施方式，在所述s2步骤中，所述溶液中还包含膨化剂和表面活性剂。

4、根据本发明另一实施方式，所述还原剂选自l-半胱氨酸、亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、巯基乙酸、2-巯基乙醇、二硫苏糖醇中的一种或几种；所述尿素、硫脲、溴化锂、盐酸胍中的一种或几种；所述表面活性剂选自烷基硫酸钠、烷基磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠中的一种或几种；优选为α-烯基磺酸钠、仲烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种。

5、根据本发明另一实施方式，所述还原剂的质量为所述纤维段质量的1-20％；所述溶液中，所述膨化剂的摩尔浓度为1-15mol/l；所述溶液中，所述表面活性剂的摩尔浓度为0.01-5mol/l。

6、根据本发明另一实施方式，所述溶液的ph值为8-12；优选，ph值调节剂为醋酸、醋酸铵、柠檬酸、氢氧化钠、甲酸、甲酸铵中的一种或几种。

7、根据本发明另一实施方式，所述溶液温度为60-110℃，浸泡时间为1-5h。

8、根据本发明另一实施方式，在所述s3步骤中，经过盐析或透析将所述角蛋白析出。

9、根据本发明另一实施方式，所述盐析包括：向收集的角蛋白溶液中加入盐析液调节角蛋白溶液的ph值为4.2-4.8，析出角蛋白沉淀，所述盐析液为0.1-3mol/l中性盐溶液与0.1-3mol/l酸溶液混合溶液；优选，所述中性盐为硫酸铵、硫酸镁、硫酸钠、氯化钠、磷酸钠中的一种或几种；优选，所述酸为醋酸、柠檬酸、盐酸、甲酸中的一种或几种；所述透析包括：将收集的角蛋白溶液置于3500-7000da透析袋中，并放置于装有纯水的容器中进行透析纯化除盐，其中所述角蛋白溶液的体积与纯水的体积比是1：50-100，换水间隔时间为2-12h，换水5-10次后，回收透析袋中的截留液。

10、根据本发明另一实施方式，所述动物毛发为哺乳动物毛发；优选，山羊毛、绵羊毛、兔毛、猪毛、兔毛、骆驼毛、耗牛毛或它们的废弃毛纺织品中的一种或几种。

11、本发明还提供一种由上述方法提取的角蛋白。

12、根据本发明的一实施方式，所述角蛋白的分子量为45-60kda之间。

13、本发明的提取方法通过还原剂，破坏蛋白质分子间和蛋白质分子内的二硫键，减弱蛋白质分子间的作用力，同时不影响角蛋白主链的肽键(-conh-)结构，获得的再生角蛋白主链损伤小，分子量高。更进一步，通过添加膨化剂和表面活性剂作为辅助试剂，拆散毛发分子间氢键，减弱多肽链间的疏水作用，使角蛋白分子充分溶胀，促进还原剂向毛发内部渗透，用以提高动物毛发的溶解速率和溶解率，从而使得角蛋白的提取率高达50％以上。还原法断裂二硫键的过程是可逆的，还原得到的自由巯基(-sh)在空气中很容易被氧化，可以重新生成分子内和分子间的二硫键，使再生角蛋白产品具有较好的机械强度和形状保持能力。本发明的方法工艺流程和设备简单，适用于工业化规模生产，对环境无污染。通过该方法提取的角蛋白最大程度地保留了天然哺乳动物毛发的结构，为后续角蛋白材料的制备及性能奠定基础，可用于制备高附加值的再生材料。并且制备得到的角蛋白粉体易于储存及运输。解决现有动物毛发溶解存在的角蛋白提取率低、分子量低、角蛋白材料产品附加值低、污染环境等问题。

技术特征：

1.一种提取角蛋白的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述s2步骤中，所述溶液中还包含膨化剂和表面活性剂。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述还原剂选自l-半胱氨酸、亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、巯基乙酸、2-巯基乙醇、二硫苏糖醇中的一种或几种；

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述还原剂的质量为所述纤维段质量的1-20％；

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述溶液的ph值为8-12；优选，ph值调节剂为醋酸、醋酸铵、柠檬酸、氢氧化钠、甲酸、甲酸铵中的一种或几种。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述溶液温度为60-110℃，浸泡时间为1-5h。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述s3步骤中，经过盐析或透析将所述角蛋白析出；

8.根据权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于，所述动物毛发为哺乳动物毛发；优选，山羊毛、绵羊毛、兔毛、猪毛、兔毛、骆驼毛、耗牛毛或它们的废弃毛纺织品中的一种或几种。

9.一种由权利要求1-8任一方法提取的角蛋白。

10.根据权利要求9所述的角蛋白，其特征在于，所述角蛋白的分子量为45-60kda之间。

技术总结
本发明公开了一种提取角蛋白的方法，包括：S1，对动物毛发洗净脱脂后，粉碎形成纤维段；S2，将所述纤维段浸泡于溶解有还原剂的溶液中，所述还原剂对所述纤维段进行还原使毛发中的角蛋白的二硫键裂解；及S3，收集角蛋白溶液，使角蛋白沉淀析出。本发明还公开通过该方法提取的角蛋白。本发明的提取方法通过还原剂，破坏蛋白质分子间和蛋白质分子内的二硫键，减弱蛋白质分子间的作用力，同时不影响角蛋白主链的肽键(‑CONH‑)结构，获得的再生角蛋白主链损伤小，分子量高。还原得到的自由巯基(‑SH)在空气中很容易被氧化，可以重新生成分子内和分子间的二硫键，使再生角蛋白产品具有较好的机械强度和形状保持能力。

技术研发人员：邵元龙,张锦,朱锦,马宁,蹇木强
受保护的技术使用者：北京石墨烯研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13