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丝绸 2024年第8期61卷 70-79页

作者：王亚非吴韶华陈韶娟丁洪亮冯震王亭忠青岛大学纺织服装学院青岛266071 威海汉泰汉麻纤维科技有限公司山东威海264200

汉麻纤维是近年来备受关注的具有较高比刚度和强度的天然纤维,其韧皮纤维具有生物可降解性,且在汽车工业、结构复合材料、制浆和纺织等领域具有广阔的应用前景。文章对汉麻纤维的物理、化学、生物和综合脱胶工艺的优缺点,以及汉麻纤维... 详细信息

汉麻纤维是近年来备受关注的具有较高比刚度和强度的天然纤维,其韧皮纤维具有生物可降解性,且在汽车工业、结构复合材料、制浆和纺织等领域具有广阔的应用前景。文章对汉麻纤维的物理、化学、生物和综合脱胶工艺的优缺点,以及汉麻纤维脱胶工艺的最新研究进展进行了梳理和分析。研究认为:物理脱胶法适用于预处理及后处理;化学脱胶法需要与其他方法联合以减少环境污染及能源损耗,其是目前工业化脱胶最主要的手段;有机溶剂、电化学及微波法等新型脱胶方法尚处于探究阶段,很难应用于生产实践;生物脱胶法可有效降低能耗和环境污染,且对纤维的损伤小,具有广阔的发展前景。

关键词：汉麻纤维脱胶工艺化学脱胶生物脱胶联合脱胶绿色脱胶

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汉麻纤维特点及其脱胶进展

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丝绸 2023年第8期60卷 73-81页

作者：马菁霞孟超然傅佳佳沈根江南大学纺织科学与工程学院江苏无锡214122

汉麻纤维是天然纤维的一种,其织物具有清凉透气、抗紫外线、消除静电、天然抑菌及吸音消波等优良性能,被广泛用于医疗、军事及民用纺织领域。文章分析了汉麻纤维的形态结构和化学成分,总结了化学脱胶、生物脱胶、物理脱胶及联合脱胶方... 详细信息

汉麻纤维是天然纤维的一种,其织物具有清凉透气、抗紫外线、消除静电、天然抑菌及吸音消波等优良性能,被广泛用于医疗、军事及民用纺织领域。文章分析了汉麻纤维的形态结构和化学成分,总结了化学脱胶、生物脱胶、物理脱胶及联合脱胶方法制备汉麻纤维的优缺点,并提出采用新型氧化脱胶、有机溶剂脱胶与联合脱胶法可以在保证纤维质量的同时减轻环境污染。研究认为,汉麻脱胶技术应当在低能耗、高效率及绿色环保的方向上开展深入研究;以物理脱胶为辅,结合生物酶处理,并减少化学试剂的用量。

关键词：汉麻纤维脱胶方法联合脱胶绿色脱胶

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丝胶蛋白的回收、分子量层级分离及其应用研究

丝胶蛋白的回收、分子量层级分离及其应用研究

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作者：徐智伟苏州大学

学位级别：硕士

丝胶有丰富的氨基酸和抗氧化以及保湿的功能,更是不可多得的天然蛋白生物材料。目前工业上蚕丝脱胶仍需使用大量酸、碱等化学试剂,不加以处理的脱胶废水对环境有着严重影响,且丝胶的流失是一种极大的资源浪费。丝胶的分子量范围分布较广... 详细信息

丝胶有丰富的氨基酸和抗氧化以及保湿的功能,更是不可多得的天然蛋白生物材料。目前工业上蚕丝脱胶仍需使用大量酸、碱等化学试剂,不加以处理的脱胶废水对环境有着严重影响,且丝胶的流失是一种极大的资源浪费。丝胶的分子量范围分布较广,不同分子量的丝胶具有不同的应用价值。如何将丝胶高效回收以及高值化再利用对于避免环境污染减轻资源再生成本具有重要意义。本文使用无化学试剂添加的超声波辅助高温高压脱胶的绿色脱胶方法,以练减率为指标从脱胶时间、脱胶温度、超声波处理时间三个方面探讨脱胶最优工艺。在最优工艺下,蚕茧练减率可达到31.8%,得到的丝胶纯度为96.23%,超声波辅助高温高压具有更高的脱胶效率,且主要为高分子量丝胶(35 kDa～238 kDa)。将100℃～130℃下得到的丝胶按分子量分布范围进行层级分离,分离为大于30 kDa的高分子量丝胶(HMSS)与小于30kDa的低分子量丝胶(LMSS)两个部分,并对两者凝胶性能的差异进行了探讨。分离的HMSS与LMSS溶液均表现出剪切变稀现象,且同浓度的HMSS溶液粘度远高于LMSS,剪切变稀现象更为明显。15%浓度的HMSS在2 h内可形成具有一定强度的凝胶,4 h完全凝胶,且具有较高的凝胶强度。分别将5%、10%、15%浓度的HMSS与15%浓度的改性明胶(GelMA)等体积混合,在紫外光下聚合制备HMSS/GelMA复合水凝胶,并对凝胶进行了红外光谱、形貌分析、孔隙率、吸液膨胀性能以及流变性能等相关表征。HMSS/GelMA在15 min即可完成交联,形成复合凝胶,复合凝胶的孔隙率可达61.54%,压缩强度达到60kPa。在流变性能方面,HMSS/GelMA水凝胶在高剪切速率下均表现出较高的储能模量(>1800Pa),并且在恒定剪切速率下,表现出更稳定的状态。表明本课题所制备的HMSS/GelMA复合水凝胶的力学性能适用于体内多种组织的修复与再生。

关键词：丝胶绿色脱胶分子量层级分离复合水凝胶

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家蚕丝胶蛋白的分层绿色制备、理化特性与体外生物活性及其应用于生物墨水的探索

家蚕丝胶蛋白的分层绿色制备、理化特性与体外生物活性及其应用于...

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作者：赵之林苏州大学

学位级别：硕士

蚕丝是家蚕(Bombyx mori)分泌的一种天然高分子蛋白,主要由丝素纤维和丝胶蛋白两部分组成。丝胶蛋白是包裹在丝素纤维外部的一种层状胶体蛋白,约占蚕丝总重的25%～30%,可以将丝素纤维粘合在一起形成牢固的茧壳结构。一般认为丝胶蛋白含... 详细信息

蚕丝是家蚕(Bombyx mori)分泌的一种天然高分子蛋白,主要由丝素纤维和丝胶蛋白两部分组成。丝胶蛋白是包裹在丝素纤维外部的一种层状胶体蛋白,约占蚕丝总重的25%～30%,可以将丝素纤维粘合在一起形成牢固的茧壳结构。一般认为丝胶蛋白含有两层或两层以上的结构,外层的丝胶蛋白由家蚕中部丝腺的前部细胞合成,内层的丝胶蛋白由家蚕中部丝腺的后部细胞合成。在丝绸产业中,丝胶蛋白会影响丝织物的光泽和手感,并影响后期印染等工艺。将蚕丝中丝胶蛋白去除的过程被称为脱胶,丝胶蛋白常随着大量的脱胶废水被排放,造成严重的环境污染和生物资源浪费。近年来,随着生物医学工程的飞速发展,丝胶蛋白因其优异的生物学性能逐渐得到了研究者的关注。丝绸文化已有千年历史,在纺织缫丝工艺中,常利用沸水、碱性溶液、酸性溶液、蛋白酶或表面活性剂等混合脱胶剂对蚕茧进行脱胶。虽然可以通过透析或膜超滤等现代工艺对脱胶溶液进行丝胶的纯化和回收,但成本过高,严重限制了其实用性。至今仍未有标准化的、实用的、绿色的蚕丝脱胶方法面世。因此,需要人们开发低成本、高效率、绿色的丝胶提取方法。在已有关于新型脱胶方法的报道中,人们大多关注脱胶方法对丝素纤维的影响,而忽视其对丝胶蛋白的回收和性能的影响。因此,本文将通过三种绿色的脱胶方法分层制备丝胶蛋白,并对三种丝胶蛋白的理化性质和体外生物学活性进行系统化的分析比较。一般剧烈的脱胶条件可以提高脱胶效率,但会造成丝胶蛋白严重降解。温和条件的脱胶效率较低,内层的丝胶蛋白难以完全去除。作者在不引入脱胶剂的条件下对丝胶采用分层制备的方法。首先,洁净茧壳通过纯水加热煮沸1 h,可获得脱胶率约12%的外层丝胶蛋白。其次,这些未完全脱胶的茧壳通过120℃高温高压水进行第二次脱胶2 h,便可获得剩余部分的内层丝胶蛋白。在本文中,通过第一次沸水脱胶得到的丝胶蛋白被称为外层丝胶蛋白(Outer layered sericin,OLS),将通过高温高压水第二次脱胶的丝胶蛋白称为内层丝胶蛋白(Innerlayered sericin,ILS)。此外,氢氧化钙[Ca(OH)2]水溶液作为一种新型的绿色脱胶剂,其获得的碱性脱胶溶液可以通过与硫酸/磷酸中和反应,使脱胶液中的钙离子生成钙盐而沉淀,此法不仅可以快速分离纯化丝胶蛋白,还可以回收钙盐循环利用,本文将此法制备的丝胶蛋白称为全丝胶(whole sericin,WS)。这三种丝胶蛋白的理化特性和体外生物学活性在本文的第一部分中做了系统地分析和研究比较。蚕丝脱胶方法会影响丝胶蛋白的分子量范围和氨基酸组成,从而影响其理化性质和生物学活性。本文中OLS、ILS和WS三种丝胶的脱胶率分别为11.4%,16.65%和28.61%。碱法制备的WS分子量最低,SDS-PAGE电泳条带主要集中在10 kDa～30 kDa,这使其在室温下具有最好的水溶解性能。OLS和ILS的分子量较大,溶解度在温度升至70℃后才会快速升高。氨基酸分析显示OLS中谷氨酸、丝氨酸和赖氨酸等极性氨基酸含量明显高于ILS。富含亲水基团的OLS表现出较强的吸湿、保湿能力,在12 h内的吸湿率超过了 12.5%,8h内的保湿率约为85%。OLS、ILS和WS的热分解温度分别约为308℃、322℃和311℃,ILS的β-折叠结构含量高于OLS,其热分解温度也比OLS高约14℃,表明ILS具有较高的稳定性,可以在自然环境中对丝素纤维起到保护作用。三种丝胶蛋白的X-射线衍射曲线均在20.8°处出现结晶峰,说明三种脱胶方法对丝胶蛋白的结晶度没有显著影响。此外,三种丝胶蛋白都具有明显的抗紫外活性,其中小分子的WS更易被人体吸收利用,具有作为化妆品原料的潜力。ABTS法和FRAP法实验结果显示三种丝胶蛋白的抗氧化能力顺序为:OLS>WS>ILS,另外20 mg/mL的OLS对大肠杆菌的抑制率可达到50%。OLS和WS的酪氨酸酶抑制曲线的 IC50 值分别为 8.67 mg/mL 和 3.49 mg/mL,10 mg/mL 的 OLS 和 WS 对 α-葡萄糖苷酶的抑制率分别达到了 65.62%和51.3%。这些结果表明,这三种丝胶在理化性能上存在一些差异,但都具有明显的抗氧化、抗紫外、抗菌、吸湿保湿、美白和体外降血糖等功能。甲基丙烯酸酐化明胶(GelMA)是生物3D打印领域中一种常用的生物墨水材料,本文通过将OLS、ILS、WS分别与GelMA混合制备三种丝胶/明胶复合型水凝胶(SS/GelMA),探索丝胶蛋白应用于生物墨水的可能性。实验结果显示这三种丝胶蛋白的添加不会影响GelMA水凝胶的可塑性,且SS/GelMA复合水凝胶的平均孔径约为150μm,其具有的三维网络结构可以满足细胞生长的需求。力学测试结果显示含有较多β-折叠结构的ILS可以将纯GelMA水凝胶的压缩强度从0.21

关键词：丝胶蛋白绿色脱胶理化性能生物学活性生物墨水

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