不溶性丝素蛋白制备工艺

林周引 杨树 贾丹

摘 要

本课题要研究适合光子晶体自组装工艺的不溶性丝素蛋白。丝素蛋白在光子晶体结构生色研究这一课题中起到改善光子晶体表面规整度和结合牢度的作用，但常规丝素的自组装的耐水洗牢度较差，所以需要制备不溶性丝素以提高自组装染色后织物的耐水洗牢度。本课题首先通过蚕丝脱胶、溶解、过滤、透析等工艺提取出丝素蛋白，测试丝素蛋白的一系列性能。然后通过按丝素与聚乙烯醇溶质比为1：5的比例混合制取了不溶性丝素。

关键词

结构生色;自组装;蚕丝脱胶;不溶性丝素蛋白;聚乙烯醇

中图分类号：  R318.08                    文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.07.068

Abstract

In this paper，we will study silk fibroin which is suitable for the self-assembly process of photonic crystal structure.Silk fibroin plays an important role in improving the surface regularity and binding fastness of photonic crystals.However，the washing fastness of conventional silk fibroin self-assembly is poor，so insoluble silk fibroin needs to be prepar ed to improve the washing fastness of self-assembly dyed fabrics.First of all，silk fibroin was extracted by silk degumming， dissolution，filtration and dialysis，and a series of properties of silk fibroin were tested.Then insoluble silk fibroin was prepared by mixing silk fibroin and polyvinyl alcohol in the ratio of 1：5 and then added to self-assembly.

Key Words

Structural colouring;Self-assembly;Insoluble silk fibroin;Silk fibroin protein;Polyvinyl alcohol

目前全世界染料年产量在60万吨以上，其中有一半以上用于纺织品染色，利用率为80%-90%，剩下的作为废物排出。减少染料的使用可以帮助减少印染企业的污水排放[1]，有利于环境保护。利用光子晶体构筑结构生色[2-3]的着色方式，不会造成環境的污染，并且上染的颜色会随着外界光照等条件的改变而发生变化。研究光子晶体结构生色需要在织物表面进行自组装，为了增强自组装牢度，会在自组装溶液中加入丝素蛋白。

我国是养蚕的主要国家，丝素蛋白的应用涉及众多领域，例如，作为食品[4-5]、化妆品、医药等的添加剂，或者制成丝素蛋白-聚乙烯醇、丝素蛋白一纤维素[6]、丝素蛋白-壳聚糖、纳米二氧化钛-丝素复合膜[7]等各种合金膜等。

普通的丝素蛋白是水溶性的，而本课题要研究的适合自组装工艺的丝素蛋白，由于要符合水洗的要求，因此是不溶于水的。本文主要探索的是不溶性丝素蛋白的提取工艺，并与水溶性丝素蛋白进行了对比。

1 实验原料

本次研究所用的蚕茧是来自陕西省安康市石泉县池河镇的桑蚕丝，选用碳酸钠溶液作为实验所用的脱胶剂。本研究选用溴化锂溶液作为实验所用的溶解剂。

2 蚕丝脱胶实验

本研究采用碱脱胶法对蚕丝进行脱胶，使用0.02mol/L的碳酸钠溶液在加热温度为100℃的条件下对10g蚕丝进行多次充分的脱胶，然后进行水洗、烘干。

脱胶后的蚕丝放入烘箱中至完全干燥，用电子天平称取质量，通过计算得到本次试验的蚕丝脱胶率。

G为蚕丝烘干后的重量

H为蚕丝的脱胶率

通过10次反复试验，测得蚕丝完全干燥后的质量为8.33g，根据计算可得此次脱胶的蚕丝其脱胶率为16.7%。

随后使用48.8g的溴化锂（含8.4ml结晶水）与41.6ml的水配制成9.3mol/L的溴化锂溶液。将溴化锂溶液加热至60℃加入5g脱胶后的蚕丝进行溶解，经过透析制得普通丝素蛋白溶液。

3 SF / PVA 复合膜的制备

聚乙烯醇（PVA）是一种有机化合物，外观一般呈现白色片状、絮状或粉末状的固体，无味。将10g聚乙烯醇粉末缓慢加入200ml水中，在90℃下持续搅拌溶解2h左右直至完全溶解，最终得到质量分数为10%的溶解体系，放常温下冷却溶解液，密封备用。

溶解后得到100ml的聚乙烯醇溶液，可以计算出聚乙烯醇的质量分数为10%。

按不同质量比将丝素蛋白、PVA 溶解液混合搅拌，使二者混合均匀，然后将培养皿置于空气中自然风干，取膜后封存测试。依次制备SF与PVA质量比分别为1：3，1：5，1：7，1：9的复合膜[8]并称取质量。

将不同比例的复合膜放入适量水中，浸泡一天一夜后，加入烘箱至完全烘干，分别称取质量，计算不溶率。结果如表1所示。

由表1可知，制备丝素/聚乙烯醇复合膜，确定最佳混合比例为1：5，其不溶率为28.4%，在本次的四组实验中是最大的。

4 结论

本文以桑蚕丝为原料，经过脱胶、溶解、透析等步骤制取丝素蛋白。本次实验蚕丝的脱胶率测得为16.7%，制得的常规丝素蛋白的质量分数为3.1%。

在常规丝素蛋白中加入适量聚乙烯醇溶液形成不溶性丝素蛋白，测得不溶性丝素蛋白的质量分数为7.1%;丝素蛋白与聚乙烯醇的最适混合比为1：5，在1：5时的不溶率为28.4%。

参考文献

[1]孙德斌、汪琳.蚕丝的多功能开发与利用[J].江苏蚕业.2000⑴：1-3.

[2]S John.Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices[J].Phys.Rev.Lett，1987，58：2486-2489.

[3]Anderson TF， Richards AG. An electron microscope study of some structural colors of insects[J]. Journal of applied Physics， 1942， 13（12）：748-758.

[4]倪莉，王璋，许时婴.功能性食品配料——丝素的性质和应用[J].福州大学学报（自然科学版），2002.30（S1）：744-747.

[5]Park Kum-Ju，Jin？Hai-Hong，Hyua Chang-Kee.Antigenotoxicity of peptides produced from silk fibroin[J].Process Biochemistry，2002，38（3）：411-418.

[6]Hirano Shigehiro，Hayashi Hidemasa.Some fragrant fibres and yarns based on chitosan[J].Carbohydrate Polymers，2003.54（2）131-136.

[7]夏友谊，陈建勇.纳米二氧化钛-丝素复合膜的溶解性初探[J].蚕丝科学，2003.29（1）：102-105.

[8]王群旺，熊杰，張红萍，等.聚丁二酸丁二醇酯调控丝素蛋白超细纤维膜形貌及其力学性能[J].复合材料学报，2010，27（5）：24-28.