机制丝绵片工艺改良与副产物回收及其氨基酸型表面活性剂的合成

【摘要】本文的研究目的是改良现有机制丝绵片的加工工艺与废水中丝蛋白的回收及副产物在氨基酸型表面活性剂方面的应用。首先，我们改良了机拉生丝绵片机的热水循环淋洗系统，在50~60°C的热循环碱性淋洗液中，将蚕茧尤其是双宫茧迅速进行机拉生丝绵片，其淋洗液在循环数次机拉生丝绵片后更换新配的碱性淋洗液；其次，改良了机拉生丝绵片的精炼工艺，在进行传统机拉生丝绵片精练工艺之前，增加了pH≥11.50强碱性电解水先进行第一次30min煮沸精炼而获得含有大量丝胶蛋白的电解水精练液；而初次精炼后的粗制丝绵片再经过第二次传统精练剂（不加碱性物质）的短时间煮沸处理，取出丝绵片用水反复漂洗、脱水和烘干后，就可以获得白净而柔软的精制丝绵片（含量约占蚕茧总重量的35~40%），可直接制作丝绵被等日用纺织品。在上述加工过程中循环数次的强碱性淋洗液与强碱性电解水精炼液合并后，先通过超滤得到滤出液与保留液，滤出液再经过纳滤，获得保留液为含有游离氨基酸与低分子量的丝胶寡聚肽（简称NR），滤出液为清水可再次用作碱性淋洗液。超滤膜的保留液主要为含有大分子量的丝胶蛋白（简称UR），将它利用木瓜蛋白酶三种不同的水解条件下进行降解后，获得高、中、低三种不同分子量范围的丝胶肽。经SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）和凝胶过滤高效液相色谱（GP-HPLC）分析表明，这三种蛋白多肽的分子量分布范围分别为0.2~60kDa、0.2~30kDa和0.2~15kDa，这些丝胶肽可广泛应用于高分子材料的表面改性剂、细胞培养基、化妆品与保健食品添加剂等。上述纳滤膜获得的保留液主要为游离氨基酸和寡聚丝胶肽（NR），经过旋转蒸发减压浓缩至浓度为20%左右，被用于氨基酸型表面活性剂的合成。这种合成的月桂酰基丝胶氨基酸钠表面活性剂（LSBS）产率大约为75%。NR和LSBS的氨基酸组成并没有非常明显的区别。LSBS的临界胶束浓度（CMC）与最低表面张力（γCMC）远低于NR。LSBS具有优良的发泡性能。LSBS与NR在油水体系中，二者对以乙酸乙酯为有机相的乳化效果要强于苯，LSBS的乳化能力远强于NR。总之，LSBS具有优良的表面活性性能。在丝绵片加工过程中获得的另一种主要副产物蚕蛹，约占全茧总量30%，本实验对其做了新的研究。首先将蚕蛹烘干、粉碎制成蛹粉，接着将其通过有机溶剂-正己烷进行抽提，抽提获得蛹油和脱脂蛹蛋白粉。随后，本文完全以这两种原料合成N-脂肪酰基氨基酸钠盐（NFAAA）表面活性剂。首先，将从蚕蛹中提取出来的蛹油水解，获得的脂肪酸与氯化亚砜反应合成脂肪酰氯。然后将这种脂肪酰氯与蛹蛋白水解物（PPH）合成反应生成N-脂肪酰基氨基酸型表面活性剂。GC-MS分析表明，蛹油水解后获得的脂肪酸主要由不饱和的亚麻酸（63.59%）和亚油酸（4.12%）与饱和的棕榈酸（25.33%）和硬脂酸（6.26%）等组成。NFAAA与PPH相比具有更低的CMC值，更好的表面张力降低能力。此外，NFAAA还具有很强的发泡性能与乳化性能。NFAAA与PPH在油水体系中，二者对以乙酸乙酯为有机相的乳化效果要强于正己烷。这种完全以蚕蛹为原料合成的氨基酸型表面活性剂与上述丝胶氨基酸型表面活性剂一样，在日用化学品特别在沐浴露、洗头膏、婴幼儿洗涤用品等有广泛的应用。本文报道的丝绵片加工工艺的改良技术、丝胶回收与可控降解技术以及利用副产物丝胶和蚕蛹合成氨基酸型阴离子表面活性剂的新技术，为中小型蚕丝加工企业特别是丝绵片加工企业提供了蚕丝业可以持续发展的综合集成技术。它不仅可以免除丝绵片加工产生的碱性含蛋白污水废液大量排放而引起环境的严重污染，而且通过膜滤技术使水循环再利用和大量丝胶蛋白回收利用成为可能。同时使用回收的丝胶蛋白和蚕蛹开发出了二种具有广泛应用前景的日化产品—氨基酸型阴离子表面活性剂。这项综合集成技术有望促进蚕桑丝绸产业的可持续发展，给蚕丝绸企业特别是丝绵被加工企业带来额外的经济效益和社会效益。
【作者】伍敏晖；
【导师】张雨青；
【作者基本信息】苏州大学，生物物理，2014，硕士
【关键词】机制丝绵片；强碱性电解水；精练；蚕蛹；氨基酸；丝胶；超滤；纳滤；表面活性剂；

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