絲膠的特性及其應(yīng)用

楊祖鳳，余衛(wèi)華，楊曉瑜，李瓊秀

(四川省絲綢科學(xué)研究院，四川 成都 610031)

絲膠的特性及其應(yīng)用

楊祖鳳，余衛(wèi)華，楊曉瑜，李瓊秀

(四川省絲綢科學(xué)研究院，四川 成都 610031)

介紹了絲膠的主要成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和主要性質(zhì)，綜述了絲膠在美容、護(hù)膚、醫(yī)學(xué)、紡織品整理及食品等領(lǐng)域的開發(fā)利用,以及用絲膠蛋白為主要原料研制爽膚營養(yǎng)水系列和消毒護(hù)手液的可能性。

絲膠蛋白；改性；透濕性；抗氧化性；應(yīng)用

繭絲主要由絲素和絲膠構(gòu)成，絲素在內(nèi)，絲膠包覆于絲素外層，對絲素起保護(hù)作用和粘膠作用。絲素是一種纖維蛋白質(zhì)，不易溶于水，約占繭絲的70%～80%；絲膠是一種球狀蛋白質(zhì)，在高溫下可溶于水，約占繭絲的20%～30%。作為天然紡織原料，人們更側(cè)重于對繭絲及其綜合應(yīng)用的研究，而對絲膠的研究不多，大量絲膠在繅絲的過程中隨制絲廢水排走，絲膠流失率達(dá)10%左右，這樣既造成天然資源極大的浪費(fèi)，又對生態(tài)環(huán)境造成一定的影響。本文本著節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的理念，綜述了絲膠的一些特性、功能和開發(fā)利用，以及以絲膠為主、輔以其他成分研制爽膚營養(yǎng)水系和消毒護(hù)手水系列的可能性。

1 絲膠的成分及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

絲膠含絲氨酸、天門冬氨酸、乙氨酸、丙氨酸、谷氨酸、甘氨酸、蘇氨酸、賴氨酸、精氨酸等十八種氨基酸，其中包括人體必需的八種氨基酸。絲氨酸含量最多，達(dá)32%左右，天門冬氨酸和谷氨酸含量分別約為17%和9.8%，甘氨酸和蘇氨酸含量分別約為8.9%和7%，賴氨酸和精氨酸含量分別約為5.6%和3.8%。絲膠蛋白帶有較多極性殘基，a螺旋分子肽鏈構(gòu)象和無規(guī)卷曲更多分布在絲膠分子外周, 分子間排列規(guī)整性差，空間結(jié)構(gòu)松散、無序，結(jié)晶度也差。絲膠在制絲廢水中以負(fù)離子形式存在，含有大量的-OH、-COOH、-NH2、-NH等基團(tuán),分子質(zhì)量為1.4～34萬u，屬于膠體粒子顆粒，等電點pH值為3.8～4.5。

2 絲膠的性質(zhì)及主要提取方法

2.1 水溶性

絲膠中含大量具有親水基團(tuán)的氨基酸，多達(dá)80%左右，如絲氨酸、天冬氨酸等，而絲素中只有30%左右，故絲膠可溶于水；另一方面，絲膠分子排列較不緊密，分子間作用力較小，因而水分子較易滲入絲膠分子內(nèi)部并使其溶解。一般情況下，絲素在水中只能膨潤而不溶解，但絲膠卻在熱水中溶解，這是絲膠的重要性質(zhì)，也是順利繅絲的原因。

由于絲膠是一種水溶性的高分子蛋白，分子量從幾萬到三十多萬不等，在絲膠蛋白的回收或制備過程中，因回收或制備方法不同，可以獲得各種不同分子量范圍或性能不盡相同的絲膠肽及其水解物。

2.2 抗氧化性

通過不同方式的水解、酶解、酸解或堿處理，形成不同分子量分布的絲膠肽，因處理方式不同，抗氧化效果也不同。未經(jīng)任何藥品和酶處理的高溫高壓水處理獲得的絲膠肽，分子量大，分布范圍寬，抗氧化作用最強(qiáng)，其對黑色素形成的抑制率最高；經(jīng)弱堿性水中高溫高壓二次處理后，通過pH值和處理時間長短的調(diào)節(jié)，獲得不同分子量范圍的絲膠肽及其水解物，有較強(qiáng)的抑制黑色素形成的能力，具有較強(qiáng)的抗氧化性；經(jīng)過中性蛋白酶解，通過調(diào)節(jié)酶濃度和酶解時間，可獲得各種不同分子大小的絲膠肽及其水解物，但其對黑色素形成的抑制率最低[1]。

制絲廢水中的有機(jī)物主要是以絲膠蛋白質(zhì)為主，如何從制絲廢水中提取絲膠是絲膠開發(fā)利用的重要環(huán)節(jié)，目前提取的方法主要有化學(xué)混凝法、酸析法、有機(jī)溶劑法、離心法、超濾法、鹽析法等。根據(jù)用途、所需分子量的大小、提純純度的要求，采取不同的提取方式[2]。將絲膠溶液去雜、除蠟、脫色、蛋白酶酶解、離子交換、濃縮干燥等工藝處理，可制取不同使用用途的絲膠蛋白。

3 絲膠的綜合利用

3.1 美容護(hù)膚方面

天然絲膠蛋白具有保濕、營養(yǎng)、護(hù)膚和抗氧化功能，使用以絲膠蛋白液為主要成份的絲膠護(hù)膚乳能保持皮膚白皙、柔軟、光滑、富有彈性。絲膠蛋白是一種天然的保濕因子物質(zhì)，分子構(gòu)象為無規(guī)卷曲型，空間松散無序，多肽鏈上的許多極性親水基團(tuán)(-OH、-COOH、-NH2、-NH等)處于多肽鏈表面，能使結(jié)構(gòu)內(nèi)的水分子傳遞到皮膚角質(zhì)層而與其結(jié)合，這樣皮膚的角質(zhì)層能經(jīng)常保持一定的水分，有效防止肌膚干燥、起皺、老化。絲膠中的氨基酸能迅速被肌膚所吸收，為肌膚補(bǔ)充營養(yǎng)。因其具有抗氧化功能，能抑制酪氨酸酶的活性從而抑制皮膚中黑色素生成，同時能抗御紫外線、日光、微波、化學(xué)物質(zhì)、大氣污染物對肌膚的侵蝕，預(yù)防日曬后皮膚變黑，產(chǎn)生色斑，起到美白作用。所以絲膠粉己被化妝品專家廣泛運(yùn)用到化妝品領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者也作了大量的研究分析，研發(fā)出了以絲膠為主要原料的美白防曬乳、護(hù)膚乳、護(hù)膚霜、去斑美白面膜等。

筆者提出以絲膠為主要原料，輔以其他成分，研制可直接拍到皮膚上的爽膚營養(yǎng)水系列，該系列一方面能起到給肌膚補(bǔ)充營養(yǎng)的作用，另一方面可起到補(bǔ)水護(hù)膚的功效。爽膚水的主要成分有純水、甘油、丙二醇、氨基酸等。絲膠的吸濕能力遠(yuǎn)大于甘油，主要成分是氨基酸，所以將絲膠用于營養(yǎng)爽膚水具有較強(qiáng)的保濕功效。絲膠用于營養(yǎng)爽膚水系列，首先要除去絲膠中蠟和雜質(zhì)，再使用酶解的方法通過控制蛋白酶的用量、酶解時間、酶解工藝制備本產(chǎn)品所需絲膠肽分子。從絲膠肽氨基酸的主要成分可以看出，絲膠肽中含有大量的絲氨酸、天門冬氨酸、谷氨酸、賴氨酸等，這幾類氨基酸都是皮膚的重要營養(yǎng)成分，這些營養(yǎng)成分可被皮膚細(xì)胞間隙和腺體吸收，可增加細(xì)胞活力，促進(jìn)新陳代謝，從而起到肌膚補(bǔ)充營養(yǎng)的作用。絲氨酸和蘇氨酸的基團(tuán)能與微量金屬元素相結(jié)合，抑制酪氨酸酶的活性，從而抑制皮膚中黑色素的產(chǎn)生，長期使用能起到美白的作用。絲膠氨基酸與人體肌膚天然保溫因子的氨基酸類非常接近，分子多肽鏈表有大量的親水基團(tuán)可吸收水分，從而起到了補(bǔ)水和鎖水的作用。

3.2 醫(yī)學(xué)方面

絲膠中含有大量的絲氨酸和甘氨酸。絲氨酸是腦神經(jīng)元生存和生長所必需的氨基酸，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞通過氨基酸營養(yǎng)因子的供給促使中央神經(jīng)元細(xì)胞的生存和發(fā)育。而甘氨酸和L-絲氨酸同樣也是有神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的營養(yǎng)因子，能促進(jìn)小腦培養(yǎng)神經(jīng)元生存、樹突發(fā)生以及電生理發(fā)育等[3]。絲氨酸有助于免疫血球素和抗體的產(chǎn)生，維持健康的免疫系統(tǒng)，在脂肪和脂肪酸的新陳代謝、肌肉的生長、細(xì)胞膜的制造加工、肌肉組織和包圍神經(jīng)細(xì)胞的鞘的合成中發(fā)揮著作用。磷脂酰絲氨酸主要用于治療癡呆癥和老年記憶損失。L-絲氨酸還廣泛用于配置第三代復(fù)方氨基酸輸液和營養(yǎng)增補(bǔ)劑，并用于合成多種絲氨酸衍生物，如心血管、抗癌、艾滋病新藥及基因工程用保護(hù)氨基酸等。

絲膠所含天門冬氨酸在醫(yī)藥方面有著廣泛的用途。天門冬氨酸能調(diào)節(jié)腦和神經(jīng)的代謝功能，可以用于治療心臟病、肝臟病、高血壓，具有防止和恢復(fù)疲勞的作用，其左旋體L-天門冬氨酸廣泛用做氨解毒劑、肝機(jī)能促進(jìn)劑、疲勞恢復(fù)劑等醫(yī)藥用品和各種清涼飲料的添加劑; DL-天冬氨酸可用于合成DL-天冬氨酸鉀鎂鹽，用于治療心律失常、心動過速、心力衰竭、心肌梗塞、心絞痛、肝炎和肝硬化等疾病。DL-天冬氨酸還可作為合成多肽的原料，它的氨基酸取代衍生物可以作為治療神經(jīng)類疾病和大腦疾病的藥物，能明顯增強(qiáng)視神經(jīng)放電單元的興奮作用。

絲膠蛋白的藥理及其在醫(yī)用材料上的應(yīng)用張雨青等[4]已作了較詳細(xì)的報道，指出絲膠蛋白具有如下功效：對皮膚有消炎作用；防止腦老化，提高人的記憶力，預(yù)防癡呆癥；絲膠及其水解物能抑制大腸桿菌的生長，對大腸癌有明顯抑制作用；絲膠中的甘氨酸和絲氨酸能降低血液中膽固醇含量，排泄人體內(nèi)的有害物，具有解毒功效；與絲素混合制成絲蛋白膜人工皮膚等。

如若以絲膠及其水解物絲膠肽為主要原料，輔以其他消毒成分，研制消毒和護(hù)膚為一體的醫(yī)院消毒護(hù)手水系列，一方面起到消毒的作用，另一方面也起到了護(hù)手霜的作用。在醫(yī)院，不管是病人、醫(yī)生、護(hù)士還是其他人員，手都會接觸很多的東西，因此無論從衛(wèi)生的角度，還是從自身的保護(hù)都應(yīng)及時清洗消毒，這樣將耗費(fèi)水、洗手液等清潔用品。清洗后須擦護(hù)手霜，因手背上只有很少的皮脂腺，需及時補(bǔ)充油脂和水分，否則肌膚會變得粗糙干燥。平時所用的護(hù)手霜主要成份是水、甘油、凡士林、液體石蠟等，而絲膠消毒護(hù)手水系列，主要原料是絲膠肽水溶液，加入了乙醇、過氧乙酸、次氯酸鈉等消毒成份，將消毒和護(hù)手合二為一，節(jié)約資源的同時起到了消毒和保護(hù)手的雙重作用。絲膠本身可代替甘油和凡士林起到補(bǔ)水和鎖水的功效，絲膠氨基酸可補(bǔ)充營養(yǎng)，乙醇、過氧乙酸、次氯酸鈉等起到消毒作用。因絲膠具有抗氧化性，所以絲膠消毒護(hù)手水非常適合倒刺、脫皮和開裂的手部。

3.3 在纖維改性和紡織品整理方面

絲膠蛋白具有天然的吸放濕性，可用于各種紡織品的整理加工，可提高紡織品的服用性能。利用絲膠蛋白的優(yōu)良特性，將其用于其他紡織材料的涂層處理，經(jīng)絲膠粉涂層的紡織品，可保持自身的優(yōu)良特性，改良其不足。經(jīng)絲膠涂層處理的化纖織物、棉織物、羊絨制品、麻織物的透氣性、吸放濕能力和抗氧化能力等都有所改善，有效防止原纖維與皮膚直接接觸，增強(qiáng)織物的透氣性和穿著舒適度。

化纖是疏水性纖維，吸放濕性能較差，化纖制作的服裝穿著舒適度比不上天然纖維。滌綸纖維橫斷截面為圓形，縱向特征平滑，絲膠較難進(jìn)入到纖維內(nèi)部。經(jīng)堿減量處理后，纖維表面光滑狀況有所改善。利用環(huán)氧氯丙烷與絲膠蛋白分子中的氨基反應(yīng)，制備絲膠改性劑，對堿減量后的滌綸織物進(jìn)行后整理，以環(huán)氧氯丙烷為載體，使絲膠改性接枝到滌綸織物上[5]。整理后的織物回潮率、吸濕性能和抗靜電能力都有所提高，從而提高了滌綸織物的穿著合適度。棉織物以環(huán)氧氯丙烷、絲膠蛋白為原料進(jìn)行改性，采用紅外光譜(FT-IR)和電鏡掃描(SEM)測試改性織物發(fā)現(xiàn)，絲膠已通過環(huán)氧氯丙烷固著于棉織物上。采用活性染料對絲膠蛋白改性棉織物進(jìn)行染色，對染色性能進(jìn)行測試，結(jié)果表明改性棉織物的染色K/S值明顯提高，耐摩擦色牢度和皂洗牢度均有不同程度的改善，吸放濕性能和勻染性有所提升[6]。將羊絨制品采用自制的聚丙烯酸類低溫交聯(lián)劑，將絲膠覆蓋于羊絨表面，絲膠涂層形成。通過對涂層前后羊絨制品性能測試表明，絲膠涂層羊絨制品有較好的保濕性能，吸放濕性及透濕性均有提高，透氣性基本不變[7]。而對于亞麻織物，程有剛等[8]采用高碘酸鈉對亞麻織物進(jìn)行選擇性氧化，再利用絲膠蛋白溶液對氧化后的亞麻織物進(jìn)行接枝改性處理，研究了絲膠蛋白亞麻(s—DAC)的制備機(jī)理以及處理后亞麻織物的服用性能和染色性能，結(jié)果表明氧化亞麻織物經(jīng)絲膠蛋白溶液處理后，絲膠大分子與亞麻纖維素大分子形成化學(xué)交聯(lián)，抗皺性能進(jìn)一步增強(qiáng)；絲膠蛋白溶液處理后透氣透濕性能、染色性能略有增加。

3.4 食品方面

L-絲氨酸用于運(yùn)動飲料、氨基酸減肥飲料等。天門冬氨酸在食品工業(yè)方面，是一種良好的營養(yǎng)增補(bǔ)劑，添加于各種清涼飲料；也是甜味素(阿斯巴甜)-天冬酰苯丙氨酸甲酯的主要原料。丙氨酸能促進(jìn)酒精的代謝，因而還具有醒酒和保護(hù)肝臟的作用。絲膠粉可作為功能性食品營養(yǎng)添加劑。由于絲膠蛋白對油脂類食品具有較好的抗氧化性能，所以是天然的食品抗氧劑。食用絲膠可消除肌體內(nèi)過量自由基，進(jìn)一步消除機(jī)體不健康和亞健康的根源。近年來，抗氧化保健概念風(fēng)行日本和歐美發(fā)達(dá)國家，絲膠作為天然抗氧化劑食品添加劑的開發(fā)引起了人們的高度重視[9]。

4 結(jié)語

隨著社會的發(fā)展，人們環(huán)保意識不斷增強(qiáng)，對制絲廢水中絲膠的綜合利用也將成為建設(shè)節(jié)約型、可持續(xù)發(fā)展社會的需要。絲膠蛋白具有優(yōu)良特性，已廣泛應(yīng)用于紡織、化妝品、醫(yī)藥、食品等方面，隨著社會科技的不斷進(jìn)步，對絲膠的研究和綜合應(yīng)用將更加深入，絲膠蛋白的利用前景將會越來越廣闊。

[1] 相入麗，張雨青，閻海波.蠶絲絲膠蛋白的抗氧化作用[J].絲綢，2008，(5)：23-27.

[2] 吳金鴻，王 璋，許時嬰.絲綢廢水中絲膠提取方法的研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2007,33(6):136-140.

[3] 周文林,張雨青,沈衛(wèi)德.天然絲膠蛋白的生物學(xué)活性[J].江蘇蠶業(yè)，2003，(1):1-3.

[4] 張雨青.絲膠蛋白的藥理及其在醫(yī)用材料上的應(yīng)用[J].紡織學(xué)報，2003， 24(3)：98-100.

[5] 周青青，張 峰，戴 杰，等. 絲膠改性劑對滌綸織物抗靜電整理的研究[J].絲綢，2014,(7):11-15.

[6] 唐孝明，葉皓華，陳國強(qiáng). 絲膠蛋白改性棉織物的染色性能研究[J].紡織導(dǎo)報，2013，(3)：77-80.

[7] 邢鐵玲，朱 虹，盛家鏞，等. 絲膠涂層羊絨制品的制備及性能[J]. 毛紡科技，2010，(11)：1-4.

[8] 程有剛，劉 艷，毛 雷，等. 絲膠蛋白亞麻織物服用及染色性能研究[J]. 印染助劑，2011，28(6)：28-32.

[9] 董 雪，盛家鏞，邢鐵玲，等. 絲膠蛋白的研究與應(yīng)用綜述[J].絲綢，2011，(12)：16-21.

The Property and Application of Sericin

YANG Zu-feng, YU Wei-hua, YANG Xiao-yu, LI Qiong-xiu

(Sichuan Academy of Silk Sciences, Chengdu 610031, China)

The main ingredients, inner structure and main properties were introduced. The development and utilization of sericin in features beauty, skin care，medicine, textile finishing and food area were introduced. The sericin was proposed to use as the main material to develop the skin care nutritive water and disinfectant hand cream.

sericin; modification; moisture permeability；inoxidizability; application

2016-05-23

楊祖鳳(1971-)，工程師，主要從事絲綢工程技術(shù)研究、絲綢綜合性產(chǎn)品開發(fā)及絲綢貿(mào)易工作。

TS102.3

A

1673-0356(2016)06-0012-03