張慧華 王志強

(1. 民興絲路(北京)生物科技有限公司,北京豐臺 100000;2.河南民興生物科技股份有限公司,河南社旗 473300 )

在絲綢生產(chǎn)加工的過程中通常將絲膠去除方可經(jīng)行后續(xù)工序,如此將會產(chǎn)生大量含絲膠蛋白的廢水,不僅污染環(huán)境,還造成了絲膠蛋白資源的浪費。我國年產(chǎn)桑蠶生絲約6萬～8萬噸,其中有2萬～3萬噸的絲膠蛋白會隨廢水而流失,資源流失近25%[1]。絲膠蛋白是包裹在絲素纖維表層的一種天然蛋白質(zhì)[2],絲膠蛋白的提取及利用可減輕絲膠廢水對自然環(huán)境造成的壓力,將絲膠蛋白這一寶貴資源加以開發(fā)利用,對保護環(huán)境和增加經(jīng)濟效益具有雙重意義。本文主要從絲膠蛋白的基本理化性質(zhì)出發(fā),對絲膠蛋白應(yīng)用前景加以綜述,以期為絲膠蛋白的開發(fā)應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 絹紡精煉液中的絲膠蛋白及回收方法

絲膠蛋白主要是由蠶的絲腺分泌,是構(gòu)成蠶繭的主要蛋白之一,約占蠶絲的20%～30%,是一種水溶性的球狀蛋白,相對分子質(zhì)量約為1.4～300 KDa,含有多種多肽,由18種氨基酸組成,其中絲氨酸、天門冬氨酸和甘氨酸含量較高,相對質(zhì)量分別達到33.43%、16.71%和13.49%,極性側(cè)鏈氨基酸占74.61%[3]。絲膠蛋白中含有大量的羧基和氨基,二者可通過與氫離子或者氫氧根離子相結(jié)合而形成大量的親水基團從而顯現(xiàn)出蛋白質(zhì)最基本的兩性性,而蛋白質(zhì)的等電點是兩性性質(zhì)最突出體現(xiàn),其等電點為3.8～4.5[3];因富含絲氨酸和天門冬氨酸等極性側(cè)基氨基酸,因此絲膠蛋白是一種親水基團極為豐富的蛋白質(zhì),具有良好的水溶性和抗氧化性強[4]、持油性和起泡等特性。目前回收絲膠蛋白的主要方法有:酸析法、離心法、膜濃縮法、有機溶劑萃取法、冷凍干燥法等。酸析法、有機溶劑萃取法會引入第三介質(zhì),且回收的絲膠蛋白功能喪失,因此這類提取方式不適用于絲膠蛋白的功能開發(fā),膜提取法[6-7]可以實現(xiàn)回收不同分子量的絲膠蛋白因而被廣泛使用。

2 絲膠蛋白在紡織涂層上的應(yīng)用

絲膠蛋白70%氨基酸殘基中富含羥基、羧基、氨基等極性基團,使其具有良好的親水性,其中絲氨酸含量占33%,其次是天冬氨酸和蘇氨酸,因此具有很強的保濕性[5]。將絲膠與一些高分子材料混合制成的材料具有很強的親水性、吸濕性和防濕性能,經(jīng)絲膠涂層整理的織物,對皮膚有保溫、調(diào)濕作用。經(jīng)絲膠蛋白涂層的紡織品,一方面具有鎖水和保濕功能,另一方面還可以防止化學(xué)纖維與皮膚直接接觸,這種新型紡織品具有抗菌消炎功能[10],應(yīng)用前景廣泛。

3 絲膠蛋白在食品領(lǐng)域的應(yīng)用

絲膠蛋白良好的溶解性、保濕性、乳化性、起泡性及持油性等功能性質(zhì),在食品添加劑領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。將絲膠蛋白作為配料用在水溶液中,可發(fā)揮其在食品領(lǐng)域的應(yīng)用價值。將絲膠蛋白作為乳化劑加入香腸等產(chǎn)品中,提高產(chǎn)品質(zhì)量,延長產(chǎn)品儲藏期;將絲膠蛋白作為起泡制劑加入到蛋糕制品中,可使其結(jié)構(gòu)疏松,口感更加良好。絲膠蛋白富含18種氨基酸,其中人體必需的8種氨基酸含量高達20%以上,且絲膠所含必需氨基酸比例適宜,是人體補充蛋白營養(yǎng)的優(yōu)質(zhì)來源。此外,絲膠蛋白具有優(yōu)良的抗氧化性,食用絲膠蛋白可清除肌膚過剩的自由基,緩解不健康和亞健康狀態(tài);絲膠蛋白中的部分絲氨酸能有效的降低人體血液中膽固醇濃度,對預(yù)防高血壓、糖尿病和冠心病等具有一定功效。其中天門冬氨酸能有效保護肝和心肌,降低氧消耗,對治療心絞痛和心肌梗塞等有顯著功效;甘氨酸也能降低血液中的膽固醇濃度,預(yù)防高血壓,還能降低血液中的血糖,防治糖尿病等[5]。

4 絲膠蛋白在化妝品領(lǐng)域的應(yīng)用

4.1 保濕功效

絲膠蛋白因其富含大量親水氨基酸,因此具有與天然保濕因子相似的功能,具有鎖水保濕功用。絲膠蛋白中的極性氨基酸,因富含-OH、-COOH、-NH等親水基團,可使水分與皮膚角質(zhì)層相結(jié)合,使皮膚含有一定的水分,從而使得皮膚柔軟光滑。絲膠分子中的極性基團通過氫鍵與水分子緊密結(jié)合,形成吸水和持水性極佳的類似網(wǎng)狀的水凝膠,能吸收和保持其自身質(zhì)量上千倍的水分[4]。將絲膠蛋白水凝膠涂布于皮膚表面,能在皮膚表面形成一層水化膜,使角質(zhì)層水合軟化,從而達到保持水分的功效,使皮膚光滑、柔軟、富有彈性。一般認為,小分子量的水溶性絲膠更具有優(yōu)異的調(diào)濕、保濕作用,因此制備小分子量絲膠蛋白用于護膚用途市場潛力巨大。

4.2 絲膠蛋白抗氧化性能

絲膠蛋白能抑制酪氨酸酶的活性[4],其抗氧化能力可與維生素C相媲美,研究發(fā)現(xiàn)當絲膠蛋白分子量分布在1萬～20萬 Da[6]時對抑制黑色素形成最為理想, 抗氧化作用也最強,從而有效防止細胞老化和促進膠原蛋白生成。將絲膠蛋白涂抹于人體面部可抑制皮膚產(chǎn)生色斑、暗斑等,使得面部皮膚光滑且富有彈性。

4.3 遮瑕功效

絲膠蛋白因具有良好的水溶性,且能維持水溶液穩(wěn)定,對皮膚無刺激、無過敏,將絲膠蛋白粉末顆粒用作化妝品基料用于面部涂抹化妝品中,能有效地掩蓋皮膚表面的皺紋、粗大毛孔及其他粗糙組織,起到良好的遮瑕效果。此外,絲膠粉光滑細膩、透氣性好、附著力強,且能隨著環(huán)境濕度調(diào)節(jié)皮膚表面水分,從而對皮膚角質(zhì)層水分有較好的保持作用[12],因此將絲膠蛋白作為化妝品基料用于遮瑕粉餅前景廣闊。

4.4 非離子表面活性劑

研究發(fā)現(xiàn)絲膠蛋白的水解物是一種新型的非離子表面活性劑[11-12],呈現(xiàn)出化學(xué)惰性和pH 穩(wěn)定性,將其與其他材料混合成形,能有效的去除油性污泥,涂抹于皮膚表面具有抗氧化、美白和保濕的效果[15]。此外,絲膠蛋白水解液與其他無機鹽、無機酸、有機酸、草藥、脂肪、醇和維生素等物質(zhì)混合后可制成沐浴用品,使用后,絲膠蛋白分子能夠均一地附著于全身皮膚,可使得皮膚角質(zhì)層處于最佳持水狀態(tài),有效恢復(fù)皮膚保濕能力,預(yù)防皮膚干燥[12]。

5 小結(jié)與展望

絲綢業(yè)作為中國的傳統(tǒng)行業(yè)要持續(xù)健康發(fā)展,拉長產(chǎn)業(yè)鏈,增加附加值,絲膠蛋白的開發(fā)及應(yīng)用就顯得迫切與必要。絲膠蛋白作為一種寶貴的蛋白質(zhì)資源,富含大量的水溶性氨基酸,研究表明,90%以上的氨基酸都能被人體吸收。絲膠蛋白抑制多酚氧化酶活性能與維生素C媲美,此外,絲膠蛋白中含有類黃酮等活性物質(zhì),因此絲膠蛋白在食品添加劑、食品營養(yǎng)、醫(yī)療保健品、功能材料應(yīng)用前景廣泛。當前,絹紡行業(yè)在制絲過程中脫膠而來的絲膠蛋白隨生產(chǎn)廢水排放而流失,并成為絹紡生產(chǎn)中廢水的主要污染物,分離提取絲膠蛋白不僅有利于環(huán)保,還可將提取的蛋白加以利用,開發(fā)出高附加值產(chǎn)品。隨著科技發(fā)展創(chuàng)新,研究方法的不斷改進,對絲膠蛋白的研究更加深入,伴隨食品、化工、生物材料等學(xué)科的多領(lǐng)域研究,將會有更加豐富多樣的絲膠蛋白產(chǎn)品問世。