專利名稱：采用水不溶性離子液體提取家禽羽毛角蛋白的方法及相關的家禽羽毛角蛋白溶液的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及家禽羽毛角蛋白提取技術領域，特別是指一種采用水不溶性離子液體提取家禽羽毛角蛋白的方法及相關的家禽羽毛角蛋白溶液。
背景技術：
角蛋白是來源豐富、應用價值很高的生物蛋白，廣泛存在于生物體的組織結構中。 羽毛的主要化學成分是角蛋白，作為一種綠色天然纖維，具有其他材料不可替代的優(yōu)勢。全球每年的家禽羽毛產(chǎn)量可達數(shù)億噸，中國的羽毛廢棄物產(chǎn)量達70多萬噸，而且還在逐年增加。利用廢棄羽毛制備可溶性羽毛蛋白不僅充分利用了蛋白資源，同時也大大減少了由此造成的環(huán)境污染。中國從20世紀80年代左右開始重視羽毛廢物的資源化利用，例如，角蛋白水解產(chǎn)物作為動物飼料的添加劑，其改性產(chǎn)物對皮革、橡膠等進行填充，可制備性能優(yōu)良的皮革及橡膠產(chǎn)品。制成的角蛋白不僅可用于紡絲，也可為后續(xù)在食品、化工、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、 污水處理、包裝、建筑、考古、紡織等領域應用打下基礎，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟和社會效益。角蛋白分子鏈由19種α-氨基酸構成，氨基酸通過肽鍵構成多肽長鏈，這些長鏈又通過二硫鍵、氫鍵、鹽鍵、范德華力等橫向聯(lián)系形成角蛋白的空間結構。一般情況下，角蛋白分子內(nèi)的二硫鍵使肽鏈內(nèi)部和肽鏈之間發(fā)生交聯(lián)，形成立體網(wǎng)狀結構，使天然角蛋白難以溶解，給羽毛中角蛋白的提取帶來困難。目前提取角蛋白的方法大致有機械法、化學法和生物法等，其中化學法又可分為酸堿水解法、還原法、氧化法等。中國專利200810150653. 2， 公開了“從羽毛中提取角蛋白的方法”，該發(fā)明是用化學法從羽毛中提取角蛋白，其主要工藝流程為乙醇預處理一鹽酸預處理一巰基乙醇還原一角蛋白沉淀。已有報道的化學法等技術處理步驟多，并且利用大量的無機酸堿和還原劑等環(huán)境不友好試劑，造成很大的環(huán)境污染。離子液體是由有機陽離子和無機或有機陰離子構成的在室溫或室溫附近溫度下呈液體狀態(tài)的鹽類。與傳統(tǒng)的有機溶劑相比，離子液體具有如下特點(1)液體狀態(tài)溫度范圍寬( 蒸汽壓低，不易揮發(fā)C3)對大量的無機和有機物質(zhì)都表現(xiàn)出良好的溶解能力(4) 具有較大的可設計性，密度大。由于離子液體展現(xiàn)出這些獨特的物理化學性質(zhì)及特有功能， 因此它是一類值得研究發(fā)展的新型“軟”功能材料或介質(zhì)。目前離子液體的應用領域主要在化學反應、催化反應、分離技術、電化學等。2004年Wiillips等首先研究了不同離子液體對蠶絲的溶解特性，結果發(fā)現(xiàn)親水的咪唑氯鹽提取蠶絲纖維有較好的溶解效果(J. Am. Chem. Soc.，2004，126 (44) 14350-14351)。謝海波等研究了利用親水的咪唑氯鹽制備角蛋白溶液的方法，取得較好的溶解效果(CN200410011389. 6)。離子液體作為一種綠色溶劑被廣泛的研究和利用，但其成本相對較高，所以離子液體必須被循環(huán)利用。雖然，上述的親水離子液體對蠶絲、羽毛等有較好的溶解效果，但角蛋白的分離和離子液體的回收需要添加有機溶劑，導致了成本的提高和環(huán)境的污染。綜觀上述現(xiàn)有技術，傳統(tǒng)法提取角蛋白的缺陷是無機酸堿等試劑用量大，且不能循環(huán)利用，對環(huán)境造成極大的污染；離子液體提取角蛋白的缺陷是角蛋白很難從離子液體中分離出來。因此，利用離子液體的可設計性，尋找一種合適的離子液體溶解羽毛成為本領域亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的就是針對以上存在的問題與不足，提供一種采用水不溶性離子液體提取家禽羽毛角蛋白的方法及相關的家禽羽毛角蛋白溶液，采用該提取方法，角蛋白分離簡單，離子液體回收方便，且環(huán)境友好，適于大規(guī)模推廣應用。為了解決上述目的，在本發(fā)明的第一方面，提供了一種采用水不溶性離子液體提取家禽羽毛角蛋白的方法，其特點是，所述的方法包括以下步驟1)將家禽羽毛洗滌、干燥、粉碎；2)加入水不溶性離子液體，在70°C 100°C下攪拌3 6小時；3)反應后加水、離心后形成水不溶性離子液體/未溶解家禽羽毛/水三相系統(tǒng)，分離出水相，即得到粗角蛋白溶液。所述水不溶性離子液體可以是任何不溶于水的離子液體。所謂“不溶于水”是指該離子液體在水中的溶解度小于8g/100mL。較佳地，所述水不溶性離子液體是ι-羥乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽[H0EMIm]NTf2。所述家禽羽毛和所述水不溶性離子液體的質(zhì)量比沒有限制，可以是任何合適的比例。較佳地，所述家禽羽毛和所述水不溶性離子液體的質(zhì)量比為1 20 1 50。雖然離子液體能夠破壞二硫鍵，但是為了促進二硫鍵的破壞，較佳地，在所述步驟 2)中，還加入二硫鍵還原劑，以及少量水以溶解所述二硫鍵還原劑。二硫鍵還原劑更能促進二硫鍵的破壞。由于粉碎家禽羽毛是為了和離子液體及二硫鍵還原劑充分接觸，因此其粉碎程度沒有限制，但是越小越好；另外，步驟幻中加入少量水是為了溶解所述二硫鍵還原劑，量是越少越好。所述二硫鍵還原劑可以是任何二硫鍵還原劑。較佳地，所述二硫鍵還原劑是亞硫酸氫鈉(NaHSO3)。所述家禽羽毛和所述二硫鍵還原劑的質(zhì)量比沒有限制，可以是任何合適的比例。 較佳地，所述家禽羽毛和所述二硫鍵還原劑的質(zhì)量比為1 0.3 1 1.5。為了充分利用水不溶性離子液體和未溶解家禽羽毛，較佳地，所述的方法還包括31)在分離出水相后剩余的水不溶性離子液體中，存在部分未溶解的家禽羽毛，另外補加干燥粉碎的家禽羽毛，并補加水不溶性離子液體，在70°C 100°C下攪拌3 6小時；32)進行步驟3)。為了更加充分利用水不溶性離子液體和未溶解家禽羽毛，上述步驟31)和32)可以不斷重復，因此，較佳地，所述的方法還包括33)重復步驟 31)和 32)。為了得到較純的角蛋白溶液，較佳地，所述的方法還包括
4)將所述粗角蛋白溶液經(jīng)過透析脫鹽純化得到精制的角蛋白溶液。在本發(fā)明的第二方面，提供了一種家禽羽毛角蛋白溶液，其特點是，由上述的采用水不溶性離子液體提取家禽羽毛角蛋白的方法提取得到。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明的采用水不溶性離子液體提取家禽羽毛角蛋白的方法，通過將粉碎的家禽羽毛和水不溶性離子液體在70°C 100°C下攪拌3 6小時，然后加水、離心后形成水不溶性離子液體/未溶解家禽羽毛/水三相系統(tǒng)，分離出水相，即得到粗角蛋白溶液，同時回收了水不溶性離子液體，角蛋白分離簡單，離子液體回收方便，且環(huán)境友好，適于大規(guī)模推廣應用。
具體實施例方式為了能夠更清楚地理解本發(fā)明內(nèi)容，特舉以下實施例詳細說明。下列實施例中均采用紅外光譜、SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳對提取的角蛋白的結構、分子量進行表征1、紅外光譜分析采用紅外光譜掃描儀測定本發(fā)明提取的角蛋白的紅外光譜，并進行數(shù)據(jù)分析，在 3080cm"1附近有多肽(-C0-NH-)的特征吸收峰，在1651CHT1、1542CHT1、1236CHT1處的三個吸收峰，分別為角蛋白分子的酰胺I、II、III帶的特征吸收峰?？梢钥闯?，角蛋白中存在蛋白質(zhì)的特征官能團肽鍵的吸收。2、SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳采用SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳技術對提取的角蛋白的分子量分布進行考察，發(fā)現(xiàn)角蛋白分子量主要分布在14kDa ^kDa。實施例1 離子液體[HOEMInJNTf2在水中溶解度的測定1)離子液體的全波長掃描準確稱取50mg離子液體[HOEMIm]NTf2 (中科院蘭州物化所，純度> 99% )置于容量瓶中，加入去離子水定容，配成1. Omg/mL標準溶液。用去離子水為空白參比在190-300nm 波長范圍內(nèi)進行全波長掃描，可得到該離子液體的最大吸收峰為217. 5nm。2)離子液體標準曲線的測定分別取7支試管，加已配好的1. Omg/mL離子液體[HOEMInjNTf2溶液0、0. 1,0. 2、 0. 3,0. 4、0. 5及0. 6mL，各管用去離子水補加至總體積為5mL，得到待測液。以去離子水為參比，在最大吸收波長217. 5nm下，依次測定標準離子液體樣品的吸光度，并繪制標準曲線。3)離子液體在水中溶解度的測定準確稱取1. Og離子液體[HOEMInJNTf2置于15mL的離心套管中，然后加入2. 5mL 去離子水，在渦旋混合器上攪動混合30分鐘，最后離心G000r/min)15分鐘。用移液槍取 10 μ L的上相溶液稀釋至25mL，測樣品的吸光度與標準曲線相比較，計算得到離子液體在水中的溶解度為7. 941g/100mL。實施例2 11采用離子液體提取雞毛角蛋白實施例2 11采用的基本流程如下1)稱取Ig粉碎的雞毛置于圓底燒瓶中，向其中加入一定質(zhì)量的水不溶性離子液體[HOEMIM] [NTf2]、亞硫酸氫鈉和500 μ L去離子水，在70°C 100°C下機械攪拌反應3 6h ；
2)反應結束后，首先向反應混合物中加入適量的去離子水，離心后形成水不溶性離子液體/未溶解雞毛/水三相系統(tǒng)，分離出水相；然后用去離子水洗滌容器三次，得到的洗滌液和離心后分離的水相一起過濾，得到粗角蛋白溶液；最后水不溶性離子液體(含有少量的未溶解雞毛)的回收率可用烘干至恒重而得；3)粗蛋白質(zhì)溶液經(jīng)透析(Mw6000 8000)得到較純的角蛋白溶液，利用考馬斯亮藍法測蛋白質(zhì)溶液濃度，計算蛋白質(zhì)產(chǎn)率；4)向步驟2)中剩余的反應體系，加入IG粉碎的雞毛、亞硫酸氫鈉和500 μ L去離子水，再補加少量的水不溶性離子液體，在70°C 90°C下機械攪拌反應3 他；5)重復步驟2)、3)、4)五次。本發(fā)明中，蛋白質(zhì)產(chǎn)率=W(提取的蛋白質(zhì))/V(加入的雞毛)X 100%。實施例2 11的不同之處在于實施例2 加20g水不溶性離子液體、0. 3g亞硫酸氫鈉，補加約1. Og水不溶性離子液體，80°C下反應4h，加IOmL去離子水分離提取的角蛋白。經(jīng)計算，本實施例提取的角蛋白產(chǎn)率分別為12. 65%U2. 56%, 12. 60%U2. 57%, 12. 48%，離子液體的回收率每次可達約 95%。實施例3 加20g水不溶性離子液體、1. Og亞硫酸氫鈉，補加約1. Og水不溶性離子液體，80°C下反應4h，加IOmL去離子水分離提取的角蛋白。經(jīng)計算，本實施例提取的角蛋白產(chǎn)率分別為16. 23%、16. 43% ,16. 35%、16. 28% ,16. 37 %，離子液體的回收率每次可達約 95%。實施例4 加20g水不溶性離子液體、1. 5g亞硫酸氫鈉，補加約1. Og水不溶性離子液體，80°C下反應4h，加IOmL去離子水分離提取的角蛋白。經(jīng)計算，本實施例提取的角蛋白產(chǎn)率分別為17.01%, 17. 08%U7. 04%, 17. 09%U7. 00%,離子液體的回收率每次可達約 95%。實施例5 加40g水不溶性離子液體、1. Og亞硫酸氫鈉，補加約2. Og水不溶性離子液體，80°C下反應4h，加20mL去離子水分離提取的角蛋白。經(jīng)計算，本實施例提取的角蛋白產(chǎn)率分別為21. 58%,21. 14%,22. 19%、20. 91 %、21. 51 %，離子液體的回收率每次可達約 95%。 實施例6 加50g水不溶性離子液體、1. Og亞硫酸氫鈉，補加約2. 5g水不溶性離子液體，80°C下反應4h，加25mL去離子水分離提取的角蛋白。經(jīng)計算，本實施例提取的角蛋白產(chǎn)率分別為21. 23%,21. 53%,21. 37%,21. 24%,21. 29%，離子液體的回收率每次可達約 95%。實施例7 加40g水不溶性離子液體、1. Og亞硫酸氫鈉，補加約2. Og水不溶性離子液體，70°C下反應4h，加20mL去離子水分離提取的角蛋白。經(jīng)計算，本實施例提取的角蛋白產(chǎn)率分別為14. 65%U4. 83%, 14. 77%U4. 68%, 14. 73%，離子液體的回收率每次可達約 95%。實施例8 加40g水不溶性離子液體、1. Og亞硫酸氫鈉，補加約2. Og水不溶性離子液體，100°C下反應4h，加20mL去離子水分離提取的角蛋白。經(jīng)計算，本實施例提取的角蛋白產(chǎn)率分別為19. 07%U9. 31%U9. 20%,19. 14%U9. 16%，離子液體的回收率每次可達約 95%。
實施例9 加40g水不溶性離子液體、1. Og亞硫酸氫鈉，補加約2. Og水不溶性離子液體，80°C下反應池，加20mL去離子水分離提取的角蛋白。經(jīng)計算，本實施例提取的角蛋白產(chǎn)率分別為17. 07%U7. 21%U7. 15%、17. 22%、17. 18%，離子液體的回收率每次可達約 95%。實施例10 加40g水不溶性離子液體、1. Og亞硫酸氫鈉，補加約2. Og水不溶性離子液體，80°C下反應《1，加20mL去離子水分離提取的角蛋白。經(jīng)計算，本實施例提取的角蛋白產(chǎn)率分別為16. 70%,16. 77%U6. 74%U6. 82%,16. 59%，離子液體的回收率每次可達約 95%。實施例11 加20g水不溶性離子液體，不加亞硫酸氫鈉，補加約1. Og水不溶性離子液體，80°C下反應4h，加IOmL去離子水分離提取的角蛋白。經(jīng)計算，本實施例提取的角蛋白產(chǎn)率分別為7. 86%,7. 92%,7. 88%,7. 83%,7. 80%，離子液體的回收率每次可達約 95%?？梢姡诓患尤攵蜴I還原劑時，同樣可以提取角蛋白，且離子液體的回收率每次可達約95%，但是和實施例2加入二硫鍵還原劑相比，蛋白質(zhì)的提取率較低，說明二硫鍵還原劑能明顯促進二硫鍵的破壞。因此，本發(fā)明通過采用一種與水互不相溶的離子液體從家禽羽毛中提取角蛋白， 提取角蛋白的化學機理是通過離子液體的超極性破壞羽毛角蛋白中的相互作用力，如氫鍵、鹽鍵、二硫鍵等，再用二硫鍵還原劑促進二硫鍵的斷裂，最終使羽毛充分溶脹至溶解，由于提取的角蛋白易溶于水而離子液體不溶于水，因此，溶解后加入水就可以達到角蛋白的分離和離子液體的回收利用，得到角蛋白水溶液。需要說明的是，由于禽類羽毛的相似性， 本發(fā)明的采用水不溶性離子液體提取家禽羽毛角蛋白的方法不局限于提取家禽羽毛角蛋白，顯然還適于提取其它禽類羽毛角蛋白。綜上所述，采用本發(fā)明的采用水不溶性離子液體提取家禽羽毛角蛋白的方法，角蛋白分離簡單，離子液體回收方便，且環(huán)境友好，適于大規(guī)模推廣應用。在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書應被認為是說明性的而非限制性的。
權利要求
1.一種采用水不溶性離子液體提取家禽羽毛角蛋白的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟1)將家禽羽毛洗滌、干燥、粉碎；2)加入水不溶性離子液體，在70°C 100°C下攪拌3 6小時；3)反應后加水，離心后形成水不溶性離子液體/未溶解家禽羽毛/水三相系統(tǒng)，分離出水相，即得到粗角蛋白溶液。
2.根據(jù)權利要求1所述的采用水不溶性離子液體提取家禽羽毛角蛋白的方法，其特征在于，所述水不溶性離子液體是1-羥乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽。
3.根據(jù)權利要求1所述的采用水不溶性離子液體提取家禽羽毛角蛋白的方法，其特征在于，所述家禽羽毛和所述水不溶性離子液體的質(zhì)量比為1 20 1 50。
4.根據(jù)權利要求1所述的采用水不溶性離子液體提取家禽羽毛角蛋白的方法，其特征在于，在所述步驟2、中，還加入二硫鍵還原劑亞硫酸氫鈉，以及少量水以溶解所述二硫鍵還原劑。
5.根據(jù)權利要求4所述的采用水不溶性離子液體提取家禽羽毛角蛋白的方法，其特征在于，所述家禽羽毛和所述二硫鍵還原劑質(zhì)量比為1 0.3 1 1.5。
6.根據(jù)權利要求1所述的采用水不溶性離子液體提取家禽羽毛角蛋白的方法，其特征在于，所述的方法還包括31)在分離出水相后剩余的水不溶性離子液體中，存在部分未完全溶解的家禽羽毛，另外補加干燥粉碎的家禽羽毛，并補加水不溶性離子液體，在70°C 100°C下攪拌3 6小時；32)進行步驟3)。
7.根據(jù)權利要求6所述的采用水不溶性離子液體提取家禽羽毛角蛋白的方法，其特征在于，所述的方法還包括33)重復步驟31)和32)。
8.根據(jù)權利要求1所述的采用水不溶性離子液體提取家禽羽毛角蛋白的方法，其特征在于，所述的方法還包括4)將所述粗角蛋白溶液經(jīng)過透析脫鹽純化得到精制的角蛋白溶液。
9.一種家禽羽毛角蛋白溶液，其特征在于，由根據(jù)權利要求1 8任一所述的采用水不溶性離子液體提取家禽羽毛角蛋白的方法提取得到。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種采用水不溶性離子液體提取家禽羽毛角蛋白的方法，包括步驟1)將家禽羽毛洗滌、干燥、粉碎；2)加入水不溶性離子液體，在70℃～100℃下攪拌3～6小時；3)反應后加水，離心后形成水不溶性離子液體/未溶解家禽羽毛/水三相系統(tǒng)，分離出水相，即得到粗角蛋白溶液。優(yōu)選在步驟2)中，還加入二硫鍵還原劑，以及少量水以溶解二硫鍵還原劑。還提供了由此提取的家禽羽毛角蛋白溶液。本發(fā)明的采用水不溶性離子液體提取家禽羽毛角蛋白的方法，角蛋白分離簡單，離子液體回收方便，且環(huán)境友好，適于大規(guī)模推廣應用。
文檔編號C07K14/465GK102229665SQ20111012775
公開日2011年11月2日 申請日期2011年5月17日 優(yōu)先權日2011年5月17日
發(fā)明者曹學君, 王云先 申請人:華東理工大學