一種基于酶促接枝的抗氧化絲素膜制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于酶促接枝的抗氧化絲素膜制備方法，屬于紡織生物【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明借助于酪氨酸酶，將具有抗氧化性的黃酮類化合物催化氧化后接枝到絲素蛋白表面；同時酶促絲素中酪氨酸與黃酮類化合物交聯(lián)，增進絲素膜的抗氧化性能。具體工藝流程包括：絲素溶液準(zhǔn)備、絲素膜制備、酶促絲素接枝黃酮類化合物、改性絲素膜后處理。通過本發(fā)明制備的絲素蛋白膜不僅抗氧化和抗菌性能得到改善，膜材料力學(xué)性能也得到提高。與基于化學(xué)交聯(lián)絲素蛋白膜改性方法相比，本發(fā)明述及酶促改性方法能耗低、效率高、污染少，有利于環(huán)境保護。
【專利說明】一種基于酶促接枝的抗氧化絲素膜制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于酶促接枝的抗氧化絲素膜制備方法，特別是一種利用酪氨酸酶催化具有抗氧化活性的黃酮類化合物在絲素蛋白表面接枝制備抗氧化絲素膜的方法，屬于紡織生物【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]源于桑蠶絲的絲素蛋白具有良好的生物相容性，以其為原料加工的絲素蛋白膜在醫(yī)用組織工程材料構(gòu)建中有較廣泛的用途。為改善絲素蛋白膜材料的應(yīng)用性能，需借助于化學(xué)或生物的方法對絲素材料進行改性及功能化加工。
[0003]絲素蛋白膜常用的改性方法包括高溫濕熱處理法、化學(xué)交聯(lián)改性法、與其他高分子共混法改性等。不同絲素膜改性方法中，化學(xué)改性法應(yīng)用較廣泛，其基本原理是利用絲素蛋白中含有較多氨基、羥基等極性反應(yīng)性基團的特點，借助于化學(xué)交聯(lián)劑(如戊二醛、多元羧酸等)使絲素大分子間發(fā)生交聯(lián)，或與外源功能性化合物發(fā)生接枝。這類方法在改善絲素膜性能的同時也存在一定的不足，如使用的交聯(lián)劑易產(chǎn)生有害物質(zhì)殘留，產(chǎn)生環(huán)境污染等。近年來，隨著生物技術(shù)在高分子材料改性中的研究日趨深入，以生物技術(shù)進行絲素材料功能化改性的研究日益受到重視。
[0004]在絲素蛋白材料生物法改性中，具有潛在作用功效的酶制劑包括蛋白酶、谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶、氧化還原酶(如漆酶、酪氨酸酶、辣根過氧化酶)等。其中，蛋白酶多用于絲素材料的降解；谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶可催化絲素中谷氨酸與相鄰絲素肽或外源氨基化合物接枝，但由于絲素中谷氨酸含量較少，因此該酶在絲素蛋白材料生物改性中應(yīng)用較少。酪氨酸酶作為一種含銅多酚氧化酶，能催化氧化單酚、鄰二酚、三酚等多種化合物，生成反應(yīng)性較活潑的鄰醌結(jié)構(gòu)中間體，可進一步與伯胺化合物反應(yīng)，實現(xiàn)新型化合物的合成或高分子接枝改性。絲素蛋白中氨基和具有酚羥基結(jié)構(gòu)的酪氨酸含量較高，可根據(jù)這一特點，借助于酪氨酸酶的催化氧化作用，通過催化多酚化合物與絲素蛋白接枝，實現(xiàn)絲素蛋白功能化改性。
[0005]在不同絲素蛋白膜功能化改性加工中，具有抗氧化、抗菌消炎作用的絲素膜具有較高的醫(yī)用價值和應(yīng)用前景。黃酮類化合物(如黃酮醇、黃烷酮等)中含有多個與酪氨酸相似的酚羥基結(jié)構(gòu)，具有抗炎癥、抗氧化等多種功效。若借助于酪氨酸酶的催化氧化作用，將上述黃酮類化合物氧化，可進一步與絲素蛋白中氨基發(fā)生反應(yīng)；與此同時，絲素蛋白中酪氨酸也可被酪氨酸酶氧化，繼而與黃酮類化合物反應(yīng)，可實現(xiàn)基于酶促接枝的抗氧化絲素蛋白膜的制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于酶促接枝的抗氧化絲素膜制備方法，所得絲素蛋白膜有較好的抗氧化及抗菌功效，拓展了絲素膜作為醫(yī)用工程材料的性能。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明利用酪氨酸酶的催化氧化作用，催化具有酚羥基的黃酮類化合物與絲素蛋白發(fā)生接枝反應(yīng) ，提高絲素蛋白膜的應(yīng)用性能。[0008]具體工藝與步驟如下:
[0009]( I)絲素溶液制備:以溴化鋰或氯化鈣溶解絲素纖維，制備絲素溶液。
[0010]處理工藝處方及條件:將蠶絲加入到溴化鋰或氯化鈣的水溶液體系中，在30~80°C左右溶解制得濃度為10~50g/L的絲素蛋白溶液；將絲素溶液裝入透析袋，在去離子水中透析后過濾，制得絲素水溶液。
[0011](2)絲素膜制備:取絲素溶液通過延流使其平整鋪展，在-50~-20°c條件下充分冷凍干燥，得到絲素蛋白膜。
[0012](3)酶促絲素接枝黃酮類化合物:在含酚羥基的黃酮類化合物溶液中添加適量酪氨酸酶，在有氧條件下將絲素蛋白膜在上述溶液中浸潰處理，進行酶促接枝改性。[0013]處理工藝處方及條件:酪氨酸酶相對于絲素膜的用量為I~200U/g絲素蛋白膜，絲素蛋白膜50~200g/L，黃酮類化合物0.5~10g/L，溫度20~50°C，pH范圍6.0~8.0，處理I~24小時。所述處理時間優(yōu)選6-12小時。
[0014](4)改性絲素膜后處理:酶促接枝白后絲素膜經(jīng)2~3次室溫水洗，-50~_20°C干燥后得到抗氧化絲素蛋白膜。
[0015]所述絲素溶液的制備還可選用不同濃度的溴化鋰溶液、溴化鋰-乙醇水溶液或氯化鈣-乙醇水溶液。
[0016]所述酪氨酸酶包括了動物、植物和微生物等不同來源的酶品種。
[0017]所述黃酮類化合物均含有不同數(shù)量的酚羥基，具體包括黃酮醇、黃烷酮、黃烷酮醇、異黃酮和異黃烷酮等化合物。
[0018]本發(fā)明利用酪氨酸酶的催化氧化作用，使黃酮類化合物接枝在絲素蛋白表面，與傳統(tǒng)化學(xué)交聯(lián)法制備功能型絲素膜相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0019](I)酶催化效率高，利用酪氨酸酶催化黃酮類化合物與絲素蛋白接枝反應(yīng)中催化效率高，酶制劑用量較少。
[0020](2)酶處理條件緩和，在低溫和近中性條件下進行抗氧化絲素膜的制備，具有能耗低、處理工藝安全的優(yōu)點，避免了化學(xué)交聯(lián)法反應(yīng)易造成環(huán)境污染、絲素膜生物安全性低等諸多方面的缺陷。
[0021](3)絲素膜性能改善明顯，利用酪氨酸酶催化氧化含酚羥基的黃酮類化合物與絲素反應(yīng)，不但改善了絲素膜的抗氧化性能，增強了絲素膜抗菌性，也提升了膜材料的力學(xué)性倉泛。
【具體實施方式】
[0022]采用酪氨酸酶催化黃酮類化合物和絲素蛋白接枝，制備具有較好抗氧化與抗菌性能的絲素膜，具體實施例如下:
[0023]實施例1
[0024](I)絲素溶液準(zhǔn)備:將脫膠后的家蠶絲加入到溴化鋰-乙醇-水(質(zhì)量比45:45:10)溶液中，在601:溶解制得5(^/1絲素蛋白溶液。將絲素溶液裝入透析袋，在去離子水中透析36小時，期間每小時換I次水，透析后過濾得到絲素水溶液。
[0025](2)絲素膜制備:取定量絲素溶液倒入聚四氟乙烯(PTFE)模具中，通過延流成膜，在-50°C條件下充分干燥成膜。[0026](3)酶促絲素接枝黃酮類化合物:在表沒食子兒茶素溶液中添加蘑菇酪氨酸酶，在持續(xù)通氧條件下進行絲素蛋白膜改性處理，其中，絲素蛋白膜的用量為100g/L，酪氨酸酶相對于絲素膜的用量為100U/g絲素蛋白膜，表沒食子兒茶素2g/L，溫度301:，？!1范圍6.8，處理6小時。
[0027](4)改性絲素膜后處理:酶促接枝反應(yīng)后，絲素膜經(jīng)3次室溫水洗，在-50°C條件下干燥，得到抗氧化絲素蛋白膜。
[0028]試樣1:絲素膜浸潰時僅添加表沒食子兒茶素；
[0029]試樣2:絲素膜經(jīng)酪氨酸酶、表沒食子兒茶素組合處理；
[0030]經(jīng)上述工藝處理后，試樣I采用ABTS法測得的絲素膜的抗氧化性為2.4%，采用GB15979-2002測得絲素膜對金黃色葡萄球菌抑菌率為8.0%，絲素膜斷裂強度15.5N/cm2 ；試樣2測得的抗氧化性為56.1%，抑菌率為36.6%，絲素膜斷裂強度21.0N/cm2。
[0031]實施例2
[0032](I)絲素溶液準(zhǔn)備:將脫膠后的家蠶絲加入到氯化鈣-乙醇-水(摩爾比1:1:7)溶液中，在70°C溶解制得25g/L絲素蛋白溶液。將絲素溶液裝入透析袋，在去離子水中透析24h，期間每小時換I次水，透析后過濾得到絲素水溶液。
[0033](2)絲素膜制備:取定量絲素溶液倒入聚四氟乙烯(PTFE)模具中，通過延流使其平整鋪展，在-50°C條件下干燥。
[0034](3)酶促絲素接枝黃酮類化合物:在兒茶素溶液中添加酪氨酸酶，在持續(xù)通氧條件下進行絲素蛋白膜改性處理，其中，絲素蛋白膜的用量為100g/L，酪氨酸酶相對于絲素膜用量為150U/g絲素，兒茶素2g/L，溫度30°C，pH范圍7.0，處理12小時。
[0035](4)改性絲素膜后處理:酶促接枝反應(yīng)后，絲素膜經(jīng)2次室溫水洗后在-50°C條件低溫干燥，得到抗菌絲素蛋白膜。
[0036]試樣3:絲素膜浸潰時僅添加兒茶素處理；
[0037]試樣4:絲素膜經(jīng)酪氨酸酶、兒茶素處理；
[0038]經(jīng)上述工藝處理后，采用試樣I述及的性能測試方法，測得試樣3抗氧化性為
4.4%，抑菌率為3.8%，絲素膜斷裂強度17.0N/cm2 ;試樣4抗氧化性為49.0%，抑菌率為37.5%，絲素膜斷裂強度22.5N/cm2。
[0039]雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可做各種的改動與修飾，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種抗氧化絲素蛋白膜的制備方法，其特征在于，利用酪氨酸酶催化氧化具有酚羥基的黃酮類化合物與絲素蛋白發(fā)生接枝反應(yīng)，提高絲素蛋白膜的應(yīng)用性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，具體工藝步驟如下: (O制備絲素溶液:以溴化鋰或氯化鈣溶解絲素纖維，制備絲素溶液； (2)制備絲素膜:取絲素溶液通過延流使其平整鋪展，在-50~-20°C條件下充分冷凍干燥，得到絲素蛋白膜； (3)酶促絲素接枝黃酮類化合物:在含酚羥基的黃酮類化合物溶液中添加適量酪氨酸酶，在有氧條件下將絲素蛋白膜在上述溶液中浸潰處理，進行酶促接枝改性； (4)改性絲素膜后處理:酶促接枝后絲素膜經(jīng)2~3次室溫水洗，-50~-20°C干燥后得到抗氧化絲素蛋白膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述絲素溶液的制備工藝及條件為:將蠶絲加入到溴化鋰或氯化鈣的水溶液體系中，在30~80°C攪拌至溶解，制得10~50g/L絲素溶液；將絲素溶液裝入透析袋，在去離子水中透析后過濾，制得絲素水溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述酶促反應(yīng)條件為:酪氨酸酶的用量為I~200U/g絲素蛋白膜，黃酮類化合物0.5~10g/L，絲素蛋白膜50~200g/L，溫度20~50°C，pH范圍6.0~8.0，處理I~24小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述酶促反應(yīng)處理時間為6-12小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述絲素溶液的制備還可選用溴化鋰-乙醇水溶液或氯 化鈣-乙醇水溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述酪氨酸酶是動物、植物或微生物來源的酶品種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述黃酮類化合物均含有不同數(shù)量的酚羥基。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述黃酮類化合物是黃酮醇、黃烷酮、黃烷酮醇、異黃酮或異黃烷酮。
【文檔編號】C08J5/18GK103819707SQ201410056821
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】王平, 崔莉, 王樹根, 王強, 范雪榮, 袁久剛, 丁雅靜 申請人:江南大學(xué)