蚕丝蛋白的综合利用和发展前景

表格1.蚕丝中丝素和丝胶的氨基酸组成 名称 甘氨酸 丙氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 苯丙氨酸 蛋氨酸 色氨酸 脯氨酸 胱氨酸 丝氨酸 苏氨酸 天门冬氨酸 谷氨酸 组氨酸 赖氨酸 精氨酸 丝素 41.87 27.03 0.32 0.31 0.66 0.70 0.60 0.34 0.30 12.45 0.58 1.23 1.29 0.36 0.71 1.83 丝胶 13.75 4.90 0.80 0.91 1.07 0.87 0.50 1.40 0.20 33.31 8.07 19.62 3.25 1.91 0.87 3.58
蚕丝蛋白在食品方面的应用
蚕丝的蛋白组成中，甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、酪氨酸占其含量的86％左右。 以大白鼠作材料，添食丝肽的试验以及对丝蛋白中氨基酸组成进行分析可知， 蚕丝蛋白在以下方面具有一定的医疗作用：(1)降低血液中胆固醇、防止高血 压和脑血栓。蚕丝的甘氨酸占45％，具有降低血液中胆固醇浓度的作用，可 防治高血压和脑血栓，其功能明显优于其他降压药物；(2)预防“老年性中风 一和痴呆症。蚕丝中的酪氨酸占6％，可在酪氨酸脱氨酶作用下生成多巴、多 巴经脱羧酶的作用而生成多巴胺。能防治“老年性中风"，而且多巴胺能控制 各种神经系统失去平衡而出现手足颤抖脸部神经扭曲等帕金森氏症；(3)促进 胰岛素的分泌。我国古代又把蚕茧煎食用于治疗糖尿病的中药处方，现代科学 家测定丝肽易与糖分结合，具有促进胰岛素分泌的作用，而且可起到减肥、抗 病毒并能降低胆固醇和增强机体免疫力的作用；(4)解酒保肝。蚕丝中的丙氨 酸占有29％，是激活酒精代谢分解成乙醛和NADH的动力源，具有解酒保肝 的作用。由于蚕丝蛋白具有以上的医疗价值，在日本已成为新一代保健食品添 加剂。80年代初就已制成了具有柠檬味、咖啡味等多种味道的丝素果冻，从 而迈出了蚕丝食品开发的第一步。目前，日本已设立了专产食用丝素粉和丝素 食品的工厂，生产丝素酱油、丝素饮料、丝素饼干、丝素糖果等，特别是在老 年和儿童的食品生产中广泛添加蚕丝蛋白，有利于增强人们的体质。蚕丝蛋白 在改善食品的物理形态上也有一定的作用。在开发丝蛋白荞麦面的试验中，发 现添加蚕丝蛋白的荞麦面成型性好，荞麦面成品率由普通养麦面的不足80％ 上升到90％以上，色泽鲜亮，口感滑爽，品质大为提高。
蚕丝蛋白的综合利用和发展趋势
目录
蚕丝蛋白的 组成及性能 蚕丝蛋白的 综合利用现 状 蚕丝蛋白工 业的展望
简要介绍了蚕丝蛋白的 组成、性能，具体叙述 了蚕丝在服装、化妆品、 食品、医药、医用材料、 生物技术和环保领域等 方面的应用和研究进展。 最后阐述了蚕丝蛋白的 发展前景。
蚕丝蛋白的组成及性能
蚕丝蛋白在医药方面的应用
手术缝线是丝素在医药方面利用的最早产品之一。80年代后期，人们 发现用丝素水溶液制得的化妆品不仅无毒无刺激，且对皮肤有营养作 用，因而用丝素水溶液制得的丝素膜同样无毒无刺激有营养。将丝素 水溶液浇在PVC薄膜上可以形成透明的丝素膜，控制一定的条件，可 以制得具有良好的氧气和水蒸气透过性，而不让细菌透过丝素膜，再 加上它与细胞具有良好的附着性及细胞在膜上的增殖能力，若在丝素 中加入其他成分，如丙烯酸等进行接枝共聚，所得的聚合物具有高度 的吸水性，其吸水率可达300倍，而且若将丝素进行恰当的处理或与 其他高分子材料复合，则可制得具有接近正常皮肤的柔软性、伸缩性 和湿润强度的丝素膜，因此丝素膜正被用来作为人造皮肤的极好原料。 用丝素为原料的人造皮肤，在国内已取得可喜的进展，有单位已在开 展人造皮肤的动物试验。此外，日本在丝素膜中加入抗血酸凝剂，以 此制得人造血管。据报道，日本丝素固定化单克隆抗体而制得的丝素 膜制成癌症自动诊断系统，该系统可以通过测定细胞所释放出来的氧 的数量来进行诊断。丝素经水解后，有较好的抗高脂血症和高胆固醇 症之效。
蚕丝蛋白在化妆品方面的应用
在日本学者平林洁教授研究将蚕丝应用于非衣料服饰领域之后， 日本及中国国内市场相继出现了添加可溶性蚕丝蛋白(如丝肽、 丝素氨基酸)的化妆品。在化妆品方面主要有两种形式：即丝素 和丝肽。丝素保持了蚕丝蛋白的原始结构和化学组成，仍然具 有蚕丝蛋白特有的柔和光泽和吸收紫外线抵御日光辐射的作用， 丝素光滑、细腻、透气性好、附着力强，能随环境温湿度的变 化而吸收和释放水分，对皮肤角质层水分有较好的保持作用， 因此丝素是美容类化妆品如唇膏、粉饼、眼霜等的上乘基础材 料。丝肽因水解程度不同，其分子量从几百到几千不等，丝肽 产品依平均分子量来分类，根据需要进行选用。丝肽可溶于水， 与常用的表面活性剂都能相溶。由于丝肽分子侧链中含有较多 的亲水基，使丝肽具有较好的保湿作用。丝肽分子量较小，渗 透性强，可透过角质层与上皮细胞结合，参与和改善上皮细胞 的代谢，营养细胞，使皮肤湿润、柔软，富有弹性和光泽。
蚕丝蛋白的综合利用现状
蚕丝在服装领域的应用 蚕丝蛋白在化妆品方面的应用 蚕丝蛋白在食品方面的应用 蚕丝蛋白在医药方面的应用 蚕丝蛋白在生物技术上的应用 蚕丝蛋白在美化环境方面的应用 蚕丝蛋白在复合材料方面的应用
蚕丝在服装领域的应用
真丝织物有穿着舒适、手感柔软光滑、光泽和谐、华丽高贵等特点。 因此一直受到人们的青睐。蚕丝的公定回潮率11%，具有优良的吸湿 性和透湿性，使真丝织物具有适应外界温度变化而及时对其调整的作 用，使体表始终保持一定水分，防止皮肤干裂。蚕丝的导热性小于绝 大多数纺织纤维，真丝服装散热速度比较慢，所以人们穿着真丝服装 会感到冬暖夏凉，蚕丝服装对温度变化有很好的缓冲作用。桑蚕丝中 乙氨酸的含量高达42．8％，乙氨酸能与紫外线进行光化作用，因此 真丝服装能阻止或减少太阳光中紫外线对人体的侵害，起到保护皮肤 的作用。且蚕丝蛋白纤维不易产生静电。真丝服装经穿着使用后，容 易产生原纤化，原纤化就像扫帚，毛刷一样，可以起到清除人体表面 细微污垢和细菌的功能，防止皮肤瘙痒症，因此有人称蚕丝为“保健 型纤维” 。为了克服真丝织物易皱、品种单一、容易泛黄、染色度较 差等缺点，目前有开发出了包芯丝、变形丝等复合的生丝，并已成为 其发展的主要方向，蚕丝正以新面孔活跃在服装领域。
蚕丝蛋白在生物技术上的应用
在生物技术领域，丝素膜可作为固定化酶的载体和制备生物传感器。酶的固定 化是指通过物理或化学方法将酶固定在某种载体上(此时的酶或酶的衍生物仍 具有很高的催化活性。与游离酶相比，固定化的酶对热、酸、碱的稳定性得到 了相应的提高，而且能轻易与底物和反应物分开、回收并反复利用。丝素所含 蛋白是天然的高分子蛋白，具有独特的分子结构、优异的机械性能、良好的吸 湿和保温性能以及抗微生物性能，是一种理想的酶固定化载体材料，用于医疗、 生化、发酵和化学分析等领域。这种膜状丝索固定化酶可以制成酶电极，用于 检查体液中代谢物质浓度，是具有生物特异性的电极。如固定的葡萄糖氧化酶 膜与氧电极组成的用于葡萄糖定量分析的酶电极，就是通过酶膜-I的葡萄糖氧 化酶与体液中的葡萄糖酸，再由氧电极，测定氧的减少，从而测定葡萄糖的含 量。我国已有人在研究利用蚕丝固定化青霉素酰化酶，并取得了一定的进展。 将生物活性物质材料用做敏感元件，配以适当的换能器构成的分析系统称为生 物传感器。其原理为：待测物质经扩散作用进入固定化生物敏感膜，经过分子 识别，发生生物学反应，产生的信息被相应的化学或物理换能器转变成可定量 处理的电信号，再经二次仪表放大输出从而获得待测物质含量的信息。生物传 感器中研究和应用最多的是酶传感器。丝素膜是一种优良的酶固定剂，它的优 点在于不需要任何交联剂，只需通过物理作用和化学处理，如改变温度、pH、 溶剂、拉伸等就可以完成。因此，它减少了酶的失活，扩大了酶活性的pH范 围，提高了酶的利用效率，且丝素膜对大多数溶剂都相当稳定，具有一定的强 度和弹性。
蚕丝蛋白的组成 蚕丝蛋白的性能
蚕丝蛋白的组成
蚕丝蛋白质含量高达98％，主要由 丝素、丝胶两种蛋白质组成，其中 丝素占70％～80％，丝胶为20％ 一30％。丝素蛋白由一条H链和一 条L链通过s—s键结合而成。丝素和 丝胶蛋白均含有包括人体必需氨基 酸在内的18种氨基酸。丝素的主要 成分是甘氨酸、丙氨酸、酪氨酸、 丝氨酸；而丝胶中则含有大量的丝 氨酸、天门冬氨酸、谷氨酸，其次 是甘氨酸、苏氨酸和赖氨酸等。丝 胶中亲水性氨基酸多于疏水性的氨 基酸；而丝素中亲水性的氨基酸少 于疏水性的氨基酸。丝蛋白还含不 超过0．7％的钾、钙、硅、锶、磷、 铁和铜等多种无机元素。
蚕丝蛋白的性能
从工业用材料的角度来看，丝蛋白 与其它天然生物聚合物相比有如下 的杰出特性：①材料均匀单纯，蛋 白含量大于95％，由蚕丝即可得到 纯的丝蛋白；②家蚕丝纤维无须使 用有害的还原剂，用水透析后便能 得到纯丝素蛋白溶液；③蚕丝可以 随时随地通过对蚕使用人工饲料来 得到；④使用加热、干燥、压缩、 化学药品处理等，很容易改变它的 结构；⑤能制成 纤维、粉末、薄膜、溶液等多种形 态。⑥丝蛋白在醇类溶液中难溶， 此特性有助于丝素蛋白用作生物材 料，因为这种溶剂对活组织无害。
蚕丝蛋白在美化环境方面的应用
高分子塑料的废弃物已造成严重的污染，蚕丝 是纤维状蛋白质，易受紫外线、微生物和酶的 破坏。因此层压丝素膜作为高分子塑料的替代 品正受到人们的重视。丝素的成分与玳瑁相似。 日本工业技术院四国工业技术研究所，从丝素 的溶液中制作丝素薄板，干燥后，数片重叠压 缩，作为玳瑁的代用材料。蚕丝作为象牙的替 代材料也已得到利用 。
蚕丝蛋白在复合材料方面的应用
由于蚕丝服装有着染色差、易泛黄、起皱、品种单一等缺点， 因此在服装领域方面的再开发利用以满足生产高档纺织品的要 求是蚕丝开发利用的一个重要发展方向。比如开发含蚕丝蛋白 的化纤新产品和再生蛋白纤维等。杨敏华等制成的蚕丝蛋白／ 粘胶纤维，既有着真丝般柔和的光泽和滑爽柔软的手感，又保 持了粘胶纤维良好的吸湿性，并具有一定的生物Baidu Nhomakorabea健功能。日 本有公司在涤纶或粘胶纤维中加入蚕丝蛋白，使其成为保湿性 好、有光泽、手感光滑的舒适性材料。另外，为了改善由再生 丝蛋白制成的膜、多孔支架和凝胶等材料的力学性能比较脆弱 的缺点，近年来不少研究人员将丝素蛋白与合成高分子、生物 大分子、无机物等制备成复合材料，品质得到了较好的改善。
蚕丝蛋白工业的展望
随着生物高新技术的发展、研究手段的进步，目前国 内外对蚕丝结构和性质的研究越来越深入，并已取得 了有价值的成果。但人们对丝素蛋白的研究和利用还 非常有限。如在纺织工上要提高质量，提高染色牢度、 改善泛黄、增加新品种等；用丝素蛋白制作人工器官 和人工组织还处于初级阶段；在化妆品方面的某些作 用机理尚未十分明确；蚕丝功能性食品在人体内发挥 生理功效的作用机理尚未完全阐明等。这些应是今后 充分利用蚕丝蛋白的主要研究向。另外，由于蚕丝蛋 白的独特生理性能，加强其在生物医学、医用材料、 生物技术方面的应用也是开发蚕丝蛋白的一个重点研 究方向。我国有充足的下脚料茧和废丝原料，也有广 阔的消费市场，因此蚕丝的开发利用将有非常广阔的 前景。