强碱性电解水对蚕丝脱胶、缫丝和丝素纤维特性的影响

论文摘要

应用组合电解槽将普通自来水电解制成pH11.0012.00强碱电解水。pH11.50强碱性电解水过滤去除沉淀物后水质清澈，无论存放温度的高低，密闭环境下存放一月以上水质稳定，其pH值没有任何变化。蚕茧脱胶试验表明，以1:40～80（W/V）浴比，在pH11.50强碱性电解水中煮沸20min就能完全脱除丝素纤维外面的丝胶层，电解水碱性过低如pH＜11.00则不能完全脱除丝胶层，过高如pH12.00虽能完全脱除丝胶层，但或多或少会损伤丝素纤维。蚕茧在pH11.50强碱性电解水中70°C振动浸渍10min，就能使蚕茧丝胶层适当膨润。然后转移到相同温度或略低温度的相同电解水中即可进行缫丝。这种低温缫丝方法获得的各项缫丝成绩几乎与传统的一粒缫方法一样，某些性能还优于传统法。电镜观察结果表明，二种缫丝方法缫制的二种生丝经三种脱胶方法精练处理后获得的六种丝素纤维的表面形态没有明显差异。pH11.50强碱性电解水精练20min能完全除去纤维表面的丝胶蛋白，对丝素纤维热性能的影响与中性皂液煮沸精练的纤维性能相似或相近，明显优于碳酸钠溶液煮沸精练的丝素纤维；与中性皂相比，在强碱性电解水精练生丝引起丝素纤维热分解温度降低13°C，而用0.2%碳酸钠溶液精练其丝素纤维热分解温度降低45°C。丝素纤维拉伸性能试验结果表明，传统缫丝与强碱性电解水缫丝对丝素纤维没有明显影响，但生丝精练（脱胶）对丝素纤维的拉伸性能有较为明显影响，中性皂精练的丝素纤维拉伸性能最好，强碱性电解水精练相近或次之，而碳酸钠精练的丝素纤维拉伸性能最差。在强碱性电解水中生丝精练1040min对纤维拉伸性能都没有明显影响。碱性偏低的电解水精练不能完全脱除丝胶蛋白，而碱性过高的电解水如pH12.00长时间煮沸精练会引起丝素肽链的少量断裂，从而导致丝素纤维拉伸性能的下降。利用强碱性电解水煮沸脱胶可以得到大造茧层的全部脱胶液，经过醇沉处理使非蛋白成份与丝胶完全分开，从而获得的茧层醇溶物大都为黄酮类化合物，再经过大孔树脂吸附，获醇水相洗脱物，再经过二次半制备HPLC-DAD反相色谱分离和纯化，从醇水相中制得九种单体。这些单体经过LC-MS质谱、紫外光谱分析和比对参考文献，结果表明七种是属于黄酮醇葡萄糖苷，其中五种成份在360nm紫外光激发下能在533nm处发射黄绿色荧光；七种黄酮醇糖苷中二种为槲皮素三葡萄糖苷，其中一种有荧光；二种为槲皮素二葡萄糖苷，其中一种有荧光；二种脯氨酸-槲皮素二葡萄糖苷都具有荧光，最后一种为山萘酚二葡萄糖苷也具有荧光。而另外二种咖啡酸糖苷还是在蚕茧层中发现首次，一种为咖啡酸一葡萄糖苷，另一种为咖啡酸二葡萄糖苷，都无荧光。体外活性分析表明，大造茧层非蛋白成份即醇溶物及其大孔树脂水相和醇水相以及从醇水相中分离到的九种单体都具有DPPH自由基清除能力。其中咖啡酰二糖苷的DPPH自由基清除能力最强，是其它七种黄酮醇糖苷糖苷活性的22.5倍；具有黄绿色荧光的槲皮素三糖苷具有酪氨酸酶的抑制活性；二种具有荧光的脯氨酸-槲皮素二葡萄糖苷和槲皮素三葡萄糖苷具有一定的体外α-葡萄糖苷酶抑制活性。本文的实验结果充分表明，pH11.50强碱性电解水是一种绿色、环保和无污染的蚕茧脱胶剂，一种非常适合于蚕茧低温缫丝的汤浴，也是一种适合生丝脱胶的精练剂。利用这种强碱性电解水进行蚕茧脱胶、生丝精练或缫丝汤浴，可以达到茧层完全脱胶、对丝素纤维性能影响小、丝胶可以全部回收、以及操作简单和环境友好的目的。这种强碱性电解水在蚕丝工业化绿色加工、蚕丝医用材料的开发与利用以及蚕丝业的可持续发展具有广泛的有价值的和有希望的开发前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1. 概述
• 1.2. 蚕丝脱胶与丝胶回收
• 1.2.1 脱胶方法
• 1.2.1.1 碳酸钠溶液脱胶
• 1.2.1.2 高温高压水脱胶
• 1.2.1.3 尿素溶液脱胶
• 1.2.1.4 酶法脱胶
• 1.2.1.5 酸碱水脱胶
• 1.2.2 丝胶的分离和纯化
• 1.2.3 丝胶层其它组分的分离、纯化与鉴定
• 1.2.4 丝胶的功能
• 1.3 缫丝方法
• 1.3.1 工业煮茧和缫丝技术
• 1.3.2 实验室缫丝技术
• 1.4 丝胶的生物活性及药理作用
• 1.4.1 抑菌及其消化功能
• 1.4.2 抑制紫外线辐射
• 1.4.3 抗氧化作用
• 1.4.4 抑制酪氨酸酶活性
• 1.4.5 降血糖作用
• 1.4.6 促有丝分裂作用
• 1.4.7 促进脯乳动物细胞培养与增殖
• 1.4.8 促进无血清培养基中昆虫细胞和动物胰岛细胞成活
• 1.4.9 抗癌作用
• 第二章 实验材料与方法
• 2.1 实验材料、试剂和仪器
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 主要仪器
• 2.1.3 主要试剂
• 2.2 实验设计与方法
• 2.2.1 强碱性电解水的制备与原理
• 2.2.1.1 强碱性电解水制备原理与装置
• 2.2.1.2 强碱性电解水存放稳定性测试
• 2.2.1.3 ICP 水质测定方法
• 2.2.2 蚕丝脱胶/精练方法
• 2.2.2.1 高温高压水脱胶法
• 2.2.2.2 碳酸钠水溶液脱胶法
• 2.2.2.3 中性皂液脱胶法
• 2.2.2.4 强碱性电解水脱胶法
• 2.2.3 缫丝方法
• 2.2.3.1 传统一粒缫丝方法
• 2.2.3.2 强碱性电解水缫丝方法
• 2.2.4 丝质形貌观察与特性测定方法
• 2.2.4.1 丝纤维表面扫描电镜观察
• 2.2.4.2 丝素纤维 DSC 测定方法
• 2.2.4.3 丝素纤维机械性能测定方法
• 2.2.5 茧层活性物质分离、检测与活性测定方法
• 2.2.5.1 大孔树脂分离方法
• 2.2.5.2 高效液相色谱法（HPLC）优化分析
• 2.2.5.3 半制备高效液相色谱仪上 E50 活性组分的分离与制备方法
• 2.2.5.4 质谱分析方法
• 2.2.5.5 DPPH 清除能力测定方法
• 2.2.5.6 酪氨酸酶抑制活性测定方法
• 2.2.5.7 α-葡萄糖苷酶抑制活性测定方法
• 第三章 结果与分析
• 3.1 强碱性电解水的特性
• 3.1.1 强碱性电解水的稳定性
• 3.1.2 强碱性电解水的离子种类与含量
• 3.1.3 小结
• 3.2 强碱性电解水对蚕丝脱胶的影响
• 3.2.1 强碱性电解水 pH 值对蚕丝脱胶率的影响
• 3.2.2 强碱性电解水脱胶剂的最佳脱胶时间
• 3.2.3 强碱性电解脱胶剂脱胶浴比的确定
• 3.2.4 强碱性电解脱胶剂对不同品种茧壳脱胶率的影响
• 3.2.5 小结
• 3.3 以强碱性电解水为蚕茧膨润剂的缫丝技术与方法
• 3.3.1 蚕茧膨润温度对缫丝的影响
• 3.3.2 蚕茧膨润时间对缫丝的影响
• 3.3.3 强碱性电解水中蚕茧膨润的 pH 值对缫丝的影响
• 3.3.4 传统缫丝方法与强碱性电解水缫丝方法的比较
• 3.3.5 小结
• 3.4 强碱性电解水对丝素纤维机械特性的影响
• 3.4.1 丝素纤维表面的电镜观察
• 3.4.2 丝素纤维的热性能
• 3.4.3 强碱性电解水对丝素纤维机械性能的影响
• 3.4.4 小结
• 3.5 茧层醇溶活性物质的回收与分离及其体外生物活性
• 3.5.1 茧层醇溶物的反相 HPLC-DAD 分析
• 3.5.2 茧层醇溶物 E50 部分在半制备 HPLC 色谱柱上的分离与制备
• 3.5.3 单峰组分质谱分析与紫外吸收光谱分析
• 3.5.4 DPPH 自由基清除活性
• 3.5.5 抑制酪氨酸酶活性
• 3.5.6 体外 α-葡萄糖苷酶活性的抑制作用
• 3.5.7 小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 附录一 英汉双解缩略词表
• 附录二 读研期间发表的文章及成果
• 致谢