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蚕丝蛋白

蚕丝蛋白发展的综述

安亭亭姚娟

摘要简要介绍了蚕丝蛋白的组成和性能，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广阔的发展前景。

关键词蚕丝蛋白；应用；进展；发展前景

我国是世界上家蚕丝及柞蚕丝产量最大的国家，家蚕生丝产量约占世界一半。

一直以来绝大部分的蚕丝都被用来作为纺织材料。

自2O世纪70年代至今，国内外对蚕丝开发利用的研究逐渐延伸到食品、发酵工业新材料、生物制药、临床诊断治疗、环境保护、能源利用、医用材料及化妆品等领域。

1蚕丝蛋白的组成及性能

1．1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％一80％，丝胶为20％～3O％【3J。

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。

丝胶中亲水性的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。

1．2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l4l：

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。

2蚕丝蛋白的综合利用现状

2．1蚕丝在服装领域方面的应用

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。

蚕丝的公定回潮率为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有冬暖夏凉之感。

蚕丝的吸湿热较高（165ca1），仅次于羊毛。

因此真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”l2_。

为了克服真丝织物易皱、品种单容易泛黄、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。

2．2丝蛋白在化妆品方面的应用

早在明代，李时珍在他的医学巨著《本草纲目》中就有记载：

天然蚕丝可以使皮肤变美，消除黑斑，还能治疗化脓性皮肤病。

蚕丝蛋白在化妆品方面，主要有两种形式：

即丝素粉和丝肽。

丝素粉不仅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，而且光滑、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。

因此丝素粉是美容类化妆品中上乘的基础材料。

丝肽具有较好的保湿作用；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；具有较好的成膜性，能在皮肤和毛发的表面形成保护膜，这种膜具有良好的柔韧性和弹性；防紫外线辐射，丝素肽中的乙氨酸与紫外线进行光化反应，能阻挡和减少紫外线对人体的侵害，o抑制皮肤中黑色素的生成，丝肽蛋白有抑制酪氨酸酶活性的作用，从而抑制黑色素生成。

2O世纪70年代Et本就开发丝素粉并用于粉底材料。

20世纪80年代初，江苏无锡等地相继利用丝素粉制成丝素膏，产品远销东南亚。

20世纪80年代中期，山东、浙江研究出有多种用途的丝（素）精，把它配人镇痛消炎的皮肤外用药膏中，可起到愈合伤口、防止皮肤干燥、促进皮肤吸收的作用。

谢德松等5利用蚕丝蛋白为主要原料，辅用其他中草药，研制治疗、护肤相结合的新型皮肤外用药“舒肤霜”。

对治疗瘙痒性皮肤病及皮肤皲裂症的有效率达95％。

1992年Et本利用蚕丝丝素粉已经成功开发出粉底、粉饼、脸黛、香波、固形剂、洗发剂、头发保护剂、唇膏等一系列化妆品嗍。

近年来，国内许多单位，如江苏省丝绸公司、陕西省丝绸公司、辽宁柞蚕丝绸科学研究院、浙江省蚕研所、上海华银日化厂等相继研究开发出了丝蛋白化妆品和洗浴用品，产品效果都不错。

胡桂燕等同利用水溶性天然蚕丝蛋白为主要原料研制对皮肤色斑有抑制作用的“丝露祛斑美白霜”补充治疗色素沉着，效果较好。

付田霞等同将柞蚕丝素粉添加到化妆品成品中进行抑菌实验，结果表明柞蚕丝素粉具有很好的抑菌功能。

丝蛋白作为化妆品添加剂，其主要优点是热稳定性好，防晒、保湿、营养等功能俱全，与其他化妆品原料有较好的配伍性，添加量较大，最多可达到20％，使其功能性作用较明显，因此可广泛应用于化妆品领域。

2．3丝蛋白在食品方面的应用

家蚕丝具有无毒、无污染、可生物降解的特性，其降解物和蚕丝中低聚肽对人体具有特殊的营养保健功能。

丝蛋白中富含18种氨基酸，其中包括8种必需氨基酸，而脂肪和碳水化合物含量极少。

由家

蚕丝开发的生物食品不仅非常符合人类现代营养学方面的要求，而且具有特殊的药用价值，被称为“21世纪的高科技食品”日。

家蚕丝素食品具有解酒保肝、降低血液胆固醇、促进胰岛素分泌、降低压、防治帕金森氏症及明显的抗菌作用。

丝素食品源于日本，目前已经有利用家蚕丝多肽和氨基酸生产的丝素蛋糕、饼干、面条、荞麦面、果冻胶、冰淇淋、糖果、稀饭、饮料、酱油以及含有丝素成分的茶叶、胶囊、片剂等食品，并以其独特的品质而深受消费者青睐，成了日本新一代的保健食品和营养品。

目前，我国的有关科研和生产机构已生产丝精、速溶性丝胶，并正在积极研制蚕丝保健食品，用丝素加工饮料、酱油、果冻等食品的工艺已经得到进步改良，并已实现工业化生产。

YunanYangeta1．研发了一种丝蛋白食品加工新工艺，为解决宇航员在探索太空的漫长期间能得到蛋白食品的供应提供了新渠道。

丝素食品的开发的成功，无形中增加了蚕丝产品的附加值，降低了原料成本，对我国功能性食品的产品结构的改变有重要意义。

我国有充足的下脚料茧和废丝原料，也有广阔的消费市场，因此蚕丝食品的开发利用将有非常广阔的前景。

2．4在医药、医用材料方面的应用

蚕丝蛋白具有特殊的超微结构和多级结构，有其他高分子材料所不可比拟的优点：

无毒、无刺激、无污染及生物亲和性，能良好的适应机体组织。

利用这些性质制成的人造皮肤、人造血管、人工肌腱和韧带、人造骨骼、人造牙齿、免拆除手术缝合线、丝素膜、生物反应器等已取得了突破性进展嘲。

MichaelLovetteta1．【9】研究表明由于丝蛋白的生物亲和性和缝合性，不管是直接移植还是嫁接到细胞上，丝蛋白微管都是微管移植的理想生物材料。

S．Hofmannetal．阐明蚕丝蛋白是多糖和活性蛋白质药物载体较理想的药物控制释放材料，它可以增强或减缓药物在体内的作用时间和效力；陈明丽等ll1利用蚕丝蛋白建立了选择性分离细胞色素C的新体系。

近年来，国内外任有不少研究人员致力于蚕丝蛋白在医药、医用材料方面的应用，以期充分利用它特有的性质和优点在抗癌药物、抗艾滋病药物、抗衰老、药物释放控制等研究上有所突破。

2．5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。

丝素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。

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。

用丝素膜制备的酶传感器，可减少酶的失活、扩大酶活性的pH范围，提高酶的利用效率。

除了酶传感器外，丝素蛋白膜还可用于免疫传感器和神经传感器。

日

本针纺公司还研制出一种固定抗体的丝素膜，并开发完成一种免疫传感器用于癌症的诊断；我国张雨青_13也研制成功固定化L一天冬酰胺酶的丝素膜；徐新颜Ⅱ41也研制成功固定化葡萄糖氧化酶和青霉素酰化酶的丝素膜。

2．6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[15]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，并具有一定的生物保健功能。

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。

2．7在环保领域的开发应用

高分子塑料的废弃物已造成严重的白色污染。

家蚕丝是天然纤维状蛋白质，自然环境中在紫外线、微生物和生物酶作用下能够被很快分解，因此家蚕丝素膜作为高分子塑料的替代品正受到人们r自勺重视。

家蚕丝素的成分与玳瑁相近，可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。

用尼龙等合成纤维制作的钓鱼线，因在自然条件下不会腐败分解引起环境污染。

用光硬化树脂覆盖家蚕丝后制成的无公害钓鱼线，已经实用化。

将家蚕丝用碱处理后，添加一定比例的树脂就可以获得新型感触性涂层材料，将丝粉调入某些涂料中还可制成高级涂料，目前被广泛用于各种高档室内装潢[91。

3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。

如在纺织工业上要提高质量，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方向。

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。

我国有充足的下体系。

近年来，国内外任有不少研究人员致力于蚕丝蛋白在医药、医用材料方面的应用，以期充分利用它特有的性质和优点在抗癌药物、抗艾滋病药物、抗衰老、药物释放控制等研究上有所突破。

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