浅议蚕丝脱胶废水中丝胶蛋白的回收方法

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热度0票  浏览394次 时间：2020年3月17日 11:08

张旻霞 罗秋兰 周佳慧 何欣静 赵健安 杨炎星 沈卓伊（嘉兴学院南湖学院 浙江 嘉兴 314001）

摘 要：蚕丝作为一种天然生物蛋白，主要成分是丝胶和丝素，丝胶蛋白约占蚕丝总量的 20％～30％。在实际应用过程中，丝素被加工成了各类丝织物，而丝胶随脱胶废水排放。由于丝胶具有吸湿、抗氧化、抗紫外线等特性，在化妆品、功能材料、食品添加剂、医药和生物材料等方面具有良好的开发应用前景。本文从目前纺织行业的废水现状出发，介绍了近些年来从蚕丝脱胶废水中提取回收丝胶蛋白的几种方法，如冰冻法、有机溶剂沉淀法、离心法、超滤法等技术，并对每种方法的原理和优缺点进行了分析，为未来丝胶蛋白的广泛开发和利用提供一定的思路借鉴。

关键词：蚕丝；脱胶；废水处理；丝胶回收

基金项目：嘉兴学院南湖学院 2019 年 SRT 资助项目（NH85179101），本论文系“互联网 +”大学生创新创业大赛与与浙江省职规赛项目成果。

习近平总书记在十九大报告中将生态文明建设提到了新的战略高度 [1] 。纺织工业作为我国国民经济发展中的支柱性产业，给人们带来经济利益的同时，也给当地的生态环境造成了一定的破坏，如纺织工业废水使周围水域严重污染 [2] 。

传统的丝绸行业，主要利用蚕丝的内层丝素部分，而丝胶随加工废水一起排除弃置 [3] 。我国是丝绸生产大国，据文献报道，2017年中国蚕茧产量为81.74万吨 [4] ，约有8万吨丝胶流失，这不仅对环境造成污染，也是对资源的浪费。近年来，随着人们对丝胶蛋白结构、性能的逐步深入，环保意识的逐渐增强，如何将丝胶蛋白进行有效回收和综合利用，提升研究价值，减轻生态污染，逐渐成为研究热点。

目前，国内外科研工作者在这方面做了深入地分析研究 [5-6] ，以期找到一种更为合理有效的方法，对丝胶蛋白回收利用。目前，蚕丝脱胶废水中丝胶蛋白的回收方法主要包括以下几种：

1.冰冻法

在蛋白质溶液中，随着温度降低，水分子热运动能量随之减少，蛋白质分子结合增加，形成絮凝状沉淀。利用这一现象，让蛋白质溶液降温产生凝胶，把丝胶颗粒从溶液中分离出来，即为冰冻法 [7] 。杨光明等人 [8] 通过实验表明，当pH=7，温度为-24℃，冰冻时间为11h，为冰冻法的最佳工艺，此时丝胶回收率高达70%。冰冻法的优点是工艺流程简单，设备投资少，丝胶回收率较高，因此适用于工业回收丝胶蛋白。但所回收的丝胶蛋白纯度不高，分子量分布不均，若应用到医药卫生等对丝胶要求比较高的领域，还需进一步的精细处理。

2．有机溶剂沉淀法

该法是利用有机溶剂的吸水性来破坏蛋白质胶粒的水化层，使蛋白质从溶液中沉淀分离 [9] 。此法提取的丝胶蛋白水溶性较好，纯度较高，且回收的丝胶可应用范围更广，但成本较高，因此该法只适用于已浓缩的丝胶溶液进一步提纯，不适用于工业回收 [10] 。

3．离心法

离心法是根据废水中各成分比重的不同，经高速离心机作用，将丝胶胶体与水分离 [12] 。此法的优点是回收成本较低，但回收率和纯度都不高[11-12] 。

4．超滤法

超滤法是使用各种超滤膜材料，通过调节适合的进水流量与压力，胶体、蛋白质等因分子量较大而被半透膜所截留，而溶剂和低分子物质则透过膜，分离回收 [13] 。可选择不同的膜孔径，从而对丝胶蛋白进行选择性地回收，如中空纤维分离膜。此法设备成本较高，处理速度低，需要定期清洗和更换超滤膜 [14] 。

5．酸析法

酸析法是指在丝胶蛋白质废水中加入HCl或H2SO4，使pH值为3．8～4．5，在等电点条件下，丝胶蛋白溶解度降至最低，使得丝胶蛋白分离析出 [6] 。此法工艺流程简单，回收成本低，丝胶纯度高；但回收率在40%左右，且对设备耐酸性要求高，在工业方面推广性不强，且回收后的丝胶中会残留有化学试剂，在医药方面应用受到限制[15]。

6．化学混凝法

化学混凝法是在脱胶废水中加入絮凝剂（通常为铝盐、铁盐等）。这些强电解质在水中全部电离为离子，夺取与蛋白质相结合的水分子，从而破坏了蛋白质胶体溶液中水化层的稳定，使蛋白质分子发生凝聚形成沉淀，达到丝胶蛋白回收的目的 [16] 。如张凤秀等 [17] 采用食用胆水作为絮凝剂，可以有效提取丝胶废水中的丝胶蛋白。此方法工艺流程简单，沉淀所需时间少，回收成本较低。但丝胶含杂质较多，丝胶纯度和回收率受限 [18] 。

7．离子交换回收法

这是一种用阴离子交换纤维来回收丝胶蛋白质的方法。蚕丝在碱性条件下精练后，丝胶蛋白带负电荷，与阴离子交换纤维上的正电荷之间有静电吸引力，会被吸附到阴离子交换纤维上 [19] 。用酸浸泡时，丝胶蛋白上的负电荷被中和或转变成正电荷，与阴离子交换纤维之间的静电引力作用消失或产生静电斥力，从阴离子交换纤维上解析，从而达到回收丝胶蛋白的目的。该法设备投资较低、操作简便、回收的丝胶蛋白纯度高，效率高，是一种绿色、有效的方法，适合工业化生产。

8. 其他方法

李克弯等 [20] 采用酸析法和中空纤维膜组合的方法提纯丝胶蛋白。结果表明，结合2种方法，可实现浓缩和丝胶提纯。刘学军等 [21] 采用超滤膜分离法与酸析法、离心法相结合的方式从缫丝生产废水中提取丝胶蛋白，其提取率可达75％以上，大大减轻企业废水处理的负担。江苏鑫缘茧丝绸集团股份有限公司首次提出了等电点沉淀与超滤及纳滤一体化回收丝胶技术 [22] ，实现了产业化高效回收丝胶，回收率高达99%，排出废水CODCr<98mg/L，真正实现了丝胶蛋白的有效回收 [23] 。Gary G Leisk等人 [24] 采用电解方法，可实现丝胶溶液分层，并进行回收。这种方法所用设备简单，可操作性强，丝胶提取率高。

结语

丝胶是一种天然蛋白质资源，其含有的亲水性基团使其具有优异的调湿保湿的功效。回收利用丝胶蛋白，不仅节约社会资源，而且保护了生态环境，具有良好的社会效益。丝胶回收的方法越来越多，唯一不变的主题是“绿色、环保、高效”。总之，创新推动技术发展，相信将来会有更多、更方便、更高效的回收技术，适宜工业化生产，推动传统纺织产业的科技化、绿色化转型升级。■

参考文献

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[24] Leisk G G , Lo T J , Yucel T , et al. Electrogelation for Protein Adhesives [J]. Ad-vanced Materials, 2010, 22(6):711-715.

作者简介：张旻霞（1998-），女，本科在读，主要研究方向：功能纺织品。

指导老师：罗秋兰（1985-），女，讲师，硕士，主要研究方向：功能材料与功能纺织品，（电话）15824349528， （E-mail）lanlan1207@163.com。