产生还原剂含量低的角蛋白的方法及其产品技术

本发明专利技术涉及产生还原剂含量低的角蛋白的方法，包括步骤：（ａ）使用还原剂在水性介质中切割含有角蛋白初始材料中的二硫键（ＣｙｓＳ－ＳＣｙｓ），以获得角蛋白中间产物，其中至少９０％切割的二硫键具有ＣｙｓＳ↑［－］或ＣｙｓＳＨ结构；（ｂ）在ｐＨ９至１４之间除去多余的还原剂，获得Ｒ比率为至少１０％的角蛋白水溶液或分散体，其中Ｒ＝１００×（［ＣｙｓＳ↑［－］］＋［ＣｙｓＳＨ］）／（［ＣｙｓＳ↑［－］］＋［ＣｙｓＳＨ］＋２［ＣｙｓＳ－ＳＣｙｓ］）；和（ｃ）任选地，除去水以获得含有角蛋白的分散体、粉末或颗粒。本发明专利技术还涉及例如水溶液、分散体、粉末、颗粒的产品，以及获得的角蛋白在制备泡沫、成形物和制剂中的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及产生还原剂含量低的角蛋白的方法，含有所述角蛋白的水溶液、分散体、粉末或颗粒，及其在制备泡沫、成形物和制剂中的用途。
技术介绍
羽毛是养禽业的重要废弃产物，全世界每年产生约4百万吨。尽管其少量用于衣服、隔热和寝具，并且更多的用于制备用来生产动物饲料的羽毛颗粒物，目前尚不能充分、有经济价值地应用如此大量的羽毛。出于环境因素，燃烧或掩埋羽毛并非总是可行；并且没有经济利用的大量废弃羽毛形成工业，例如养禽业的严重的处置问题。因此，专利技术的普遍目标是为废弃羽毛提供经济可行的利用范围，以及提供使废弃羽毛适用于这些利用的方法。这一目标在WO 03/006531中得以实现，其公开了获得改良的基于角蛋白的产品的方法，该方法涉及角蛋白分子的部分水解与获得的游离CysSH基团的部分修饰的组合。这一部分水解和部分修饰的产物可分散于水中并且可以用于一系列的应用。获得的游离CysSH基团必须进行部分修饰以防止在除去还原剂过程中角蛋白的交联。这样的在所用条件下不可逆的过早交联影响角蛋白的进一步利用。另一方面，如果角蛋白被完全修饰，其不能再交联，并因此丧失了进一步的商业利用。如果没有应用修饰步骤，角蛋白将在除去还原剂的过程中交联(例如在透析或过滤期间)，并将随后作为也不能利用的不溶产物块沉淀。因此需要部分修饰从而在防止过早交联和另一方面防止失活之间精细平衡。此外，角蛋白的修饰是不利的，因为修饰的额外加工步骤和除去多余修饰剂的步骤严重增加了成本。因此，非常需要经济可行的方法来制备可溶或可分散的并且有活性的含有角蛋白的材料用于溶液、分散体、粉末、颗粒等。
技术实现思路
现已发现，当除去步骤(例如透析或过滤步骤)在特定pH范围进行时，未修饰的角蛋白能够容易和完全地从还原剂游离而不发生干扰性的过早交联。这是非常有意义的发现，因为迄今为止认为未修饰的角蛋白不能在保持其可溶或可分散的条件下从还原剂分离。修饰程度很低以至于修饰对于角蛋白的纯化没有作用的角蛋白(例如，少于10％的游离CysS-和/或CysSH基团被修饰的角蛋白)包括在本专利技术的范围内。因此，一方面，本专利技术涉及产生还原剂含量低的角蛋白的方法，包括步骤(a)使用还原剂在水性介质中切割含有角蛋白的起始材料中的二硫键，以获得角蛋白中间产物，其中至少90％的切割的二硫键具有CysS-或CysSH结构。(b)在pH 9至14之间除去多余的还原剂，获得R比率至少为10％的角蛋白水溶液或分散体，其中R＝100×(+)/(++2)；和(c)任选地，除去水以获得含有角蛋白的分散体、粉末或颗粒。在US4135942中，实施例1的羽毛提取物在pH 11用还原剂(硫基乙醇酸钠)处理并且在离心之后用蒸馏水透析上清液。这意指多余的还原剂是在pH 7(蒸馏水)而非pH 9-14(本专利技术的pH范围)除去。因此获得的角蛋白并非游离的角蛋白，而是凝结成二聚物和多聚物，形成凝胶状结构。因此这样的角蛋白不满足R至少为10％的需要。出于同样原因，Schrooyen等人，J.Agric.Food Chem.，48，4326-4334未公开游离的角蛋白，而是凝结成二聚物和多聚物，形成凝胶状结构的角蛋白，其不满足R至少为10％的需要。本专利技术的关键特征是除去多余还原剂以获得还原剂含量低的角蛋白所必需的pH条件，所述还原剂含量低的角蛋白没有干扰性的过早交联并且因此保持其反应性。本专利技术使用的术语“还原剂含量低的角蛋白”意指每克角蛋白中所含还原剂少于10-2摩尔，优选少于10-3摩尔，最优选少于10-4摩尔的角蛋白。可以使用任何适当来源的角蛋白作为含有角蛋白的起始材料。具体而言，可以使用天然来源的角蛋白纤维，例如头发、羽毛、羊毛、角质鞘、趾甲、角等。优选地，使用含有至少β-角蛋白的角蛋白来源。羽毛是尤其首选的起始材料，具体地，例如作为养禽业废弃产品获得的小鸡、火鸡、鸭子、鹅或任何其它家禽的羽毛。这些角蛋白来源可以含有少量的其它蛋白质和/或其它成分，如脂肪或血，例如通常量少于总重量的5％(基于干材料，例如羽毛)。一般而言，可以容忍其它成分的存在，否则，可以在步骤(a)之前除去一些或全部的这些非角蛋白成分。优选对含有角蛋白的起始材料进行一种或更多的预处理，如清洁、洗涤、拣选、去脂、切割、粉碎、磨碎、干燥或其任意组合。这类预处理可以有利于起始材料的操作，它可以提高进一步加工步骤(如角蛋白切割)的效率，和/或可以提高基于角蛋白的终产物的质量。备选地，可以使用已经预加工的含有角蛋白的起始材料，例如羽毛颗粒物；以及已经分离的角蛋白或角蛋白纤维。无任何更多预处理地直接在步骤(a)中使用天然来源的角蛋白或角蛋白纤维，例如羽毛，也包括在本专利技术的范围内。可以从本
已知的任何合适的还原剂，例如硫化物、硫醇、硼氢化物和膦或其组合中选择还原剂。首选的硫化物是碱金属硫化物(例如硫化钠)和硫化铵。由于还原剂通常是有毒且难闻的物质，例如2-巯基乙醇或二硫苏糖醇，需要除去多余的还原剂。优选获得满意的角蛋白产率的还原条件，即含有角蛋白的起始材料、还原剂以及缓冲液的浓度，和pH、温度以及持续时间，其中优选至少10％，优选至少20％，最优选至少40％的CysS-SCys键被切割(即，通常通过还原切割角蛋白分子内和分子间的二硫基)。更多优选的切割条件被详细说明如下。水性介质中还原剂的浓度，例如碱金属硫化物或硫化铵，优选在0.05M和1.0M之间。切割角蛋白的pH为碱性，即高于pH 7，并且优选不高于14。然而，优选在pH至少为8，优选至少为9，和最优选至少为10的碱性pH进行切割，因为在至少为10的pH，硫化物的离解平衡向S2-移动，其为强于HS-的还原剂。还原角蛋白的温度优选为至少20℃。然而，优选使用更高的温度切割，例如优选温度至少为30℃，更优选约50至80℃，但是优选不高于100℃。角蛋白切割步骤的持续时间主要选择能够在给定的切割条件下获得期望程度的二硫化物的切割。通常切割发生在10分钟至24小时之间。因此技术人员将经验地优化角蛋白切割的条件体系以获得至少期望程度的角蛋白二硫键切割。在本专利技术的方法中，优选不修饰角蛋白。因此优选至少90％，更优选至少95％，最优选至少99％，和最好100％的角蛋白切割的二硫键具有CysSH或CysS-结构。可以水解角蛋白酰胺键至某种程度，使由切割和部分水解角蛋白产生的基于角蛋白的产物具有需要的物理和化学特性。水解意指角蛋白分子中肽键的切割。因此，经切割和部分水解的角蛋白分子量的分布可以定义如下。经切割和任选地部分水解的角蛋白优选其主要分子量在1和11千道尔顿之间，特别是在3和10.4千道尔顿之间，此处“主要”被理解为意指存在于部分水解的角蛋白部分中的至少50％，优选至少90％，更优选至少95％，和最优选至少99％的角蛋白分子具有所示范围内的分子量(如在WO03/006531中确定的分子量)。必须从尽可能多的还原剂中游离出由此获得的角蛋白中间产物，通常二价硫离子来自还原剂。为此使混合物经过除去步骤，例如沉淀和离心，或透析或过滤(如超滤或纳米过滤)从还原剂分离角蛋白，以获得优选地每克角蛋白含有少于10-2摩尔还原剂的角蛋白。优选地，每克角蛋白含有少于10-3摩尔还原剂，最优选少于10-4摩尔还原剂，和如果可能，完全不含有本文档来自技高网...

【技术保护点】
产生还原剂含量低的角蛋白的方法，包括步骤：（ａ）使用还原剂在水性介质中切割含有角蛋白的起始材料中的二硫键，以获得角蛋白中间产物，其中至少９０％的切割的二硫键具有ＣｙｓＳ↑［－］或ＣｙｓＳＨ结构；（ｂ）在ｐＨ９至１４之间除去多余的还原剂以获得具有比率Ｒ为至少１０％的角蛋白水溶液或分散体，其中Ｒ＝１００×（［ＣｙｓＳ↑［－］］＋［ＣｙｓＳＨ］）／（［ＣｙｓＳ↑［－］］＋［ＣｙｓＳＨ］＋２［ＣｙｓＳ－ＳＣｙｓ］）；和（ｃ）任选地，除去水以获得含有角蛋白的分散体、粉末或颗粒。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：TAG弗洛里斯，KJ斯兰根，MTA博斯，
申请(专利权)人：帝人特瓦隆有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]