皮胶原纤维（共7篇）
皮胶原纤维 篇1
前言
制革工业生产的皮革还不是最终的消费产品,在以后的处理过程中还要经受不同程度的干热作用[1]。制鞋时,皮革要经过高达120～130℃的干热处理[2],固定时所要经受的温度更高[3]。这就要求制革工业生产出的成品皮革,能够经受住较高温度的干热作用而不致变性。
皮胶原纤维上有较多的亲水性基团。在不同温度、不同湿度的环境中,皮胶原纤维会从环境中吸附水分子或向环境中释放(解吸附)出水分子。在储藏、生产和使用的过程中,皮革也难免要在水中浸泡,或吸收环境中一定量的水分。这些水分子必然会与皮胶原纤维发生作用,从而影响到其结构与性能。因此,环境湿度势必会直接影响到皮革的各种理化性能。有关环境湿度对皮革的结构与性能的影响还不清楚,有必要进行系统的研究。
本文采用热台显微镜法分别研究了未鞣和铬鞣、甲醛鞣及戊二醛鞣皮胶原纤维,在不同湿度的环境中的干热收缩性能,讨论了环境湿度对皮胶原纤维干热性能的影响,分析了水分子与皮胶原的相互作用机理。
1 试验部分
1.1 主要试验材料与仪器
(1)试验材料
糖还原铬鞣液,碱度为33%,自制;
甲醛,分析纯,郑州市化学试剂三厂;
25%戊二醛水溶液,生物试剂,中国医药集团上海化学试剂公司;
重铬酸钾,分析纯,上海华鹏实业有限公司;
浓硫酸,分析纯,洛阳昊华化学试剂有限公司;
氢氧化钠,化学纯,上海华彭实业有限公司。
(2)试验仪器
THZ-82型恒温水浴振荡器,江苏金坛市富华仪器有限公司;
XT5A型显微熔点测定仪,北京市科仪电光仪器厂。
1.2 试验方法
生牛皮按照传统工艺方法经水洗、脱脂、浸灰、片皮、脱灰后,进行脱水干燥处理,然后进行研磨,即可得到未鞣皮胶原纤维[4]。
1.2.1 铬鞣皮胶原纤维的制备
配制60mL鞣液,其中含食盐1.8g,铬浓度为(以Cr2O3计)10g/L的糖还原铬液。称取皮胶原纤维0.5g,加入到铬鞣液中。在常温下,于一个月内用0.01 mol/L的氢氧化钠溶液,将其pH值调到4.0左右。充分摇匀、过滤、以蒸馏水洗涤,反复操作至洗液中无氯离子为止(以0.05g/L AgNO3溶液鉴定),将滤饼置于内有硅胶的干燥器中一周以上至恒重。
1.2.2 甲醛鞣皮胶原纤维的制备
称取0.5g皮胶原纤维,放入60mL浓度为10g/L,pH值为2～3的甲醛水溶液中,在常温下静置14h,充分摇匀。以碳酸钠在2h内调pH值至7.0。出皮、过滤,以蒸馏水充分洗涤,将滤饼置于内有硅胶的干燥器中一周以上至恒重。
1.2.3 戊二醛鞣皮胶原纤维的制备
称取0.5g皮胶原纤维,放入60mL的浓度为3g/L的戊二醛水溶液中,在常温下静置14h,充分摇匀。以碳酸钠在2h内调pH值至8.5。出皮、过滤,以蒸馏水充分洗涤,将滤饼置于内有硅胶的干燥器中一周以上至恒重。
1.2.4 皮胶原纤维的调湿处理
将皮胶原纤维试样置于环境湿度分别为20%、40%、65%、80%、90%的干燥器中一周以上,进行调湿处理至恒重,再进行干热收缩试验[5]。
1.2.5 干热收缩温度及收缩率的测定
将皮胶原纤维置于载玻片,放于显微熔点测定仪的载物台上,盖上盖玻片,并压上小砝码。以5℃/min的升温速率从室温升至300℃,其间记录皮胶原纤维长度的变化。设收缩前皮胶原纤维长度为L0,收缩后皮胶原纤维长度为L1,样品的干热收缩率(s)[6]为:
干热收缩温度为:干热收缩曲线上基线的切线与发生急剧收缩时曲线的切线的交点处的温度,记为Ts,如图1所示。
2 结果与讨论
2.1 不同环境湿度下未鞣皮胶原纤维的干热收缩曲线
环境湿度对未鞣皮胶原纤维干热收缩性能的影响如图2和表1所示。可知,皮胶原纤维的收缩曲线分为2个阶段,第一阶段是从室温到200℃,RH从20%变化到80%时,皮胶原纤维的收缩并不明显。值得注意的是,RH为90%的试样在155℃左右就开始有收缩的迹象(见图2),200℃时收缩率已达到10%;第二阶段是200～250℃,其间皮胶原纤维发生了急剧的收缩,纤维长度变化迅速。RH从20%变化到90%时,皮胶原纤维的收缩温度出现了先升高后降低的现象,范围在218.3～226.7℃之间。最终收缩率则随环境湿度的增加自51.7%增大到61.4%。
收缩温度先升高后降低,这可能是因为环境湿度低时,水分子与皮胶原分子之间形成的氢键较少,造成胶原分子间作用力较小,受热时分子间作用力容易被破坏并发生收缩,从而出现收缩温度较低的现象。当环境湿度增大到65%左右时,水分子与胶原分子形成了较多的氢键,胶原分子间作用力增强,从而受热时不易发生收缩,表现为较高的收缩温度;而当环境湿度进一步增大时,大量的水分子渗透到胶原分子之间,吸附在胶原分子周围,起到增塑剂的作用,使胶原纤维容易发生收缩,收缩温度又比较低。
2.2 不同环境湿度下甲醛鞣皮胶原纤维的干热收缩曲线
由图3和表2可知:不同环境湿度下甲醛鞣皮胶原纤维的干热收缩曲线也可分为2个阶段,第一阶段是室温到200℃,RH变化时,胶原纤维的收缩变化并不明显;第二阶段是200～250℃的急剧收缩阶段,皮胶原纤维的收缩温度随着环境湿度的增加有先升高后降低的现象,变化范围为218.7～227.5℃,最高收缩温度发生在相对湿度为65%的湿度环境中。这种现象产生的原因可能与未鞣皮胶原纤维类似。
2.3 不同环境湿度下戊二醛鞣皮胶原纤维的干热收缩曲线
环境湿度对戊二醛鞣皮胶原纤维干热收缩性能的影响如图4和表3所示。200℃以下,随着环境湿度的增加,试样的干热收缩逐渐向上偏移,即环境湿度的增加使皮胶原纤维的收缩率不断增大。200～250℃的急剧收缩阶段,随着环境湿度的增加,试样的收缩温度先升高后降低,范围在218.2～225.9℃之间,最高收缩温度也发生在相对湿度为65%的湿度环境中。发生这种变化的原因也类似于未鞣皮胶原纤维。
2.4 不同环境湿度下铬鞣皮胶原纤维的干热收缩曲线
由图5可以看出:在不同环境湿度下,铬鞣皮胶原纤维没有明显的收缩温度,它的收缩是发生在较宽的温度范围,可能是因为铬配合物的分子大,渗透慢,导致其结构与性能的不均匀性。230℃以下,RH为65%的试样收缩率最小。可能此时水分子与皮胶原分子形成了大量氢键,同时水分子所产生的增塑剂作用也比较小。在230～280℃,90%环境湿度的皮胶原纤维收缩率最小。这可能是因为RH为90%的试样中结合水含量较多,与胶原分子形成的氢键数目也较多,分子间作用力较强,收缩的较慢。在干热收缩性能方面,铬鞣皮胶原纤维与未鞣制试样、甲醛鞣试样和戊二醛鞣试样不同,可能是鞣制机理不同,造成其结构与性能的不同。
3 结论
(1)随着环境湿度的增加,各种皮胶原纤维的收缩温度都呈先增大后减小的现象,65%的相对湿度是一个分界线。这种现象可能与水分子和胶原分子之间形成的氢键数目、水分子在皮胶原纤维间所起的类增塑剂作用有关。
(2)在相同的环境湿度下,200℃以下,甲醛鞣皮胶原纤维的收缩率最低,铬鞣皮胶原纤维的收缩率最高,在200～280℃,铬鞣皮胶原纤维的收缩率最低。
参考文献
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[6]Murray R K,Granner U K.哈泊生物化学[M].宋惠萍,译.北京:科学出版社,2003
皮胶原纤维 篇2
胶原是细胞外最重要的水不溶性纤维蛋白,是构成细胞外基质的骨架。它在细胞外基质中形成半晶体的纤维,给细胞提供抗张力和弹性,并在细胞的迁移和发育中起作用。胶原在各种动物中都有存在。脊椎动物中腱、软骨和骨中的胶原非常丰富,几乎占蛋白总重的一半。胶原可再生,可降解,生物相容性好,使其在制革、生物医用材料等领域具有广泛的用途与应用前景[1]。
作为一种材料,在加工和使用的过程中,耐热性能是皮革的一项极为重要的指标。收缩温度反映皮胶原纤维的热变性临界温度。有关皮革的湿热稳定性,人们所给予的关注较多,世界各国也都制定了相应的收缩温度标准。在皮革的干热收缩性能方面,研究却较少。有关皮胶原纤维的干热收缩机理,目前还没有形成系统的理论[2]。
在胶原的结构方面,每一个胶原蛋白分子是一种三重螺旋,即3蛋白链中的一个特定的形状扭曲在一起,形成一个坚固、稳定的蛋白链。在其三股螺旋内和三股螺旋间,有大量的氢键存在,起着稳定皮胶原纤维及皮革的结构稳定性的作用。在研究尿素处理对皮胶原纤维干热收缩性能中发现[3],随尿素溶液浓度的增大,皮胶原纤维的干热收缩温度逐渐降低,干热收缩率随尿素溶液浓度的增大而先增后减。在尿素浓度不高的情况下,水洗后皮胶原纤维的干热曲线和未处理皮胶原纤维的干热收缩曲线接近,表明尿素处理对皮胶原纤维干热收缩的影响具有一定的可逆性,即尿素与皮胶原纤维之间的相互作用是可逆的。
与尿素的结构相近,盐酸胍(Guanidine Hydrochloride,简称GuCl)分子上含有2个氨基见结构式(1),也可以与蛋白质之间形成新的氢键作用,以取代蛋白质中原有的氢键,使蛋白质发生构象的变化以致蛋白质发生变性。因此,盐酸胍是一种典型的氢键破坏剂[4],也会对皮胶原纤维的结构与性能产生影响。为了进一步证实氢键在皮胶原纤维中的作用和尿素对皮胶原纤维的干热收缩行为的影响方面的研究结果,有必要研究盐酸胍处理对皮胶原纤维干热收缩行为的影响。
本文以盐酸胍为改性剂,将皮胶原纤维置于不同浓度的盐酸胍溶液中处理不同的时间,研究了盐酸胍溶液处理前后皮胶原纤维的干热收缩行为及其变化规律。研究发现,经过盐酸胍处理的皮胶原纤维的干热收缩温度明显降低,且随着所用盐酸胍浓度的增大逐渐减小,直到达到平衡,平衡时的收缩温度在120℃左右;干热收缩率则随盐酸胍浓度的增大先增大后减小。盐酸胍对皮胶原纤维的破坏作用并没有产生化学变化,是其中氢键的破坏与形成的过程,也是一个可逆的物理过程。
1 试验部分
1.1 主要试验材料和设备
皮胶原纤维,由四川大学制革清洁技术国家工程实验室提供;
盐酸胍,分析纯,宝信生物科技有限公司。
XT5A型显微熔点测定仪,北京市科艺电光仪器厂;
THZ-82型恒温水浴振荡器,金坛市富华仪器有限公司。
1.2 盐酸胍溶液的配制
用100mL的容量瓶,分别配制浓度为0.5、1、1.5和2.0mol/L的盐酸胍标准溶液。
1.3 试样的制备
盐酸胍处理试样:将皮胶原纤维浸泡在所配制的盐酸胍溶液中,于常温下在恒温水浴振荡器中振荡。在处理1、4、7和14d后分别取样,抽滤、干燥,将皮胶原纤维试样置于相对湿度为65%的容器中1周以上,调湿至恒重。
水洗试样:将经过盐酸胍处理7d的皮胶原纤维用蒸馏水反复冲洗、抽滤,将水洗后的皮胶原纤维试样置于相对湿度为65%的容器中1周以上,调湿至恒重。
1.4 干热收缩试验
调好XT5A型显微熔点测定仪。取一根皮胶原纤维,置于载物台上。对准焦距,以5℃/min的升温速率逐渐升温至300℃。同时,观察在加热过程中皮胶原纤维所发生的各种变化。记录下在不同温度下皮胶原纤维的长度和其外观所发生的变化。
2 结果与讨论
2.1 盐酸胍浓度对皮胶原纤维干热收缩行为的影响
图1为经过不同浓度的盐酸胍溶液处理不同时间的皮胶原纤维的干热收缩曲线(用2.0mol/L盐酸胍处理14d的皮胶原纤维未能取出试样)。由图1可知,随盐酸胍浓度的增大,皮胶原纤维的收缩温度不断减小,直到达到平衡,平衡时的收缩温度120℃左右。盐酸胍处理1d和4d后的皮胶原纤维的干热收缩率,随着盐酸胍浓度的增大而先增大后减小;盐酸胍处理7d后的皮胶原纤维的收缩率,随着盐酸胍浓度的增加没有明显的变化。当盐酸胍浓度达2.0mol/L时,皮胶原纤维的收缩率明显减小。
图2和图3分别为随着盐酸胍溶液浓度的变化,处理7d后皮胶原纤维的干热收缩温度和收缩率的变化曲线。由图2和图3可知,皮胶原纤维的干热收缩温度随盐酸胍的浓度增大而减小,收缩温度范围为110～180℃之间,当盐酸胍浓度为1mol/L时,其干热收缩温度降低变缓,并逐渐接近平衡收缩温度;其干热收缩率随着盐酸胍浓度的增加而先增大后减小,当盐酸胍浓度为1.0mol/L时,干热收缩率最大。盐酸胍和尿素具有相似的结构,其对皮胶原的变性机理,也应该一样,都是对胶原内原有的氢键造成破坏,形成新的氢键,导致皮胶原纤维结构的变化,从而引起其性能的变化。
2.2 盐酸胍处理时间对皮胶原纤维干热收缩行为的影响
图4是在不同浓度的盐酸胍溶液中,处理不同时间的皮胶原纤维的干热收缩曲线。
当盐酸胍浓度较低(0.5mol/L)时,皮胶原纤维的干热收缩温度和收缩率随着处理时间的增加变化不明显,干热收缩温度在170～190℃范围内,收缩率在70%左右。当盐酸胍的浓度为1.0mol/L时,皮胶原纤维的干热收缩温度随着处理时间的延长有减小的趋势,干热收缩温度范围在120～180℃之间;处理7d和14d的皮胶原纤维的干热收缩温度相差不大,起始收缩温度都在125℃左右。在盐酸胍浓度比较大(>1.5mol/L)的情况下,皮胶原纤维的干热收缩温度随着处理时间的增加变化不明显,都集中在110～130℃范围内;盐酸胍浓度为2.0mol/L时,皮胶原纤维的收缩率随着处理时间的延长而减小。
图5和图6是经过不同浓度盐酸胍溶液处理的皮胶原纤维的干热收缩温度和收缩率,随盐酸胍溶液处理时间的变化曲线。可以看出:低浓度盐酸胍(0.5mol/L)处理皮胶原纤维的干热收缩温度,随着处理时间的延长变化不明显,收缩率变化不大;当盐酸胍的浓度在1.0mol/L左右时,皮胶原纤维的干热收缩温度随着处理时间的延长明显减小,处理7d后,皮胶原纤维的干热收缩温度达到平衡,平衡收缩温度在120℃左右;皮胶原纤维的干热收缩率随着处理时间的增加变化不大;当盐酸胍浓度(2.0mol/L)较高时,皮胶原纤维的收缩率随着处理时间的增长而减小。高浓度的盐酸胍极大地破坏了皮胶原纤维三股螺旋结构中的部分氢键,导致胶原在常温下就发生一定的预收缩,随着处理时间的增加,这种预收缩程度越来越大。但是,其收缩温度随处理时间的延长变化不明显。通过对比发现,对于处理皮胶原纤维而言,盐酸胍的变性作用比尿素强,当盐酸胍的浓度为1.0mol/L左右时,皮胶原纤维的干热收缩即达到平衡,盐酸胍使皮胶原纤维变性的平衡浓度为1.0mol/L左右,而尿素的则在3.0mol/L附近[3]。
皮胶原具有稳定的三股螺旋结构,其结构的稳定主要由其肽链内部、肽链之间的氢键维持[5]。氢键的键能介于化学键与范德华力之间。与共价键相比,氢键本身的稳定性并不好。但是,作为一种天然高分子材料,皮胶原纤维内氢键的数目众多,密度大,即使部分氢键断裂,也不会丧失其整体结构的稳定性,已经断裂的氢键还会由于化学键的旋转与空间构象的变化而重新形成。氢键的强度与环境温度成反比,在热的作用下,其强度会削弱,当温度足够高时,胶原内部的氢键会大量断裂,破坏其结构,表现为收缩。
在对皮胶原的变性方面,盐酸胍分子与尿素分子一样,也为极性分子。从其分子结构看,当它与其它分子形成氢键时,既可作为质子的供体,也可作为质子的受体。因此,蛋白质与盐酸胍分子间主要为氢键作用,且这种作用应是多氢键结合的形式[6]。盐酸胍分子与蛋白质肽链上的2个相邻肽段间可形成一个环状结构,这种双氢键结合形式较单氢键结合更稳定。另外,盐酸胍分子还能与胶原肽键上的羰基氧原子形成双氢键,与其肽链上的氢原子竞争结合位点,破坏胶原内原有的分子内和分子间的氢键。当盐酸胍浓度较低时,可能只破坏部分氢键[7],导致收缩温度的降低;随盐酸胍浓度的增大,氢键的破坏程度逐渐增大,直至平衡,平衡浓度为1.0mol/L,此时皮胶原纤维的收缩温度在120℃左右。另一方面,盐酸胍分子的进入也可能在皮胶原纤维间起到填充作用。因此,在高浓度条件下,随着盐酸胍浓度的增大,尽管对皮胶原纤维中氢键的破坏比较明显,但由于盐酸胍的填充作用,使其在收缩时可供皮胶原纤维运动的空间受限,使皮胶原纤维的收缩率出现减小的现象。
2.3 水洗对盐酸胍处理皮胶原纤维干热收缩行为的影响
图7为不同浓度盐酸胍处理7d后,皮胶原纤维经过蒸馏水冲洗前后的干热收缩曲线。可以看出:盐酸胍处理的皮胶原纤维经过水洗后,其干热收缩温度和水洗前相比明显提高,收缩率也略有下降,其干热收缩曲线和未经过盐酸胍处理的皮胶原纤维的干热收缩曲线非常接近。盐酸胍处理后,皮胶原纤维的干热收缩温度和收缩率都发生了可逆变化。盐酸胍与皮胶原纤维之间的相互作用,可以看作是复合体系中氢键的破坏与形成过程,在该过程中,由于盐酸胍的作用,破坏了皮胶原纤维之间及皮胶原纤维内部的部分氢键,形成了盐酸胍与皮胶原纤维之间的氢键。当用大量的水冲洗时,其中的盐酸胍分子被洗掉,在皮胶原纤维分子间和皮胶原纤维内部又重新形成了新的氢键。该结果进一步说明,盐酸胍对皮胶原纤维的破坏作用并没有发生化学变化,只是其中氢键的破坏与形成的过程,是一个可逆的物理过程。在制革中,可以充分利用盐酸胍与皮胶原纤维作用的这种性质,在不破坏皮胶原纤维结构的情况下,打开其中的部分结构,为皮革化学品的进入打开通道,当皮革化学品进入皮革中并与其中的皮胶原纤维结合后,再通过水洗的方法除去盐酸胍,在一定程度上可以恢复其胶原原来的结构。
3 结论
盐酸胍处理明显降低了皮胶原纤维的干热收缩温度,随着盐酸胍浓度的增大皮胶原纤维的干热收缩温度逐渐减小,直至达到平衡,平衡时的收缩温度在120℃左右;干热收缩率则随着盐酸胍浓度的增大而先增大后减小。
1.0mol/L盐酸胍溶液处理7d的皮胶原纤维的干热收缩达到平衡状态,盐酸胍对皮胶原纤维的变性作用较强,其平衡浓度在1.0mol/L左右。
盐酸胍对皮胶原纤维的破坏并没有发生明显的化学变化,只是其中氢键的破坏与形成的过程,是一个可逆的物理过程。
参考文献
[1]蒋挺大.胶原与胶原蛋白[M].北京:化学工业出版社,2006
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[5]沈同,王镜岩.生物化学.第3版.北京:高等教育出版社,2002
[6]Makhatadze G I,Privalov P L.Protein interaction with urea and guanidinium chloride:a calorimetric study[J].J.Z.Biol.,1992,226:491-505
皮胶原纤维 篇3
1 材料与方法
1.1 材料
鱿鱼(Ommastrephes bartrami)皮由大连金山水产品有限公司提供。将鱼皮上残余的鱼肉去除,用剪刀剪成小片(约1 cm×1 cm),用自来水反复清洗后放入PE食品保鲜袋中于-20℃下冻藏备用。
胃蛋白酶(北京奥博星生物技术责任有限公司)、枯草杆菌中性蛋白酶、碱性蛋白酶(广西南宁庞博生物工程有限公司)、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶[中国医药(集团)上海化学试剂公司]。
1.2 实验方法
1.2.1 鱿鱼皮基本成分测定
水分、灰分、粗脂肪和粗蛋白按常规方法进行测定[3],总糖采用苯酚硫酸法进行测定[4]。
1.2.2 原料的预处理
将鱼皮解冻后放入0.1 M NaOH(1:30,W/V)中(4℃下),轻轻搅拌6 h,每隔2 h更换1次溶液,之后用蒸馏水洗涤至中性,沥干,以去除非胶原蛋白。随后将鱼皮放到10%(V/V)丁醇(1:30,W/V)中(4℃下),轻轻搅拌24 h,每隔8 h更换1次溶液,之后用蒸馏水洗涤至中性,沥干,以去除脂肪。
1.2.3 蛋白酶活力测定
采用福林酚法进行测定[5]。
1.2.4 胶原蛋白含量的测定[以羟脯氨酸(HYP)计]
(1)原料中胶原蛋白含量的测定。按照参考文献[6]的方法进行测定。(2)提取液中胶原蛋白含量的测定。取酶解后制取的上清液5 mL,加入5 mL 6N的盐酸,置于130℃烘箱中水解4 h。取1 mL水解液用蒸馏水定容至100 mL,取其中的1 mL溶液于试管中,按照参考文献[6]的方法进行测定。(3)胶原蛋白提取率的计算。提取率undefined。其中胶原蛋白含量(%)=HYP含量 (%)×系数,由于HYP含量与胶原蛋白的含量是呈正相关性,将测定的HYP含量乘以相应的系数即可得出胶原蛋白的含量[6]。
1.2.5 酶水解试验方法
(1)单酶水解试验。选用胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、枯草杆菌中性蛋白酶和碱性蛋白酶对鱿鱼皮进行单酶水解试验。将底物与水1:10(W/W)的比例于酶解反应器中,调温度和pH至酶最适反应条件,然后将酶按酶量1 200 U·g-1加入反应器中反应。在酶解过程中,保证恒定的温度和pH,酶解完成后在沸水浴中灭活10 min,冷却后用0.1 M NaOH调pH至7.0,离心(20 000 g,4℃,40 min),上清液用于HYP含量的测定。试验条件如表1所示。(2)蛋白酶酶解条件的优化。根据单酶水解的试验结果,选定胰蛋白酶和木瓜蛋白酶作为目标酶,选择温度、pH、酶/底物、时间和底物浓度为因素,每个因素确定4个水平,按L16(45)正交表进行正交试验。2种蛋白酶正交试验因素及其水平分别如表2、表3所示。
注:底物浓度(原料/水,W/W),下同 Note:substrate concentration (raw material/water,W/W), same as below.
2 结果与讨论
2.1 鱿鱼皮的一般组成成分
从表4可以看出,鱿鱼皮虽然是水产品加工的废弃物,但是其中含有丰富的蛋白质,粗蛋白含量达16.26%,占鱿鱼皮干重的75.35%。经测定,鱿鱼皮中HYP含量为0.82%,换成干重含量为3.80%,由于HYP含量与胶原蛋白的含量是呈正相关性,所以乘以系数14.2[7]得到鱿鱼皮中胶原蛋白的含量为53.96%(干基),占总蛋白质的71.61%。因此,研究从鱿鱼皮中提取胶原蛋白是非常必要的。
2.2 5种蛋白酶的酶活力
经测定5种蛋白酶的酶活力如表5所示。
2.3 5种蛋白酶单酶水解效果的比较
以HYP含量为指标,比较不同蛋白酶的水解效果。5种蛋白酶单酶水解所得到的酶解液中HYP含量如表6所示。从表6中可以看出,5种蛋白酶中胰蛋白酶和木瓜蛋白酶所制得的胶原蛋白的含量最高,因此,选定胰蛋白酶和木瓜蛋白酶作为目标酶,对其试验条件进行优化。
2.4 胰蛋白酶最适水解条件
根据单酶水解的试验结果,选择温度、pH、酶/底物、时间、底物浓度为因素,每个因素确定4个水平,按L16(45)正交表进行正交试验,对其酶解条件进行优化。测定了16组胰蛋白酶水解液的HYP含量,结果如表7所示。
由表7得出试验极差因素E>A>C>B>D,说明影响因素排列依次为底物浓度>温度>加酶量>pH>时间。在正交试验中最佳作用条件为底物浓度1:20,温度为55℃、加酶量1 200 U·g-1、pH为8.0、时间4 h,即E4A3C1B3D2。通过极差分析得到提取效果最好的试验组为E3A3C1B1D2,与试验得到的效果最好的组不一致,随后进行验证,得到E3A3C1B1D2条件下提取的HYP的含量为0.77%,小于试验组E4A3C1B3D2条件下提取的HYP含量0.78%。所以,胰蛋白酶提取鱿鱼皮胶原蛋白效果最佳条件为底物浓度1:20,温度为55℃、加酶量1 200 U·g-1、pH为8.0、时间4 h。
注:A. 温度;B. pH;C. 酶/底物;D. 时间(h);E. 底物浓度 Note:A. temperature;B. pH;C enzyme/substrate;D. time (h);E. substrate concentration
2.5 木瓜蛋白酶最适水解条件
根据单酶水解的试验结果,选择温度、pH、酶/底物、时间、底物浓度为因素,每个因素确定4个水平,按L16(45)正交表进行正交试验,对其酶解条件进行优化。测定了16组木瓜蛋白酶水解液的HYP含量,结果如表8所示。
由表8得出试验极差因素E>A>B>C>D,说明影响因素排列依次为底物浓度>温度>pH>加酶量>时间。在正交试验中最佳作用条件为底物浓度1:20,温度为50℃、pH为6.0、加酶量3 200 U·g-1、时间6 h,即E4A2B1C2D3。通过极差分析得到提取效果最好的试验组为E4A2B1C1D3,与试验得到的效果最好的组不一致,随后进行验证,得到E4A2B1C1D3条件下提取的HYP含量为0.78%,小于试验组E4A2B1C2D3条件下提取的HYP含量0.80%。所以,木瓜蛋白酶提取鱿鱼皮胶原蛋白效果最佳条件为底物浓度1:20,温度为50℃、pH为6.0、加酶量3 200 U·g-1、时间6 h。
注:A. 温度;B. pH;C. 酶/底物;D. 时间(h);E. 底物浓度 Note:A. temperature;B. pH;C enzyme/substrate;D. time (h);E. substrate concentration
3 结论
(1)鱿鱼皮中含有丰富的胶原蛋白,其含量为53.96%(干基),占总蛋白质的71.61%。目前鱼皮的加工并未受到重视,多数作为下脚料处理,极大地浪费了资源。鱼皮胶原蛋白的开发很值得进一步的研究,使其在食品、医药、化妆品、饲料、肥料等工业中得到更加广泛的应用。
(2)影响胰蛋白酶提取胶原蛋白的因素主要是底物浓度、温度、加酶量、pH和时间,通过正交试验胰蛋白酶提取鱿鱼皮胶原蛋白最佳工艺条件为温度55℃、加酶量1 200 U·g-1、底物浓度1:20、pH 8.0、时间4 h,此时得到的胶原蛋白含量为11.08%,提取率为95.16%。
(3)影响木瓜蛋白酶提取胶原蛋白的因素主要是底物浓度、温度、pH、加酶量和时间,通过正交试验木瓜蛋白酶提取鱿鱼皮胶原蛋白最佳工艺条件为温度50℃、加酶量3 200 U·g-1、底物浓度1:20、pH 6.0、时间6 h,此时得到的胶原蛋白含量为11.36%,提取率为97.56%。
摘要：研究了酶法提取鱿鱼皮胶原蛋白的工艺条件。根据5种蛋白酶水解液中羟脯氨酸(HYP)的含量,确定了胰蛋白酶和木瓜蛋白酶这2种提取率高的酶为水解用酶,采用L16(45)正交试验确定了这2种酶水解鱿鱼皮以制备胶原蛋白的最佳酶解条件。结果表明,胰蛋白酶和木瓜蛋白酶水解鱿鱼皮以制备胶原蛋白的最佳温度、加酶量、底物浓度、pH、时间分别为55℃、1200U.g-1、1:20、pH8.0、4h和50℃、3200U.g-1、1:20、pH6.0、6h。2种蛋白酶提取的胶原蛋白含量分别为11.08%和11.36%,提取率分别为95.16%和97.56%。
关键词：鱿鱼皮,胶原蛋白,蛋白酶,水解
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皮胶原纤维 篇4
胶原蛋白是由三条多肽链组成呈三股螺旋结构蛋白质,作为一种天然的高分子化合物,其特有的结构和化学组成使其在生物医学材料、药物输送载体、组织工程、化妆品和食品等领域得到了广泛应用[1]。鱼皮胶原蛋白可以作为一种安全的食品添加剂。此外,研究表明,胶原蛋白还具有抗衰老、组织修复、伤口促愈等生理功能,作为医用生物材料,具有良好的应用前景[2]。
1 材料与方法
1.1 材料:
鲜活鲤鱼宰杀后取鱼皮装于密实袋中,置于-25℃冰箱保存。
1.2 实验方法
1.2.1 鱼皮成分的测定
蛋白质测定[5]:采用凯氏定氮法。
脂肪测定[5]:采用索式抽提法。
灰分测定[5]:采用高温灼烧法。
水分测定[5]:采用105℃直接干燥法。
1.2.2 鱼皮中胶原蛋白的提取
所有操作在4℃下进行。
原料处理→洗涤→去杂蛋白→去脂肪→0.5 mol·L-1 乙酸提取→过滤→盐析→透析→冷冻干燥→鱼皮胶原蛋白
1.2.3 紫外可见光谱扫描
准确称取0.005 g胶原蛋白加入5 mL,0.5 mol·L-1乙酸,充分溶胀,振荡使之全部溶解(4℃下进行),样液经冷冻离心,取上清液在200 nm～460 nm范围内进行紫外可见光谱扫描。
1.2.4 粘度测定
取皮ASC 0.075 g溶于10 mL乙酸(0.1 mol·L-1)中,用旋转粘度计在不同温度下测定粘度值。
1.2.5 SDS-PAGE电泳[4]
0.1 mL胶原蛋白溶液与0.1 mL SDS样品处理液混合后,沸水浴加热3 min点样,开始电泳。电流开始为10 mA,至浓缩胶,分离胶界限处调整电流为15 mA,电泳结束,固定液固定30 min,染色1 h,脱色直到无底色,做成干胶,拍照。
1.2.6 酶解实验
准确称取胶原蛋白0.005 g,加入1 mL的Tris-maleate(pH7.0),沸水浴加热3～5 min。按1/500或1/800加入质量浓度为0.15 g·L-1蛋白酶K,分别在0℃,15℃酶解,达到相应时间时立即取0.1 mL样品加入0.1 mL的SDS样品处理液,沸水浴加热3 min后置于-20℃冰箱保存待用,点样时自然解冻,进行SDS-PAGE电泳。考查不同酶用量和酶解温度对胶原蛋白的分解效果。
2 结果与讨论
2.1 成分分析
2.1.1 蛋白质测定:经凯氏定氮测得鲤鱼皮中粗蛋白含量占鱼皮鲜重的20.14%。
2.1.2 脂肪测定:采用索式抽提法测定得鱼皮粗脂肪质量分数为21.55%。
2.1.3 灰分测定:通过高温灰化法测得鲤鱼皮中灰分质量分数为0.67%
2.1.4水分测定:经105℃,烘干至恒重后测得水分质量分数为52.68%。
2.2 鱼皮中胶原蛋白的提取
由表1可以看出,鱼皮在4℃下经过一次提取(48 h),得率是8.9%,随后再进行二次提取,得率增加了0.6%,说明鱼皮经过48 h提取后,大部分胶原蛋白已经提取出来,再延长提取时间,对提取率的贡献不大。
注:“-”表示未进行此步骤操作
2.3 胶原蛋白的性质
2.3.1 紫外可见光谱扫描
一般具有共轭双键的物质都具有紫外吸收,在20种基本氨基酸中,有4种具有共轭双键,Trp,Tyr,Phe和His,而这其中Trp在280 nm的紫外吸收最强,所以大多数蛋白质在280 nm处都有一个很强的紫外吸收,并可通过对280 nm的紫外吸光度的测量对蛋白质溶液进行定量分析,但胶原蛋白由于其中几乎不含Trp,所以在280 nm处没有强吸收峰的出现,这可作为一个鉴定胶原蛋白纯度的方法。由图1可知,胶原溶液在大约228～230 nm处有一个吸收峰,与资料报道的胶原蛋白吸收峰(225nm附近)位置一致[9]。
2.3.2 粘度测定
粘度测定有多种方法,如旋转粘度计测定法、圆二色谱法、DSC法等。本实验采用旋转粘度计测定法,即最大粘度值的一半值所对应的温度为变性温度,由图2可知鱼皮胶原蛋白的变性温度为27.6℃。阿拉斯加鳕鱼鱼皮的变性温度为16.8℃,鱼鳔为18.4℃,鲭鱼鱼皮变性温度为26.1℃,秋刀鱼变性温度为23.0℃,鲑鱼为19.4℃,猪皮胶原蛋白的变性温度为37℃[11],一般来讲,来自海洋鱼类胶原蛋白的变性温度比来自陆地动物胶原蛋白的变性温度低,这与生存环境和体温有关[12],鲤鱼胶原蛋白的变性温度高于一般的海水鱼,低于陆生动物。
2.3.3 胶原蛋白的电泳分析
2.3.3.1 鲤鱼鱼皮胶原蛋白与鱼鳞、鱼骨胶原蛋白电泳图谱的比较
由图3可以看出,鲤鱼的鱼皮、鱼鳞、鱼骨胶原蛋白的构型基本相似,均为Ⅰ型胶原蛋白。图3的电泳图谱中,在β肽链上方还能检测到γ链(三条α链的聚合体)。与牛皮胶原蛋白α、β链相比,鲤鱼鱼皮胶原蛋白相应的亚基分子量略低。
2.3.4 酶解实验
2.3.4.1酶用量及作用温度的选择
应用蛋白酶K对鱼皮胶原蛋白进行分解,分别以1/500和1/800的酶用量 以及0℃和15℃作用温度对酶作用条件进行选择,结果见图4。
由图4可知,随着时间的延长,各样品(1～3;4～6;7～8)中胶原分子分解程度逐渐增大,大分子量肽段减少,而低分子量肽段逐渐增加。在同样用酶量的情况下(1/500),与0℃相比,15℃时的酶解速度明显加快,30 min时电泳图谱显示胶原被分解成很多小分子肽段,由于这些小分子肽段分子量接近,条带分界变得模糊。0℃时,1/500和1/800的酶量相差不大,1/500的酶用量,分解20 min 的样品条带清晰,分解程度适中,因此选用该条件作为蛋白酶K 分解条件。
2.3.4.2鱼皮、鳞、骨的酶解比较
由图5实验结果可以看出,三种来源不同的胶原蛋白经蛋白酶K分解后,条带都较清晰,主要部分条带位置几乎完全一致,说明其结构构型及氨基酸组成非常接近。但样品的酶解难易程度不同,说明胶原的完整性及结构的紧密度均不同。相比较而言,鱼骨胶原蛋白更容易被蛋白酶K分解。
样品1:鱼皮胶原蛋白;2:鱼鳞胶原蛋白; 3:鱼骨胶原蛋白酶解条件:0℃,1/500的酶用量,分解20 min
3 结论
鲤鱼鱼皮两次提取的得率高于一次提取0.6%;通过旋转粘度计测定鱼皮胶原蛋白的变性温度为27.6℃,通过紫外可见光谱扫描得出鱼皮胶原蛋白溶液在228 nm有一最大吸收峰;SDS-PAGE 电泳证明了鱼皮同鱼鳞、鱼骨的胶原蛋白相似,初步确定是I 型胶原蛋白,酶解实验进一步证实了鱼皮同鱼鳞、鱼骨的胶原蛋白在结构上具有很大的相似性。
参考文献
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皮胶原纤维 篇5
关键词：乳猪皮,胶原,制备,表征
引言
胶原蛋白分子由3条多肽链构成,呈右手超螺旋结构,其主要分布于皮肤、骨、角膜、肌腱等部位[1]。胶原具有低免疫原性、良好的生物相容性、生物可降解性等诸多特性,广泛应用于生物医药、美容护肤等领域。
近年来,从不同动物组织中制备胶原蛋白是研究热点。从哺乳动物皮如猪皮、牛皮中提取的胶原具有较好的耐酶、耐热稳定性和机械性能,因此哺乳动物皮仍是目前胶原制备的主要原材料。然而,有必要进一步研究不同年龄哺乳动物皮对胶原制备及其性能的影响。张文熊[2]等就胎牛及成牛皮胶原不同性质进行了研究,探讨了增龄性改变对于牛皮胶原理化性质的影响。相对而言,我国关于猪皮胶原的提取和性质研究主要集中在生长年龄6个月以上的成年猪,如周文常等[3]采用酸-酶法提取成年猪皮胶原,并对其进行性能表征。但是尚缺乏增龄性改变对于猪皮胶原理化性质影响的研究[2]。
针对这种现状,本论文以猪龄约为1个月的乳猪皮作为提取胶原蛋白的原料,通过聚丙烯酰胺凝胶电泳、红外光谱、紫外光谱、等电点测定、氨基酸组分分析和变性温度测定,探究了乳猪皮胶原蛋白的理化性质,并将其与成年猪皮胶原蛋白的性质作对比。
1 试验部分
1.1 主要仪器及原料
Mini-Protean 3 Cell电泳仪,美国BIO RAD公司;
紫外分光光度仪,美国Lambda 25;冷冻干燥机,中国FD-1A-50;红外光谱仪,美国Nicolette iS10;氨基酸组分分析仪,日立L-8900;
冷冻切片机,德国Leica CM1950;
生物显微镜,日本Olympus。
猪龄1月新鲜乳猪皮,由广东胜弛生物科技发展有限公司提供,试验中所用试剂均为分析纯,试验用水为高纯水。
1.2 组织切片
1.2.1 冷冻切片
将洗净的乳猪皮切成0.5cm×0.5cm见方小块,10%的福尔马林溶液固定。分别按横向和纵向切成厚度为50μm的切片,风干3d。
1.2.2 染色
采用Van-Gieson氏染色方法染色,光学显微镜观察试验结果。
1.3 乳猪皮胶原的提取
1.3.1 乳猪皮的预处理
新鲜乳猪皮经脱脂和脱毛后,将皮切成小块,洗净后冷冻保存。
1.3.2 乳猪皮胶原的提取和纯化
将预处理好的乳猪皮用乙酸/胃蛋白酶法浸提48h,经盐析、离心、透析后得到纯化的乳猪皮胶原溶液,冷冻干燥后备用。
1.4 理化性能表征
1.4.1 十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)测定
按照Laemmli[4]的SDS-PAGE分析方法,乳猪皮胶原样品中分别加入1%的十二烷基硫酸钠、10%的甘油以及0.01%的溴酚蓝,混合均匀后煮沸5min。再采用5%的浓缩胶和7.5%的分离胶进行电泳,分离结束后染色、脱色。
1.4.2 红外光谱(FT-IR)测定
取适量冷冻干燥后的乳猪皮胶原与KBr研磨成粉,压片,在500～4000cm-1波数下进行红外光谱检测。
1.4.3 紫外光谱(UV)测定
1mg/m L的胶原溶液在200～400nm波长下进行紫外光谱检测。
1.4.4 等电点测定
按照参考文献[5],将提取得到的乳猪皮胶原溶液用6mol/L的Na OH滴定,直到溶液出现沉淀,且沉淀不再溶解,测定此时的p H值,反复测定5次,取平均值。
1.4.5 氨基酸分析
将冷冻干燥得到乳猪皮胶原按照GB/T5009.124-2003方法,检测氨基酸组成成分及含量。
1.4.6 变性温度测定
参考Pitchumani等人[6]的方法,测定胶原溶液在不同温度下的流出时间,计算增比黏度和折算黏度,其关系式可表述为:F(T)=[ηsp-η(46℃)]/[η(26℃)-η(46℃)](F:折算黏度),其中ηsp=(t-t0)/t0(ηsp:增比黏度,t:胶原溶液回流时间,t0:溶剂回流时间)。绘制折算黏度(F)-温度(T)曲线,折算黏度F=0.5时,对应的温度为胶原的变性温度。
2 结果与讨论
2.1 组织切片
图1为乳猪皮组织切片图。根据Van-Gieson染色法,胶原纤维被染成红色,图1中显示为深色纤维部分。
从图中的纵切片可看出乳猪皮的腹(图1A)、颈(图1C)、臀(图1E)3个部位的胶原纤维束均不存在一定的织形,编织的紧密程度依次为臀部最紧,腹部最松,颈部介于两者之间。从横切片观察可得到,腹部的胶原纤维束相对弯曲、排列疏松,呈波浪形延生(图1B);臀部的胶原纤维束相对笔直、编织更紧密(图1F);颈部的胶原纤维束粗细和编织的紧密度介于腹部和臀部之间,属于无规则编织(图1D)。
据报道[7],成年猪皮的纵切片中,腹、颈、臀3个部位的胶原纤维也不具有固定的织形,编织的紧密程度与乳猪皮相似;但是成年猪皮横切片中,腹、颈、臀3个部位的胶原纤维束比乳猪皮的粗壮,胶原纤维束间的间隙比乳猪皮胶原小。
2.2 胶原的提取
试验测得从乳猪皮提取胶原得率为30.6%(按绝干重计);相对而言,从成年猪皮提取胶原得率为28.52%(按绝干重计)[8]。可见,乳猪皮胶原提取率略高于成年猪皮。
2.3 十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳
图2为乳猪皮胶原的电泳图。在116kDa附近可以看到乳猪皮胶原的α1和α2两种亚基,通过图谱中染色后条带的颜色深浅可以发现α1的浓度高于α2浓度;在200kDa附近出现的条带为胶原分子的β链。从图2中可以看出:所提取的乳猪皮胶原具有明显的α1、α2和β组分,保持了未变性胶原的基本结构。而成年猪皮胶原也具有相同的组分α1、α2和β,其条带分布与乳猪皮胶原类似[8]。
2.4 红外光谱图(FT-IR)
图3为乳猪皮胶原的红外光谱图。从图中可以看出:乳猪皮胶原的酰胺A带特征吸收峰位于3 423.03cm-1,归属为N—H伸缩振动,证明了胶原分子内部氢键的存在;酰胺Ⅰ带的特征吸收峰位于1 634.62cm-1,归属为C=O伸缩振动;酰胺Π带特征吸收峰位于1555.13cm-1,归属为C—N伸缩振动和N—H弯曲振动;酰胺Ш带特征吸收峰位于1 240.01cm-1。然而,成年猪皮胶原酰胺A带、酰胺Ⅰ带、酰胺Π带、酰胺Ш带特征吸收峰,依次位于3 434.49、1639.91、1 558.13和1 241.37cm-1[3]。
通过比较可以发现:成年猪皮胶原的酰胺A带以及酰胺Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ带特征吸收峰向高波数漂移,这是由于其胶原分子结构的有序度提高[9],说明成年猪皮胶原的分子间交联程度和胶原结构规整度更高。
2.5 紫外光谱图(UV)
在组成胶原的基本氨基酸中,有3种氨基酸具有共轭双键(酪氨酸、苯丙氨酸和组氨酸),而通常具有共轭双键的物质都具有紫外吸收。图4为乳猪皮胶原的紫外光谱图。从图中可知:本试验提取得到的乳猪皮胶原溶液在230nm处有一个吸收峰,而据报道成年猪皮胶原在231.8nm处有一吸收峰[10]。因此制备的乳猪皮胶原符合胶原的紫外特征吸收规律。
2.6 等电点的测定
5次测定并计算得到平均值为5.04,该值即为乳猪皮胶原的等电点。成年猪皮胶原的等电点为4.98[10],略低于乳猪皮胶原等电点。
2.7 氨基酸组分测定
表1为乳猪皮胶原和成年猪皮胶原的氨基酸组成表。除了N端起始的14个氨基酸残基和C端起始的10个氨基酸残基外,胶原蛋白结构中存在着大量的(Gly-X-Y)n重复单元。从表1中可看出:2种胶原中甘氨酸作为主要的氨基酸组成成分,占据了约为整个氨基酸数量的1/3。甘氨酸的存在对于降低空间位阻和提供垂直于螺旋轴的链间氢键,起着重要的作用。乳猪皮胶原和,成年猪皮胶原中羟赖氨酸和赖氨酸的含量分别为0%、0.7%和2.2%、2.7%,赖氨酸和羟赖氨酸与胶原分子中交联键的形成密切相关[11],因而可得出成年猪皮胶原中含有更多成熟的交联结构。从表1中可知,乳猪皮胶原和成年猪皮胶原的亚氨基酸(脯氨酸和羟脯氨酸)含量分别为21.1%和22.0%。
2.8 变性温度
图5为乳猪皮胶原的折算黏度(F)-温度(T)曲线。胶原所处环境的温度变化,被看作是胶原三股螺旋结构转变为无规则卷曲最为重要的因素[13]。当环境温度升高并达到胶原相应的变性温度时,胶原分子的三股螺旋结构将开始大量解旋。从图5中可以得到F=0.5所对应的乳猪皮胶原的变性温度为35.8℃,略低于成年猪皮胶原的变性温度37℃[14]。
从氨基酸组分分析中可发现,成年猪皮胶原的亚氨基酸、羟赖氨酸和赖氨酸含量,均高于乳猪皮胶原。据报道[15],随着皮中亚氨基酸含量的增多,胶原的热变性温度增大。而脯氨酸残基的羟基化程度,同样会影响胶原三股螺旋结构的稳定性[16]。因此成年猪皮胶原的变性温度高于乳猪皮胶原变性温度的原因,可能是亚氨基酸的含量和分子间交联程度差异所导致的。
3 结论
左踝前方皮下胶原纤维瘤一例 篇6
关键词：纤维瘤,胶原
胶原纤维瘤也称促结缔组织增生性成纤维细胞瘤 (DF) , 1996年才被正式命名, 其病理学特征、MRI影像学特点以及诊断和鉴别诊断的方法尚不为医生熟知。其是一种良性的成纤维细胞性肿瘤, 主要发生在成人的四肢、肩背、髂股部的皮下或深部软组织内, 足踝部少见, 易导致误诊误治。在临床中发病率低, 容易与其他疾病混淆, 因此提高对该疾病的认识是避免误诊的关键。
1病例资料
患者男性, 45岁, 主诉:左踝前方皮下可触及无痛性肿物2个月于2013年12月入院。4年前在左外踝发现相同肿物, 行手术切除。体格检查:左外踝部触及约1.5cm×1.0cm肿物, 质地较硬, 活动性差, 无压痛。左踝MRI检查示:左踝前方皮下可见点状异常信号, 呈长T1长T2改变 (见图1) 。入院后在局麻下行肿瘤切除术, 术中见肿瘤生长于皮下组织, 深达浅肌层, 大小1.5cm×1.0cm×0.3cm, 肿瘤外部有包膜, 质地较硬, 出血不多, 沿肿瘤外壁完整切除肿瘤 (见图2) , 送病理检查。
病理结果:标本均用4%甲醛固定、石蜡包埋, 行常规HE染色, 肉眼所见:灰白软组织一块, 大小1.5cm×1.0cm×0.3cm, 切面实性, 灰白, 质地硬韧;镜下所见:肿瘤由致密胶原和主要为星形分化良好的成纤维细胞构成;免疫组化:Vim (+) α-SMA (+/-) , CKAE1/AE3 (+/-) desmin (-) , EMA (-) , S-100 (-) , CD34 (-) (见图3) 。诊断为胶原纤维瘤。
2讨论
胶原纤维瘤是一种非常罕见的软组织肿瘤, 1995年Evans[1]首先报道了7例DF, 1996年Nielsen等[2]建议将此病命名为胶原纤维瘤, 是一种良性纤维组织肿瘤。目前文献报道仅百余例, 其中男性多于女性, 肿瘤呈缓慢进展, 病程多为3个月到数十年不等, 个别情况可出现短期快速生长。肿瘤生长部位可见于头、颈、肩、背、四肢或足背, 皮下筋膜多见, 其次为骨骼肌间隙, 皮肤真皮及颅内硬膜组织罕见, 表现为无痛性生长, 质地硬。其病理学特点为:肉眼观察肿瘤大体形态不一, 但表面较光滑, 多呈卵圆形、圆盘状或结节状, 最大径1.0cm~21.0cm, 多数为2.0cm~4.0cm;边界较清楚, 包膜不明显, 实质坚韧, 切面灰白, 质地均匀, 镜下表现肿瘤与周围组织界限清楚, 无包膜, 多为梭形细胞及星形细胞。该病多呈孤立性生长, 目前仅有文献报道过肩部有多个肿瘤结节的病例。CT和MRI检查对该病的诊断和鉴别诊断具有一定的参考价值[3], 但是DF影像学特征与其他富含胶原的软组织肿瘤 (腱鞘纤维瘤、硬纤维瘤等) 相似, 同样在组织学上必须与一些纤维性的病变相鉴别, 故最终确诊需要病理学的进一步检查[4]。在治疗上, 单纯肿物切除是DF治疗的首选, 目前文献尚未发现有术后复发和转移的报道[5,6,7,8]。结合本病例, 胶原纤维瘤是一种罕见的疾病, 目前多由病理科医生报道, 临床医生报道较少, 且该病易误诊为其他疾病, 如腱鞘纤维瘤、硬纤维瘤等, 在临床中提高对该疾病的认识是避免误诊的关键。
注:肿瘤在T2WI均能很好显示, 呈高信号改变
注:愈合良好无复发
注:A为肉眼所见, B为光镜所见;瘤细胞间可见大量胶原纤维
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皮胶原纤维 篇7
在皮革鞣剂中,铬鞣剂因其可赋予成革优良的性能而在轻革生产中一直占主导地位,但铬鞣法在使用过程中,约有三分之一的铬鞣剂残留在废液中,既浪费了资源又对环境造成了严重的污染[1,2]。随着人们对环境保护的重视,研究新型的无铬、少铬鞣剂备受制革工作者的关注[3]。
环氧树脂泛指分子中含有2个或2个以上环氧基团的高分子化合物,由于环氧基中电荷的极化和环氧环张力的存在,使得环氧基具有极高的反应活性,几乎能和胶原蛋白质的所有官能基反应[4,5],因此,将该类树脂作为鞣剂应用于制革行业中早在1950s就有研究[6,7]。但由于环氧树脂鞣剂存在改性胶原时间长、用量大、改性后胶原的收缩温度较低等缺陷,导致其发展缓慢。近年来,R. J. Heath等[8,9]对不同种类的环氧化合物的结构性能及其与胶原的作用进行了系统的研究,研究认为多官能度水溶性环氧树脂的鞣性较高。
传统的环氧树脂大多为溶剂型,在使用过程中会释放出大量的有机污染物,对环境造成污染,近年来水性环氧树脂成 为目前主 要的研究 方向[10,11]。由于皮革鞣制是在水体系中完成的,所以水性环氧树脂的快速发展对环氧树脂鞣剂的开发具有重要的推动作用。
在鞣制过程中,羧基、氨基、羟基、醛基、环氧基等基团均可与生皮胶原活性分子反应,从而使胶原性质发生改变,达到皮革鞣制的目的,因此本研究选用水溶性环氧化合物烯丙基缩水甘油醚以及含羧基、醛基、胺基的单体,制备了系列多官能团水性环氧树脂,并将其应用于皮革鞣制工序中,以期利用多种官能团与皮革胶原之间的作用,来提升皮 革的各项性能。
1 试验部分
1. 1 材料和仪器
烯丙基缩水甘油醚( AGE) ,分析纯,天津市博迪化工有限公司;
丙烯酸( AA) 、丙烯酰胺( AM) ,分析纯,天津市福晨化学试剂厂;
乙二醛( GL) ,40% ,天津市河东区红岩试剂厂;
亚硫酸氢钠( Na HSO3) ,分析纯,天津市天力化学试剂有限公司;
过硫酸铵( APS) ,分析纯,天津市恒兴化学试剂制造有限公司。
MJD - A 300台式有机玻璃控温试验转鼓,无锡市德润轻工机械厂;
皮革收缩温度测定仪、数字皮革厚度测定仪,陕西科技大学阳光电子公司;
高铁AI - 3000拉力试验机,高铁检测仪器( 东莞有限公司) ;
VECTOR22傅里叶变换红外光谱仪,美国Nicole公司;
S4800型扫描电子显微镜,日本日立公司;
核磁共振波谱仪ADVANCEⅢ,德国布鲁克公司。
1. 2 多官能团水性环氧树脂 P ( AM- GL - AA - AGE) 的合成
在装有搅拌 器和冷凝 装置的250m L三口烧瓶中加入7. 35g GL,再加入73. 59g H2O和3. 0g AM,水浴升温至40℃ ,恒温反应5h后,将水浴继续升温至75℃ ,再分次加入不同用量的AGE、AA、引发剂水溶液以及剩余的H2O,固含量为20% ,恒温反应5h后,降至室温,制得P( AM - GL - AA- AGE) ,反应方程式见图1。
1. 3多官能团环氧树脂 P( AM - GL AA - AGE) 的应用
以P( AM - GL - AA - AGE) 配合3% 标准铬粉鞣制山羊酸皮的工艺见表1。
1. 4 性能及表征
1. 4. 1聚合物 P ( AM - GL - AA AGE) 的性能检测
( 1) 单体转化率的测定
将丙酮慢慢地倒入盛有制备的多官能团环氧树脂鞣剂的称量瓶中,边倒边搅; 完全倒入后再搅拌几分钟,然后将上层的丙酮倒出,加入无水乙醇继续搅拌,直至产品由液态变为固态,然后将称量瓶置入干燥器中干燥。单体转化率的计算公式如下:
式中:
Xz—单体转化率,% ;
m0—起始试样质量,g;
m1—干燥恒质量后试样质量,g;
wd—固含量,% 。
( 2) 旋转黏度的测定
在温度30℃条件下采用BROOK FIELD DV - Ⅱ + 可编程控制式旋转黏度计测定黏度。
1. 4. 2 坯革性能检测
( 1) 收缩温度测定
采用MSW - YD4数字式皮革收缩温度测定仪测定坯革的收缩温度,以水或菜籽油为加热介质,加热速度为2℃ /min,每张坯革在不同部位至少选取2个测量点,计算平均值。
( 2) 增厚率测定
采用MH - YDI型数字皮革厚度测定仪测定坯革各部分的厚度,每张坯革在不同部位至少选取9个测量点,计算平均值。
( 3) 物理机械性能
依据QB /T2710 - 2005对鞣制后坯革进行物理机械性能测定。
( 4) Cr2O3含量
具体测定方法参照《皮革生产过程分析》[12]。
1. 4. 3 表征
采用丙酮和乙醇对聚合物进行提纯,制备表征用聚合物样品。
( 1) FT - IR表征
采用德国BRUKER公司VECTOR22傅里叶变换红外光谱仪,对聚合物样品进行红外测试。
( 2)1H NMR表征
以重水为溶剂,用400MHz核磁共振波谱仪,对聚合物 样品进行1HNMR测试。
( 3) SEM表征
采用S4800型扫描电子显微镜,对鞣制后坯革进行扫描电镜测试。
2 结果与讨论
2. 1 AGE用量对P( AM - GL - AA AGE) 的单体转 化率及旋 转黏度的影响
图 2 AGE 用 量 对 P ( AM - GL - AA AGE)的单体转化率和旋转黏度的影响
图2所示为AGE用量对聚合物P( AM - GL - AA - AGE) 的单体转化率和旋转黏度的影响。旋转黏度是流体动力学对试样内部摩擦现象的一种表示,旋转黏度大表示试样内部摩擦力大。对于相同的聚合物体系,旋转黏度能间接地反映出聚合物的分子质量。由图2可以看出: 随着AGE用量的增加,聚合物P( AM - GL - AA AGE) 的单体转化率和旋转黏度均随之降低。这是因为与其它反应单体相比,AGE的双键活性不大,当AGE用量较大时,聚合反应程度较弱; 当AGE用量在5% ~ 35% 之间时,其转化率均在85% 以上,因此后续表征及应用试验均选择AGE用量在5% ~ 35% 之间的聚合物。
2. 2 P( AM - GL - AA - AGE) 的表征
2. 2. 1 FT - IR分析
图3为AGE聚合物P( AM - GL- AA - AGE ) 的红外谱图。由 图可知: 3 362cm- 1处的宽峰为—COOH中的νO - H的吸收峰,1 666cm- 1为—COOH中的νC = O的吸收峰,由于氢键的存在,使得波数降低,峰形变宽,1 222cm- 1处的峰为—COOH中νC - O的吸收峰,这些吸收峰的存在都表明聚合物中—COOH的存在; 1 407cm- 1为环氧基团的特征吸收峰之一,1 106cm- 1为醚键的吸收峰,这说明聚合物中存有环氧基团; 1711cm- 1处νC = O的伸缩振动吸收峰和2700 ~ 2 900cm- 1的νC - H吸收峰,说明聚合物中含有醛基。
2. 2. 21H NMR分析
图4中列出了聚合物中氢质子的位置a ~ m与氢核磁的出峰相对应。化学位移δ为8. 351对应聚合物中a处—CHO结构中的 氢质子的 出峰,δ = 7. 359对应聚合物中b处—NH结构中的氢质子的出峰,δ = 7. 180对应聚合物中c处—CH结构中的氢质子的出峰,δ = 4. 196对应聚合 物中d处—OH结构中的氢质子的出峰,δ =3. 984对应聚合 物中e处—CH2—O结构中的氢质子的出峰,δ = 3. 830对应聚合物中f处O—CH2结构中的氢质子的出峰,δ = 3. 789对应聚合物中g处环氧环上的δ = CH结构中的氢质子的出峰,δ = 3. 553和δ = 3. 464对应聚合物中h,i处环氧环上的—CH2结构中的氢质子的出峰,δ = 2. 496对应聚合物主链上j处的—CH结构中的氢质子的出峰,δ = 2. 104对应聚合物中k处氢质子的出峰,δ =1. 675 ~1. 089主要是聚合物主链上—CH2及—CH3结构中的氢质子的出峰。
2. 3 应用结果
2. 3. 1 鞣后坯革的收缩温度 ( Ts) 和增厚率( δ)
图5所示为不同AGE用量聚合物鞣制后,坯革的收缩温度( Ts) 。Ts的高低反映了鞣剂与皮胶原的交联程度,收缩温度越高,鞣剂与胶原纤维的交联程度越好,坯革的耐湿热稳定性越好。由图5可知: 随着AGE用量的增加,聚合物对山羊酸皮预鞣后,坯革和聚合物与3% 铬粉配合鞣制后,坯革的收缩温度,均先增加后降低并趋于不变; 当AGE用量为10% 时,鞣制后坯革的收缩温度最高,预鞣后收缩温度可达76℃ ,聚合物与3% 铬粉配合鞣制后收缩温度达到93℃ ,达到了山羊服装革的行业要求( Ts > 90℃ ) 。结合图2可知,AGE的用量会影响聚合物的单体转化率及分子质量,进而影响聚合物中各基团的分布。聚合物分子质量过大,不易渗透到胶原蛋白分子之间,会导致皮胶原表面过鞣,影响成革的粒面平整性; 聚合物分子质量过小,会导致其与皮胶原的结合不牢固,不能有效地提升皮胶原的耐湿热稳定性,同时,聚合物中各基团分布的不同也会影响聚合物对坯革的鞣性、填充性等性能[13]。由应用结果可以看出: 在适当的AGE用量下,聚合物的分子质量适中,容易渗透进胶原纤维内部,同时,聚合物中含有的环氧基、醛基、羧基以及少量的氨基能与胶原侧链上所带的基团形成较牢固的化学键结合,进一步形成网状结构,从而提升皮革胶原的耐湿热稳定性。
图6所示聚合物中AGE用量对鞣制后坯革增厚率( δ) 的影响。增厚率是坯革厚度在加入鞣剂前后的变化率,能反映出皮革的丰满性,增厚率较大,则皮革的丰满性较好。由图6可知: 随着AGE用量的增加,聚合物对山羊酸皮进行预鞣后坯革的增厚率和聚合物与3% 铬粉配合鞣制后,坯革的增厚率均先增加后降低并趋于不变,这主要是与聚合物的分子质量大小有关,分子质量过大,聚合物不易渗透进皮胶原纤维中,增厚率较小; 而聚合物分子质量过小,导致其与皮胶原结合不牢固,不能起到良好的填充作用,使得增厚率降低。当AGE用量为10% 时,聚合物鞣制后坯革的增厚率较大,表明此时聚合物分子质量大小适中,利于渗透入皮革胶原纤维之间,增加了其与胶原纤维的结合,并起到良好的填充作用。因此,结合鞣制后坯革的收缩温度和增厚率结果,后续试验选择AGE用量为10% 的聚合物配合3% 铬粉鞣制皮胶原,并与3% 铬粉单独鞣制及8% 铬粉传统鞣制进行对比。
表2是3种不同鞣制工艺鞣制后坯革的收缩温度和增厚率。由表中数据可以看到: P( AM - GL - AA - AGE)配合3% 铬粉鞣制后,坯革的收缩温度和增厚率均高于3% 铬粉单独鞣制后的坯革,这说明聚合物的加入对坯革的收缩温度与增厚率是有贡献的,这主要是因为使用聚合物预鞣后,聚合物中含有的羧基、环氧基、醛基以及少量的氨基,可与胶原侧链上的基团发生化学作用,提升胶原的交联程度,进而提升胶原的收缩温度。另外,采用聚合物预鞣,聚合物进入胶原纤维间,在胶原纤维束、胶原原纤维之间或原胶分子之间,将胶原纤维束、原纤维、原胶分子分散开,从而使坯革的增厚率增加,丰满性提升。
与8% 铬鞣传统工艺相比,虽然P( AM - GL - AA - AGE) 配合3% 铬粉鞣制后坯革的收缩温度较低,但配合鞣的工艺在降低了铬粉使用量的同时,使得鞣制后坯革的收缩温度达到了服装革行业标准,并且鞣制后坯革的增厚率由8% 铬粉传统鞣制坯革的50. 70% 提升到了76. 85% 。
2. 3. 2 鞣后坯革的物理机械性能
由图7可知: P( AM - GL - AA AGE) 配合3% 铬粉鞣制后,坯革的抗张强度均优于3% 铬粉鞣制和8% 铬粉传统鞣制后的坯革。这主要是由于聚合物中含有的羧基、环氧基、醛基以及少量的氨基都可以与皮胶原结合,同时羧基也可以与铬形成配位结合,因此,聚合物、胶原、铬三者之间的协同作用,对纤维强度及纤维间的结合力提高较大,使得鞣制后坯革的抗张强度得以提升。
2. 3. 3 鞣后废液及革样中 Cr2O3含量
表3为3种不同鞣制工序鞣制后废液及革样中Cr2O3的含量。由表可知: 与3% 铬粉鞣制和8% 铬粉鞣制后废液中的Cr2O3的含量相比,使用P( AM - GL - AA - AGE) 配合3% 铬粉鞣制后废液中的Cr2O3的含量明显降低,同时,与3% 铬粉鞣制后革样中的Cr2O3含量相比,使用P( AM - GL AA - AGE) 配合3% 铬粉鞣制后革样中的Cr2O3含量有所提升,这主要是因为聚合物侧链中含有羧基和醛基,使用聚合物预鞣后,醛基与胶原上的氨基发生作用,胶原侧链上引入了更多的羧基,增加了铬鞣剂与胶原纤维的结合点,利于铬络合物的吸收以及铬结合牢度的提高。
2. 4 鞣后坯革的 SEM 分析
图8为不同鞣制工艺鞣后,革样胶原纤维横切面及纵切面的扫描电镜照片。由1) 图和2) 图可以看出:8 % 铬粉传统鞣制后革样横切面和纵切面胶原纤维及纤维束排列较紧密,P( AM - GL - AA - 10% AGE) 结合3% 铬粉鞣制后革样胶原纤维束的排列明显变松散,这说明使用聚合物预鞣时,聚合物分子渗入原纤维内部、原纤维之间以及原纤维与纤维束之间,形成内层、中间包裹层、外部填充层,撑开并分散纤维束,进而提升胶原的丰满性,这与鞣后坯革的增厚率结果一致。
图 9 P( AM - GL - AA - AGE) 和铬粉与胶原纤维作用的机理模型图
2. 5 P( AM - GL - AA - AGE) 与皮胶原蛋白作用模型的提出
图9是P( AM - GL - AA - AGE)配合铬粉鞣剂与皮胶原纤维作用的机理模型图。首先,P( AM - GL - AA AGE) 向胶原内部渗透,同时聚合物上的环氧基、醛基与胶原纤维上的氨基发生作用,从而形成网状结构,一方面提升了胶原纤维的收缩温度,另一方面在胶原纤维上引入羧基; 当加入铬鞣剂后,大量的铬离子与胶原纤维及环氧树脂上的羧基发生配位,沉积在胶原纤维分子间,一部分铬离子沉积在原纤维上,这样在胶原纤维内部形成了大量的分子内和分子间的网状交联,显著提高了铬鞣剂的吸收和利用率,降低了铬鞣剂对环境造成的污染。
3 结 论
制备了含有环氧基、羧基、醛基等多官能团聚合物P( AM - GL - AA AGE) ,将其应用于山羊酸皮鞣制工艺中,考察了不同AGE用量对鞣后坯革的影响。结果表 明: 当AGE用量为10% 时,鞣后坯革的收缩温度和增厚率较大,预鞣后收缩温度达到76℃ ;与3% 铬粉和8% 铬粉鞣制工艺相比,使用P( AM - GL - AA - AGE) 配合3% 铬粉鞣制,可使鞣后坯革的增厚率及抗张强度明显提升,促进铬粉的吸收,降低废液中Cr2O3的含量。
摘要：以乙二醛(GL)、丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)和烯丙基缩水甘油醚(AGE)为原材料,制备了系列多官能团环氧树脂P(AM-GL-AA-AGE),通过核磁共振(1H NMR)和傅立叶红外光谱(FT-IR)对其结构进行了表征。将聚合物应用于皮革鞣制,结果表明:与单独使用铬粉鞣制的结果相比,P(AM-GL-AA-AGE)配合3%铬粉鞣制后,坯革的增厚率和抗张强度有明显提升,且有效降低了鞣制后废液中的Cr2O3含量,降低了环境污染。对鞣制后坯革进行了扫描电镜(SEM)分析,结果表明:使用多官能团环氧树脂鞣制后,胶原纤维的分散程度较传统铬鞣革增加。