Keratin ist Pulverein faseriges Protein, das von tierischen Epithelzellen produziert wird. Die Hauptbestandteile von Haaren, Federn, Hörnern, Rüstungen, Hufen, Seide usw. haben eine schützende Wirkung auf Tiere. Es kann in zwei Kategorien unterteilt werden: Die eine ist Alpha-Keratin, ein Protein, das in Haaren, Hörnern, Nägeln, Hufen usw. vorkommt und einen hohen Cysteingehalt im Molekül aufweist. Eine andere Art ist Beta-Keratin, beispielsweise Seidenfibroin, das weder Cystein noch Cystein in seinem Molekül enthält, aber einen hohen Anteil an Glycin, Alanin und Serin aufweist. Die chemischen Eigenschaften sind äußerst stabil, mit einem besonders hohen Anteil an Disulfidbindungen. Unter normalen Bedingungen ist es in Wasser, Salzlösungen, verdünnten Säuren und verdünnten Alkalilösungen unlöslich, kann sich jedoch in anorganischen Sulfidlösungen lösen. Die Lederindustrie nutzt anorganische Sulfide, um Leder zu entfernen und nutzt diese Eigenschaft. Wolle und Seide, die hauptsächlich aus Keratin bestehen, sind äußerst wichtige Textilmaterialien. Das Seidenfibroin ist Keratin, das 70-75 % der Seide ausmacht und den unlöslichen Teil der Seide darstellt. Seine äußere Schicht ist mit Sericin (einer Art Globulin) beschichtet, das etwa 22-24 % ausmacht. Es ist nicht fadenförmig und kann in heißem Wasser aufgelöst werden. In der Seidenindustrie muss Naturseide (allgemein als Rohseide bekannt) in Wasser gekocht werden, um das Sericin-Protein aufzulösen und zu entfernen, um Naturseide zum Weben zu hellen und sehr weichen Seidenfasern zu verarbeiten.
1. Mechanische Methode
Die mechanische Extraktion von Keratin umfasst hauptsächlich Erhitzen und Druck, um Disulfidbindungen zwischen und sogar innerhalb von Keratinmolekülen in Haarfasern aufzubrechen und zu hydrolysieren, wodurch Keratin im Haar in lösliches Keratin umgewandelt wird. Mechanische Verfahren können in Hochdruckhydrolyseverfahren und Hochdruckexpansionsverfahren, Extrusionsverfahren und Extrusionsverfahren unterteilt werden. Während des Hydrolyseprozesses können Säure und Alkali in den Reaktionskessel gegeben werden, um ein Hochtemperatur-Druckverfahren für verdünnte Säure bzw. ein Hochtemperatur-Druckverfahren für verdünnte Alkali-Hydrolyse zu bilden. Unter diesen ist die Expansionsmethode überlegen, da ihre Hydrolysetemperatur relativ niedrig ist, die Zeit relativ kurz ist und das Produkt locker und leicht zu pulverisieren ist.
2. Chemische Methode
Abhängig von den verschiedenen verwendeten Rohstoffen und Reagenzien können chemische Methoden im Allgemeinen in Säure-Base-Behandlung, Reduktion, Oxidation usw. unterteilt werden. Bei der Auflösung von Keratin durch chemische Methoden werden häufig bestimmte Mengen an Denaturierungsmitteln, Tensiden usw. hinzugefügt stören intermolekulare Kräfte, Wasserstoffbrückenbindungen usw., um die Löslichkeit von Keratinmolekülen zu erhöhen.
Der grundlegende Prozess der Säure-Base-Behandlung besteht darin, das Haar zunächst mit Säure oder Alkali aufzuquellen und es dann bei einer bestimmten Temperatur zu hydrolysieren, um lösliches Keratin zu erhalten. Um die Auflösungseffizienz zu verbessern, ist es normalerweise notwendig, es in Verbindung mit einem Reduktionsmittel zu verwenden. Während dieses Prozesses können die Säure- und Alkalitätskonzentration sowie die Reaktionstemperatur das Molekulargewicht und die Keratinausbeute beeinflussen. Während des Säure-Base-Auflösungsprozesses kommt es zwangsläufig zu einer Hydrolyse von Peptidbindungen und einer Zersetzung von Disulfidbindungen in Proteinmakromolekülen. Daher muss bei dieser Methode der Widerspruch zwischen der Ausbeute und dem Molekulargewicht von Keratin gelöst werden. Im Allgemeinen kann Keratin mit größerem Molekulargewicht in einer kürzeren Auflösungszeit erhalten werden, aber die Keratinausbeute ist geringer; Eine längere Auflösung kann jedoch leicht dazu führen, dass Peptidbindungen in Keratinmolekülen aufbrechen, was zu Produkten mit niedrigerem Molekulargewicht führt; Je höher die Ausbeute des löslichen Keratinprodukts ist, desto kleiner ist dessen Molekulargewicht.
2.2 Die Reduktionsmethode verwendet ein Reduktionsmittel, um Disulfidbindungen in Keratinmolekülen zu Thiolgruppen zu reduzieren, was zu löslichem Keratin führt. Als Reduktionsmittel werden im Allgemeinen Thiolverbindungen wie Natriummercaptoacetat, 2-Mercaptoethanol, Mercaptoessigsäure und Dithiothreitol verwendet. Das durch Reduktion erhaltene Keratin, das eine große Menge an Thiolgruppen enthält, muss aufgrund der hochreaktiven Natur der Thiolgruppen, die leicht oxidiert werden, mit geeigneten Reagenzien geschützt werden, um eine stabile Keratinlösung zu erhalten; Typischerweise werden Tenside wie Natriumdodecylsulfonat [22] oder Rhamnolipide zum Schutz von Thiolgruppen verwendet. Diese Substanzen können auch die Oberflächenspannung von Keratinmolekülen verringern und die Löslichkeit von Keratin erhöhen [23]. Darüber hinaus können auch Metallsulfide als Reduktionsmittel verwendet werden, beispielsweise Natriumsulfid, das Disulfidbindungen reduzieren und Keratin auflösen kann; Guanidin oder Guanidinhydrochlorid können auch verwendet werden, um die Peptidkette vollständig zu strecken, die funktionellen Gruppen vollständig freizulegen und anschließend mit einem Denaturierungsmittel zu reduzieren und zu extrahieren. Durch die Verwendung einer Kombination von Reduktionsmitteln: Sulfit-/Carboxamidverbindungen/Natriumsalz-organische Verbindungen, gemischt mit Rohstoffen, durch schrittweise Reduktion zur Öffnung von Disulfidbindungen und anschließendem Schutz des Keratins mit Tensiden kann die Keratinoxidation verhindert werden. Die Molekulargewichtsverteilung der Hauptprodukte liegt zwischen 40-80kD. Die bei der Reduktionsmethode verwendeten Reagenzien sind relativ mild und schädigen die Peptidkette weniger, was zu einem höheren Molekulargewicht und einer höheren Ausbeute an Keratinprodukten führt. Normalerweise die bevorzugte chemische Extraktionsmethode.
3 Oxidationsmethode
Das Grundprinzip besteht darin, mithilfe von Oxidationsmitteln die Disulfidbindungen im Keratin zu Sulfonsäuregruppen zu oxidieren und so lösliches Keratin zu erzeugen.
Die bei der Oxidationsmethode verwendeten Oxidationsmittel sind im Allgemeinen Peroxide wie Ameisensäure, Peressigsäure und Wasserstoffperoxid. Sulfonierung mit Na2SO3 und Oxidation mit Kupfer-Ammoniumhydroxid wandeln die Cystingruppe in S-Thiocystein um und zentrifugieren gelartiges Keratin mit einem milden Schwerkraft-Filtrationssystem. Trennen Sie die gelartige stark S-sulfonierte Keratinderivatlösung ab, geben Sie den Chelatbildner hinzu und verwenden Sie dann die isoelektrische Punktmethode, um das intermediäre filamentöse Protein und das S-sulfonierte Keratinprotein mit hohem Schwefelgehalt auszufällen und zu trennen. Während des Oxidationsprozesses tritt jedoch zwangsläufig das Phänomen des oxidativen Bruchs der Peptidkette auf, sodass das durchschnittliche Molekulargewicht des durch die Oxidationsmethode erhaltenen Keratins nicht hoch ist.
4 Biologisches Gesetz
Die Hauptmethode besteht darin, den Abbau von Keratin durch Keratinase zu nutzen, um unlösliches Keratin in lösliches Keratin aufzuspalten. Aufgrund der spezifischen Abbaufunktion von natürlichem Keratin durch Keratinase kann die Löslichkeit von Keratin deutlich verbessert werden. Allerdings dauert diese Methode im Allgemeinen lange und die Produkte sind meist Peptide mit niedrigeren Molekulargewichten.
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