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家蚕和非桑蚕丝蛋白的脱胶与特征研究

期刊:Scientific ReportsDOI:10.1038/s41598-023-46474-5

2023年,《Scientific Reports》期刊发表了一项题为“Degumming and Characterization of Bombyx Mori and Non-Mulberry Silks from Saturniidae Silkworms”的研究。该研究由Theresa Schmidt、Nils Puchalla、Marcel Schendzielorz和Annemarie E. Kramell 领导,研究的主要目的是揭示家蚕(Bombyx Mori,B. Mori)及多种桑蚕和非桑蚕茧的去胶(degumming)行为及纤维特征。研究团队来自德国马丁路德大学有机化学系,主要通过光学显微镜观察(OM),衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR),以及气相色谱火焰离子化检测器(GC-FID)进行氨基酸(Amino Acid, AA)组成分析来进行实验。

研究背景

丝绸作为世界上最具价值的纤维之一,其研究背景广泛。尽管家蚕是最主要的丝绸生产者,然而,野生蚕、尤其是桑蚕科(Saturniidae)的多种蚕也因其卓越的机械性能在科学界引起了广泛关注。研究旨在通过深入分析家蚕和非桑蚕的化学组成及物理结构来展开对比研究,同时通过去胶过程优化寻找高效去胶方法。

研究方法

科研团队评估了多种去胶方法,使用了碱性物质(如碳酸钠和乙二胺)、柠檬酸等进行实验,目的是找到最有效的去胶剂。最终发现,0.1%碳酸钠和2.5%乙二胺的混合物作为去胶剂对桑蚕科和B. Mori茧是有效的。在经过6N盐酸的水解以及丙基氯甲酸酯衍生化后,研究团队能有效识别和定量十五种氨基酸,其方法的平均回收率为95%。

研究结果

在家蚕与非家蚕的对比中,每一种茧的去胶实验都有差别。比如桑树蚕茧在暴露于定量的乙二胺时表现出极高的β-片层结构特征,而野生蚕类的丝绸表现出更少的这些特征。与其形成对比的是,多数桑蚕科学科的蚕表现出(Ala)和(Gly)含量较高,占比在总氨基酸中达到60-85%。PCA(主成分分析)也进一步确认了代谢物组分间的显著差异。

研究意义

这一研究不仅对纺织工业具有实际意义,也有助于深入理解蚕丝的生物演化和分子机制。研究揭示了不同种类蚕丝的功能潜力,提供了新见解,例如在相对分子晶态的结晶度指数上,不同类型的蚕丝之间的物理和化学特性差异显著。通过本研究,可以为将来改进蚕丝的工业应用提供有价值的信息。

研究亮点

研究中最为新颖的是对多种去胶方法的系统验证以及AA分析的全面性和精确性。此外,该研究使用的光学显微镜和ATR-FTIR光谱分析的结合,使得桑蚕与非桑蚕丝绸之间的区别变得清晰可辨。同时,研究通过示范一系列新的仪器分析技术,为后续研究提供了科学基础。

总之,该研究不仅开创了新的蚕丝去胶方法并验证其有效性,还有助于理解丝绸的化学特性和应用前景,对丝绸科学的进一步研究提供了强有力的支持。研究含有丰富数据,这些数据的逐一分析为寻找蚕丝内在机理提供了更全面的视角。

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