CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.2 Khái quát chung về vải lụa tơ tằm
1.2.4 Thành phần hóa học của tơ tằm
Tơ tằm là xơ protein dạng liên tục (filament). Mỗi sợi tơ ban đầu do con tằm nhả ra gồm hai tơ cơ bản nằm song song với nhau cấu tạo từ fibroin và được phủ ngoài bởi lớp xerixin. Ngoài fibroin và xerixin là những protein thiên nhiên, tơ tằm mộc (tơ sống) còn chứa một số hợp chất hòa tan trong ete và rượu etylic, một lượng nhỏ khoáng chất và chất mầu. Tùy thuộc vào giống tằm và điều kiện chăn tằm mà thành phần của kén thay đổi trong khoảng rộng [14]
Fibroin 70 – 80%
Xerixin 20 – 30%
Tạp chất tan trong ete 0,4 – 0,6%
Tạp chất tan trong rượu 1,2 – 3,3%
Chất khoáng 2 - 1,7%
Bảng 1.1 Thành phần axit amin của fibroin và serisin (trong mol%) Amino axit Fibroin Sericin
Glycine 44,5 14,7
Alanine 29,3 4,3
Serine 12,1 37,3
Tyrosine 5,2 2,6
Valine 2,2 3,6
Aspartic axit 1,6 14,8
Glutamic acid 1,0 3,4
Threonine 0,9 8,7
Isoleucine 0,7 0,7
Phenylalanine 0,6 0,3
Leucine 0,5 1,4
30
Arginine 0,5 3,6
Lysine 0,3 2,4
Proline 0,3 0,7
Histidine 0,2 1,2
Methionine 0,1
Tryptophan 0,2
Half cystine 0,04 0,1
Fibroin phần lớn được tạo thành từ các axit amin liên kết với nhau trong một chuỗi dài. Ba axit amin chính chiếm phần lớn trong tổng cấu trúc polymer với một số axit amin khác. Tổng cộng có tới 2592 axit amin khác nhau có thể được tìm thấy trong chuỗi polymer của tơ tằm. Ba axit amin chủ yếu bao gồm glycine, alanine và tyrosine, với tỷ lệ trong chuỗi polymer tương ứng khoảng 1/2, 1/4 và 1/16. Ba axit amin này chiếm tỷ lệ khoảng 3/16 của tổng các axit amin. Nếu chúng ta biểu thị glycine là G, alanine là A, tyrosine là T và tất cả các axit amin khác là X, cấu trúc phác thảo của polymer có thể được tạo ra theo mô hình tương tự: [GAGTGAGXGAGXGAGX] n [15]
Mặc dù cấu trúc hóa học của chuỗi polymer này có vẻ như rất phức tạp, nhưng cấu trúc thực tế của chuỗi tương đối đơn giản. Hai axit amin xuất hiện nhiều nhất (glycine và alanine) trong polymer chiếm khoảng 75% chuỗi polymer và có hai cấu trúc đơn giản nhất của tất cả các axit amin. Cấu trúc hóa học của Glycine và alanine được thể hiện tương ứng trong Hình 1.16 và 1.17.
Hình 1.16 Cấu trúc hóa học Glycine Hình 1.17 Cấu trúc hóa học Alanine
Axit amin chiếm tỷ lệ nhiều thứ ba là tyrosine, lớn hơn một chút và phức tạp hơn vì nó chứa một vòng benzen. Cấu trúc hóa học của nó được thể hiện trong Hình 1.18.
31
Hình 1.18 Cấu trúc hóa học Tyrosine
Sự giống nhau trong cấu trúc hóa học của các axit amin này cần được lưu ý. Nói chung, tất cả các axit amin có thể được biểu diễn bằng một nhóm amino, một nguyên tử hydro, một nhóm axit cacboxylic và một nhóm “R” tất cả được gắn vào carbon alpha như trong Hình 1.19
Hình 1.19 Cấu trúc hóa học axit amin tổng quát
Phương pháp tổng hợp được sử dụng là các bước trùng hợp nhanh. Để thực hiện phản ứng này, một nguyên tử hydro từ nhóm amino của một axit amin phản ứng với phân tử hydroxit từ nhóm axit cacboxylic của một axit amin khác tạo thành nước. Điều này cho phép nguyên tử nitơ liên kết trực tiếp với nguyên tử carbon và bắt đầu một chuỗi. Một bước trong quy trình trùng hợp giữa glycine và alanine được thể hiện trong Hình 1.20.
32
Hình 1.20 Bước trùng hợp
Quá trình này lan truyền trong một chuỗi các axit amin với mẫu đã được biểu diễn trong Hình 1.21. Biểu thị sự thay đổi của chuỗi bên trong tyrosine và (R R 1) cho tất cả các chuỗi bên trong vô số axit amin, sơ đồ chuỗi polymer đơn giản sẽ được biểu diễn trong Hình 1.21. [16]
Hình 1.21 Chuỗi polymer đơn giản hóa
Fibroin phần lớn được tạo thành từ các axit amin Gly-Ser-Gly-Ala-Gly- Ala và tạo thành các tấm xếp nếp beta, β-keratin.
R = H, glyxin; R = CH 3, alanin; R = CH 2 OH, serisin
Liên kết hydro hình thành giữa các chuỗi và chuỗi bên hình thành bên trên và bên dưới mặt phẳng của mạng lưới liên kết hydro.
33
Hình 1.22 Cấu trúc cơ bản của fibroin
Sericin được ấu trùng tiết ra từ các tuyến để liên kết hai sợi fibroin, đó là hỗn hợp protein hoặc protein có đặc tính đàn hồi cao su. Nó có thể được hòa tan trong dung dịch xà phòng nóng, dung dịch kiềm hoặc enzyme. So sánh thành phần axit amin của sericin và fibroin (Bảng 1.1) cho thấy hai thành phần này có thành phần khác nhau; axit amin chiếm tỉ lệ lớn nhất trong sericin là serine.