專利名稱：溶解小麥儲藏蛋白的水性溶劑組合物及其用途的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種溶解小麥儲藏蛋白的水性溶劑組合物及其用途，屬于天然 高分子領域，也屬于化工與材料領域。
技術背景近年來，出于環境保護、石化資源短缺、石油價格持續升高等原因，以可 再生、可降解的植物資源如天然多糖、蛋白質等作為化工原料，制備環境友好 的生物降解塑料或可食性包裝膜材料，在學術界和工業界受到高度重視，已成為高分子材料科學與加工工程的前沿領域之一。小麥儲藏蛋白含有40 ~ 50%的 醇溶蛋白與35 45%的谷蛋白，具有優良的成膜與可塑性加工特性。小麥儲藏 蛋白的工業品為谷朊粉(蛋白質含量70 85%)，全球產量約50萬噸/年，平均價 格8.4萬元/噸，在可食性食品包裝膜材料、生物降解塑料與新型蛋白質纖維方 面極具發展潛力。由于小麥儲藏蛋白可形成分子內與分子間二硫鍵，并產生分子量具大的谷 蛋白，其溶解性較差。采用70%(體積)乙醇或50%(體積)丙醇可從谷朊粉中提取 醇溶蛋白，而采用50%(體積)丙醇、1~3%二硫蘇糖醇可提取谷蛋白。采用強變 性劑如六氟異丙醇可以溶解小麥儲藏蛋白(Woerdeman DL， Ye P, Shenoy S， Parnas RS， Wnek GE, Trofimova 0， Electrospun fibers from wheat protein: investigation of the interplay between molecular structure and the fluid dynamics of the electrospinning process. Biomacromolecules, 6, 707-712， 2005)， iS該溶齊!j價格 昂貴。在lwt。/。還原劑亞硫酸鈉存在條件下，高濃度(8M)的尿素水溶液也可用于 溶解小麥儲藏蛋白(Reddy N， Yang Y, Novel Protein Fibers from Wheat Gluten. Biomacromolecules, 8， 638-643, 2007)，但高濃度的尿素易引起蛋白質降解。 發明內容本發明的目的是提供一種溶解小麥儲藏蛋白的水性溶劑組合物及其用途。 水性溶劑組合物包含重量百分比濃度為5~25%的堿金屬氫氧化物、重量百分 比濃度為1 5%的含硫化合物，其余為水。所述的堿金屬氫氧化物為氫氧化鋰、氫氧化鈉或氫氧化鉀。所述的含硫化 合物為亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉、連二亞硫酸鈉、焦亞硫酸鈉、亞硫酸鉀、硫代 硫酸鉀、連二亞硫酸鉀、焦亞硫酸鉀、亞硫酸銨、硫代硫酸銨、亞硫酸氫鈉、 亞硫酸氫鉀、亞硫酸氫銨、亞硫酸氫鈣、亞硫酸氫鎂、巰基乙醇、巰基乙酸或半胱氨酸。水性溶劑組合物用于溶解小麥儲藏蛋白。用于溶解小麥儲藏蛋白的方法為在攪拌條件下，將小麥儲藏蛋白加入到 重量百分比濃度為5~25%的堿金屬氫氧化物和重量百分比濃度為1~5%的含硫 化合物的溶劑中，混合，配成蛋白質濃度重量百分比濃度為5~20%的溶液。所 述的小麥儲藏蛋白為谷朊粉、小麥醇溶蛋白或小麥谷蛋白。水性溶劑組合物用于制備小麥蛋白質纖維。用于制備小麥蛋白質纖維的方法為在攪拌條件下，將小麥儲藏蛋白加入 到重量百分比濃度為5 25%的堿金屬氫氧化物和重量百分比濃度為1~5%的含 硫化合物的溶劑中，配成重量百分比濃度為5~20%的蛋白質溶液，經過濾、脫 氣后進行紡絲，經凝固液凝固、去離子水清洗、干燥后，在100~140°C溫度下 熱處理10 30min，得到小麥蛋白質纖維。所述的凝固液是硫酸重量百分比濃度 為5~15%和硫酸鈉重量百分比濃度為5 15%的水溶液。本發明具有的有益效果其一，本發明所提供的水性溶劑組合物溶解能力 強，在常溫下即可完全溶解工業谷朊粉，包括其所含的淀粉雜質；其二，本發 明所提供的水性溶劑組合物不引起小麥儲藏蛋白的降解，溶液儲存期長；其三， 本發明所提供的小麥蛋白質纖維生產周期短，工藝流程簡單，有利于工業化生本發明使用小麥儲藏蛋白是工業谷朊粉、小麥醇溶蛋白、或小麥谷蛋白。工業谷朊粉也稱活性小麥面筋，是以小麥面粉為原料深加工提取的一種天 然植物蛋白質。合適的谷朊粉可以從蛋白質含量》75%(干基)的商業產品中選 擇，如可從上海旺味食品有限公司、周口蓮花味精集團、河南省天冠植物蛋白 有限公司、安徽省桐城市樂健食品有限公司購買谷朊粉。從工業谷朊粉中提取小麥醇溶蛋白的技術是公知的，如在如下文獻中有述， 該文獻引入本文作為參考"司學芝，李建偉，王金水，周長智，麥醇溶蛋白和 麥谷蛋白提取條件的研究.鄭州工程學院學報,2004， 25(3): 33-39"。從工業谷朊粉中提取小麥谷蛋白的技術是公知的，如在如下文獻中有述， 該文獻引入本文作為參考"Larre C， Nicolas Y, Desserme C, Courcoux P, Popineau Y， Preparative Separation of High and Low Molecular Weight Subunits of Glutenin from Wheat. Journal of Cereal Science, 1997， 25, 143-150"。本發明提供了一種小麥儲藏蛋白水性溶劑組合物以及利用該水性溶劑組合
物溶解小麥儲藏蛋白、制備小麥蛋白質纖維的方法。水性溶劑組合物的制備方法簡單，將堿金屬氫氧化物與含硫化合物混合， 加入去離子水溶解即可。小麥儲藏蛋白的溶解方法也簡單易行，將蛋白質在攪 拌條件下加入水性溶劑組合物中即可。根據實際需要，蛋白質濃度可控制在5~20wt%。小麥儲藏蛋白溶液可采用常規的紡絲設計進行紡絲，制備強度與彈性優異的小麥蛋白質纖維，因而具有廣闊的前景。 以下結合具體實施例進一步說明本發明。 實施例1 -稱取5g氫氧化鋰、lg亞硫酸鈉，加入94g去離子水中，配成水性溶劑組合 物，在攪拌條件下加入5g谷朊粉，配成蛋白質濃度為5wt。/。的溶液。實施例2:稱取25g氫氧化鈉、5g硫代硫酸鈉，加入70g去離子水中，配成水性溶劑 組合物，在攪拌條件下加入20g谷朊粉，用200目濾網過濾，用離心機在4000 轉/min下離心15min脫氣泡，注射器制備纖維入含5w^/。的硫酸鈉和5wt。/。硫酸 的凝固液中，水洗后自然晾干，在100。C熱處理30min。電子拉力機測得所得纖 維的拉伸強度為123土5MPa，斷裂伸長率為34.5±3.0%，楊氏模量為6土0.5GPa。實施例3:稱取10g氫氧化鉀、3g連二亞硫酸鈉，加入87g去離子水中，配成水性溶 劑組合物，在攪拌條件下加入10g谷朊粉，用200目濾網過濾，用離心機在4000 轉/min下離心15min脫氣泡，采用簡易紡絲機制備纖維，在15wt。/。的硫酸鈉和 15wt。/。硫酸的凝固液中凝聚，水洗后自然晾干，在140°C熱處理10min。實施例4 18:分別以焦亞硫酸鈉、亞硫酸鉀、硫代硫酸鉀、連二亞硫酸鉀、焦亞硫酸鉀、 亞硫酸銨、硫代硫酸銨、亞硫酸氫鈉、亞硫酸氫鉀、亞硫酸氫銨、亞硫酸氫鈣、 亞硫酸氫鎂、巰基乙醇、巰基乙酸、或半胱氨酸代替亞硫酸鈉，其余條件同實 施例1 。實施例19~20:分別以小麥醇溶蛋白、或小麥谷蛋白代替谷朊粉，其余條件同實施例l。 本發明提供了一種水性溶劑組合物以及利用該水性溶劑組合物溶解小麥儲 藏蛋白、制備小麥蛋白質纖維的方法。利用本發明所提供的水性溶劑組合物可 制備儲存期長的小麥儲藏蛋白溶液，用于制備高強度、高彈性的小麥蛋白質纖 維。本發明所涉及的主要原料小麥儲藏蛋白屬于可再生農業資源，來源廣泛， 價格低廉；本發明所涉及的小麥蛋白質纖維的制備方法與工藝流程簡單，生產 成本低廉，易于推廣實施。
權利要求
1.一種水性溶劑組合物，其特征在于，它包含重量百分比濃度為5～25％的堿金屬氫氧化物、重量百分比濃度為1～5％的含硫化合物，其余為水。
2. 根據權利要求1所述的水性溶劑組合物，其特征在于，所述的堿金屬氫 氧化物為氫氧化鋰、氫氧化鈉或氫氧化鉀。
3. 根據權利要求1所述的水性溶劑組合物，其特征在于，所述的含硫化合 物為亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉、連二亞硫酸鈉、焦亞硫酸鈉、亞硫酸鉀、硫代硫 酸鉀、連二亞硫酸鉀、焦亞硫酸鉀、亞硫酸銨、硫代硫酸銨、亞硫酸氫鈉、亞 硫酸氫鉀、亞硫酸氫銨、亞硫酸氫鈣、亞硫酸氫鎂、巰基乙醇、巰基乙酸或半 胱氨酸。
4. -種如權利要求1所述的水性溶劑組合物的用途，其特征在于，水性溶 劑組合物用于溶解小麥儲藏蛋白。
5. 根據權利要求4所述的一種水性溶劑組合物的用途，其特征在于，所述 的用于溶解小麥儲藏蛋白的方法為在攪拌條件下，將小麥儲藏蛋白加入到重 量百分比濃度為5~25%的堿金屬氫氧化物和重量百分比濃度為1~5%的含硫化 合物的溶劑中，混合，配成蛋白質濃度重量百分比濃度為5 20%的溶液。
6. 根據權利要求4所述的所述的一種水性溶劑組合物的用途，其特征在于， 所述的小麥儲藏蛋白為谷朊粉、小麥醇溶蛋白或小麥谷蛋白。
7. —種如權利要求1所述的水性溶劑組合物的用途，其特征在于，水性溶 劑組合物用于制備小麥蛋白質纖維。
8. 根據權利要求7所述的一種水性溶劑組合物的用途，其特征在于，所述 的用于制備小麥蛋白質纖維的方法為在攪拌條件下，將小麥儲藏蛋白加入到 重量百分比濃度為5~25%的堿金屬氫氧化物和重量百分比濃度為1~5%的含硫 化合物的溶劑中，配成重量百分比濃度為5~20%的蛋白質溶液，經過濾、脫氣 后進行紡絲，經凝固液凝固、去離子水清洗、干燥后，在100~140。C溫度下熱 處理10 30min，得到小麥蛋白質纖維。
9. 根據權利要求8所述的一種水性溶劑組合物的用途，其特征在于，所述 的凝固液是硫酸重量百分比濃度為5~15%和硫酸鈉重量百分比濃度為5 15%的 水溶液。
全文摘要
本發明公開了一種溶解小麥儲藏蛋白的水性溶劑組合物及其用途。水性溶劑組合物包含5～25wt％堿金屬氫氧化物、1～5wt％含硫化合物，其余為水。這種水性溶劑組合物可用于溶解小麥儲藏蛋白，用于制備小麥蛋白質纖維。本發明具有的有益效果其一，本發明所提供的水性溶劑組合物溶解能力強，在常溫下即可完全溶解工業谷朊粉，包括其所含的淀粉雜質；其二，本發明所提供的水性溶劑組合物不引起小麥儲藏蛋白的降解，溶液儲存期長；其三，本發明所提供的小麥蛋白質纖維生產周期短，工藝流程簡單，有利于工業化生產。
文檔編號C08K3/00GK101117389SQ20071007012
公開日2008年2月6日 申請日期2007年7月20日 優先權日2007年7月20日
發明者宋義虎, 強 鄭 申請人:浙江大學