CN101117389B

CN101117389B - 溶解小麦储藏蛋白的水性溶剂组合物及其用途

Info

Publication number: CN101117389B
Application number: CN200710070124A
Authority: CN
Inventors: 宋义虎; 郑强
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2027-07-20
Also published as: CN101117389A

Abstract

本发明公开了一种溶解小麦储藏蛋白的水性溶剂组合物及其用途。水性溶剂组合物包含5～25wt％碱金属氢氧化物、1～5wt％含硫化合物，其余为水。这种水性溶剂组合物可用于溶解小麦储藏蛋白，用于制备小麦蛋白质纤维。本发明具有的有益效果：其一，本发明所提供的水性溶剂组合物溶解能力强，在常温下即可完全溶解工业谷朊粉，包括其所含的淀粉杂质；其二，本发明所提供的水性溶剂组合物不引起小麦储藏蛋白的降解，溶液储存期长；其三，本发明所提供的小麦蛋白质纤维生产周期短，工艺流程简单，有利于工业化生产。

Description

溶解小麦储藏蛋白的水性溶剂组合物及其用途

技术领域

本发明涉及一种溶解小麦储藏蛋白的水性溶剂组合物及其用途，属于天然高分子领域，也属于化工与材料领域。

背景技术

近年来，出于环境保护、石化资源短缺、石油价格持续升高等原因，以可再生、可降解的植物资源如天然多糖、蛋白质等作为化工原料，制备环境友好的生物降解塑料或可食性包装膜材料，在学术界和工业界受到高度重视，已成为高分子材料科学与加工工程的前沿领域之一。小麦储藏蛋白含有40～50％的醇溶蛋白与35～45％的谷蛋白，具有优良的成膜与可塑性加工特性。小麦储藏蛋白的工业品为谷朊粉(蛋白质含量70～85％)，全球产量约50万吨/年，平均价格8.4万元/吨，在可食性食品包装膜材料、生物降解塑料与新型蛋白质纤维方面极具发展潜力。

由于小麦储藏蛋白可形成分子内与分子间二硫键，并产生分子量具大的谷蛋白，其溶解性较差。采用70％(体积)乙醇或50％(体积)丙醇可从谷朊粉中提取醇溶蛋白，而采用50％(体积)丙醇、1～3％二硫苏糖醇可提取谷蛋白。采用强变性剂如六氟异丙醇可以溶解小麦储藏蛋白(Woerdeman DL，Ye P，Shenoy S，Pamas RS，Wnek GE，Trofimova O，Electrospun fibers from wheat protein：investigation of the interplay between molecular structure and the fluid dynamics ofthe electrospinning process.Biomacromolecules，6，707-712，2005)，但该溶剂价格昂贵。在1wt％还原剂亚硫酸钠存在条件下，高浓度(8M)的尿素水溶液也可用于溶解小麦储藏蛋白(Reddy N，Yang Y，Novel Protein Fibers from Wheat Gluten.Biomacromolecules，8，638-643，2007)，但高浓度的尿素易引起蛋白质降解。

发明内容

本发明的目的是提供一种溶解小麦储藏蛋白的水性溶剂组合物及其用途。

水性溶剂组合物包含重量百分比浓度为5～25％的碱金属氢氧化物、重量百分比浓度为1～5％的含硫化合物，其余为水。

所述的碱金属氢氧化物为氢氧化锂、氢氧化钠或氢氧化钾。所述的含硫化合物为亚硫酸钠、硫代硫酸钠、连二亚硫酸钠、焦亚硫酸钠、亚硫酸钾、硫代硫酸钾、连二亚硫酸钾、焦亚硫酸钾、亚硫酸铵、硫代硫酸铵、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾、亚硫酸氢铵、亚硫酸氢钙、亚硫酸氢镁、巯基乙醇、巯基乙酸或半胱氨酸。

水性溶剂组合物用于溶解小麦储藏蛋白。

用于溶解小麦储藏蛋白的方法为：在搅拌条件下，将小麦储藏蛋白加入到重量百分比浓度为5～25％的碱金属氢氧化物和重量百分比浓度为1～5％的含硫化合物的溶剂中，混合，配成蛋白质浓度重量百分比浓度为5～20％的溶液。所述的小麦储藏蛋白为谷朊粉、小麦醇溶蛋白或小麦谷蛋白。

水性溶剂组合物用于制备小麦蛋白质纤维。

用于制备小麦蛋白质纤维的方法为：在搅拌条件下，将小麦储藏蛋白加入到重量百分比浓度为5～25％的碱金属氢氧化物和重量百分比浓度为1～5％的含硫化合物的溶剂中，配成重量百分比浓度为5～20％的蛋白质溶液，经过滤、脱气后进行纺丝，经凝固液凝固、去离子水清洗、干燥后，在100～140℃温度下热处理10～30min，得到小麦蛋白质纤维。所述的凝固液是硫酸重量百分比浓度为5～15％和硫酸钠重量百分比浓度为5～15％的水溶液。

本发明具有的有益效果：其一，本发明所提供的水性溶剂组合物溶解能力强，在常温下即可完全溶解工业谷朊粉，包括其所含的淀粉杂质；其二，本发明所提供的水性溶剂组合物不引起小麦储藏蛋白的降解，溶液储存期长；其三，本发明所提供的小麦蛋白质纤维生产周期短，工艺流程简单，有利于工业化生产。

具体实施方式

本发明使用小麦储藏蛋白是工业谷朊粉、小麦醇溶蛋白、或小麦谷蛋白。

工业谷朊粉也称活性小麦面筋，是以小麦面粉为原料深加工提取的一种天然植物蛋白质。合适的谷朊粉可以从蛋白质含量≥75％(干基)的商业产品中选择，如可从上海旺味食品有限公司、周口莲花味精集团、河南省天冠植物蛋白有限公司、安徽省桐城市乐健食品有限公司购买谷朊粉。

从工业谷朊粉中提取小麦醇溶蛋白的技术是公知的，如在如下文献中有述，该文献引入本文作为参考：“司学芝，李建伟，王金水，周长智，麦醇溶蛋白和麦谷蛋白提取条件的研究.郑州工程学院学报，2004，25(3)：33-39”。

从工业谷朊粉中提取小麦谷蛋白的技术是公知的，如在如下文献中有述，该文献引入本文作为参考：“Larre C，Nicolas Y，Desserme C，Courcoux P，Popineau Y，Preparative Separation of High and Low Molecular Weight Subunits ofGlutenin from Wheat.Journal of Cereal Science，1997，25，143-150”。

本发明提供了一种小麦储藏蛋白水性溶剂组合物以及利用该水性溶剂组合物溶解小麦储藏蛋白、制备小麦蛋白质纤维的方法。

水性溶剂组合物的制备方法简单，将碱金属氢氧化物与含硫化合物混合，加入去离子水溶解即可。小麦储藏蛋白的溶解方法也简单易行，将蛋白质在搅拌条件下加入水性溶剂组合物中即可。根据实际需要，蛋白质浓度可控制在5～20wt％。小麦储藏蛋白溶液可采用常规的纺丝设计进行纺丝，制备强度与弹性优异的小麦蛋白质纤维，因而具有广阔的前景。

以下结合具体实施例进一步说明本发明。

实施例1：

称取5g氢氧化锂、1g亚硫酸钠，加入94g去离子水中，配成水性溶剂组合物，在搅拌条件下加入5g谷朊粉，配成蛋白质浓度为5wt％的溶液。

实施例2：

称取25g氢氧化钠、5g硫代硫酸钠，加入70g去离子水中，配成水性溶剂组合物，在搅拌条件下加入20g谷朊粉，用200目滤网过滤，用离心机在4000转/min下离心15min脱气泡，注射器制备纤维入含5wt％的硫酸钠和5wt％硫酸的凝固液中，水洗后自然晾干，在100℃热处理30min。电子拉力机测得所得纤维的拉伸强度为123±5MPa，断裂伸长率为34.5±3.0％，杨氏模量为6±0.5GPa。

实施例3：

称取10g氢氧化钾、3g连二亚硫酸钠，加入87g去离子水中，配成水性溶剂组合物，在搅拌条件下加入10g谷朊粉，用200目滤网过滤，用离心机在4000转/min下离心15min脱气泡，采用简易纺丝机制备纤维，在15wt％的硫酸钠和15wt％硫酸的凝固液中凝聚，水洗后自然晾干，在140℃热处理10min。

实施例4～18：

分别以焦亚硫酸钠、亚硫酸钾、硫代硫酸钾、连二亚硫酸钾、焦亚硫酸钾、亚硫酸铵、硫代硫酸铵、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾、亚硫酸氢铵、亚硫酸氢钙、亚硫酸氢镁、巯基乙醇、巯基乙酸、或半胱氨酸代替亚硫酸钠，其余条件同实施例1。

实施例19～20：

分别以小麦醇溶蛋白、或小麦谷蛋白代替谷朊粉，其余条件同实施例1。

本发明提供了一种水性溶剂组合物以及利用该水性溶剂组合物溶解小麦储藏蛋白、制备小麦蛋白质纤维的方法。利用本发明所提供的水性溶剂组合物可制备储存期长的小麦储藏蛋白溶液，用于制备高强度、高弹性的小麦蛋白质纤维。本发明所涉及的主要原料小麦储藏蛋白属于可再生农业资源，来源广泛，价格低廉；本发明所涉及的小麦蛋白质纤维的制备方法与工艺流程简单，生产成本低廉，易于推广实施。

Claims

1.一种水性溶剂组合物的用途，其特征在于，水性溶剂组合物用于溶解小麦储藏蛋白，该水性溶剂组合物包含重量百分比浓度为5～25％的碱金属氢氧化物、重量百分比浓度为1～5％的含硫化合物，其余为水；所述的用于溶解小麦储藏蛋白的方法为：在搅拌条件下，将小麦储藏蛋白加入到重量百分比浓度为5～25％的碱金属氢氧化物和重量百分比浓度为1～5％的含硫化合物的溶剂中，混合，配成蛋白质浓度重量百分比浓度为5～20％的溶液，所述的含硫化合物为亚硫酸钠、硫代硫酸钠、连二亚硫酸钠、焦亚硫酸钠、亚硫酸钾、硫代硫酸钾、连二亚硫酸钾、焦亚硫酸钾、亚硫酸铵、硫代硫酸铵、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾、亚硫酸氢铵、亚硫酸氢钙、亚硫酸氢镁、巯基乙醇、巯基乙酸或半胱氨酸；所述的碱金属氢氧化物为氢氧化锂、氢氧化钠或氢氧化钾。

2.根据权利要求1所述的一种水性溶剂组合物的用途，其特征在于，所述的小麦储藏蛋白为谷朊粉、小麦醇溶蛋白或小麦谷蛋白。

3.一种水性溶剂组合物的用途，其特征在于，水性溶剂组合物用于制备小麦蛋白质纤维；该水性溶剂组合物包含重量百分比浓度为5～25％的碱金属氢氧化物、重量百分比浓度为1～5％的含硫化合物，其余为水，所述的用于制备小麦蛋白质纤维的方法为：在搅拌条件下，将小麦储藏蛋白加入到重量百分比浓度为5～25％的碱金属氢氧化物和重量百分比浓度为1～5％的含硫化合物的溶剂中，配成重量百分比浓度为5～20％的蛋白质溶液，经过滤、脱气后进行纺丝，经凝固液凝固、去离子水清洗、干燥后，在100～140℃温度下热处理10～30min，得到小麦蛋白质纤维，所述的含硫化合物为亚硫酸钠、硫代硫酸钠、连二亚硫酸钠、焦亚硫酸钠、亚硫酸钾、硫代硫酸钾、连二亚硫酸钾、焦亚硫酸钾、亚硫酸铵、硫代硫酸铵、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾、亚硫酸氢铵、亚硫酸氢钙、亚硫酸氢镁、巯基乙醇、巯基乙酸或半胱氨酸；所述的碱金属氢氧化物为氢氧化锂、氢氧化钠或氢氧化钾。

4.根据权利要求3所述的一种水性溶剂组合物的用途，其特征在于，所述的凝固液是硫酸重量百分比浓度为5～15％和硫酸钠重量百分比浓度为5～15％的水溶液。