CN104531059B - 一种天然环保型改性酪蛋白胶及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然环保型改性酪蛋白胶及其制备工艺，旨在提供一种以琥珀酸酐为改性制剂，以酪蛋白为原料，以淀粉、尿素为辅料，以微量单甘脂、氯化钙、苯甲酸钠为助剂制备而成的天然环保型改性酪蛋白胶及其制备方法；本发明所用改性制剂琥珀酸酐毒副作用小，改性效果显著，琥珀酰化酪蛋白羧基含量显著增加，其溶解性能及其他加工特性显著改善；以酰化酪蛋白为原料制备粘合剂，避免添加化工助剂，显著改善了酪蛋白胶的环保性能，满足了人们对粘合剂健康环保的要求；所制得的酪蛋白胶粘度高，拉丝性小，能够满足工业对粘合剂的粘接要求；改性酪蛋白胶制备条件温和，制备工艺简单，制备过程容易控制，适合工业化生产和推广。
Description
技术领域
本发明属于粘合剂技术领域，涉一种天然环保型粘合剂，具体地说是一种以琥珀酸酐为改性制剂，以酪蛋白为原料生产的天然环保型改性酪蛋白胶；本发明还涉及一种天然环保型改性酪蛋白胶的制备工艺。
背景技术
酪蛋白约占乳中总蛋白的80%。牛乳经脱脂、酸沉淀、脱水、干燥后制成粉末状制品即为酪蛋白，又称干酪素。酪蛋白及其制品有着较高的营养价值和良好的功能特性，适合作为乳化剂、增稠剂和营养强化剂等，广泛应用于食品工业、化学工业和医药工业。
酪蛋白粘合剂作为水基胶粘剂的一种，以其自身的初粘力强、固化快、耐水性好、无污染和良好的碱洗涤性等优点广泛应用于食品及化学工业。目前，市售酪蛋白胶以酪蛋白为原料，以聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等化工试剂为助剂加工而成。然而，聚乙烯醇具有刺激性、易燃性，聚丙烯酰胺合成所用单体丙烯酰胺具有毒性，其他高分子助剂也并非天然助剂，从而使酪蛋白胶环保性能降低，给人们的健康生活带来了极大威胁。随着人们环保意识的不断增强，研究开发出天然环保型酪蛋白胶，尽可能降低化工助剂的使用量，还人们一个健康环保的生活环境具有积极意义。
琥珀酰化是蛋白质常用的改性手段，琥珀酸酐安全性高，与蛋白质反应条件温和，修饰程度高。琥珀酰化修饰后，酪蛋白羧基含量增加，净负电荷增加，亲水性增加，溶解性、乳化性等功能性质显著改善，更适用于工业加工。琥珀酰化酪蛋白含有大量羧基，易与金属阳离子形成耐水性较强的螯合物，使酪蛋白分子发生交联；酰化酪蛋白分子间也易于形成氢键等相互作用，粘度增加，拉丝性能降低，在粘合剂加工过程中可部分或全部替代一些高分子助剂，从而增加粘合剂的环保性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种天然环保型改性酪蛋白胶，避免添加具有毒副作用的化工助剂，满足相关工业对酪蛋白胶的粘接要求和人们对粘合剂健康环保的要求。
本发明的另一个目的是提供一种上述天然环保型改性酪蛋白胶的生产方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种天然环保型改性酪蛋白胶，以酰化酪蛋白为原料，该天然环保型酪蛋白胶按下述步骤制备而成：
（1）酰化酪蛋白的制备：将乳酪蛋白按1：50~1：150的料液质量比溶于去离子水中，在30~40℃搅拌直至酪蛋白完全溶解，并通过1.0mol·L-1的氢氧化钠溶液调节pH值使其稳定为6.5~7.5，得到酪蛋白溶液，通过1.0mol·L-1的氢氧化钠溶液调节所述酪蛋白溶液的pH值为8.0~9.5，分多次以琥珀酸酐与酪蛋白的质量比为0.4~0.8：1的比例加入固体琥珀酸酐，在40~50℃恒温下搅拌进行酰化反应，并所述琥珀酸酐全部加入后继续搅拌30~50min，使其充分反应，得到酰化后的酪蛋白溶液，采用1.0mol·L-1的盐酸溶液调整酰化后的酪蛋白溶液pH值至等电点，使酪蛋白沉淀，于3000~4000g离心力离心20~40min，弃去上清液，得到沉淀物，该沉淀物经冷冻干燥至恒重，即得粉末状白色酰化酪蛋白制品。
（2）将1~2重量份酰化酪蛋白和18~22重量份水混合，并通过1.0mol·L-1的氢氧化钠溶液调节pH值使其稳定为7.5~8.0，在55~60℃恒温水浴中不断搅拌至酰化酪蛋白颗粒完全溶解，得胶体溶液。
（3）在上述胶体溶液中加入0.7~1.3重量份淀粉，在55~60℃恒温水浴中不断搅拌至混合均匀；再加入0.5~0.8重量份尿素，继续在55~60℃恒温搅拌至样品混合均匀，得粘稠液。
（4）在上述粘稠液中先加入0.08~0.12重量份单甘脂，在55~60℃恒温搅拌至样品混合均匀；再加入40~100μL甘油，在55~60℃恒温搅拌至混合均匀；再加入0.05~0.1重量份氯化钙，在55~60℃恒温搅拌至样品混合均匀；最后加入0.04~0.06重量份苯甲酸钠，搅拌均匀；停止加热，继续搅拌并自然冷却至30~35℃，得胶液，其pH值为7.5~8.0。
本发明具有下述技术效果：
1、本发明以酪蛋白及其制品为原料，以琥珀酸酐为改性制剂，制备酰化酪蛋白，克服了天然酪蛋白溶解性、乳化性等功能性质差的技术问题，提高了酪蛋白的加工性，扩大了其应用范围。
2、本发明以酰化酪蛋白为原料制备的天然环保型改性酪蛋白胶具有粘度大、性能优良、安全性高、绿色环保的特点，能够满足相关工业对酪蛋白胶的粘接要求。
3、本发明一种天然环保型改性酪蛋白胶的制备中所用助剂均为食品添加剂，制备过程避免了化工助剂的添加，大幅度提高了酪蛋白粘合剂的安全性能和环保性能，最大限度地保持了酪蛋白胶的天然性。
4、本发明一种天然环保型改性酪蛋白胶的制备方法反应条件温和，反应温度低，反应过程容易控制，实验工艺简单，避免了传统酪蛋白胶制备过程中的高温条件，降低了能耗；避免了化工助剂的添加，节约了生产成本。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明详细说明。
实施例1
称取3.0g酪蛋白，将其溶解于300mL去离子水中，在40℃下恒温搅拌，并用1.0mol·L-1氢氧化钠溶液不断调整pH使其稳定在6.5。搅拌约1h后酪蛋白完全溶解，既得酪蛋白溶液，备用。滴加1.0 mol·L-1氢氧化钠溶液调节上述溶液pH为8.0，在40℃下恒温搅拌，分三次加入1.2g琥珀酸酐。加入后用1.0 mol·L-1氢氧化钠溶液不断调节酪蛋白溶液pH使其稳定在8.0直至酸酐完全溶解，继续搅拌50min，既得酰化酪蛋白溶液。滴加1.0mol·L-1盐酸溶液并不断搅拌，直至酪蛋白沉淀大量析出。将溶液置于离心试管中，于3500g离心15min，弃去上清液，将沉淀置于冷冻干燥机钢制托盘中，于-50℃，压强为500Pa的条件下冷冻干燥，约24h后得到粉末状酰化酪蛋白制品。
称取2g酰化酪蛋白，加入22mL水混合，采用1.0mol·L-1的氢氧化钠溶液调节pH值使其稳定为7.5，在60℃恒温水浴中不断搅拌至酰化酪蛋白颗粒完全溶解。
在上述胶体溶液中加入0.7g淀粉，在60℃恒温水浴中不断搅拌至混合均匀；再加入0.5g尿素，继续在55~60℃恒温搅拌至样品混合均匀，得粘稠液。
在上述粘稠液中先加入0.08g单甘脂，在60℃恒温搅拌至样品混合均匀；再加入40μL甘油，在60℃恒温搅拌至混合均匀；再加入0.05g氯化钙，在60℃恒温搅拌至样品混合均匀；最后加入0.04g苯甲酸钠，搅拌均匀；停止加热，继续搅拌并自然冷却至室温，得成品。
取成品0.4mL，涂于面积为2×2cm2的帆布片上，将两片帆布片进行粘合，室温下放置24h后采用拉力试验机测定帆布片粘合处剥离所需拉力。
经测定，该酪蛋白胶粘度≥50000mPa·S（25℃），pH≥7.5，拉力≥100N。
实施例2
称取3.000g酪蛋白，将其溶解于300mL去离子水中，在40℃下恒温搅拌，并用1.0mol·L-1氢氧化钠溶液不断调整pH使其稳定在7.0。搅拌约1h后酪蛋白完全溶解，既得酪蛋白溶液，备用。滴加1.0 mol·L-1氢氧化钠溶液调节上述溶液pH为9.0，在40℃下恒温搅拌，分三次加入1.8g琥珀酸酐。加入后用1.0 mol·L-1氢氧化钠溶液不断调节酪蛋白溶液pH使其稳定在9.0直至酸酐完全溶解，继续搅拌50min，既得酰化酪蛋白溶液。滴加1.0mol·L-1盐酸溶液并不断搅拌，直至酪蛋白沉淀大量析出。将溶液置于离心试管中，于3500g离心15min，弃去上清液，将沉淀置于冷冻干燥机钢制托盘中，于-50℃，压强为500Pa的条件下冷冻干燥，约24h后得到粉末状酰化酪蛋白制品。
称取1.5g酰化酪蛋白，加入20mL水混合，采用1.0mol·L-1的氢氧化钠溶液调节pH值使其稳定为7.5，在55℃恒温水浴中不断搅拌至酰化酪蛋白颗粒完全溶解。
在上述胶体溶液中加入1.0g淀粉，在58℃恒温水浴中不断搅拌至混合均匀；再加入0.6g尿素，继续在58℃恒温搅拌至样品混合均匀，得粘稠液。
在上述粘稠液中先加入0.10g单甘脂，在58℃恒温搅拌至样品混合均匀；再加入80μL甘油，在58℃恒温搅拌至混合均匀；再加入0.08g氯化钙，在58℃恒温搅拌至样品混合均匀；最后加入0.05g苯甲酸钠，搅拌均匀；停止加热，继续搅拌并自然冷却至室温，得成品。
取成品0.4mL，涂于面积为2×2cm2的帆布片上，将两片帆布片进行粘合，室温下放置24h后采用拉力试验机测定帆布片粘合处剥离所需拉力。
经测定，该酪蛋白胶粘度≥50000mPa·S（25℃），pH≥7.5，拉力≥100N。
实施例3
称取3.000g酪蛋白，将其溶解于300mL去离子水中，在40℃时，磁力搅拌，并用1.0mol·L-1氢氧化钠溶液不断调整pH使其稳定在7.5。搅拌约1h后酪蛋白完全溶解，既得酪蛋白溶液，备用。滴加1.0 mol·L-1氢氧化钠溶液调节上述溶液pH为9.5，在40℃下磁力搅拌，分三次加入2.4g琥珀酸酐。加入后用1.0 mol·L-1氢氧化钠溶液不断调节酪蛋白溶液pH使其稳定在9.5直至酸酐完全溶解，继续搅拌50min，既得酰化酪蛋白溶液。迅速滴加1.0mol·L-1盐酸溶液并不断搅拌，直至酪蛋白沉淀大量析出。将溶液置于离心试管中，于3500g离心15min，弃去上清液，将沉淀置于冷冻干燥机钢制托盘中，于-50℃，压强为500Pa的条件下冷冻干燥，约24h后得到粉末状酰化酪蛋白制品。
称取1.0g酰化酪蛋白，加入18mL水混合，采用1.0mol·L-1的氢氧化钠溶液调节pH值使其稳定为8.0，在55℃恒温水浴中不断搅拌至酰化酪蛋白颗粒完全溶解。
在上述胶体溶液中加入1.3g淀粉，在55℃恒温水浴中不断搅拌至混合均匀；再加入0.8g尿素，继续在55℃恒温搅拌至样品混合均匀，得粘稠液。
在上述粘稠液中先加入0.12g单甘脂，在55℃恒温搅拌至样品混合均匀；再加入100μL甘油，在55~60℃恒温搅拌至混合均匀；再加入0.1g氯化钙，在55℃恒温搅拌至样品混合均匀；最后加入0.06g苯甲酸钠，搅拌均匀；停止加热，继续搅拌并自然冷却至室温，得成品。
取成品0.4mL，涂于面积为2×2cm2的帆布片上，将两片帆布片进行粘合，室温下放置24h后采用拉力试验机测定帆布片粘合处剥离所需拉力。
经测定，该酪蛋白胶粘度≥50000mPa·S（25℃），pH≥7.5，拉力≥100N。
尽管参照实施例对所公开的涉及一种天然环保型改性酪蛋白胶及其制备方法进行了特别描述，以上描述的实施例是说明性的而不是限制性的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，所有的变化和修改都在本发明的范围之内。
Claims (2)
1.一种天然环保型改性酪蛋白胶的制备工艺，以改性酪蛋白为原料，其特征在于，该天然环保型酪蛋白胶按照下述步骤制备而成：
步骤1：将乳酪蛋白按1：50～1：150的料液质量比溶于去离子水中，在30～40℃搅拌直至酪蛋白完全溶解，并通过1.0mol·L-1的氢氧化钠溶液调节pH值使其稳定为6.5～7.5，得到酪蛋白溶液，通过1.0mol·L-1的氢氧化钠溶液调节所述酪蛋白溶液的pH值为8.0～9.5，分多次以琥珀酸酐与酪蛋白的质量比为0.4～0.8：1的比例加入固体琥珀酸酐，在40～50℃恒温下搅拌进行酰化反应，并所述琥珀酸酐全部加入后继续搅拌30～50min，使其充分反应，得到酰化后的酪蛋白溶液，采用1.0mol·L-1的盐酸溶液调整酰化后的酪蛋白溶液pH值至等电点，使酪蛋白沉淀，于3000～4000g离心力离心20～40min，弃去上清液，得到沉淀物，该沉淀物经冷冻干燥至恒重，即得粉末状白色酰化酪蛋白制品；
步骤2：将1～2重量份酰化酪蛋白和18～22重量份水混合，并通过1.0mol·L-1的氢氧化钠溶液调节pH值使其稳定为7.5～8.0，在55～60℃恒温水浴中不断搅拌至酰化酪蛋白颗粒完全溶解，得胶体溶液；
步骤3：在上述胶体溶液中依次加入0.7～1.3重量份淀粉，0.5～0.8重量份尿素，在55～60℃下恒温搅拌至样品混合均匀，得粘稠液；
步骤4：在上述粘稠液中依次加入0.08～0.12重量份单甘脂，40～100μL甘油/g酪蛋白，0.05～0.1重量份氯化钙，在55～60℃下恒温搅拌至样品混合均匀，再加入0.04～0.06重量份苯甲酸钠，搅拌均匀；停止加热，继续搅拌并自然冷却至30～35℃，得胶液，其pH值为7.5～8.0。
2.根据权利要求1所述一种天然环保型改性酪蛋白胶的制备工艺，其特征在于，所述步骤1中，乳酪蛋白是市售干酪素、自制酸沉淀乳酪蛋白。
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