CN109453716B

CN109453716B - 一种蛋白表面活性剂混合物的制备方法及应用

Info

Publication number: CN109453716B
Application number: CN201811445636.1A
Authority: CN
Inventors: 刘汝萃; 张恒明; 房青; 侯尔群; 辛寅昌
Original assignee: Shandong Yuwang Ecological Food Industry Co Ltd
Current assignee: Shandong Yuwang Ecological Food Industry Co Ltd
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2020-10-02
Anticipated expiration: 2038-11-29
Also published as: CN109453716A

Abstract

本发明属于表面活性剂领域，尤其涉及一种蛋白表面活性剂混合物的制备方法及应用。本发明首先通过冷冻分离的将植物蛋白中凝点高的水溶性2S蛋白分离出来，并再用盐析的办法进一步分离2S蛋白，然后把催化剂加入含有7S、11S、15S蛋白的沉淀中，然后在氧化剂作用下，打断7S、11S和15S大分子蛋白中的二硫键，使包裹在其中的亲水基释放出来，并加入分离得到的小分子2S蛋白，最终合成蛋白表面活性剂混合物。本发明蛋白表面活性剂混合物，耐盐性强，在高矿化度条件下，仍具有很好的乳化稳定性，能够有效降低特稠油的黏度。本发明蛋白表面活性剂还可应用于日化洗涤用品中。

Description

一种蛋白表面活性剂混合物的制备方法及应用

技术领域

本发明属于表面活性剂领域，尤其涉及一种蛋白表面活性剂混合物的制备方法及应用。

背景技术

表面活性剂是从20世纪50年代开始随着石油工业的飞速发展而兴起的一种新型化学品，是精细化工的重要产品之一。进入21世纪后，表面活性剂朝着绿色化、多功能化、专用化、分子设计方向发展。鉴于全球石油资源日益缺乏，加之传统化学合成表面活性剂存在不易降解、生物相溶性不高、安全性差等问题，近年来人们呼唤利用绿色环保的生产工艺和可再生资源生产易降解、无毒、温和、高效的新型表面活性剂的呼声越来越强，蛋白表面活性剂就是其中的一个新的发展方向。

已知，用超速离心方法对大豆蛋白分离分析，按照沉淀速度快慢分为15S、11S、7S、2S等类型。大豆分离蛋白中，2S主要是水溶性小分子活性物质，比如胰蛋白酶抑制剂、乳清蛋白等，2S约占9.5％左右；7S占43％；11S占44％；15S占4.6％。11S分子量在30万-40万之间，2S分子量在0.8-2万之间。7S分子量在4万-5万之间，主要是糖蛋白构成，其配体有甘露醇和葡萄糖胺，所以7S蛋白在酸催化下极其不稳定。大豆11S蛋白含有较多的疏水基和亲水基官能团，具有两亲性表面活性剂的特点，其中的碱性亚基氨基酸被包裹在分子内部，导致天然的大豆分离蛋白中的表面活性显示不出来，大豆分离蛋白中的二硫键是碱性亚基与酸性亚基的交联共价桥梁，如果能把二硫键切断，则蛋白质的活性就能够被开发出来。

目前，表面活性剂的制备方法主要有酶法和生物发酵法：酶法是指利用大多数酶在非极性溶剂或者微水条件下的催化作用来进行制备；生物发酵法是指利用微生物在一定条件下培养时，代谢过程中分泌产生一定的表/界面活性来制备。两者各自有其优缺点：酶法可在常温常压下进行，产品绿色无污染，但是得到的表面活性剂是含有各种物质的混合物，获得目标产物不确定性很强，所以很少见于商业生产当中；发酵法是一种廉价生产表面活性剂的方法，但是最终获得的产品质量浓度低，而且发酵液成分极为复杂，且易起泡，产品回收困难，导致后期的生产成本较高。

中国专利(CN103331127A)公开了“一种生物表面活性剂及其制备方法”，利用大豆分离蛋白用盐酸水解和酶水解后制得蛋白肽，然后再与油酰氯、月桂酰氯等反应制得表面活性剂。但水解肽价格十分昂贵，作为表面活性剂使用，工业应用不太可能，且水解产物复杂，分离会产生废料，不利于环境安全。

中国专利(CN105771790A)公开了“一种蛋白基表面活性剂的制备方法”，按照以下步骤制成：

(1)、制备复合多肽水解液：将制革蓝皮下脚料烘干至恒重并粉碎成革屑，将革屑置于装有冷凝管、温度计和搅拌器的容器中，将革屑质量8％～10％的水解剂溶解后加入到容器中用于水解革屑；控制容器内温度85℃～95℃，水解时间8h～12h；水解结束后，过滤，转移至烘箱中，130℃～150℃下烘至0.5～1h用于分解过量的四甲基氢氧化铵；减压蒸馏浓缩水解液至浓度为0.2g/ml～0.5g/ml，即为复合多肽水解液，置于冰箱0～4℃保存备用；

所述的水解剂是四甲基氢氧化铵；

(2)、制备相转移催化剂：取复合多肽水解液置于容器中，并将复合多肽水解液质量10％～20％的铵盐溶解后滴加至容器中，同时加入复合多肽水解液质量20％～50％的正丙醇、复合多肽水解液质量1％～10％的三辛基甲基氯化铵以及复合多肽水解液质量1％～10％的苯并-15-冠醚-5；在60℃～80℃下恒温搅拌反应1h～4h，反应结束后通过滤纸分离，得到季铵盐粗产品，待冷却至室温，用乙酸乙酯洗涤，得到相转移催化剂；

所述的铵盐是2,3-环氧丙基三甲基氯化铵；

(3)、制备蛋白基表面活性剂：取复合多肽水解液置于容器中，加入复合多肽水解液质量1％～10％的相转移催化剂，将酰氯溶于溶剂中，通过恒压滴液漏斗滴加到装有复合多肽水解液和相转移催化剂的容器中，并调节反应的pH值为8～10，首先在冰水浴中搅拌反应时间1h，然后升高温度至20℃～50℃，继续搅拌反应3h～5h，反应结束后减压蒸出溶剂，得到蛋白基表面活性剂。该方法所用的原理为皮革，而非天然来源的植物、动物蛋白，因此很难保证最终制备得到的蛋白表面活性剂的毒性，因而限制了该类型表面活性剂的应用范围，并且该步骤复杂，且产生的副产物多。

因此，制备方法简单、对人安全，且性能优良的蛋白表面活性剂，仍是蛋白表面活性剂领域的研究重点。

发明内容

针对以上提出的问题，本发明提供一种蛋白表面活性剂混合物的制备方法及应用。

本发明采用以下技术方案：

本发明第一个方面，提供一种蛋白表面活性剂混合物的制备方法，包括以下步骤：

(1)将植物蛋白水溶液在0～4℃条件下冷冻30～60min后，离心，取上清液留用，并收集沉淀；

(2)向步骤(1)离心后的沉淀中加入离子浓度为0.5～1.0g/L的盐溶液，进行搅拌，将沉淀全部分散均匀后，离心，取上清液留用，并收集沉淀；

(3)将步骤(2)离心后的沉淀中加入浓度为60％～80％的过氧化氢水溶液和酸性催化剂，调节其pH值在2.5～6.5之间，温度控制在50～90℃之间，搅拌至泡沫出现后进行降温处理，降温后加入浓度为5％～10％EDTA水溶液，离心，取上清液；

(4)将步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)取得的上清溶液进行混合，得溶液A，向溶液A中加入椰油酰胺丙基甜菜碱和硫酸钠混合均匀至透明，即得。

本发明制备方法，首先通过冷冻分离的将植物蛋白中凝点高的水溶性2S蛋白分离出来，并再用盐析的办法进一步分离2S蛋白，然后把催化剂加入含有7S、11S、15S蛋白的沉淀中，然后在氧化剂作用下，打断7S、11S和15S大分子蛋白中的二硫键，使包裹在其中的亲水基释放出来，并加入分离得到的小分子2S蛋白，最终合成蛋白表面活性剂混合物。

进一步的，植物蛋白包括大豆蛋白、小麦蛋白、豌豆蛋白和玉米蛋白中一种或几种。

进一步的，步骤(2)加入的盐溶液由氯化钠、氯化钾、氯化钙按质量比0.1～1:0.5～5:0.01～0.1混合得到。

进一步的，步骤(3)所述酸性催化剂为对甲苯磺酸和固体氧化物的复合物；对甲苯磺酸SO₃ ^2-吸附在固体氧化物上。

进一步的，所述固体氧化物为TiO₂、SiO₂、ZrO₂的组合物I或SiO₂、Al₂O₃的组合物II。

进一步的，组合物I由TiO₂、SiO₂、ZrO₂按重量比0.1～1.5：0.1～3：0.1～1.5组成；所述组合物II由SiO₂、Al₂O₃按重量比0.3～3：0.1～1组成。

进一步的，对甲苯磺酸和固体氧化物的重量比为0.5～1:10；步骤(3)中沉淀物、过氧化氢水溶液和酸性催化剂的重量比为10～30:5～10:1～5。

7S、11S、15S蛋白中含有较多二硫键，将交替出现的碱性亚基和酸性亚基连接成一个二聚体，这是维持蛋白质结构稳定的主要因素之一。碱性亚基含有的大部分氨基酸被包裹在分子内部，导致7S、11S、15S蛋白的氨基酸活性官能团含量较少。本发明利用过氧化氢在酸性催化剂作用下使-SH氧化成稳定的磺酸基，阻止-SH形成-SS，破坏7S、11S、15S蛋白的分子结构，使蛋白内部氨基酸转移至极性环境，从而大大改善7S、11S、15S蛋白的表面活性。

进一步的，步骤(4)椰油酰胺丙基甜菜碱、溶液A和硫酸钠的重量比为0.1:1～3:0.01～0.001；优选的，椰油酰胺丙基甜菜碱、溶液A和硫酸钠的重量比为0.1：1：0.005。加入椰油酰胺丙基甜菜碱、硫酸钠可使体系增溶效果更好，组分分散更均匀，从而增强体系表面活性。

本发明第二个方面，提供以上所述的制备方法制备得到的蛋白表面活性剂混合物。

本发明第三个方面，提供以上所述制备方法制备得到的蛋白表面活性剂混合物在制备日化洗涤用品，油田高矿化度特稠油降黏剂中的应用。

本发明取得的有益效果：

本发明蛋白表面活性剂混合物，耐盐性强，在高矿化度条件下，仍具有很好的乳化稳定性，能够有效降低特稠油的黏度。

本发明蛋白表面活性剂还可应用于日化洗涤用品中，具有去污力强、生物降解性好、洗涤以后泡沫残留少、健康环保的优势。

本发明蛋白表面活性剂混合物制备方法简单、混合物成分稳定，易于规模化生产。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

本发明豌豆蛋白粉购于烟台东方蛋白科技有限公司：产品名称为金冠瑞豌豆蛋白粉；大豆蛋白粉购于广州汇健生物科技有限公司。

实施例1一种蛋白表面活性剂混合物的制备方法

所述制备方法，包括以下步骤：

(1)称取大豆蛋白粉，溶于水中，配制成浓度为8％的大豆蛋白水溶液；将浓度为8％的大豆蛋白水溶液在4℃条件下冷冻30min后，离心，取上清液留用，并收集沉淀。

(2)向步骤(1)离心后的沉淀中加入离子浓度为0.8g/L的盐溶液，进行搅拌，将沉淀全部分散均匀后，离心，取上清液留用，并收集沉淀。

所述盐溶液由氯化钠、氯化钾和氯化钙按质量比1:2:0.1混合得到。

(3)将步骤(2)离心后的沉淀中加入浓度为80％的过氧化氢水溶液和酸性催化剂，调节其pH值至5(±0.1)，温度控制在70℃，搅拌至泡沫出现后进行降温处理，降温后加入浓度为10％EDTA水溶液，离心，取上清液。

所述酸性催化剂为对甲苯磺酸和固体氧化物的复合物。

所述固体氧化物为TiO₂、SiO₂、ZrO₂的组合物I；所述组合物I由TiO₂、SiO₂、ZrO₂按重量比1：2：1组成；对甲苯磺酸和组合物I的重量比为0.1；对甲苯磺酸SO₃ ^2-吸附在固体氧化物TiO₂、SiO₂、ZrO₂的表面。步骤(3)中沉淀物、过氧化氢水溶液和酸性催化剂的重量比为10:10:3。

(4)将步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)取得的上清溶液进行混合，得溶液A，向溶液A中加入椰油酰胺丙基甜菜碱和硫酸钠混合均匀至透明，即得；其中，椰油酰胺丙基甜菜碱、溶液A和硫酸钠的重量比为0.1：1.5：0.005。

实施例2一种蛋白表面活性剂混合物的制备方法

所述制备方法，包括以下步骤：

(1)称取豌豆蛋白粉，溶于水中，配制成浓度为10％的豌豆蛋白水溶液；将浓度为10％的豌豆蛋白水溶液在4℃条件下冷冻30min后，离心，取上清液留用，并收集沉淀；

(2)向步骤(1)离心后的沉淀中加入离子浓度为0.8g/L的盐溶液，进行搅拌，将沉淀全部分散均匀后，离心，取上清液留用，并收集沉淀；

所述盐溶液由氯化钠、氯化钾和氯化钙按质量比1:3:0.05混合得到；

(3)将步骤(2)离心后的沉淀中加入浓度为60％的过氧化氢水溶液和酸性催化剂，调节其pH值至5(±0.1)，温度控制在70℃，搅拌至泡沫出现后进行降温处理，降温后加入浓度为5％EDTA水溶液，离心，取上清液；

所述酸性催化剂为对甲苯磺酸和固体氧化物的复合物。

所述固体氧化物为SiO₂、Al₂O₃的组合物II；所述组合物II由SiO₂、Al₂O₃按重量比为2：0.5组成；对甲苯磺酸和组合物I的重量比为10～30；对甲苯磺酸SO₃ ^2-吸附在固体氧化物SiO₂、Al₂O₃的表面。步骤(3)中沉淀物、过氧化氢水溶液和酸性催化剂的重量比为10:10:1。

(4)将步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)取得的上清溶液进行混合，得溶液A，向溶液A中加入椰油酰胺丙基甜菜碱和硫酸钠混合均匀至透明，即得；其中，椰油酰胺丙基甜菜碱、溶液A和硫酸钠的重量比为0.1：1：0.01。

对比例1一种蛋白表面活性剂混合物的制备方法

所述制备方法，包括以下步骤：

(1)称取与实施例2等量的豌豆蛋白粉；将豌豆蛋白粉加入浓度为60％的过氧化氢水溶液和酸性催化剂，调节其pH值至5(±0.1)，温度控制在70℃，搅拌至泡沫出现后进行降温处理，降温后加入浓度为5％EDTA水溶液，离心，取上清液；

所述酸性催化剂为对甲苯磺酸和固体氧化物的复合物。

(2)向步骤(1)溶液中加入椰油酰胺丙基甜菜碱和硫酸钠混合均匀至透明，即得；其中，椰油酰胺丙基甜菜碱、溶液A和硫酸钠的重量比为0.1：1：0.01。

试验例

本发明蛋白表面活性剂混合物乳化稳定性的检测

原油样品：胜利油田采油厂脱水原油

水样：胜利油田采油厂注入污水，矿化度为200000mg/L；

乳化稳定性(S_te)是指一定量表面活性剂使油水充分乳化后形成乳状液的稳定性大小，用一定时间内乳状液的分水率(f_v)来计算，乳化稳定性指标的计算公式为：Ste＝1-f_v。

将实施例1、实施例2及对比例1方法制备得到的蛋白表面活性剂混合物进行验证，并以椰油酰胺丙基甜菜碱作为对照。具体结果如下表1所示。

表1不同表面活性剂乳化稳定性的测定

表面活性剂	实施例1	实施例2	对比例1	对照
					乳化稳定性(S<sub>te</sub>)	24.24％	21.84％	18.17％	8.48％

由上表1可知，本发明实施例1、实施例2制备得到的蛋白表面活性剂混合物耐盐性较强，在高矿化度条件下，仍然对原油具有很好的乳化分散效果。本发明实施例制备得到的蛋白表面活性剂混合物可作为油田稠油降黏剂应用于石油工业中，且在高矿化度条件下，乳化稳定性明显优于椰油酰胺丙基甜菜碱。

此外，本发明实施例1、实施例2制备得到的蛋白表面活性剂混合物还对重油垢具有很好的清洗效果；并且应用于日化洗涤产品中，具有去污力强、生物降解性好、洗涤以后泡沫残留少、健康环保的优势。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种蛋白表面活性剂混合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(4)将步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)取得的上清溶液进行混合，得溶液A，向溶液A中加入椰油酰胺丙基甜菜碱和硫酸钠混合均匀至透明，即得；

步骤(3)所述酸性催化剂为对甲苯磺酸和固体氧化物的复合物，对甲苯磺酸SO₃ ^2-吸附在固体氧化物上；

椰油酰胺丙基甜菜碱、溶液A和硫酸钠的重量比为0.1:1～3:0.01～0.001。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，植物蛋白包括大豆蛋白、小麦蛋白、豌豆蛋白和玉米蛋白中一种或几种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)加入的盐溶液由氯化钠、氯化钾、氯化钙按质量比0.1～1:0.5～5:0.01～0.1混合得到。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固体氧化物为TiO₂、SiO₂、ZrO₂的组合物I或SiO₂、Al₂O₃的组合物II。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，组合物I由TiO₂、SiO₂、ZrO₂按重量比0.1～1.5：0.1～3：0.1～1.5组成；所述组合物II由SiO₂、Al₂O₃按重量比0.3～3：0.1～1组成。

6.根据权利要求1～5任一所述的制备方法，其特征在于，对甲苯磺酸和固体氧化物的重量比为0.5～1:10；步骤(3)中沉淀物、过氧化氢水溶液和酸性催化剂的重量比为10～30:5～10:1～5。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，椰油酰胺丙基甜菜碱、溶液A和硫酸钠的重量比为0.1：1.5：0.005。

8.根据权利要求1～7任一所述的制备方法制备得到的蛋白表面活性剂混合物。

9.权利要求8所述蛋白表面活性剂混合物在制备日化洗涤用品，油田高矿化度特稠油降黏剂中的应用。