CN110511401A - 一种高韧性可得然胶水凝胶的制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高韧性可得然胶水凝胶的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)将可得然胶溶于溶剂甲中，在室温下搅拌使其完全溶解，形成可得然胶溶液；(2)将步骤(1)中获得的可得然胶溶液，可在加热条件下与液态水直接搅拌混合并冷却形成凝胶，也可以在常温与水蒸气混合形成凝胶；(3)将步骤(2)中获得的凝胶在蒸馏水中浸泡去除凝胶中的非水溶剂。本发明提供了一种新的可得然胶水凝胶的制备方法，采用甲乙两种溶剂混合诱发可得然胶发生凝胶化，可大幅提高可得然胶水凝胶的韧性和拉伸强度，拓宽可得然胶水凝胶的应用范围。

Description

一种高韧性可得然胶水凝胶的制备方法与应用
技术领域
本发明涉及水凝胶技术领域，具体涉及一种高韧性可得然胶水凝胶的制备方法与应用。
背景技术
可得然胶(Curdlan)，又称热凝胶，凝结多糖，是由微生物产生的，以β-1,3-糖苷键构成的水不溶性葡聚糖，是一类将其悬浊液加热后既能形成硬而有弹性的热不可逆性凝胶又能形成热可逆性凝胶的多糖类的总称。中国于 2006年5月批准了可得然胶作为食品添加剂，可用于生干面制品、生湿面制品、方面制品、豆腐类制品、熟肉制品、西式火腿、肉灌肠类食品中。
传统的可得然胶成胶方法为直接加热可得然胶和水的混合悬浊液，所得到的凝胶韧性低，均一性差，严重限制了其在食品、药品、生物医用材料领域的应用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种新的高韧性可得然胶水凝胶制备方法与应用。
本发明一种高韧性可得然胶水凝胶的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
将可得然胶溶于溶剂甲中，在室温下搅拌使其完全溶解，形成可得然胶溶液；
将步骤(1)中获得的可得然胶溶液升至一定温度后，再加入溶剂乙，搅拌，混合均匀后得到混合溶液；或者在室温条件下采用蒸汽扩散法将步骤(1) 中获得的可得然胶溶液与乙的蒸汽进行缓慢混合；
将步骤(2)中获得的混合溶液缓慢冷却，经静置后形成凝胶；
将步骤(3)中获得的凝胶在蒸馏水中浸泡去除凝胶中的非水溶剂。
优选的，在上述高韧性可得然胶水凝胶的制备方法的技术方案中，步骤 (1)中，所述溶剂甲为二甲基亚砜或含二甲基乙酰胺的离子溶液。
优选的，在上述高韧性可得然胶水凝胶的制备方法的技术方案中，步骤 (1)中，所述可得然胶与所述溶剂甲的质量体积比为1：(10-500)g/mL。
优选的，在上述高韧性可得然胶水凝胶的制备方法的技术方案中，步骤 (2)中，将步骤(1)中获得的可得然胶溶液升温至40-180℃，再加入溶剂乙，快速搅拌，混合均匀后得到混合溶液；或，将在常温下，将步骤(1)中获得的可得然胶溶液与乙的蒸汽进行缓慢混合。
优选的，在上述高韧性可得然胶水凝胶的制备方法的技术方案中，步骤 (2)中，所述溶剂乙为水。
优选的，在上述高韧性可得然胶水凝胶的制备方法的技术方案中，步骤 (2)中，所述溶剂乙的温度为40-150℃。
优选的，在上述高韧性可得然胶水凝胶的制备方法的技术方案中，步骤 (2)中，所述溶剂甲和所述溶剂乙的比例为1：(0.5-500)。
优选的，在上述高韧性可得然胶水凝胶的制备方法的技术方案中，所述可得然胶的分子式为(C6H10O5)n，n>250。
一种高韧性可得然胶水凝胶在食品、化妆品、生物医药材料、洗涤剂、清洁剂、采油、涂料中的应用。
优选的，在上述应用中，所述生物医药材料为药物缓释载体。
本发明提供了一种新的可得然胶水凝胶的制备方法，采用甲乙两种溶剂混合诱发可得然胶发生凝胶化，可大幅提高可得然胶水凝胶的韧性和拉伸强度，拓宽可得然胶水凝胶的应用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明高韧性可得然胶水凝胶与现有可得然胶水凝胶的拉伸对比图。
图2为本发明高韧性可得然胶水凝胶在高分辨电子显微镜中的图像显示；
图3为本发明高韧性可得然胶水凝胶的应用。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1直接搅拌混合法
按照以下步骤制备高韧性可得然胶水凝胶：
(1)在可得然胶中加入二甲基亚砜，可得然胶与二甲基亚砜的质量体积比为1：10g/ml，温度控制为25℃，磁力搅拌2h，得到含有可得然胶与二甲基亚砜的可得然胶溶液，使可得然胶充分溶解；
(2)将步骤(1)中可得然胶溶液的温度提升到40℃。
(3)在搅拌条件下将40℃的蒸馏水加入步骤(2)中的可得然胶溶液中，二甲基亚砜与水的体积比为1:0.5，混合1分钟后停止搅拌，得到混合溶液；
(4)将步骤(3)得到的混合溶液放置在泡沫箱中让其缓慢冷却，经静置后形成凝胶，1天后取出；
(5)将步骤(4)得到的凝胶放置在容器中，用流动的蒸馏水洗涤凝胶3 天，去除二甲基亚砜，最后得到高韧性可得然胶水凝胶。
可得然胶英文名为Curdlan，可得然胶是由葡萄糖以β-1,3-糖苷键形式所构成的水不溶性葡聚糖，分子式为(C6H10O5)n，n>250(400-500)，分子结构示意图如下：
如图1所示，根据力学性能测试数据显示，本发明制得的可得然胶水凝胶可拉伸到原长度的2.5倍左右，断裂强度接近1Mpa。传统水凝胶只能拉伸到1.5 倍左右，断裂强度仅仅为0.05Mpa。
如图2所示，根据高分辨电子显微镜图像显示，该可得然胶水凝胶由20-40 纳米左右的纳米纤维网络构成。
实施例2
按照以下步骤制备高韧性可得然胶水凝胶：
(1)在可得然胶中加入二甲基亚砜，可得然胶与二甲基亚砜的质量体积比为1：30g/ml，温度控制为25℃，磁力搅拌2h，得到含有可得然胶与二甲基亚砜的可得然胶溶液，使可得然胶充分溶解；
(2)将步骤(1)中可得然胶溶液的温度提升到120℃。
(3)在搅拌条件下将95℃的蒸馏水加入步骤(2)中的可得然胶溶液溶液中，二甲基亚砜与水的体积比为1:1，混合1分钟后停止搅拌，得到混合溶液；
(4)将步骤(3)得到的混合溶液放置在泡沫箱中让其缓慢冷却，经静置后形成凝胶，1天后取出；
(5)将步骤(4)得到的凝胶放置在容器中，用流动的蒸馏水洗涤凝胶3 天，去除二甲基亚砜，最后得到高韧性可得然胶水凝胶。
实施例3
按照以下步骤制备高韧性可得然胶水凝胶：
(1)在可得然胶中加入二甲基亚砜，可得然胶与二甲基亚砜的质量体积比为1：500g/ml，温度控制为25℃，磁力搅拌2h，得到含有可得然胶与二甲基亚砜的可得然胶溶液，使可得然胶充分溶解；
(2)将步骤(1)中可得然胶溶液的温度提升到180℃。
(3)在搅拌条件下将95℃的蒸馏水加入步骤(2)中的可得然胶溶液中，二甲基亚砜与水的体积比为1:500，混合1分钟后停止搅拌，得到混合溶液；
(4)将步骤(3)得到的混合溶液放置在泡沫箱中让其缓慢冷却，经静置后形成凝胶，1天后取出；
(5)将步骤(4)得到的凝胶放置在容器中，用流动的蒸馏水洗涤凝胶3 天，去除二甲基亚砜，最后得到高韧性可得然胶水凝胶。
实施例4
按照以下步骤制备药物缓释功能的高韧性可得然胶水凝胶。
将实施例1至实施例3中任一个实施例制得的高韧性可得然胶水凝胶浸泡在青霉素溶液中，青霉素浓度为10μg-1mg/mL，待充分吸收青霉素后可敷在伤口表面控制细菌感染，如图3所示，该凝胶的柔韧特性可被用于伤口敷料应用。
实施例5蒸气扩散法
(1)在可得然胶中加入二甲基亚砜，可得然胶与二甲基亚砜的质量体积比为1：10g/ml，温度控制为25℃，磁力搅拌2h，得到含有可得然胶与二甲基亚砜的可得然胶溶液，使可得然胶充分溶解；
(2)在常温下，将可得然溶液置于水蒸气环境中，2天后形成凝胶取出。
(3)将步骤(2)得到的凝胶放置在容器中，用流动的蒸馏水洗涤凝胶3 天，去除二甲基亚砜，最后得到高韧性可得然胶水凝胶。
传统可得然胶水凝胶制备方法主要依靠加热可得然水溶液获得凝胶，所获得的凝胶均一度差，易碎，凝胶韧性低，严重制约了其产业化应用。本发明提供的一种混合溶剂法制备可得然胶水凝胶的新方法，该新的凝胶方法大幅提高其可得然胶水凝胶的韧性，该方法不改变可得然胶的化学结构，利用可得然胶特有的三螺旋构象转变过程，通过溶剂混合和温度转变诱导可得然分子从无规线团向三螺旋结构转变，然后螺旋体有序聚集成纳米纤维三维网络结构。
本发明所所得到的可得然胶水凝胶断裂拉伸强度可大于1兆帕，断裂应变大于150％，显著超越现有的可得然胶水凝胶，并且该可得然胶水凝胶具有高结晶度、高透光性、高均一性和高温稳定性的特点，结构和性能显著优于现有可得然胶水凝胶。
本发明所所得到的可得然胶水凝胶在食品添加剂、化妆品，伤口敷料和药物缓释载体等方面具有新的应用前景。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高韧性可得然胶水凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将可得然胶溶于溶剂甲中，在室温下搅拌使其完全溶解，形成可得然胶溶液；
(2)将步骤(1)中获得的可得然胶溶液升至一定温度后，再加入溶剂乙，快速搅拌，混合均匀后得到混合溶液；或，将步骤(1)中获得的可得然胶溶液与乙的蒸汽进行缓慢混合。
(3)将步骤(2)中获得的混合溶液缓慢冷却，经静置后形成凝胶；
(4)将步骤(3)中获得的凝胶在蒸馏水中浸泡去除凝胶中的非水溶剂。
2.根据权利要求1所述的高韧性可得然胶水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述溶剂甲为二甲基亚砜或含二甲基乙酰胺的离子溶液。
3.根据权利要求1所述的高韧性可得然胶水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述可得然胶与所述溶剂甲的质量体积比为1：(10-500)g/mL。
4.根据权利要求1所述的高韧性可得然胶水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，将步骤(1)中获得的可得然胶溶液升温至40-180℃，再加入溶剂乙，快速搅拌，混合均匀后得到混合溶液；或，将在常温下，将步骤(1)中获得的可得然胶溶液与乙的蒸汽进行缓慢混合。
5.根据权利要求1所述的高韧性可得然胶水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述溶剂乙为水。
6.根据权利要求1所述的高韧性可得然胶水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述溶剂乙的温度为40-150℃。
7.根据权利要求1所述的高韧性可得然胶水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述溶剂甲和所述溶剂乙的比例为1：(0.5-500)。
8.根据权利要求1所述的高韧性可得然胶水凝胶的制备方法，其特征在于，所述可得然胶的分子式为(C6H10O5)n，n>250。
9.一种高韧性可得然胶水凝胶在食品、化妆品、生物医药材料、洗涤剂、清洁剂、采油、涂料中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述生物医药材料为药物缓释载体。
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