CN115141409A - 一种细菌纤维素植物蛋白复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种细菌纤维素植物蛋白复合材料及其制备方法和应用。方法包括：将细菌纤维素水凝胶膜依次进行纯化分散处理得到细菌纤维素微纤溶液；将其分散于含有羧甲基纤维素和水的溶液中得到细菌纤维素微纤悬浮液；将其与植物蛋白水溶液混合进行超声处理，调整溶液体系pH值为4~4.5；洗涤干燥得到细菌纤维素植物蛋白复合材料。该复合材料具有良好的力学性能、热力学稳定性、生物相容性与细胞活性，能够作为膳食纤维应用于食品领域，也能够作为组织修复材料应用于医疗卫生领域。
Description
技术领域
本发明属于复合材料制备技术领域，涉及一种细菌纤维素植物蛋白复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
细菌纤维素是由微生物发酵而成的天然纳米级纤维素材料，与其他天然纤维素相比具有相同的分子结构单元，同时细菌纤维素纤维也有许多独特的性质。细菌纤维素与植物纤维素相比无木质素、果胶和半纤维素等伴生产物，具有高结晶度（可达95%，植物纤维素的为65%）和高的聚合度；具有天然的三维纳米网络结构；高抗张强度和弹性模量；高亲水性，良好的透气、吸水、透水性能，非凡的持水性和高湿强度；具有良好的体内、体外生物相容性和生物可降解性。在食品工业中的应用由于细菌纤维素具有很强的亲水性、黏稠性和稳定性，可作为食品成型剂、增稠剂、分散剂、抗溶化剂、改善口感作为肠衣和某些食品的骨架，已成为一种新型重要的食品基料和膳食纤维。以细菌纤维素制备的“椰果”以大量用于饮品、乳制品、果冻、冰淇淋等多种食品产品中。在医用领域，细菌纤维素制备的敷料产品已在临床上成功用于二级和三级烧伤、溃疡等伤口的治疗。同时，以细菌纤维素材料制备的各类组织修复支架常有报道，目前已经证实细菌纤维素材料能够应用于血管、骨、软骨、尿道、鼓膜等多种组织器官的修复。
蛋白质基的材料，是食品领域与生物医用领域常用的材料。蛋白质是人体必需的营养物质，在日常生活中需要注重高蛋白质食物的摄入。另一方面，蛋白质基的生物材料与组织中的天然蛋白质结构相似，能够提供一定的生物学功能。例如，细胞可以生长在与细胞受体相互作用的蛋白层上，利用蛋白质对生物材料进行表面修饰以可以提高细胞对材料的粘附性，改善材料的细胞相容性。植物蛋白是蛋白质的一种，来源是从植物里提取的，营养与动物蛋白相仿。与动物蛋白相比，植物蛋白资源来源更为丰富，具有产量高、价格低的优势。
在生物材料领域，细菌纤维素由于其化学分成与结构特点，被认为是一种生物相容性较好的惰性材料；若将植物蛋白引入，发挥两者优势，制备出一种细菌纤维素复合植物蛋白材料，在食品领域以及生物医用领域将具有良好的应用前景。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种细菌纤维素植物蛋白复合材料的制备方法；本发明的第二目的在于提供该制备方法制备获得的细菌纤维素植物蛋白复合材料；本发明的第三目的在于提供该细菌纤维素植物蛋白复合材料作为膳食纤维在食品领域中的应用；本发明的第四目的在于提供该细菌纤维素植物蛋白复合材料作为组织修复材料在医疗卫生领域中的应用。
本发明的目的通过以下技术方案得以实现：
一方面，本发明提供一种细菌纤维素植物蛋白复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
将细菌纤维素水凝胶膜依次进行纯化和分散处理，得到细菌纤维素微纤溶液；
将细菌纤维素微纤溶液分散于含有羧甲基纤维素和水的溶液中，得到细菌纤维素微纤悬浮液；
将细菌纤维素微纤悬浮液与植物蛋白水溶液混合进行超声处理，超声处理过程中调整溶液体系pH值为4~4.5；超声处理结束后进行洗涤干燥，得到细菌纤维素植物蛋白复合材料。
本发明中，细菌纤维素微纤悬浮液体系（pH值一般是7左右）中含有物理尺寸均匀分布的细菌纤维素微纤以及少量的羧甲基纤维素，其中细菌纤维素微纤的均匀尺寸是通过分步均质得到的，羧甲基纤维素在体系中起到稳定作用；该体系中由于细菌纤维素含有大量羟基基团，使纳米纤维带有负电荷。本发明植物蛋白的等电点均在5左右，当植物蛋白水溶液的pH值为7~9时，植物蛋白带负电荷。通过将细菌纤维素微纤悬浮液与植物蛋白水溶液混合进行超声处理，由于均带有负电荷，相互排斥，分散均匀，在超声处理时，缓慢调节体系pH值，当pH值为4~4.5时，植物蛋白表面为正电荷，而细菌纤维素微纤表面依然带负电荷；因此，通过正负电荷相互作用，得到的细菌纤维素复合植物蛋具有稳定的复合结构与良好的力学性能。
上述的制备方法中，优选地，所述细菌纤维素微纤悬浮液中，细菌纤维素微纤的含量为5wt%~10wt%；羧甲基纤维素的含量为0.2wt%~0.4wt%；该细菌纤维素微纤悬浮液的pH值为7~9（通过酸碱调整该pH值范围）。
上述的制备方法中，优选地，所述植物蛋白水溶液的制备过程包括：
将植物蛋白粉溶于水中，于4~10℃温度下缓慢搅拌4~6h；并于4~10℃温度下放置12~24h，通过离心去除不溶的杂质，配制获得浓度为1wt%~5wt%、pH值为7~9的植物蛋白水溶液（通过酸碱调整该pH值范围）。
上述的制备方法中，优选地，所述植物蛋白粉包括大豆蛋白粉、玉米蛋白粉、核桃蛋白粉、芝麻蛋白粉和小麦蛋白粉中的一种或多种。
本发明采用的植物蛋白粉作为食品原料、添加剂、可生物降解膜以及组织工程支架材料等的应用；其来源丰富、力学韧性强，具有良好的水溶性、生物相容性、生物降解性和非免疫原性。在医用领域方面，植物蛋白具有与细胞外基质(ECM)蛋白相似的生物活性分子，能够促进细胞粘附与增殖；能够应用于伤口敷料、骨修复、皮肤修复、软骨修复等。本发明采用植物蛋白对细菌纤维素进行修饰，能够提高材料的力学性能、生物相容性以及细胞活性。
上述的制备方法中，优选地，所述细菌纤维素微纤悬浮液和所述植物蛋白水溶液的体积比为10：（1~3）。
上述的制备方法中，优选地，所述超声处理的功率为100~500W，超声处理的时间为30~60min；超声处理过程中，通过醋酸水溶液调整溶液体系pH值为4~4.5。
上述的制备方法中，优选地，超声处理后进行洗涤干燥，其中，洗涤采用酒精溶液洗涤2~4次，所述酒精溶液是由60wt%~80wt%的无水乙醇与余量水组成；干燥采用冷冻干燥、微波干燥或抽滤干燥。
上述的制备方法中，优选地，所述细菌纤维素水凝胶膜是通过产细菌纤维素的菌株发酵获得；所述产细菌纤维素的菌株包括木醋杆菌、根瘤菌、八叠球菌、假单胞菌、无色杆菌、产碱菌、气杆菌和固氮菌中的一种或多种。
发酵可以是静态发酵或动态发酵，为本领域常规方法，发酵条件等为本领域常规设置。
上述的制备方法中，优选地，所述细菌纤维素水凝胶膜进行纯化处理包括：
将细菌纤维素水凝胶膜切割成边长为0.1~1cm的切块；然后依次采用氢氧化钠水溶液和十二烷基硫酸钠水溶液浸泡处理，水洗至中性后完成纯化处理。
切块可以是长方体、正方体或无规则形状；其边长为0.1~1cm能够保证微纤的均匀性和易加工性。水洗至中性以除去细菌纤维素上的菌体蛋白和粘附在纤维素膜上的残余培养基。
上述的制备方法中，优选地，所述氢氧化钠水溶液的浓度为0.3wt%~1wt%；所述十二烷基硫酸钠水溶液的浓度为1wt%~5wt%。
上述的制备方法中，优选地，采用氢氧化钠水溶液浸泡处理的时间为2~4h；采用十二烷基硫酸钠水溶液浸泡处理的时间为2~4h；浸泡处理整个过程的温度为70~100℃。
上述的制备方法中，优选地，所述细菌纤维素水凝胶膜经过纯化后再进行分散处理包括：
采用高速分散机在5000~25000rpm的转速下对纯化处理后的细菌纤维素水凝胶膜切块样品进行均质处理5~10min；然后加水调整切块样品含量为0.8wt%~2wt%，并采用高压均质机，在130~170MPa压力下，经微管通道均质处理30~60次，得到细菌纤维素微纤溶液。
另一方面，本发明还提供上述制备方法制备获得的细菌纤维素植物蛋白复合材料。
上述的细菌纤维素植物蛋白复合材料具有细菌纤维素微纤构成的多孔结构，孔径为150~400μm；细菌纤维素微纤上均匀分布有植物蛋白颗粒，所述细菌纤维素微纤的平均直径为14~47nm，平均长度为7~21μm；所述植物蛋白颗粒为球形，平均直径为16~36nm。
再一方面，本发明还提供上述细菌纤维素植物蛋白复合材料作为膳食纤维在食品领域中的应用。例如：在制备高膳食纤维食品过程中，将细菌纤维素植物蛋白复合材料作为膳食纤维添加剂添加到食品中。
再一方面，本发明还提供上述细菌纤维素植物蛋白复合材料作为组织修复材料在医疗卫生领域中的应用。例如：将细菌纤维素植物蛋白复合材料制作成创面敷料、医用植入物、药物输送体、人造血管和组织工程支架等。
本发明的有益效果：
本发明采用该方法采用多次分散的方式，使纤维素纳米纤维在水溶液中逐步分散均匀；在此基础上，利用超声诱导技术，将植物蛋白颗粒复合在细菌纤维素微纤上，得到一种细菌纤维素植物蛋白复合材料；本发明制备的细菌纤维素植物蛋白复合材料具有良好的力学性能、热力学稳定性、生物相容性与细胞活性，能够作为膳食纤维应用于食品领域，也能够作为组织修复材料应用于医疗卫生领域。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述涉及到的天然细菌纤维素水凝胶膜的发酵过程均为本领域常规操作。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1：
本实施例提供一种细菌纤维素植物蛋白复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
（1）采用木醋杆菌发酵得到天然细菌纤维素水凝胶膜，将细菌纤维素水凝胶膜切割成边长约为0.1cm的正方体切块；然后于70℃条件下，将细菌纤维素水凝胶膜切块浸渍于0.5wt%浓度的氢氧化钠水溶液中浸泡4h，接着将细菌纤维素水凝胶膜切块浸渍于5wt%浓度的十二烷基硫酸钠水溶液中浸泡4h，然后用蒸馏水反复冲洗至中性，以除去细菌纤维素上的菌体蛋白和粘附在纤维素膜上的残余培养基，完成纯化处理。
（2）采用高速分散机在5000rpm的转速下对纯化处理后的细菌纤维素水凝胶膜切块样品进行均质处理10min；然后加水调整切块样品含量为2wt%（固体含量），130MPa压力下，经微管通道均质处理60次，得到细菌纤维素微纤溶液。
（3）将细菌纤维素微纤溶液分散于含有羧甲基纤维素和水的溶液中，得到细菌纤维素微纤悬浮液；其中，细菌纤维素微纤的含量为5wt%，羧甲基纤维素含量为0.2wt%，以及余量的水，得到的细菌纤维素微纤悬浮液体系调整其pH值为7。
（4）将大豆蛋白粉溶于水中，调整pH值为7，温度10℃，缓慢搅拌6h；然后10℃下放置24h，接着离心去除不溶的杂质，配制成5wt%的植物大豆蛋白水溶液。
（5）将步骤（3）中的细菌纤维素微纤悬浮液与步骤（4）中的植物大豆蛋白水溶液按照体积比为10:1混合，然后进行超声处理，超声处理时间为30min，超声处理的功率为100W，超声处理过程中缓慢滴入醋酸水溶液，调节体系的pH值为4。
（6）超声处理后的样品采用60wt%的酒精溶液洗涤4次，然后进行冷冻干燥，得到细菌纤维素植物蛋白复合材料。该细菌纤维素植物蛋白复合材料具有细菌纤维素微纤构成的多孔结构，平均孔径为150μm，细菌纤维素微纤上均匀分布有植物蛋白颗粒，所述细菌纤维素微纤的平均直径为20±6nm，平均长度为12±3μm；所述植物蛋白颗粒为球形，平均直径为20±4nm。
实施例2：
本实施例提供一种细菌纤维素植物蛋白复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
（1）采用根瘤菌和八叠球菌混合发酵得到天然细菌纤维素水凝胶膜，将细菌纤维素水凝胶膜切割成边长约为0.2cm的正方体切块；然后于70℃条件下，将细菌纤维素水凝胶膜切块浸渍于1wt%浓度的氢氧化钠水溶液中浸泡4h，接着将细菌纤维素水凝胶膜切块浸渍于4wt%浓度的十二烷基硫酸钠水溶液中浸泡4h，然后用蒸馏水反复冲洗至中性，以除去细菌纤维素上的菌体蛋白和粘附在纤维素膜上的残余培养基，完成纯化处理。
（2）采用高速分散机在8000rpm的转速下对纯化处理后的细菌纤维素水凝胶膜切块样品进行均质处理9min；然后加水调整切块样品含量为2wt%（固体含量），130MPa压力下，经微管通道均质处理60次，得到细菌纤维素微纤溶液。
（3）将细菌纤维素微纤溶液分散于含有羧甲基纤维素和水的溶液中，得到细菌纤维素微纤悬浮液；其中，细菌纤维素微纤的含量为6wt%，羧甲基纤维素含量为0.2wt%，以及余量的水，得到的细菌纤维素微纤悬浮液体系调整其pH值为7。
（4）将玉米蛋白粉溶于水中，调整pH值为7，温度8℃，缓慢搅拌6h；然后10℃下放置24h，接着离心去除不溶的杂质，配制成4wt%的玉米蛋白水溶液。
（5）将步骤（3）中的细菌纤维素微纤悬浮液与步骤（4）中的玉米蛋白水溶液按照体积比为10:1混合，然后进行超声处理，超声处理时间为40min，超声处理的功率为200W，超声处理过程中缓慢滴入醋酸水溶液，调节体系的pH值为4。
（6）超声处理后的样品采用60wt%的酒精溶液洗涤4次，然后进行冷冻干燥，得到细菌纤维素植物蛋白复合材料。该细菌纤维素植物蛋白复合材料具有细菌纤维素微纤构成的多孔结构，平均孔径为200μm，细菌纤维素微纤上均匀分布有植物蛋白颗粒，所述细菌纤维素微纤的平均直径为20±6nm，平均长度为10±3μm；所述植物蛋白颗粒为球形，平均直径为22±6nm。
实施例3：
本实施例提供一种细菌纤维素植物蛋白复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
（1）采用假单胞菌发酵得到天然细菌纤维素水凝胶膜，将细菌纤维素水凝胶膜切割成边长约为0.5cm的正方体切块；然后于80℃条件下，将细菌纤维素水凝胶膜切块浸渍于0.7wt%浓度的氢氧化钠水溶液中浸泡3h，接着将细菌纤维素水凝胶膜切块浸渍于3wt%浓度的十二烷基硫酸钠水溶液中浸泡3h，然后用蒸馏水反复冲洗至中性，以除去细菌纤维素上的菌体蛋白和粘附在纤维素膜上的残余培养基，完成纯化处理。
（2）采用高速分散机在10000rpm的转速下对纯化处理后的细菌纤维素水凝胶膜切块样品进行均质处理8min；然后加水调整切块样品含量为1.5wt%（固体含量），150MPa压力下，经微管通道均质处理50次，得到细菌纤维素微纤溶液。
（3）将细菌纤维素微纤溶液分散于含有羧甲基纤维素和水的溶液中，得到细菌纤维素微纤悬浮液；其中，细菌纤维素微纤的含量为7wt%，羧甲基纤维素含量为0.3wt%，以及余量的水，得到的细菌纤维素微纤悬浮液体系调整其pH值为8。
（4）将核桃蛋白粉溶于水中，调整pH值为8，温度6℃，缓慢搅拌5h；然后8℃下放置24h，接着离心去除不溶的杂质，配制成3wt%的核桃蛋白水溶液。
（5）将步骤（3）中的细菌纤维素微纤悬浮液与步骤（4）中的核桃蛋白水溶液按照体积比为10:2混合，然后进行超声处理，超声处理时间为40min，超声处理的功率为300W，超声处理过程中缓慢滴入醋酸水溶液，调节体系的pH值为4。
（6）超声处理后的样品采用70wt%的酒精溶液洗涤3次，然后进行微波干燥，得到细菌纤维素植物蛋白复合材料。该细菌纤维素植物蛋白复合材料具有细菌纤维素微纤构成的多孔结构，平均孔径为250μm，细菌纤维素微纤上均匀分布有植物蛋白颗粒，所述细菌纤维素微纤的平均直径为30±6nm，平均长度为15±6μm；所述植物蛋白颗粒为球形，平均直径为30±6nm。
实施例4：
本实施例提供一种细菌纤维素植物蛋白复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
（1）采用无色杆菌和产碱菌混合发酵得到天然细菌纤维素水凝胶膜，将细菌纤维素水凝胶膜切割成边长约为0.6cm的正方体切块；然后于90℃条件下，将细菌纤维素水凝胶膜切块浸渍于0.6wt%浓度的氢氧化钠水溶液中浸泡3h，接着将细菌纤维素水凝胶膜切块浸渍于2wt%浓度的十二烷基硫酸钠水溶液中浸泡3h，然后用蒸馏水反复冲洗至中性，以除去细菌纤维素上的菌体蛋白和粘附在纤维素膜上的残余培养基，完成纯化处理。
（2）采用高速分散机在15000rpm的转速下对纯化处理后的细菌纤维素水凝胶膜切块样品进行均质处理7min；然后加水调整切块样品含量为1.2wt%（固体含量），150MPa压力下，经微管通道均质处理40次，得到细菌纤维素微纤溶液。
（3）将细菌纤维素微纤溶液分散于含有羧甲基纤维素和水的溶液中，得到细菌纤维素微纤悬浮液；其中，细菌纤维素微纤的含量为8wt%，羧甲基纤维素含量为0.3wt%，以及余量的水，得到的细菌纤维素微纤悬浮液体系调整其pH值为8。
（4）将芝麻蛋白粉和小麦蛋白粉（质量比1:1）溶于水中，调整pH值为8，温度4℃，缓慢搅拌4h；然后4℃下放置12h，接着离心去除不溶的杂质，配制成2wt%的植物混合蛋白水溶液。
（5）将步骤（3）中的细菌纤维素微纤悬浮液与步骤（4）中的植物混合蛋白水溶液按照体积比为10:2混合，然后进行超声处理，超声处理时间为50min，超声处理的功率为400W，超声处理过程中缓慢滴入醋酸水溶液，调节体系的pH值为4.5。
（6）超声处理后的样品采用70wt%的酒精溶液洗涤3次，然后进行微波干燥，得到细菌纤维素植物蛋白复合材料。该细菌纤维素植物蛋白复合材料具有细菌纤维素微纤构成的多孔结构，平均孔径为250μm，细菌纤维素微纤上均匀分布有植物蛋白颗粒，所述细菌纤维素微纤的平均直径为30±8nm，平均长度为15±3μm；所述植物蛋白颗粒为球形，平均直径为30±4nm。
实施例5：
本实施例提供一种细菌纤维素植物蛋白复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
（1）采用木醋杆菌、气杆菌和固氮菌混合发酵得到天然细菌纤维素水凝胶膜，将细菌纤维素水凝胶膜切割成边长约为0.8cm的正方体切块；然后于100℃条件下，将细菌纤维素水凝胶膜切块浸渍于0.5wt%浓度的氢氧化钠水溶液中浸泡2h，接着将细菌纤维素水凝胶膜切块浸渍于1wt%浓度的十二烷基硫酸钠水溶液中浸泡2h，然后用蒸馏水反复冲洗至中性，以除去细菌纤维素上的菌体蛋白和粘附在纤维素膜上的残余培养基，完成纯化处理。
（2）采用高速分散机在20000rpm的转速下对纯化处理后的细菌纤维素水凝胶膜切块样品进行均质处理6min；然后加水调整切块样品含量为1wt%（固体含量），170MPa压力下，经微管通道均质处理30次，得到细菌纤维素微纤溶液。
（3）将细菌纤维素微纤溶液分散于含有羧甲基纤维素和水的溶液中，得到细菌纤维素微纤悬浮液；其中，细菌纤维素微纤的含量为9wt%，羧甲基纤维素含量为0.4wt%，以及余量的水，得到的细菌纤维素微纤悬浮液体系调整其pH值为9。
（4）将大豆蛋白粉和玉米蛋白粉（质量比1:1）溶于水中，调整pH值为9，温度6℃，缓慢搅拌4h；然后4℃下放置12h，接着离心去除不溶的杂质，配制成1wt%的植物混合蛋白水溶液。
（5）将步骤（3）中的细菌纤维素微纤悬浮液与步骤（4）中的植物混合蛋白水溶液按照体积比为10:3混合，然后进行超声处理，超声处理时间为60min，超声处理的功率为500W，超声处理过程中缓慢滴入醋酸水溶液，调节体系的pH值为4.5。
（6）超声处理后的样品采用75wt%的酒精溶液洗涤2次，然后进行抽滤干燥，得到细菌纤维素植物蛋白复合材料。该细菌纤维素植物蛋白复合材料具有细菌纤维素微纤构成的多孔结构，平均孔径为300μm，细菌纤维素微纤上均匀分布有植物蛋白颗粒，所述细菌纤维素微纤的平均直径为40±7nm，平均长度为15±3μm；所述植物蛋白颗粒为球形，平均直径为28±4nm。
实施例6：
本实施例提供一种细菌纤维素植物蛋白复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
（1）采用木醋杆菌和假单胞菌混合发酵得到天然细菌纤维素水凝胶膜，将细菌纤维素水凝胶膜切割成边长约为1cm的正方体切块；然后于100℃条件下，将细菌纤维素水凝胶膜切块浸渍于0.3wt%浓度的氢氧化钠水溶液中浸泡2h，接着将细菌纤维素水凝胶膜切块浸渍于1wt%浓度的十二烷基硫酸钠水溶液中浸泡2h，然后用蒸馏水反复冲洗至中性，以除去细菌纤维素上的菌体蛋白和粘附在纤维素膜上的残余培养基，完成纯化处理。
（2）采用高速分散机在25000rpm的转速下对纯化处理后的细菌纤维素水凝胶膜切块样品进行均质处理5min；然后加水调整切块样品含量为0.8wt%（固体含量），170MPa压力下，经微管通道均质处理30次，得到细菌纤维素微纤溶液。
（3）将细菌纤维素微纤溶液分散于含有羧甲基纤维素和水的溶液中，得到细菌纤维素微纤悬浮液；其中，细菌纤维素微纤的含量为10wt%，羧甲基纤维素含量为0.4wt%，以及余量的水，得到的细菌纤维素微纤悬浮液体系调整其pH值为9。
（4）将大豆蛋白粉、核桃蛋白粉和小麦蛋白粉（质量比1:1:1）溶于水中，调整pH值为9，温度4℃，缓慢搅拌4h；然后4℃下放置24h，接着离心去除不溶的杂质，配制成1wt%的植物混合蛋白水溶液。
（5）将步骤（3）中的细菌纤维素微纤悬浮液与步骤（4）中的植物混合蛋白水溶液按照体积比为10:3混合，然后进行超声处理，超声处理时间为60min，超声处理的功率为300W，超声处理过程中缓慢滴入醋酸水溶液，调节体系的pH值为4.5。
（6）超声处理后的样品采用80wt%的酒精溶液洗涤2次，然后进行抽滤干燥，得到细菌纤维素植物蛋白复合材料。该细菌纤维素植物蛋白复合材料具有细菌纤维素微纤构成的多孔结构，平均孔径为400μm，细菌纤维素微纤上均匀分布有植物蛋白颗粒，所述细菌纤维素微纤的平均直径为20±5nm，平均长度为12±3μm；所述植物蛋白颗粒为球形，平均直径为20±4nm。
生物相容性测试实验：
参照GB/T 16886医疗器械的生物学评价，分别对实施例1制备的细菌纤维素植物蛋白复合材料进行细胞毒性、豚鼠迟发接触性致敏、皮肤刺激等评价实验。
细胞内毒性试验：按照GB/T 16886-5《医疗器械生物学评价第5部分：体外细胞毒性试验》进行测试。
豚鼠迟发型接触致敏试验：按照GB/T 16886-10《医疗器械生物学评价第10部分：刺激与迟发型超敏反应试验》进行测试。
皮肤刺激试验：按照GB/T 16886-10《医疗器械生物学评价第10部分：刺激与迟发型超敏反应试验》进行测试。
实验结果如下表1所示，表1为实施例1细菌纤维素植物蛋白复合材料测试样品的细胞活力与细胞毒性分级。
表1：
结果表明：本发明实施例1制备的细菌纤维素植物蛋白复合材料的细胞毒性小于2级，无皮肤致敏反应，无皮内刺激反应，具有良好的生物安全性。
体系pH值对材料力学性能的对比测试：
细菌纤维素微纤悬浮液与植物大豆蛋白水溶液混合过程中，需要超声处理并且调整溶液体系pH值为4~4.5；体系pH值对最终材料的力学性能影响，实验结果如下表2所示。
表2：
注：样品1~5是按照实施例1中的方法制备得到，仅混合体系pH值不同。
由表2实验结果可以看出，细菌纤维素微纤悬浮液与植物大豆蛋白水溶液混合过程中，溶液体系pH值为4~4.5左右时，制备获得的细菌纤维素植物蛋白复合材料具有较佳的拉伸强度和拉伸模量。
Claims (16)
1.一种细菌纤维素植物蛋白复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
将细菌纤维素水凝胶膜依次进行纯化和分散处理，得到细菌纤维素微纤溶液；
将细菌纤维素微纤溶液分散于含有羧甲基纤维素和水的溶液中，得到细菌纤维素微纤悬浮液；
将细菌纤维素微纤悬浮液与植物蛋白水溶液混合进行超声处理，超声处理过程中调整溶液体系pH值为4~4.5；超声处理结束后进行洗涤干燥，得到细菌纤维素植物蛋白复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述细菌纤维素微纤悬浮液中，细菌纤维素微纤的含量为5wt%~10wt%；羧甲基纤维素的含量为0.2wt%~0.4wt%；该细菌纤维素微纤悬浮液的pH值为7~9。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述植物蛋白水溶液的制备过程包括：
将植物蛋白粉溶于水中，于4~10℃温度下缓慢搅拌4~6h；并于4~10℃温度下放置12~24h，通过离心去除不溶的杂质，配制获得浓度为1wt%~5wt%、pH值为7~9的植物蛋白水溶液。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述植物蛋白粉包括大豆蛋白粉、玉米蛋白粉、核桃蛋白粉、芝麻蛋白粉和小麦蛋白粉中的一种或多种。
5.根据权利要求2~4任一项所述的制备方法，其中，所述细菌纤维素微纤悬浮液和所述植物蛋白水溶液的体积比为10：（1~3）。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述超声处理的功率为100~500W，超声处理的时间为30~60min；超声处理过程中，通过醋酸水溶液调整溶液体系pH值为4~4.5。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，超声处理后进行洗涤干燥，其中，洗涤采用酒精溶液洗涤2~4次，所述酒精溶液是由60wt%~80wt%的无水乙醇与余量水组成；干燥采用冷冻干燥、微波干燥或抽滤干燥。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述细菌纤维素水凝胶膜是通过产细菌纤维素的菌株发酵获得；所述产细菌纤维素的菌株包括木醋杆菌、根瘤菌、八叠球菌、假单胞菌、无色杆菌、产碱菌、气杆菌和固氮菌中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述细菌纤维素水凝胶膜进行纯化处理包括：
将细菌纤维素水凝胶膜切割成边长为0.1~1cm的切块；然后依次采用氢氧化钠水溶液和十二烷基硫酸钠水溶液浸泡处理，水洗至中性后完成纯化处理。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其中，所述氢氧化钠水溶液的浓度为0.3wt%~1wt%；所述十二烷基硫酸钠水溶液的浓度为1wt%~5wt%。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其中，采用氢氧化钠水溶液浸泡处理的时间为2~4h；采用十二烷基硫酸钠水溶液浸泡处理的时间为2~4h；浸泡处理整个过程的温度为70~100℃。
12.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述细菌纤维素水凝胶膜经过纯化后再进行分散处理包括：
采用高速分散机在5000~25000rpm的转速下对纯化处理后的细菌纤维素水凝胶膜切块样品进行均质处理5~10min；然后加水调整切块样品含量为0.8wt%~2wt%，并采用高压均质机，在130~170MPa压力下，经微管通道均质处理30~60次，得到细菌纤维素微纤溶液。
13.权利要求1~12任一项所述的制备方法制备获得的细菌纤维素植物蛋白复合材料。
14.根据权利要求13所述的细菌纤维素植物蛋白复合材料，其中，该细菌纤维素植物蛋白复合材料具有细菌纤维素微纤构成的多孔结构，孔径为150~400μm；细菌纤维素微纤上均匀分布有植物蛋白颗粒，所述细菌纤维素微纤的平均直径为14~47nm，平均长度为7~21μm；所述植物蛋白颗粒为球形，平均直径为16~36nm。
15.权利要求13或14所述的细菌纤维素植物蛋白复合材料作为膳食纤维在食品领域中的应用。
16.权利要求13或14所述的细菌纤维素植物蛋白复合材料作为组织修复材料在医疗卫生领域中的应用。
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