專(zhuān)利名稱(chēng)：利用小麥面筋蛋白生產(chǎn)納米級(jí)纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于農(nóng)產(chǎn)品深加工和納米纖維紡絲領(lǐng)域，特別涉及利用面筋蛋白和高 聚物混紡生產(chǎn)納米級(jí)纖維的方法。
背景技術(shù)：
小麥面筋蛋白，又稱(chēng)活性小麥谷朊粉，是生產(chǎn)小麥淀粉時(shí)得到的一種副產(chǎn)物， 含有75% 85%的蛋白質(zhì)。從化學(xué)組成上看，小麥面筋蛋白主要由相對(duì)分子質(zhì)量 較小、呈球狀、具有較好延伸性的麥膠蛋白和相對(duì)分子質(zhì)量較大、呈纖維狀、具 有較強(qiáng)彈性的麥谷蛋白組成。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球谷朊粉的年產(chǎn)量大約為50萬(wàn)噸。作 為優(yōu)質(zhì)的植物蛋白源，谷朊粉本身具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。目前谷朊粉主要應(yīng)用于 食品工業(yè)和飼料工業(yè)，例如作為綠色面粉增筋劑或面團(tuán)改良劑，用于面粉、方便 面、火腿腸、高檔水產(chǎn)品及寵物詞料等產(chǎn)品的生產(chǎn)中；也可以作為保水劑應(yīng)用于 肉類(lèi)制品中。
近年來(lái)，面筋的產(chǎn)量持續(xù)增大，其傳統(tǒng)市場(chǎng)已趨飽和，因此探索面筋蛋白新 的利用途徑成為必然。氨基酸組成分析表明，面筋蛋白含有較多的谷氨酰胺、半 胱氨酸、非極性氨基酸。麥谷蛋白和麥膠蛋白作為面筋蛋白的主要成分，主要通 過(guò)氨基酸內(nèi)部或之間的氫鍵，二硫鍵和靜電等作用結(jié)合在一起。麥谷蛋白具有獨(dú)
特的超二級(jí)結(jié)構(gòu)，其中部的e折疊結(jié)構(gòu)與蜘蛛絲的超二級(jí)結(jié)構(gòu)相似，具有成絲的
自身?xiàng)l件，這賦予了面筋許多獨(dú)特性質(zhì)粘彈性、延伸性、薄膜成型性等。
靜電紡絲技術(shù)是目前得到納米級(jí)纖維最重要的方法之一。通過(guò)靜電紡絲制成 的電紡纖維直徑一般在十幾納米至幾百個(gè)納米之間，由這些纖維形成的無(wú)紡布是 一種具有納米微孔的多孔纖維，因此有很大的比表面積，有多種潛在用途。
針對(duì)小麥面筋蛋白和靜電紡絲制備納米纖維技術(shù)的特點(diǎn)，我們研究開(kāi)發(fā)了利 用靜電紡絲方法，通過(guò)高聚物作為小麥麥谷蛋白和麥膠蛋白的載體，制備納米級(jí)
纖維的方法。為小麥面筋蛋白在非食品行業(yè)中的深開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供了新的途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種通過(guò)靜電紡絲方法，分別利用小麥麥谷蛋白、麥膠蛋白和高 聚物混和靜電紡絲生產(chǎn)新型納米纖維的方法。
本發(fā)明的構(gòu)思如下小麥面筋蛋白主要由麥谷蛋白和麥膠蛋白組成，麥膠蛋
白分子呈球狀，分子量較小(25000 100000)，具有延伸性，但彈性?。畸湽?蛋白分子為纖維狀，分子量較大(100000以上)，彈性較強(qiáng)，但延伸性小。麥 谷蛋白和麥膠蛋白共同作用，使得小麥面筋具有獨(dú)特黏彈性。利用小麥面筋蛋白 的特點(diǎn)，通過(guò)靜電紡絲方法，將其與高聚物進(jìn)行混紡來(lái)生產(chǎn)新型納米纖維，提高 納米纖維的延伸性和彈性。從而為小麥粉的深加工開(kāi)辟了新途徑，提高了小麥面 筋蛋白的附加值。
本發(fā)明利用小麥面筋蛋白生產(chǎn)納米級(jí)纖維的方法和步驟包括-
1、 小麥面筋蛋白的提?。?br> 2、 麥谷蛋白的提取；
3、 麥膠蛋白的提??；
4、 麥谷蛋白和高聚物的混合靜電紡絲，制備納米級(jí)纖維；
5、 麥膠蛋白和高聚物的混合靜電紡絲，制備納米級(jí)纖維。 其中1中小麥面筋蛋白的提取包括
將小麥面粉與水按照固液比1: 1 3混合，揉成面團(tuán)，然后加入3 8倍的 的水清洗，得到不溶于水的粗面筋蛋白。
2中提取麥谷蛋白的方法為
配制提取試劑0.05 0. l摩爾/升乙酸、2.5 5%SDS、 1 5毫摩/升蛋白 保護(hù)劑。將2中得到的粗面筋蛋白與提取試劑按照固液比為1: 10 20混合，提 取溫度為20 35t:，震蕩提取2-4次，總提取時(shí)間1 6小時(shí)，合并提取液。調(diào) 節(jié)pH值至6 7，然后于10000 15000 rpm的高速離心機(jī)中離心10 25分鐘，
沉淀即為麥谷蛋白。
3中提取麥膠蛋白的方法為
配制提取試劑50-70%乙醇溶液，1 5毫摩/升蛋白保護(hù)劑。將2中得到 的粗面筋蛋白與提取試劑按照固液比為1: 10 30混合，提取溫度為20 35t:， 震蕩提取2 5次，總提取時(shí)間2 6小時(shí)，合并提取液。調(diào)節(jié)溶液中乙醇的含量 至5 20%，然后于10000 15000rpm的高速離心機(jī)中離心提取10 25分鐘，沉 淀即為麥膠蛋白。
4中麥谷蛋白和高聚物的混合靜電紡絲方法包括
配制10-20%的高聚物溶液，溶劑為0. 05 0. 1摩爾/升乙酸、2. 5 5%SDS。 將2中得到的麥谷蛋白與高聚物溶液混合，使麥谷蛋白的濃度為10 25%。將混 合液加入到靜電紡絲裝置中，電壓15 25KV，噴頭到收集板的距離為10 20厘 米。紡絲液的流速控制在0.5 L5毫升/小時(shí)。
5中麥膠蛋白和高聚物的混合靜電紡絲方法包括
配制10-25%的高聚物溶液，溶劑為40 80%乙醇溶液。將3中得到的麥膠 蛋白溶液與高聚物溶液混合，使麥膠蛋白的濃度為10 30%。將混合液加入到靜 電紡絲裝置中，電壓10 30 KV,噴頭到收集板的距離為10 25厘米。紡絲液 的流速控制在0. 5 1. 5毫升/小時(shí)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1) 面筋蛋白作為生產(chǎn)淀粉時(shí)的副產(chǎn)物，產(chǎn)量豐富。充分利用面筋蛋白的結(jié) 構(gòu)特點(diǎn)，本方法首次提出了小麥面筋蛋白和高聚物進(jìn)行混紡生產(chǎn)納米纖維的新技
術(shù)。該技術(shù)能夠提高小麥粉的附加值，這為充分利用面筋蛋白，開(kāi)辟了新的方向， 具有廣闊的應(yīng)用前景。
2) 面筋蛋白和高聚物進(jìn)行靜電紡絲得到的纖維達(dá)到納米級(jí)，與純高聚物紡 絲得到的纖維相比，麥谷蛋白與高聚物混紡制得的纖維質(zhì)地更加均勻，彈性增強(qiáng)， 透氣性更好，吸水性能更強(qiáng)；麥膠蛋白與高聚物混紡制得的纖維延伸性、吸水性 能和透氣性增強(qiáng)。3)所利用的小麥面筋蛋白是生產(chǎn)淀粉時(shí)的副產(chǎn)物，產(chǎn)量豐富。這保證了納 米纖維生產(chǎn)的低成本和充足的原料供應(yīng)。


圖1為以純聚乙烯醇作為高聚物進(jìn)行紡絲得到纖維的掃描電子顯微鏡圖。
PVA (x500):放大500倍電鏡圖；PVA (x5,000):放大5000倍電鏡圖；PVA (X 15,000): 放大15,000倍電鏡圖。
圖2為聚乙烯醇和麥谷蛋白混紡得到纖維的掃描電子顯微鏡圖。
PVA(x500):放大500倍電鏡圖；PVA(x5，000):放大5000倍電鏡圖；PVA (X 15,000): 放大15,000倍電鏡圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)例l:麥谷蛋白與聚乙烯醇(PVA)混紡制備納米級(jí)纖維
面筋蛋白的提取將小麥面粉與水按照固液比1: 2混合，揉成面團(tuán)，然后 加入5倍的的水清洗，得到不溶于水的粗面筋蛋白。
麥谷蛋白的提取配制提取試劑0.08摩爾/升乙酸、3% SDS、 2毫摩/升 苯甲基磺酰氟。將粗面筋蛋白與提取試劑按照固液比為1: 15混合，提取溫度為
25°C,震蕩提取3次，總提取時(shí)間4小時(shí)，合并提取液。調(diào)節(jié)pH值至6.5，然 后于12000 rpm的高速離心機(jī)中離心15分鐘，沉淀即為麥谷蛋白。
配制15%的聚乙烯醇溶液，溶劑為0.08摩爾/升乙酸、3%SDS。將得到的麥 谷蛋白與高聚物溶液混合，使麥谷蛋白的濃度為12%。將混合液加入到靜電紡絲 裝置中，電壓20KV，噴頭到收集板的距離為15厘米。紡絲液的流速控制在0.8 毫升/小時(shí)。
實(shí)例2:麥膠蛋白與聚乙烯吡咯垸酮混紡制備納米級(jí)纖維
面筋蛋白的提取方法如實(shí)例l。
麥膠蛋白的提取配制提取試劑60%乙醇溶液，2.5毫摩/升苯甲基磺酰氟。
將面筋與提取試劑按照固液比為1: 12混合，提取溫度為25'C，震蕩提取4次，
總提取時(shí)間2.5小時(shí)，合并提取液。調(diào)節(jié)溶液中乙醇的含量至12%，然后于 11000rpm的高速離心機(jī)中離心提取15分鐘，沉淀即為麥膠蛋白。
將聚乙烯吡咯烷酮溶于70%乙醇中，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的電紡絲溶液。將 麥膠蛋白溶液與聚乙烯吡咯垸酮乙醇溶液混合，使麥膠蛋白的濃度為18%。將混 合液加入到靜電紡絲裝置中，電壓18 KV，噴頭到收集板的距離為20厘米。紡 絲液的流速控制在1. 2毫升/小時(shí)。
實(shí)例3:麥谷蛋白與聚乙烯吡咯烷酮混紡制備納米級(jí)纖維
面筋蛋白和麥谷蛋白的提取方法如實(shí)例1。
配制12%的聚乙烯吡咯烷酮溶液，溶劑為0.06摩爾/升乙酸、3% SDS。將 麥谷蛋白溶液與聚乙烯吡咯烷酮溶液混合，使麥谷蛋白的濃度為15%。將混合液 加入到靜電紡絲裝置中，電壓22KV，噴頭到收集板的距離為14厘米。紡絲液的 流速控制在0.9毫升/小時(shí)。
權(quán)利要求
1. 利用小麥面筋蛋白生產(chǎn)納米級(jí)纖維的方法，其特征在于包括以下步驟1)小麥面筋蛋白的提?。?)麥谷蛋白的提?。?)麥膠蛋白的提?。?)麥谷蛋白和高聚物的混合靜電紡絲，制備納米級(jí)纖維；5)麥膠蛋白和高聚物的混合靜電紡絲，制備納米級(jí)纖維。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的l)小麥面筋蛋白的提取過(guò)程特征為將小麥面粉 與水按照固液比l: 1 3混合，揉成面團(tuán)，然后加入3 8倍的水清洗，得到不 溶于水的粗面筋蛋白。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的2)小麥麥谷蛋白的提取過(guò)程特征為配制提取試齊廿0.05 0. 1摩爾/升乙酸、2.5 5%十二烷基磺酸鈉(SDS)、 1 5毫摩/升 蛋白保護(hù)劑；將2中得到的粗面筋蛋白與提取試劑按照固液比為1: 10 20混合， 提取溫度為20 35'C，震蕩提取2-4次，總提取時(shí)間1 6小時(shí)，合并提取液； 調(diào)節(jié)pH值至6 7，然后于10000 15000轉(zhuǎn)/分鐘的高速離心機(jī)中離心10 25 分鐘，沉淀即為麥谷蛋白。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的3)小麥麥膠蛋白的提取過(guò)程特征為配制提取試 劑50-70%乙醇溶液，1 5毫摩/升SDS;將2中得到的粗面筋蛋白與提取試 劑按照固液比為l: 10 30混合，提取溫度為20 35'C，震蕩提取2 5次，總 提取時(shí)間2 6小時(shí)，合并提取液；調(diào)節(jié)溶液中乙醇的含量至5 20%，然后于 10000 15000轉(zhuǎn)/分鐘的高速離心機(jī)中離心10 25分鐘，沉淀即為麥膠蛋白。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的4)麥谷蛋白和高聚物的混合靜電紡絲的特征為 配制10-20%的高聚物溶液，溶劑為0. 05 0.1摩爾/升乙酸、2. 5~5% SDS,將 3中得到的麥谷蛋白與高聚物溶液混合，使麥谷蛋白的濃度為10 25%;將混合 液加入到靜電紡絲裝置中，電壓15 25 KV，噴頭到收集板的距離為10 20厘 米；紡絲液的流速控制在0.5 1.5毫升/小時(shí)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的5)麥膠蛋白和高聚物的混合靜電紡絲的特征為 配制10-25%的高聚物溶液，溶劑為40 80%乙醇溶液；將4中得到的麥膠蛋白 溶液與高聚物溶液混合，使麥膠蛋白的濃度為10 30%;將混合液加入到靜電紡 絲裝置中，電壓10 30KV，噴頭到收集板的距離為10 25厘米；紡絲液的流 速控制在0. 5 1.5毫升/小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種通過(guò)靜電紡絲，利用麥谷蛋白和麥膠蛋白生產(chǎn)納米級(jí)纖維的方法。該方法以小麥面粉為原料，首先分別提取麥谷蛋白和麥膠蛋白，然后以高聚物作為麥谷蛋白和麥膠蛋白的載體，進(jìn)行靜電紡絲。紡絲電壓10～30KV、噴頭到收集板的距離為10-25厘米、紡絲液的流速0.5～1.5毫升/小時(shí)。對(duì)混紡得到的復(fù)合纖維進(jìn)行特征分析表明混紡纖維符合納米纖維的標(biāo)準(zhǔn)；結(jié)構(gòu)更加均勻；透氣性和吸水性更好；彈性和延伸型增強(qiáng)。
文檔編號(hào)D01D5/00GK101377023SQ20071012122
公開(kāi)日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2007年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者華 王, 陳洪章, 韓業(yè)君 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所