[发明专利]利用醇类溶剂制备含天然纤维素的玉米醇溶蛋白混合物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然纤维素和玉米醇溶蛋白混合物，特别是涉及一种利用醇类溶剂制备含天然纤维素的玉米醇溶蛋白混合物的方法。

背景技术

玉米醇溶蛋白（Zein）属于蛋白质的一种，是玉米加工产业中的一个副产物。Zein的分子量一般在25000～45000之间，它含有丰富的谷氨酸（21～26％），亮氨酸（20％），脯氨酸（10％），丙胺酸（10％），缺乏一些碱性和酸性氨基酸，如赖氨酸、天冬氨酸和色氨酸，作为食物供给时不能保证氮平衡，高比例的非极性氨基酸存在及碱性和酸性氨基酸的缺乏对它的溶解性质也有影响。同时，Zein还含有较多的含硫氨基酸，故Zein需要在一定的pH值中才能溶于含水的醇溶液中，且Zein在低浓度的盐溶液中就会沉淀。Zein不溶于无水醇类，但可溶于60%～95%的醇类水溶液中，还可以溶于强碱(pH值>11.5)、十二烷基硫酸钠(SDS)高浓度尿素及丙二醇和醋酸等有机溶剂。

玉米醇溶蛋白具有良好的成膜特性，所成膜具有一定韧性，而且光滑、耐水、耐油、防腐等特性，在特种食品、医药和生物降解塑料领域有着良好的潜在应用前景，具有重大的商业价值。因此，近年Zein成为科学研究的一个焦点，对于Zein的各种改性层出不穷。

纤维素（Cellulose）是由葡萄糖分子通过β‐1,4‐糖苷键连接而形成的葡聚糖。通常含数千个葡萄糖单位，是植物细胞壁的主要成分。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上。棉花纤维素含量接近100%，为天然的最纯纤维素来源。一般木材中，纤维素占40～50%，还有10～30%的半纤维素和20～30%的木质素。

纤维素的特性主要包括三方面：（1）溶解性：常温下，纤维素既不溶于水，又不溶于一般的有机溶剂，如酒精、乙醚、丙酮、苯等。它也不溶于稀碱溶液中。因此，在常温下，它是比较稳定的，这是因为纤维素分子之间存在氢键作用；（2）纤维素水解：在一定条件下，纤维素与水发生反应。反应时氧桥断裂，同时水分子加入，纤维素由长链分子变成短链分子，直至氧桥全部断裂，变成葡萄糖；（3）纤维素氧化：纤维素与氧化剂发生化学反应，生成一系列与原来纤维素结构不同的物质，这样的反应过程，称为纤维素氧化。

由以上纤维素的三个特性可看出，纤维素很难溶解于一般溶剂，但是可溶于以下溶液体系：（1）NaOH/CS₂溶剂体系：这种传统方法生产黏胶需要使用CS₂，会对环境造成较严重的污染，而且黏胶的生产工艺经过化学变化，纤维中含有有害物质，用这种方法生产再生纤维素在发达国家已经被淘汰；（2）铜氨（氢氧化铜的氨水溶液）溶液：铜氨溶剂的缺点是不稳定，对氧和空气非常敏感。溶解过程中倘若有氧的存在，会使纤维素发生剧烈的氧化降解，损害产品的质量；（3）胺氧化合物系列：以N‐甲基吗啉‐N‐氧化物(NMMO)为例，NMMO极易被氧化，甚至会发生爆炸，在储存和生产中存在一定的危险性。另外，NMMO价格昂贵，必须使其回收率高于99.5％以上方具有经济价值，所得到的纤维价格居高不下；（4）NaOH/Urea水溶液体系：NaOH/Urea水溶液对纤维素的溶解只能在低温下进行，因为温度越低，碱液对纤维素的溶胀作用越大，不但在结晶区之间，而且在结晶区内部也发生溶胀。纤维素和氢氧化钠进行反应，反应式如下：

[C₆H₇O₂(OH)₃·NaOH]N→[C₆H₇O₂(OH)₂ONa]N+H₂O

生成的[C₆H₇O₂(OH)₃·NaOH]N和[C₆H₇O₂(OH)₂ONa]N之间可以互相转化。温度越低，纤维素钠[C₆H₇O₂(OH)₂ONa]N越易电离，所以纤维素在低温下容易溶解。此外，碱液还可以破坏纤维素分子间氢键，尿素在碱液中可以破坏分子内氢键，所以尿素的加入有利于促进纤维素的溶解。