[发明专利]一种大豆分离蛋白基天然高分子水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于天然高分子材料技术领域，具体涉及一种化学交联的天然生物大分子基水凝胶及其制备方法。

背景技术

中国是大豆的故乡，也是大豆制品的发源地，大豆蛋白作为一种可再生资源，具有来源广泛，价格低廉，生物相容性好，降解性好等优点，是一种理想的天然材料。大豆分离蛋白是大豆蛋白分离纯化的产物，其中蛋白质含量不低于90%，是制备大豆蛋白材料的主要原料。在目前的文献报道中，有不少关于大豆分离蛋白材料的应用，如塑料、凝胶、膜、黏合剂以及生物医用材料等。

水凝胶是亲水性高分子形成的三维立体网络，在水中溶胀但不溶于水。许多水凝胶可以在温和的、生物相容的环境下形成，是一类极具前景的生物医用高分子材料。对大豆分离蛋白来说，关于凝胶制备方法的研究由来已久，但遗憾的是，至今仍然没有一种很好的制备大豆分离蛋白凝胶方法来改善其脆弱的力学，打破由此带来的在应用上的极大限制。在目前制备大豆分离蛋白凝胶的方法中，热致凝胶、冷致凝胶、高压反应制备得到的凝胶，形成凝胶的作用力主要为疏水相互作用和氢键作用，因此稳定性差，力学性能很弱。与之相比，化学交联方法得到的水凝胶稳定性强，力学性能也有所提升。目前已报道的大豆分离蛋白化学交联制备水凝胶的文献中，已经使用的交联剂有有机分子醛类（如戊二醛等）、生物活性酶（如转谷氨酰胺酶等）、以及天然交联剂京尼平等。这些方法制备得到的水凝胶力学性能有了一定提升，但仍旧不能满足应用需要。比如，固含量8 wt% 的大豆分离蛋白溶液，使用戊二醛交联法，得到的凝胶储能模量只有1.7 kPa左右；而对于酶交联和京尼平交联得到的水凝胶，其储能模量均在1.0 kPa以下。此外，以上凝胶的制备方法还存在以下两方面问题：一方面，有机分子的残留会使水凝胶具有一定的细胞毒性，限制了其在生物医用领域的应用；另一方面，大部分凝胶制备方法中，需要对大豆分离蛋白进行乙酰化、高温加热等预处理，并且形成凝胶的时间在几个小时以上，这使得大豆分离蛋白凝胶的制备过程变得更加繁琐和复杂。因而，如何在不影响大豆分离蛋白结构和保证其天然高分子性质的前提下，能够通过简单、快捷的方法制备力学性能好，同时具有良好生物相容性的大豆分离蛋白水凝胶仍然是有待解决的问题。

本发明克服大豆分离蛋白水凝胶力学性能弱的缺点，提供了一种具有可调力学性能，特别是具有优良弹性的大豆分离蛋白基水凝胶及其制备方法。本发明是在常温下将大豆分离蛋白和氧化葡聚糖水溶液进行混合，然后静置一段时间，即可制备成水凝胶。其反应机理是氧化葡聚糖可以作为大分子交联剂，通过其含有的醛基和大豆分离蛋白分子上的官能团进行反应，起到化学交联的作用。通过调节体系pH，可以有效调控凝胶时间和凝胶强度。相比已见报道的大豆蛋白基水凝胶，本发明制备的大豆分离蛋白基水凝胶力学性能得到了极大提升，并表现出超强的弹性。压缩测试结果显示，该大豆蛋白基天然高分子水凝胶最大可承受90%的压缩形变，其压缩强度可达400 kPa；多个配比的水凝胶在压缩形变到达80%时水凝胶仍可呈现几乎完全的回弹性。细胞实验显示，该大豆蛋白基天然高分子水凝胶具有良好的生物相容性。此外，如果在制备过程中，在大豆分离蛋白水溶液中添加功能性无机纳米粒子（如金纳米团簇、金纳米颗粒等），以及抗癌或抗生药物分子（如盐酸阿霉素、阿莫西林等），可以使获得的大豆蛋白基天然高分子水凝胶具有荧光成像、光热转换、药物缓释、抗癌、抑菌等性能，可用于食品加工、生物传感、生物医药及纳米功能材料等领域。

发明内容

本发明的目的在于克服大豆分离蛋白水凝胶力学性能弱的缺点，提供一种具有可调力学性能，特别是具有较高强度和优良弹性的大豆分离蛋白基水凝胶及其制备方法。

本发明提供的高强度、高弹性的大豆蛋白基天然高分子水凝胶的制备方法，具体步骤为：

（1）制备大豆分离蛋白水溶液和氧化葡聚糖水溶液，使其最终浓度均为5-12 wt%；

（2）在步骤（1）所制得的大豆分离蛋白溶液中加入氢氧化钠水溶液，调节其pH在7.0-12.0范围内；

（3）在步骤（2）所得的大豆分离蛋白溶液中加入氧化葡聚糖水溶液，混匀静置0.1-120 min，即得到大豆蛋白基天然高分子水凝胶；

本发明中，所述的大豆分离蛋白水溶液可以由市售的大豆分离蛋白经氢键破坏剂（如盐酸胍）和二硫键破坏剂（如二硫苏糖醇）处理后，再透析除去氢键破坏剂和二硫键破坏剂后获得，也可由其他方法制备获得。

本发明中，所采用的氧化葡聚糖可以由葡聚糖经氧化剂（如高碘酸钠）氧化反应制得，也可由其他方法制备或直接购买。