[发明专利]一种多酶协同处理制备增强增韧蛋白基生物塑料的方法

说明书

本发明涉及一种多酶协同处理制备增强增韧蛋白基生物塑料的方法，属于天然高分子基材料技术领域。本发明一种多酶协同处理制备增强增韧蛋白基生物塑料的方法，包括如下步骤：将蛋白均匀分散至一定pH值的缓冲液中，分别加入谷氨酰胺转胺酶和辣根过氧化物酶/双氧水/乙酰丙酮/乙烯基单体体系，持续通入氮气，在一定温度条件下反应一段时间，结束后冷冻干燥、丙酮抽提得到改性蛋白粉末；将蛋白粉体与一定比例甘油混合搅拌后置于模具中，在一定温度与压力下热压成型，制得改性蛋白塑料。

技术领域

本发明涉及一种多酶协同处理制备增强增韧蛋白基生物塑料的方法，属于天然高分子基材料技术领域。

背景技术

近年来，随着环境不断地恶化，石化等不可再生资源的枯竭，合成塑料污染问题日益受到人们的关注及担忧。一方面，人工合成塑料很难被自然生物降解，每年有大量合成塑料使用后被丢弃、集中填埋或焚烧；另一方面，作为塑料源材料的石油，其储量随人类使用正日益减少，资源匮乏也已成为人类迫在眉睫的问题。因此，人们开始不断寻求可生物降解塑料来替代化学塑料，并将目光重新集中于天然聚合物的研究与利用。

大豆蛋白作为一种可以通过人工大量种植获取的天然植物蛋白，具有可再生、全降解、无毒无害、质优价廉等优点，在绿色塑料的制造领域具有广阔的开发和应用前景。如Paetau等研究了pH值、含水量、工艺条件、交联试剂和填充剂对模压大豆蛋白塑料的机械特性、物理特性、形态学和生物降解特性的影响。多羟基醇(如甘油、丙二醇等)作为增塑剂对大豆蛋白塑料机械特性的影响亦有报道。

鱿鱼蛋白是来自鱿鱼体内的蛋白质提取物，具有很强的吸水性，吸水溶解后的鱿鱼蛋白具有很好的粘性。据国外最新研究报道称，鱿鱼蛋白质可用于制造纤维、涂料、塑料等产品，且这些产品可完全被生物降解，并能成为很好的塑料替代品。

但目前蛋白基生物塑料的机械性能、阻隔性能、吸水率及透光率等指标仍不能满足使用要求，在以上性能的改善方面仍有许多亟待解决的问题。其一，增塑剂(甘油等)易溢出，当蛋白塑料中的增塑剂逐渐失去时会引起增塑作用的下降，导致塑料的柔韧性大幅降低；其二，由于蛋白质的亲水性很强，使得蛋白塑料的耐湿性较差，遇水易引起材料溶胀变形甚至溶解，这些缺陷严重限制了该类生物塑料的实际应用。

对蛋白质进行接枝共聚改性，在蛋白大分子上引入疏水性柔性长链，这样不仅可弱化蛋白基塑料的吸湿行为，维持其尺寸稳定性，还可提高材料的机械韧性。

传统的乙烯基单体接枝共聚的引发方法主要有物理法和化学法。物理法通过机械摩擦、低温等离子体处理、高能射线辐射等在物质上产生自由基，并进一步引发单体的接枝聚合。化学法则采用化学引发剂或氧化-还原引发体系等实现活泼可聚合单体对高分子的接枝共聚改性。但是，这些方法均不同程度存在工艺要求较高、损伤大、化学有害物质易残留、工业化实施难、改性效果不佳等弊端。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种多酶协同处理制备增强增韧蛋白基生物塑料的方法，该方法结合谷氨酰胺转胺酶和辣根过氧化物酶/双氧水/乙酰丙酮/乙烯基单体体系对蛋白质类物质的催化特性和改性效果，赋予蛋白塑料优良的应用机械特性和耐水性，同时克服传统物理/化学法改性损伤大、化学有害物质易残留等弊端，是一种催化效率高、作用条件温和、生态环保型的生物塑料用蛋白质类天然聚合物的加工改性方法。

具体地，本发明是通过以下方案实现的：

一种多酶协同处理制备增强增韧蛋白基生物塑料的方法，包括如下步骤：将蛋白均匀分散至一定pH值的缓冲液中，分别加入谷氨酰胺转胺酶和辣根过氧化物酶/双氧水/乙酰丙酮/乙烯基单体体系，持续通入氮气，在一定温度条件下反应一段时间，结束后冷冻干燥、丙酮抽提得到改性蛋白粉末；将蛋白粉体与一定比例甘油混合搅拌后置于模具中，在一定温度与压力下热压成型，制得改性蛋白塑料。