專利名稱：利用小麥面筋蛋白生產(chǎn)納米級纖維的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于農(nóng)產(chǎn)品深加工和納米纖維紡絲領域，特別涉及利用面筋蛋白和高 聚物混紡生產(chǎn)納米級纖維的方法。
背景技術：
小麥面筋蛋白，又稱活性小麥谷朊粉，是生產(chǎn)小麥淀粉時得到的一種副產(chǎn)物， 含有75% 85%的蛋白質。從化學組成上看，小麥面筋蛋白主要由相對分子質量 較小、呈球狀、具有較好延伸性的麥膠蛋白和相對分子質量較大、呈纖維狀、具 有較強彈性的麥谷蛋白組成。據(jù)統(tǒng)計，全球谷朊粉的年產(chǎn)量大約為50萬噸。作 為優(yōu)質的植物蛋白源，谷朊粉本身具有很高的營養(yǎng)價值。目前谷朊粉主要應用于 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用于 肉類制品中。
近年來，面筋的產(chǎn)量持續(xù)增大，其傳統(tǒng)市場已趨飽和，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 過氨基酸內部或之間的氫鍵，二硫鍵和靜電等作用結合在一起。麥谷蛋白具有獨
特的超二級結構，其中部的e折疊結構與蜘蛛絲的超二級結構相似，具有成絲的
自身條件，這賦予了面筋許多獨特性質粘彈性、延伸性、薄膜成型性等。
靜電紡絲技術是目前得到納米級纖維最重要的方法之一。通過靜電紡絲制成 的電紡纖維直徑一般在十幾納米至幾百個納米之間，由這些纖維形成的無紡布是 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。
針對小麥面筋蛋白和靜電紡絲制備納米纖維技術的特點，我們研究開發(fā)了利 用靜電紡絲方法，通過高聚物作為小麥麥谷蛋白和麥膠蛋白的載體，制備納米級
纖維的方法。為小麥面筋蛋白在非食品行業(yè)中的深開發(fā)應用提供了新的途徑。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及一種通過靜電紡絲方法，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，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特黏彈性。利用小麥面筋蛋白 的特點，通過靜電紡絲方法，將其與高聚物進行混紡來生產(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)納米級纖維的方法和步驟包括-
1、 小麥面筋蛋白的提??；
2、 麥谷蛋白的提??；
3、 麥膠蛋白的提取；
4、 麥谷蛋白和高聚物的混合靜電紡絲，制備納米級纖維；
5、 麥膠蛋白和高聚物的混合靜電紡絲，制備納米級纖維。 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，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，總提取時間1 6小時，合并提取液。調 節(jié)pH值至6 7，然后于10000 15000 rpm的高速離心機中離心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，總提取時間2 6小時，合并提取液。調節(jié)溶液中乙醇的含量 至5 20%，然后于10000 15000rpm的高速離心機中離心提取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。
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。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1) 面筋蛋白作為生產(chǎn)淀粉時的副產(chǎn)物，產(chǎn)量豐富。充分利用面筋蛋白的結 構特點，本方法首次提出了小麥面筋蛋白和高聚物進行混紡生產(chǎn)納米纖維的新技
術。該技術能夠提高小麥粉的附加值，這為充分利用面筋蛋白，開辟了新的方向， 具有廣闊的應用前景。
2) 面筋蛋白和高聚物進行靜電紡絲得到的纖維達到納米級，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地更加均勻，彈性增強， 透氣性更好，吸水性能更強；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。3)所利用的小麥面筋蛋白是生產(chǎn)淀粉時的副產(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。


圖1為以純聚乙烯醇作為高聚物進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。
具體實施例方式
實例l:麥谷蛋白與聚乙烯醇(PVA)混紡制備納米級纖維
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，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，總提取時間4小時，合并提取液。調節(jié)pH值至6.5，然 后于12000 rpm的高速離心機中離心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。
實例2:麥膠蛋白與聚乙烯吡咯垸酮混紡制備納米級纖維
面筋蛋白的提取方法如實例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，
總提取時間2.5小時，合并提取液。調節(jié)溶液中乙醇的含量至12%，然后于 11000rpm的高速離心機中離心提取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，配制質量分數(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。
實例3:麥谷蛋白與聚乙烯吡咯烷酮混紡制備納米級纖維
面筋蛋白和麥谷蛋白的提取方法如實例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。
權利要求
1. 利用小麥面筋蛋白生產(chǎn)納米級纖維的方法，其特征在于包括以下步驟1)小麥面筋蛋白的提取；2)麥谷蛋白的提??；3)麥膠蛋白的提?。?)麥谷蛋白和高聚物的混合靜電紡絲，制備納米級纖維；5)麥膠蛋白和高聚物的混合靜電紡絲，制備納米級纖維。
2. 根據(jù)權利要求1所述的l)小麥面筋蛋白的提取過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，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)權利要求1所述的2)小麥麥谷蛋白的提取過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，總提取時間1 6小時，合并提取液； 調節(jié)pH值至6 7，然后于10000 15000轉/分鐘的高速離心機中離心10 25 分鐘，沉淀即為麥谷蛋白。
4. 根據(jù)權利要求1所述的3)小麥麥膠蛋白的提取過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 提取時間2 6小時，合并提取液；調節(jié)溶液中乙醇的含量至5 20%，然后于 10000 15000轉/分鐘的高速離心機中離心10 25分鐘，沉淀即為麥膠蛋白。
5. 根據(jù)權利要求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。
6. 根據(jù)權利要求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。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種通過靜電紡絲，利用麥谷蛋白和麥膠蛋白生產(chǎn)納米級纖維的方法。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。對混紡得到的復合纖維進行特征分析表明混紡纖維符合納米纖維的標準；結構更加均勻；透氣性和吸水性更好；彈性和延伸型增強。
文檔編號D01D5/00GK101377023SQ20071012122
公開日2009年3月4日 申請日期2007年8月31日 優(yōu)先權日2007年8月31日
發(fā)明者華 王, 陳洪章, 韓業(yè)君 申請人:中國科學院過程工程研究所