[发明专利]小麦麸质蛋白材料的热塑性加工

说明书

技术领域

本发明涉及一种小麦麸质蛋白材料的热塑性加工的方法，属于天然农业高分子、蛋白质化学、高分子共混、高分子成型加工、生物降解材料领域。

背景技术

随着石油资源的日益枯竭和非降解合成高分子材料造成的环境污染日益严重，可再生资源和环境友好材料的开发和利用受到越来越广泛的关注，以天然高分子为原料研究和开发新材料己成为高分子科学和材料科学的前沿领域之一。生物降解塑料的研究是一个环境科学、高分子化学、生物学交叉的全新领域。这种新型高分子材料可利用高技术合成，也可利用天然的可再生的生物高分子材料，能有效缓解资源和环境危机。来自可再生资源的天然高分子材料的改性和应用不仅可以减少非降解塑料带来的环境污染，而且可节约有限的石油资源，符合可持续发展战略。完全生物降解塑料作为治理或减轻一次性塑料废弃物对环境造成污染的有效措施，备受世界各国青睐。

目前，世界上研究与开发的四大类完全生物降解塑料是：聚β-羟基烷酸酯及其共聚物(如PHB，PHBV等)、聚乳酸(PLA)、脂肪族聚酯及其共聚物(如PCL，APC等)和聚糖(如淀粉、壳聚糖等)。但是，由于材料的成本和性能以及加工性使得这些材料离工业化生产仍然有一段距离。淀粉和大豆渣分离蛋白(SPI)是自然界丰富的可再生的天然高分子，它们无毒无害、可完全生物降解，经过增塑后能进行热塑加工，具有较大的工业化潜力。然而较差的防水性及其性能上存在的明显缺点，如机械性能差、耐水性能差和再结晶老化等问题限制了它们的应用范围。

小麦麸质蛋白也称为谷朊粉或面筋粉，是小麦淀粉湿法生产的副产物。小麦麸质蛋白主要是由清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和麦谷蛋白组成，而小麦麸质蛋白中主要含有溶于体积分数70％乙醇溶液的麦醇溶蛋白和溶于稀酸或稀碱溶液的麦谷蛋白，合称贮存蛋白(占小麦麸质蛋白干基的72～85％)。小麦麸质蛋白是降解速度最快的材料之一，埋于土壤中可在50天内完全降解。由于小麦麸质蛋白自身独特的氨基酸组成，含有较多的疏水性氨基酸和不带电荷的氨基酸，分子内疏水作用区域较大，溶解度较低，分子间和分之内强烈的物理和化学相互作用，使小麦分子蛋白既具有可应用的物理性能，如对氧和二氧化碳优异的阻隔性能，高的模量，又因性脆和耐水性不理想，使其应用受到限制。目前，小麦麸质蛋白主要用作食品原料、高档饲料、调味品中氨基酸的来源，以及溶液法制备包装膜。因此，考虑采用一定的改性手段，改善小麦麸质蛋白的功能性，拓宽其应用领域，提高该小麦胚芽副产物的综合利用价值。

小麦麸质蛋白是高度多形化的多肽混合物，由分子量范围3万到几百万之间的五十多种成分组成。小麦麸质蛋白按照功能不同可分为两类：麦谷蛋白和麦醇溶蛋白，两者共同形成小麦麸质面团的弹性和延伸性。麦醇溶蛋白的分子量相对较小(5万以下)，分子呈球形，二硫键都分布于分子内部，分子为非极性；而麦谷蛋白是由亚基分子间二硫键形成的大的多聚体，其分子量大于一百万，是自然界中存在的分子量最大的蛋白质之一。麦谷蛋白又可分为低分子亚基(LMW-GS)组和高分子亚基组(HMW-GS)，其中麦谷蛋白的高分子亚基约占小麦干重的0.5％，但它可以通过影响面团的粘弹性而对面团的品质产生很大的影响，因而得到广泛的重视。

对于小麦麸质蛋白膜的制备与应用已有专著报道(见Protein-based films and coatings，edited byAristippos Gennadios，CRC PRESS，Boca Raton，2002)。国内对小麦麸质蛋白在材料方面的研究并不多，主要集中在用小麦麸质蛋白制备可食性小麦麸质蛋白膜方面。制备方法大致为：在一定pH值的乙醇溶液中加入小麦麸质蛋白及助剂，搅拌一段时间以得到成膜溶液。然后在一定温度下恒温放置一定时间，让成膜溶液反应。最后把一定量的溶液铺平，去除溶剂，干燥后就得到所要的小麦麸质蛋白膜。Jerez和Partal等人(Biochemical Engineering Journal，2005，26，131-138)对小麦麸质蛋白膜和热塑成型制品进行了对比研究。加工过程在Haake转矩流变仪的密炼机中进行，甘油作为增塑剂，与小麦麸质蛋白的比例为1∶1，转子转速分别为15、50、90rpm。实验结果表明，密炼过程中的扭矩和温度都随密炼时间以及转速呈现有规律的变化；振荡剪切测试显示储存模量和损耗模量也随密炼时间和转速呈现有规律的变化。

发明内容