[发明专利]一种制备香豆胶稠化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备香豆胶稠化剂的方法。

背景技术

石油工业领域所使用的植物胶主要是半乳甘露聚糖（Poly-galactomannan，PGM）类多糖及其衍生物。半乳甘露聚糖是一种包含了甘露糖主链与半乳糖侧链的多糖，更准确的一点来说，半乳甘露聚糖是由线状连结的（1,4-β-D型甘露糖，β-1,4-D-mannopyranose）主链与连接到主链上的1,6-α-D型半乳糖的多糖，即1,6位连结的α-D型吡喃半乳糖（α-1,6-D-galactopyranose）侧链。按照甘露糖与半乳糖的比值，将半乳甘露聚糖种类按比值由小至大排列：香豆胶（Fenugreek gum），甘露糖比半乳糖大约为1:1，胍胶（Guar gum）和田菁胶（Sesbania Gum），甘露糖比半乳糖大约为2:1，塔拉胶（Tara gum），甘露糖比半乳糖大约为3:1，刺槐豆胶（Locust bean gum）或角豆胶（Carob gum），甘露糖比半乳糖大约为4:1。胍胶来自一年生草本植物瓜儿豆的内胚乳，将胚乳从种子中分离出来粉碎，便制成胍胶粉。由于胍胶原粉水不溶物较高，对地层伤害较大，因此，需对其进行羟丙基化或羧甲基化改性，从而使其水不溶物含量大为降低，目前在我国大面积进行推广应用。田菁胶是国产植物胶中分子结构、理化性质最为接近胍胶的品种，由于田菁的生长能适应盐、涝、瘠的自然环境，并具有综合利用的价值，因而田菁胶资源能迅速开发。大庆油田、胜利油田曾先后使用田菁胶进行压裂作业，后因水不溶物较高残渣较大而弃用。香豆胶是国产植物胶中性能较为优良的品种，因其分子链具有较大比例的半乳糖侧链，所以水溶速度、水溶胶粘度都较高。其水不溶物含量甚至低于进口的胍胶，热稳定性也优于其他品种的植物胶。

在石油天然气开采领域，植物胶通常用作水力压裂液的稠化剂，并与交联剂（如有机硼）、pH值调节剂、破胶剂等形成具有多种功能的黏弹性冻胶。植物胶中除水溶性的胶质组分外，还包括一些水不溶物组分，如来自植物细胞壁的纤维素和果胶类物质。

为了改进植物胶的水溶性、温度稳定性，降低水不溶物含量，在上世纪70年代开始对胍胶的化学改性，包括制备羟丙基胍胶（HPG）、羧甲基羟丙基胍胶（CMHPG）等，通过羟丙基化或者羧甲羟丙基化使植物胶中的纤维素、果胶等转化为可溶物，但该反应专一性较差，植物胶中的半乳甘露聚糖同样会发生该反应，由于植物胶侧链加成反应造成的临位顺式羟基结构的破坏会一定程度影响植物胶稠化剂的增稠性能。因此，羟丙基化等反应的取代度多控制在0.3左右，反应后得到的胶粉仍含有一定量的水不溶物。此外，在植物胶的化学改性技术中，所使用的原料以及中间反应过程需要大量有机溶剂的参与，其中，羟丙基化、羟乙基化反应所需的环氧丙烷、环氧乙烷是危险的易爆品，极大增加了生产的安全风险；合成反应中还常常用到异丙醇等作为溶剂，反应后要通过多次洗脱分离，不仅消耗能源，而且处置不慎造成外排泄漏会造成巨大的环境隐患。片碱、冰醋酸等作为pH调节剂本身也是潜在的环境污染物，同时，也一定程度的增加了生产成本。现有技术中存在用甘露聚糖酶和中性蛋白酶对植物胶进行处理的方法，主要目的是制备低分子量的植物胶，通过蛋白酶破坏半乳甘露聚糖终止反应，但对于富含纤维素等水不溶物的香豆子种子不适用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种制备香豆胶稠化剂的方法，利用酶处理工艺降低香豆胶稠化剂中的水不溶物含量。

香豆子种子主要由种皮、胚乳、子叶三部分组成，胚乳经提纯粉碎即为香豆胶，其主要化学成分为半乳甘露聚糖。本发明的制备香豆胶稠化剂的方法，包括用生物酶液对香豆子种子胚乳进行酶处理，所述生物酶液为纤维素酶、戊聚糖酶和果胶酶的水溶液。由于植物种皮粗纤维并非单一组分，通过酶的专一性分别对植物细胞壁中的纤维素、戊聚糖、果胶进行水解，达到降解香豆胶稠化剂中水不溶物的目的。同时，由于香豆胶胚乳中细胞壁的水解和破坏，使得增黏过程胶质释放率得到了一定程度的提高，最终大大改善了香豆胶胶粉的性能。

在本发明的一个具体实施例中，酶处理过程为：向香豆子种子胚乳中加入40～50重量%的生物酶液，在30～70℃，优选30～50℃下搅拌反应30～60min。

在本发明的一个具体实施例中，生物酶液中纤维素酶酶活力为10～200U/ml，戊聚糖酶酶活力为10～200U/ml，果胶酶酶活力为10～200U/ml。单位“U/ml”的含义为在30℃或最适宜温度下，在每毫升生物酶液中能转化1微摩尔底物的酶量。