[发明专利]一种高保水性的大豆蛋白三元复合水凝胶及其制备方法

说明书

一种高保水性的大豆蛋白三元复合水凝胶，它是以大豆蛋白、聚乙烯醇以及丙烯酰胺三元复合交联而成的水凝胶，利用聚乙烯醇分子链上的羟基与水分子形成氢键作用，将水分子包覆在三维网状结构中，有效提高了水凝胶的保水性能，40℃条件下24小时保水率最高可达60％，有望应用于农业灌溉、食品工程、生物医学等领域。本发明公开了其制法。

技术领域

本发明涉及一种具有高保水性的大豆蛋白三元复合水凝胶及其制备方法。

背景技术

水凝胶是一种亲水但不溶于水的高分子聚合物，具有吸水，保水，缓释等功能，拥有广泛的应用前景。目前，大多数水凝胶都是由石油基原料制备而成，存在难降解、污染环境等问题。因此，利用可再生的生物质资源制备具有可降解、生物相容性好、环境友好的水凝胶已受到广泛的关注与重视。当前，人们已采用淀粉、植物纤维、壳聚糖、胶原蛋白等生物质资源制备了一系列生物基水凝胶。其中，利用蛋白质为原料制备的水凝胶生物相容性好、可刺激响应，可应用于生物医药、组织工程等领域；利用纤维素为原料制备的水凝胶溶胀率高、强度高、光学透明性好，可应用于生物医药、农业、食品以及组织工程等领域；利用淀粉为原料制备的水凝胶对pH值、温度敏感等特性，可应用于生物制药等领域。但由于水凝胶体系内自由水含量较高，高温甚至常温条件下极易蒸发而使凝胶失去原有功能，极大的限制了生物基水凝胶的应用。因此，研究开发一种具有高保水性能的生物基水凝胶具有重要意义。

聚乙烯醇是由聚醋酸乙烯酯经过水解、醇解或氨解得到的一种合成长链水溶性高聚物，根据聚合度以及醇解度的不同，可以将聚乙烯醇分为不同种类。聚乙烯醇具有无毒、无副作用、可生物相容等特点，是一种安全的外用辅料，可用于胶黏剂、涂料、吸附剂等方面；也是一种良好的凝胶材料，可通过电子束、紫外线辐射形成水凝胶，也可通过化学交联剂经过化学交联以及通过反复冻结法经过物理交联形成水凝胶。聚乙烯醇由于分子链上含有大量的羟基，在形成三维网络结构时，易与水分子结合，能有效的束缚水分子的运动，起到保水的作用。

本发明提出了一种具有高保水性的大豆蛋白三元复合水凝胶的制备方法，它是将聚乙烯醇与大豆蛋白复合，通过聚乙烯醇分子链上的羟基与水分子的氢键作用，使水分子被包裹在复合网络中而不易挥发。制备的大豆蛋白三元复合水凝胶，具有优异的保水性能，在农业灌溉、食品工程、生物医学等领域具有潜在的应用前景。

发明内容

解决的技术问题：为了解决生物基水凝胶保水性能差的问题，本发明将聚乙烯醇引入到大豆蛋白水凝胶体系内，利用聚乙烯醇分子链上的羟基与水分子形成氢键作用，将水分子包覆在三维网状结构中，有效提升了水凝胶的保水性能，40℃条件下24小时保水率最高可达 60％，在农业灌溉、食品工程、生物医学等领域具有潜在的应用前景。

技术方案：本发明提供一种具有高保水性的大豆蛋白三元复合水凝胶的制备方法，步骤为：将大豆蛋白溶于聚乙烯醇溶液中，加热使大豆蛋白充分溶解，加入丙烯酰胺、金属离子以及其他助剂，在加热作用下发生聚合交联，制备出大豆蛋白三元复合水凝胶。

所述的大豆蛋白三元复合水凝胶，其特征在于加入的聚乙烯醇可为1788、1799、2099、 2399、2699中的任意一种。

所述的大豆蛋白三元复合水凝胶，其特征在于制备的聚乙烯醇溶液质量分数为0.5 wt％～25wt％。

所述的大豆蛋白三元复合水凝胶，其特征在于聚乙烯醇、大豆蛋白与丙烯酰胺的质量比为0.1∶1∶10～5∶1∶2。

所述的大豆蛋白三元复合水凝胶，其特征在于加入的金属离子可为Ca²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺中的一种。

所述的大豆蛋白三元复合水凝胶，其特征在于加入的交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，引发剂为过硫酸铵。

所述的大豆蛋白三元复合水凝胶，其特征在于加入丙烯酰胺、引发剂、交联剂质量比为 100∶0.5∶0.05～100∶1∶1。