专利名称：谷类蛋白质/纳米二氧化钛原位复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种谷类蛋白质/纳米二氧化钛原位复合材料及其制备方法。
背景技术：
当前世界塑料总产量超过1.7亿吨，已渗透到国民经济各部门以及人民生活的各个领域。随着石油资源的日益紧缺以及合成高分子材料所造成的环境污染的日益严重，以可再生、可降解植物资源作为化工原料，越来越受到高度重视，成为高分子材料科学与加工工程的前沿领域之一。
谷物蛋白质是淀粉工业的副产品，目前主要用作饲料添加剂，部分用于食品改良剂或生产风味肽、氨基酸。采用谷物蛋白质制备可降解塑料是提高其附加值、缓解白色污染的有效途径之一。谷物蛋白质塑料的力学性能较差，需经紫外辐照、γ-射线辐照、酶处理或化学交联等来提高材料的刚性、耐热性与耐水性。中国专利申请号200610018518.3“大豆蛋白质/氢氧化铝纳米复合材料及其制备方法和用途”公开了采用纳米氢氧化铝提高大豆蛋白质材料强度与刚性的方法，将大豆蛋白质分散于氯化铝水溶液中，采用氨水与氯化铝反应形成凝胶状复合物，经干燥后得到可挤出加工的大豆蛋白质/氢氧化铝纳米复合物。然而，谷类蛋白质如小麦蛋白质含有粘性醇溶蛋白与巨大分子量的谷蛋白，一旦水化即形成高粘性的胶团状物，即使在浓度较低的情况下也很难形成稳定的蛋白质悬浮液。因而，采用悬液法制备谷类蛋白质纳米复合材料时，难以保证纳米粒子在复合物中的均匀分散。
发明内容
本发明的目的是提供一种谷类蛋白质/纳米二氧化钛原位复合材料的制备方法。
谷类蛋白质/纳米二氧化钛复合材料的制备方法首先将谷类蛋白质加入到重量百分比浓度为10～20％的氨水中，配成重量百分比浓度为5～10％的谷类蛋白质溶液，然后加入纳米二氧化钛粒子，纳米二氧化钛重量为谷类蛋白质重量的5～20％，再加入增塑剂，增塑剂重量为谷类蛋白质重量的5～30％，搅拌使纳米二氧化钛粒子均匀分散，在50～80℃温度下干燥，在100～140℃温度下模压成型，模压时间为10～30min，得到谷类蛋白质/纳米二氧化钛复合材料。
所述的谷类蛋白质为谷朊粉、大米蛋白粉、小麦醇溶蛋白、大麦醇溶蛋白、玉米醇溶蛋白或高粱醇溶蛋白。增塑剂为甘油或三乙醇胺。纳米二氧化钛粒子的粒径为5～30nm、比表面积为40～400m2/g。
本发明的优点是以谷类蛋白质的氨水溶液为介质制备稳定的纳米二氧化钛粒子悬浮液，增强蛋白质与二氧化钛粒子间的物理相互作用，提高蛋白质材料的力学强度。
具体实施例方式
本发明使用蛋白质是谷朊粉、大米蛋白粉、小麦醇溶蛋白、大麦醇溶蛋白、玉米醇溶蛋白、或高粱醇溶蛋白。
谷朊粉也称活性小麦面筋，是以小麦面粉为原料深加工提取的一种天然植物蛋白质。合适的谷朊粉可以从蛋白质含量≥75％(干基)的商业产品中选择，如可从上海旺味食品有限公司、周口莲花味精集团、河南省天冠植物蛋白有限公司、安徽省桐城市乐健食品有限公司购买谷朊粉。
大米蛋白粉是从大米粉、米渣或米糟中制取的一种高纯度的大米蛋白产品，其蛋白含量≥80％(干基)。从大米粉、米渣或米糟中提取大米蛋白质的技术是公知的，如在如下文献中有述，该文献引入本文作为参考“王章存，姚惠源大米蛋白质提取技术.研究粮食与饲料工业，2003，(8)37-38”。另外，中国专利03 134973.0公开了“从大米中提取大米蛋白的方法”，中国专利03134972.2公开了“碱法提取大米蛋白的方法”，中国专利200410039303.0公开了“以大米为原料提取大米蛋白并制大米淀粉的工艺方法”。合适的大米蛋白粉也可以从蛋白质含量≥80％(干基)的商业产品中选择，如可从桂林红星生物科技有限公司购买大米蛋白粉。
从小麦粉中提取小麦醇溶蛋白的技术是公知的，如在如下文献中有述，该文献引入本文作为参考“司学芝，李建伟，王金水，周长智，麦醇溶蛋白和麦谷蛋白提取条件的研究.郑州工程学院学报，2004，25(3)33-39”。
从大麦籽粒或籽粒粉中提取大麦醇溶蛋白的技术是公知的，如在如下文献中有述，这些文献引入本文作为参考“颜启传，黄亚军，徐媛，试用ISTA推荐的种子醇溶蛋白电泳方法鉴定大麦和小麦品种.作物学报，1992，18(1)61-68；董牛，王丽蓉，兰兰，张德颐，大麦醇溶蛋白中高赖氨酸组分的溶解特性研究.植物学部，1989，31689-695”。
从玉米蛋白粉(也称玉米麸质粉)中提取玉米醇溶蛋白的技术是公知的，如在如下文献中有述，该文献引入本文作为参考“张钟，齐爱云玉米醇溶蛋白提取工艺及功能性质研究，粮食与饲料工业，2004(9)21-23.”中国专利00101222.3公开了“用玉米谷朊制备醇溶玉米蛋白膜”的技术，其中描述了从玉米蛋白粉中提取玉米醇溶蛋白的方法。高纯度的玉米醇溶蛋白可以从蛋白质含量≥80％(干基)的商业产品中选择，可以从日本和光纯药公司、美国Freeman Industries公司购买玉米醇溶蛋白。
从高粱籽粒或高粱粉中提取高粱醇溶蛋白的技术是公知的，如在如下文献中有述，这些文献引入本文作为参考“Emmambux MN.，Taylor JRN.，Sorghumkafirin interaction with various phenolic compounds.J.Sci.Food Agric.，2003，83402-407；Gao C.，Taylor J.，Wellner N.，Byaruhanga YB.，Parker ML.，Mills ENC.，Belton PS.，Effect of preparation conditions on protein secondary structure andbiofilm formation of Kafirin.J.Agric.Food Chem.，2005，53306-3 12；Huang CP.，Hejlsoe-Kohsel E.，Han XZ.，Protelytic activity in sorghum flour and its interferencein protein analysis.Cereal Chem.，2000，77343-344”。
本发明采用氨水溶解谷类蛋白质，配制高浓度的蛋白质溶液，然后将纳米二氧化钛粒子悬浮于蛋白质溶液中。由于蛋白质活性基团与二氧化钛间存在物理化学相互作用，二氧化钛粒子在蛋白质溶液中的不易团聚。增塑剂甘油可直接加入溶液中，然后干燥除水。在干燥过程中，蛋白质与二氧化钛粒子共沉淀，形成稳定的谷类蛋白质/纳米二氧化钛复合物。将复合物在将干燥的膜在100～140℃模压成型，可提高蛋白质交联度、提高复合材料的力学强度，并除去残留氨气。
以下结合具体实施例进一步说明本发明。
实施例1称取10g谷朊粉(上海旺味食品有限公司产品)加入90g浓度为10％的氨水中，配成蛋白质浓度为10％的溶液，加入2g锐钛矿型纳米二氧化钛(武汉天力纳米光触媒材料有限公司产品，平均粒径30nm、比表面积40m2/g)与0.5g甘油，电磁搅拌30min使二氧化钛粒子与甘油均匀分散，在50℃干燥3天除去水分，谷类蛋白质/纳米二氧化钛复合物在100℃模压30min成型，得到谷类蛋白质/纳米二氧化钛复合材料。电子拉力机测试结果表明，谷类蛋白质/纳米二氧化钛复合材料的拉伸强度为16±1.2MPa，断裂伸长率为54±2％。
实施例2称取20g大米蛋白粉(杭州三富生化制品有限公司产品)加入380g浓度为20％的氨水中，配成蛋白质浓度为5％的溶液，加入1g金红石型纳米二氧化钛(杭州万景新材料有限公司产品，平均粒径5nm、比表面积400m2/g)与6g三乙醇胺，电磁搅拌30min使二氧化钛粒子与甘油均匀分散，在80℃干燥3天除去水分，谷类蛋白质/纳米二氧化钛复合物在140℃模压10min成型，得到谷类蛋白质/纳米二氧化钛复合材料。电子拉力机测试结果表明，谷类蛋白质/纳米二氧化钛复合材料的拉伸强度为6±0.8MPa，断裂伸长率为114±8％。
实施例3～6分别以小麦醇溶蛋白、大麦醇溶蛋白、玉米醇溶蛋白、或高粱醇溶蛋白代替谷朊粉，其余条件同实施例1。
本发明提供了一种谷类蛋白质/纳米二氧化钛复合材料及其制备方法。本发明所涉及的主要原料谷类蛋白质属于可再生农业资源，来源广泛；本发明所涉及的谷类蛋白质/纳米二氧化钛复合材料的制备方法与工艺流程简单，生产成本低廉，易于推广实施。
权利要求
1.一种谷类蛋白质/纳米二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于，首先将谷类蛋白质加入到重量百分比浓度为10～20％的氨水中，配成重量百分比浓度为5～10％的谷类蛋白质溶液，然后加入纳米二氧化钛粒子，纳米二氧化钛重量为谷类蛋白质重量的5～20％，再加入增塑剂，增塑剂重量为谷类蛋白质重量的5～30％，搅拌使纳米二氧化钛粒子均匀分散，在50～80℃温度下干燥，在100～140℃温度下模压成型，模压时间为10～30min，得到谷类蛋白质/纳米二氧化钛复合材料。
2.根据权利要求1所述的谷类蛋白质/纳米二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于，所述的谷类蛋白质为谷朊粉、大米蛋白粉、小麦醇溶蛋白、大麦醇溶蛋白、玉米醇溶蛋白或高粱醇溶蛋白。
3.根据权利要求1所述的谷类蛋白质/纳米二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于，所述的增塑剂为甘油或三乙醇胺。
4.根据权利要求1所述的谷类蛋白质/纳米二氧化钛复合材料，其特征在于，所述的纳米二氧化钛粒子的粒径为5～30nm、比表面积为40～400m2/g。
全文摘要
本发明公开了一种谷类蛋白质/纳米二氧化钛复合材料及其制备方法。一种谷类蛋白质/纳米二氧化钛复合材料包含谷类蛋白质100重量份、纳米二氧化钛粒子5～20重量份、增塑剂5～30重量份。其制备方法是，在谷类蛋白质的氨水溶液中添加纳米二氧化钛粒子与甘油，搅拌使纳米二氧化钛粒子均匀分散，浓缩干燥以除去水分后得到谷类蛋白质/纳米二氧化钛复合物，经100～140℃模压成型，得到谷类蛋白质/纳米二氧化钛复合材料。本发明所涉及的主要原料谷类蛋白质属于可再生农业资源，来源广泛。本发明所涉及的谷类蛋白质/纳米二氧化钛复合材料的制备方法与工艺流程简单，生产成本低廉，易于推广实施，在可降解蛋白质塑料领域具有广阔的应用前景。
文档编号C08K3/22GK101092515SQ200710070128
公开日2007年12月26日 申请日期2007年7月20日 优先权日2007年7月20日
发明者宋义虎, 郑强 申请人:浙江大学