蛋白质分散体的制作方法

本发明涉及一种植物基蛋白质水凝胶浆料的制备方法，以及由该植物基蛋白质水凝胶浆料制备植物基结构化材料(例如膜、铸件、模制件等)的方法。本发明还涉及植物基蛋白质水凝胶浆料和植物基结构化材料本身，及其用途。

背景技术：

1、越来越迫切需要减少许多日常活动对环境的影响，并减少这些活动中涉及的不可再生资源的数量。这方面的一个例子是越来越多地使用可生物降解或可再生包装来替代传统塑料，例如聚乙烯和聚丙烯(例如用于食品的可食用膜)。

2、因此，努力集中在使用天然或天然来源的材料，例如纤维素、藻酸盐、淀粉、胶原蛋白和胶原蛋白来源的蛋白质，作为膜和包装成型材料。然而，许多这些天然来源的膜往往存在有限的拉伸强度或对水分敏感或有限的阻隔性能等问题，这些问题限制了它们适用的应用范围。一种选择是对成膜材料进行化学改性，通常是使用可以交联长链聚合物的交联化学品，但这会带来复杂性和可能不适合最终用途的额外化学物质，例如在具有高生物降解性的可食用膜或产品中。同样，结合天然材料和合成材料以克服一种材料的任何限制的复合材料的生产也将更加复杂，并且可能不可食用或不可回收。

3、在可以作为构建单元来生成新功能材料(例如膜)的不同类型的生物聚合物中，蛋白质是令人感兴趣的的候选者，因为它们能够自组装成功能化结构。

4、目前，这些材料在商业应用中的用途仅限于高可溶性的动物来源的蛋白质。食品中常用的动物基蛋白质，例如乳清蛋白，具有良好的生物相容性、生物降解性、两亲性和功能特性，例如水溶性、乳化和发泡能力。然而，用植物基蛋白质替代动物来源蛋白质的需求越来越大，这不仅是因为它们对环境的影响较小，而且还因为它们较低的过敏原性和降低的成本。

5、已经报道了自组装水凝胶材料的形成，例如植物基蛋白的膜，其中水凝胶可以在一系列实验条件下从大豆和豌豆蛋白中获得。然而，与从动物来源的材料获得的材料相比，从目前的植物基材料获得的机械性能通常较低，因为植物蛋白更难加工，至少部分原因是它们在水中固有的低溶解度。当前植物基材料的光学和阻隔性能也是如此。

6、因此，需要开发具有改善的物理性能的植物基材料产品的简单途径，以增加植物基材料可用于进一步替代合成材料的应用范围。

技术实现思路

1、从第一方面来看，本发明提供了一种植物基蛋白质水凝胶浆料的制备方法，该方法包括：

2、(a)在溶剂系统中形成包含一种或多种植物基蛋白质的溶液，其中溶剂系统包含可混溶的共溶剂；其中第一共溶剂增加基于植物基蛋白质的溶解度，并且第二共溶剂降低植物基蛋白质的溶解度；

3、(b)诱导溶液中的蛋白质发生溶胶-凝胶转变，以形成植物基蛋白质水凝胶；和

4、(c)对植物基蛋白质水凝胶进行剪切处理，以形成植物基蛋白质水凝胶浆料。

5、从另一方面来看，本发明提供了一种根据上文所述的方法制备的植物基蛋白质水凝胶浆料。

6、从另一方面来看，本发明提供了一种植物基结构化材料的制备方法，该方法包括：

7、(a)按照上述方法制备植物基蛋白质水凝胶浆料；和

8、(b)使植物基蛋白质水凝胶浆料经历一个或多个溶剂水平降低步骤，以降低所述第一共溶剂和/或所述第二共溶剂的水平以得到所述植物基结构化材料。

9、从另一方面来看，本发明提供了一种根据上文所述的方法制备的植物基结构化材料。

10、从另一方面来看，本发明提供了如上文所述的植物基蛋白质水凝胶浆料的用途以生产植物基结构化材料。

11、从另一个方面来看，本发明提供了一种植物基蛋白质水凝胶浆料，其蛋白质固体含量为基于植物基蛋白质水凝胶浆料总重量的5wt％至25wt％，并且在50s-1和20℃下的粘度在10至10,000cps的范围内，其中植物基蛋白质水凝胶浆料包含具有通过激光衍射测定的d50粒径为0.5至150微米的碎片。

12、从另一个方面来看，本发明提供了一种植物基蛋白质水凝胶浆料，其蛋白质固体含量为基于植物基蛋白质水凝胶浆料总重量的5wt％至25wt％，并且在50s-1和20℃下的粘度在10至10,000cps的范围内，其中植物基蛋白质水凝胶浆料包含具有通过动态光散射测定的d50粒径小于500nm的的碎片。

13、从另一方面来看，本发明提供了膜，其包含如上文所述的植物基蛋白质水凝胶浆料。

14、定义

15、如本文所用，术语“低剪切步骤”指其中将低水平的机械能施加至材料的工艺步骤，优选通过切割作用，以使其主要断裂或破碎成大的离散碎片。“低剪切”通常不包括通过高速冲击粉碎或破碎材料的任何研磨步骤，例如以大于2ms-1的差速冲击。它通常也不包括基于空化的磨制工艺。在特定的实施方案中，在低剪切步骤期间，水凝胶被破碎以产生碎片，使得至少80wt％的水凝胶碎片具有通过筛分确定的1mm至50mm的最大尺寸。水凝胶浆料的筛分可根据本文所述的方法进行。

16、如本文所用，术语“高剪切步骤”指施加能量以将水凝胶减小成小碎片，例如以形成例如胶态分散体的工艺步骤。在高剪切步骤期间，可将水凝胶破碎以产生具有通过动态光散射(dls)或激光衍射测定的d50粒径为50nm至150微米的碎片，视情况而定。在特定的实施方案中，在高剪切步骤期间，水凝胶被破碎以产生具有通过动态光散射(dls)测定的小于500nm的d50粒径的碎片。在备选实施方案中，在高剪切步骤期间，水凝胶被破碎以产生具有通过激光衍射测定的d50粒径为0.5至150微米的碎片。dls和激光衍射可以根据本文定义的方法进行。

17、为避免疑义，高剪切步骤使水凝胶受到比低剪切步骤更高水平的剪切。在该方法同时涉及低剪切步骤和高剪切步骤的情况下，高剪切步骤必须发生在低剪切步骤之后(即它们是以这种特定顺序发生的离散步骤)。

技术特征：

1.植物基蛋白质水凝胶浆料的制备方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述植物蛋白质选自大豆蛋白、豌豆蛋白、大米蛋白、马铃薯蛋白、小麦蛋白、玉米醇溶蛋白或高粱蛋白。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将蛋白质溶液加热至高于一种或多种植物基蛋白质溶液的溶胶-凝胶温度的第一温度，然后降低至低于一种或多种植物基蛋白质溶液的溶胶-凝胶温度的第二温度以形成水凝胶。

4.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述剪切处理包括高剪切步骤；优选地，其中所述高剪切步骤涉及将植物基蛋白质水凝胶破碎成碎片；甚至更优选地，其中在所述高剪切步骤中产生的所述碎片具有通过dls测定的小于500nm、优选小于300nm、更优选小于200nm、甚至更优选小于50nm的d50。

5.根据权利要求1至3中任一项的方法，其中所述剪切处理包括高剪切步骤；优选地，其中所述高剪切步骤涉及将植物基蛋白质水凝胶破碎成碎片；甚至更优选地，其中在所述高剪切步骤中产生的所述碎片具有通过激光衍射测定的0.5至150微米，优选0.6至100微米，更优选0.7至70微米，甚至更优选0.8至50微米，更优选0.9至25微米，更优选1至20微米，更优选1至10微米，甚至更优选1至5微米的d50。

6.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述剪切处理包括低剪切步骤，随后是高剪切步骤。

7.根据权利要求5的方法，其中在所述低剪切步骤中产生的至少80％的所述碎片具有通过筛分测定的1mm至50mm、优选1mm至30mm、更优选10mm至30mm，更优选15mm至30mm，甚至更优选20mm至30mm范围内的粒径。

8.根据权利要求6或权利要求7的方法，其中步骤(c)还包括在所述低剪切步骤和所述高剪切步骤之间使植物基蛋白质水凝胶浆料经历溶剂减少步骤，优选增溶溶剂减少步骤；其中所述溶剂减少步骤包括以下步骤：

9.根据权利要求8的方法，其中在洗涤之前，所述植物基蛋白质水凝胶在10rad/s下具有约1000至20,000pa、约1000至15,000pa、约1000至10,000pa、约2000至20,000pa，约2000至15,000pa，约2000至10,000pa的储能模量(g')。

10.根据权利要求8或权利要求9的方法，其中所述洗涤过的植物基蛋白质水凝胶在10rad/s下具有约500至20,000pa、约500至15,000pa、约500至10,000pa、约1000至20,000pa，约1000至15,000pa，或约1000至10,000pa的储能模量(g')。

11.根据前述权利要求中任一项的方法，还包括以下步骤：

12.根据前述权利要求中任一项的方法，还包括向植物基蛋白质水凝胶浆料中添加另外的成分；其中所述另外的成分选自增塑剂、遮光剂、防腐剂、颜料和纳米颗粒，或它们的混合物。

13.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述植物基蛋白质水凝胶浆料具有在50s-1下在10至10000cps的范围内，优选在50s-1下在10至8000cps的范围内，优选在50s-1下在12至6000cps的范围内，优选在50s-1下在15至5000cps的范围内的粘度。

14.植物基蛋白质水凝胶浆料，其根据权利要求1至13中任一项的方法制备。

15.用于制备植物基结构化材料的方法，所述方法包括：

16.根据权利要求15的方法，其中所述植物基结构化材料是膜、铸件或涂层。

17.根据权利要求16的方法，其中所述植物基结构化材料是涂层，所述涂层是食品涂层、种子涂层、药物包衣或表面涂层(例如纸张涂层)。

18.根据权利要求15至17中任一项的方法，其中所述植物基结构化材料包含具有二级结构的植物基蛋白质，其中所述二级结构具有至少40％的分子间β-片层、至少50％的分子间β-片层、至少60％的分子间β-片层，至少70％的分子间β-片层，至少80％的分子间β-片层，或至少90％的分子间β-片层。

19.植物基结构化材料，其根据权利要求15至18中任一项的方法制备。

20.根据权利要求14的植物基蛋白质水凝胶浆料用于生产植物基结构化材料的用途。

21.根据权利要求20的用途，其中所述植物基结构化材料是膜、铸件、模制品或涂层。

22.根据权利要求21的用途，其中所述植物基结构化材料是涂层，其是食品涂层、种子涂层、药物涂层或表面涂层(例如纸张涂层)。

23.植物基蛋白质水凝胶浆料，其具有基于植物基蛋白质水凝胶浆料总重量的5wt％至25wt％的蛋白质固体含量，和在50s-1和20℃下在10至10000cps的范围内的粘度，其中所述植物基蛋白质水凝胶浆料包含具有通过激光衍射测定的d50粒径为0.5至150微米的碎片。

24.根据权利要求23的植物基蛋白质水凝胶浆料，其中所述植物基蛋白质水凝胶浆料包含具有通过激光衍射测定的d50粒径为0.6至100微米的碎片。

25.植物基蛋白质水凝胶浆料，其具有基于植物基蛋白质水凝胶浆料总重量的5wt％至25wt％的蛋白质固体含量，和在50s-1和20℃下在10至10,000cps的范围内的粘度，其中所述植物基蛋白质水凝胶浆料包含具有通过动态光散射测定的d50粒径小于500nm的碎片。

26.根据权利要求25的植物基蛋白质水凝胶浆料，其中所述植物基蛋白质水凝胶浆料包含具有通过动态光散射测定的d50粒径小于300nm的碎片。

27.根据权利要求23至26中任一项的植物基蛋白质水凝胶浆料，其中，基于植物基蛋白质水凝胶浆料总重量，所述蛋白质固体含量为6wt％至20wt％。

28.根据权利要求23至27中任一项的植物基蛋白质水凝胶浆料，其中在50s-1和20℃下的粘度在10至8000cps的范围内。

29.膜，其包含如权利要求23至28中任一项的植物基蛋白质水凝胶浆料。

30.根据权利要求29的膜，其中所述膜：

技术总结
本发明涉及植物基蛋白质水凝胶浆料的制备方法，以及由该植物基蛋白质水凝胶浆料制备植物基结构化材料(例如膜、铸件、模制品等)的方法。

技术研发人员：马克·罗德里格斯加西亚,托马斯·佩蒂·乔纳森·诺尔斯,詹姆斯·沃德·泰勒,波莉·海伦娜·鲁斯·基恩,镰田绫香,奈杰尔·帕特里克·萨默维尔罗伯茨,利奈特·安妮·梅金斯·霍兰德
受保护的技术使用者：XAMPLA有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14