二氧化硅改性小麦面筋蛋白纳米复合材料的制备方法

摘要

一种二氧化硅改性小麦面筋蛋白纳米复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：a、按质量比取5wt％～30wt％纳米二氧化硅和70wt％～95wt％小麦面筋蛋白；b、将纳米二氧化硅制备成浓度为0.5wt％～4.5wt％的二氧化硅乙醇水溶液，所述二氧化硅乙醇水溶液中乙醇浓度为40wt％～80wt％；c、将小麦面筋蛋白分散加入到b步骤所制备的二氧化硅乙醇水溶液中，强力搅拌；然后缓慢滴加氢氧化钠或氨水进行反应；d、搅拌后按小麦面筋蛋白质量的20wt％～35wt％添加增塑剂和CMC，CMC添加量为小麦面筋蛋白质量的2.5wt％％～6.25wt％；e、加热搅拌反应后得到凝胶状复合物，将其超声或真空脱气后在25℃～60℃下流延干燥，制备出二氧化硅改性小麦面筋蛋白纳米复合材料。

权利要求

1.一种二氧化硅改性小麦面筋蛋白纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：a、按质量比取5wt％～30wt％纳米二氧化硅和70wt％～95wt％小麦面筋蛋白；

b、将纳米二氧化硅制备成浓度为0.5wt％～4.5wt％的二氧化硅乙醇水溶液，所述二氧化硅乙醇水溶液中乙醇浓度为40wt％～80wt％；

c、将小麦面筋蛋白分散加入到b步骤所制备的二氧化硅乙醇水溶液中，强力搅拌分散；然后缓慢滴加氢氧化钠或氨水，调节体系的pH值为9.0～12.0；其中：小麦面筋蛋白加入时温度为室温，强力搅拌分散时间为0.5h～1.5h；

d、搅拌后按小麦面筋蛋白质量的20wt％～35wt％添加增塑剂和CMC，CMC添加量为小麦面筋蛋白质量的3.4wt％～6.25wt％；其中：所述增塑剂为甘油、聚乙二醇、聚乙烯醇、琼脂、明胶或阿拉伯胶中的任意一种；

e、加热搅拌反应后得到凝胶状复合物，将其超声或真空脱气后在25℃～60℃条件下流延干燥，制备出二氧化硅改性小麦面筋蛋白纳米复合材料；其中：加热搅拌的反应时间为0.5h～1.5h，反应温度为40℃～90℃。

说明书

二氧化硅改性小麦面筋蛋白纳米复合材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种可生物降解的二氧化硅改性小麦面筋蛋白复合材料的制备方法，属于高分子材料领域，也属于环境科学领域。

背景技术

[0002] 目前商业上大量使用的聚合包装膜，因其长期存留引起环境污染具有一定毒性而逐渐被禁用。随着人们对食品品质和保藏期的要求的提高，以及人们环保意识的提高，以天然生物材料制成的可生物降解包装膜逐渐成为热点。而可食用膜的原料为多糖、蛋白质、脂类或几种成分的复合，能通过防止气体、水汽和溶质等的迁移来保持食品的质量，延长储藏期，并可降低生产成本。与合成包装材料相比，可降解复合材料能被生物降解，无任何污染。而且蛋白膜具有较高的营养价值，口感好，透性小等特点，是食品保鲜的理想材料。因而，开发以天然生物材料制成的生物降解塑料与新复合材料具有广阔的应用前景。小麦面筋蛋白中主要含有麦醇溶蛋白与麦谷蛋白，具有优良的成膜与可塑性。

[0003] 谷物蛋白是淀粉工业的副产品，目前主要用作饲料添加剂。采用谷物蛋白质制备可降解材料是提高谷物蛋白的附加值、缓解白色污染的有效途径之一。植物蛋白材料的力学性能较差，需要经过酶处理或化学交联等来提高材料的抗拉性能、延伸性与透水性。纳米粒子填充改性是提高蛋白质材料力学性能的另一途径。近几年来应用纳米级粒子具有特殊的“表面效应”、“体积效应”以及“量子效应”，将纳米级粒子填充到植物蛋白中，使蛋白材料的性能得到了很好的改善。如中国专利申请号200610018534.2“大豆蛋白纳米复合塑料及其制备方法”公开了采用纳米二氧化硅与大豆蛋白复合，提高大豆蛋白塑料力学性能的方法，将大豆蛋白与二氧化硅分散于水中，冷冻干燥后在密炼机中与甘油混合，然后模压成型。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转复合物，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。中国专利申请号200710070114.3“谷朊粉/碳酸钙原位复合材料及其制备方法”公开了采用纳米碳酸钙与谷朊粉(小麦面筋蛋白)复合，提高小麦面筋蛋白材料力学性能的方法，将谷朊粉、氨、氯化钙溶于水中，加入碳酸氢铵水溶液，反应后洗涤并离心，干燥、研磨，得到粉状谷朊粉/碳酸钙原位复合物，再与甘油混合后热压加工成谷朊粉/碳酸钙纳米复合物。为了降低材料的生产成本，本发明中制膜方式选择的是流延成膜法，这对材料的厚度有一定的限制，使材料的性能受到一定的影响。但是与以上所述专利中采用的先改性，再干燥成粉热压成膜的制膜方式相比较，采用制膜溶液直接流延法加工省去了离心，干燥等步骤，在简化工艺的同时也能够节约很大的生产制造成本。

发明内容

[0004] 本发明的目的正是利用制膜溶液直接流延法提供一种能通过防止气体、水汽和溶质等的迁移来保持食品的质量，延长储藏期，并可降低生产成本的二氧化硅改性小麦面筋蛋白复合材料的制备方法。本发明所制备出的材料具有良好的力学性能及较低的水蒸汽透过率。

[0005] 本发明的二氧化硅改性小麦面筋蛋白纳米复合材料的制备方法包括以下步骤：

[0006] a、按质量比取5wt％～30wt％纳米二氧化硅和70wt％～95wt％小麦面筋蛋白；

[0007] b、将纳米二氧化硅制备成浓度为0.5wt％～4.5wt％的二氧化硅乙醇水溶液，所述二氧化硅乙醇水溶液中乙醇浓度为40wt％～80wt％；

[0008] c、将小麦面筋蛋白分散加入到b步骤所制备的二氧化硅乙醇水溶液中，强力搅拌分散；然后缓慢滴加氢氧化钠或氨水，调节体系的pH值为9.0～12.0；

[0009] d、搅拌后按小麦面筋蛋白质量的20wt％～35wt％添加增塑剂和CMC，CMC添加量为小麦面筋蛋白质量的2.5wt％％～6.25wt％；

[0010] e、加热搅拌反应后得到凝胶状复合物，将其超声或真空脱气后在25℃～60℃条件下流延干燥，制备出二氧化硅改性小麦面筋蛋白纳米复合材料。

[0011] 本发明中所述的增塑剂为甘油、聚乙二醇、聚乙烯醇、琼脂、明胶或阿拉伯胶中的任意一种。

[0012] 本发明中小麦面筋蛋白加入时温度为室温，强力搅拌分散时间为0.5～1.5h；加热搅拌的反应时间为0.5h～1.5h，反应温度为40℃～90℃。

[0013] 本发明的有益效果如下：

[0014] 由于纳米二氧化硅无毒、无味、无污染，颗粒尺寸小，比表面积大，表面存在大量不饱和键及不同键合状态的羟基，加入后会使原有材料性能有非常明显的变化。因此，本发明利用的也正是植物蛋白与纳米二氧化硅之间的化学结合作用，首次使用二氧化硅为植物蛋白膜的增强填料，制备出了力学性能和耐水性良好的可生物降解材料。

具体实施方式

[0015] 本发明以下将结合实施例作进一步详述：

[0016] 实施例1：

[0017] a、按质量比取5wt％纳米二氧化硅和95wt％小麦面筋蛋白；

[0018] b、将纳米二氧化硅制备成浓度为0.5wt％的二氧化硅乙醇水溶液，所述二氧化硅乙醇水溶液中乙醇浓度为70wt％；

[0019] c、将小麦面筋蛋白在室温下分散加入到b步骤所制备的二氧化硅乙醇水溶液中，强力搅拌分散，搅拌时间控制在0.5h；然后缓慢滴加氢氧化钠溶液，调节体系的pH为11.0；

[0020] d、搅拌后按小麦面筋蛋白质量的20wt％添加甘油和CMC，CMC添加量为小麦面筋蛋白质量的4.0wt％；

[0021] e、再将d步骤所得混合溶液，在反应温度为60℃的条件下搅拌反应0.5h，加热搅拌后得到凝胶状复合物，将其超声脱气后在45℃条件下流延干燥，制备出二氧化硅改性小麦面筋蛋白纳米复合材料，编号为MG-1。

[0022] 实施例2：

[0023] a、按质量比取22.5wt％纳米二氧化硅和77.5wt％小麦面筋蛋白；

[0024] b、将纳米二氧化硅制备成浓度为3.5wt％的二氧化硅乙醇水溶液，所述二氧化硅乙醇水溶液中乙醇浓度为50wt％；

[0025] c、将小麦面筋蛋白在室温下分散加入到b步骤所制备的二氧化硅乙醇水溶液中，强力搅拌分散，搅拌时间控制在0.8h；然后缓慢滴加氢氧化钠溶液，调节体系的pH为11.0；

[0026] d、搅拌后按小麦面筋蛋白质量的23wt％添加甘油和CMC，CMC添加量为小麦面筋蛋白质量的3.4wt％；

[0027] e、再将d步骤所得混合溶液，在反应温度为60℃的条件下搅拌反应1.0h，加热搅拌后得到凝胶状复合物，将其超声脱气后在55℃条件下流延干燥，制备出二氧化硅改性小麦面筋蛋白纳米复合材料，编号为MG-2。

[0028] 实施例3：

[0029] a、按质量比取26wt％纳米二氧化硅和74wt％小麦面筋蛋白；

[0030] b、将纳米二氧化硅制备成浓度为3.0wt％的二氧化硅乙醇水溶液，所述二氧化硅乙醇水溶液中乙醇浓度为50wt％；

[0031] c、将小麦面筋蛋白在室温下分散加入到b步骤所制备的二氧化硅乙醇水溶液中，强力搅拌分散，搅拌时间控制在1.0h；然后缓慢滴加氢氧化钠溶液，调节体系的pH为11.0；

[0032] d、搅拌后按小麦面筋蛋白质量的20wt％添加甘油和CMC，CMC添加量为小麦面筋蛋白质量的4.0wt％；

[0033] e、再将d步骤所得混合溶液，在反应温度为50℃的条件下搅拌反应0.5h，加热搅拌后得到凝胶状复合物，将其超声脱气后在45℃条件下流延干燥，制备出二氧化硅改性小麦面筋蛋白纳米复合材料，编号为MG-3。

[0034] 实施例4：

[0035] a、按质量比取20wt％纳米二氧化硅和80wt％小麦面筋蛋白；

[0036] b、将纳米二氧化硅制备成浓度为3.5wt％的二氧化硅乙醇水溶液，所述二氧化硅乙醇水溶液中乙醇浓度为80wt％；

[0037] c、将小麦面筋蛋白在室温下分散加入到b步骤所制备的二氧化硅乙醇水溶液中，强力搅拌分散，搅拌时间控制在1.5h；然后缓慢滴加氢氧化钠溶液，调节体系的pH为11.0；

[0038] d、搅拌后按小麦面筋蛋白质量的20wt％添加阿拉伯胶和CMC，CMC添加量为小麦面筋蛋白质量的4.0wt％；

[0039] e、再将d步骤所得混合溶液，在反应温度为60℃的条件下搅拌反应1.5h，加热搅拌后得到凝胶状复合物，将其超声脱气后在45℃条件下流延干燥，制备出二氧化硅改性小麦面筋蛋白纳米复合材料，编号为MG-4。

[0040] 实施例5：

[0041] a、按质量比取25wt％纳米二氧化硅和75wt％小麦面筋蛋白；

[0042] b、将纳米二氧化硅制备成浓度为2.5wt％的二氧化硅乙醇水溶液，所述二氧化硅乙醇水溶液中乙醇浓度为70wt％；

[0043] c、将小麦面筋蛋白在室温下分散加入到b步骤所制备的二氧化硅乙醇水溶液