一种纤维复合用藜麦蛋白液及藜麦蛋白纤维的制备方法
阅读说明：本技术 一种纤维复合用藜麦蛋白液及藜麦蛋白纤维的制备方法 (Quinoa protein liquid for fiber compounding and preparation method of quinoa protein fiber ) 是由 赵志远 黄金洪 张静 于 2020-12-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种纤维复合用藜麦蛋白液及藜麦蛋白纤维的制备方法,解决了现有的藜麦蛋白的提取和改性方法并不适用于与再生纤维素纤维结合,且无藜麦蛋白纤维复合材料的技术问题。本发明包括先后采用十六烷基磺酸钠和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯对藜麦蛋白液进行改性处理得到改性藜麦蛋白液。本发明提取的藜麦蛋白的含量和纯度适用于与纤维素纤维复合,且得到的藜麦蛋白复合纤维的蛋白含量高,断裂强度高等优点。(The invention discloses quinoa protein liquid for fiber compounding and a preparation method of quinoa protein fibers, and solves the technical problems that the existing extraction and modification method of quinoa protein is not suitable for being combined with regenerated cellulose fibers and does not have quinoa protein fiber composite material. The invention comprises the step of modifying the quinoa protein liquid by sequentially adopting sodium hexadecyl sulfonate and trimethylolpropane trimethacrylate to obtain the modified quinoa protein liquid. The content and purity of the quinoa protein extracted by the method are suitable for being compounded with cellulose fibers, and the obtained quinoa protein composite fiber has the advantages of high protein content, high breaking strength and the like.)
技术领域
本发明涉及功能性纤维素纤维技术领域，具体涉及一种藜麦蛋白液及其藜麦蛋白纤维的制备方法。
背景技术
藜麦是藜科藜属植物。穗部可呈红、紫、黄，植株形状类似灰灰菜，成熟后穗部类似高粱穗。原产于南美洲安第斯山脉的哥伦比亚、厄瓜多尔、秘鲁等中高海拔山区。具有一定的耐旱、耐寒、耐盐性。藜麦富含的维生素、多酚、类黄酮类、皂苷和植物甾醇类物质具有多种健康功效。藜麦具有高蛋白，藜麦蛋白的主要成分是清蛋白和球蛋白，二硫键的作用使得它们的分子结构更加稳定。藜麦蛋白是一种全蛋白食品，几乎含有全部天然氨基酸，特别是富含人体必须的8中氨基酸和婴幼儿必需的组氨酸，且比例平衡。
再生纤维素纤维是以天然纤维素(棉、麻、竹子、树、灌木、)为原料，不改变它的化学结构，仅仅改变天然纤维素的物理结构，从而制造出来性能更好的再生纤维素纤维。纤维素分子上存在活泼的羟基，使得再生纤维素纤维生产中的各个环节可与许多其他分子接枝共聚，进行结合改性。
将藜麦蛋白与再生纤维素纤维进行复合能得到有利于人体健康的纺丝制品，但是目前还没有相关技术，也没有能与再生纤维素纤维能很好结合的藜麦蛋白液的提取和改性方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有的藜麦蛋白的提取和改性方法并不适用于与再生纤维素纤维结合。
本发明通过下述技术方案实现：
一种纤维复合用藜麦蛋白液的制备方法，先后采用十六烷基磺酸钠和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯对藜麦蛋白液进行改性处理得到改性藜麦蛋白液。
本发明考虑到需要将藜麦蛋白与再生纤维素纤维进行复合，对藜麦蛋白液的分散性以及与再生纤维素纤维的交联性有较高要求，因此，采用了十六烷基磺酸钠来进行藜麦蛋白液进行分散，防止其团聚凝结，再采用三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯对藜麦蛋白液进行改性，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯起到增稠和交联作用，保证藜麦蛋白液具有一定粘度，也为后面与再生纤维素反应提供交联作用。
本发明优选一种纤维复合用藜麦蛋白液的制备方法，所述十六烷基磺酸钠的加入量为所述藜麦蛋白液的3-10％，所述三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的加入量为所述藜麦蛋白液的2-10％。
本发明优选一种纤维复合用藜麦蛋白液的制备方法，所述藜麦蛋白液与十六烷基磺酸钠的反应温度为50-60℃，反应时间为至少1h，所述藜麦蛋白液与三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的反应温度为70-80℃，反应时间为至少1h。
本发明考虑到在热环境下，十六烷基磺酸钠的分散效果更好，因此，选用了50-60℃，并且使其持续一段时间来保持藜麦蛋白液的均匀稳定，而后再在50-60℃基础上升温至70-80℃，再加入三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯进行交联反应，本发明通过先分散再交联处理的方式，并且通过合理的温度和时间控制使得藜麦蛋白液交联效果好，能更好地与纤维素纤维结合。
本发明优选一种纤维复合用藜麦蛋白液的制备方法，所述藜麦蛋白液的制备方法包括如下步骤：先采用碱性蛋白酶对藜麦分散浆进行初步酶解，再采用淀粉酶和消化酶对藜麦进行二次酶解得到藜麦蛋白浆液，干燥所述藜麦蛋白浆液得到藜麦蛋白粉。
本发明优选一种纤维复合用藜麦蛋白液的制备方法，所述藜麦在酶解之前先进行预处理，所述预处理方法为：先用热水发胀，再去除水分并采用易挥发醇混合研磨得到所述藜麦分散浆。
本发明优选一种纤维复合用藜麦蛋白液的制备方法，所述藜麦先采用碱液调节PH至9-11，再加入碱性蛋白酶进行水解得到藜麦蛋白初浆液，再采用酸调节所述藜麦蛋白初浆液的PH至中性后加入淀粉酶和消化酶得到所述藜麦蛋白浆液。
本发明采用环保无害的酶解法，且为了使得藜麦中的蛋白能充分水解和释放，先用热水发胀，再采用藜麦：乙醇＝1:2-8的比例进行研磨，然后再进行酶解，由于随着藜麦蛋白质的逐步水解，蛋白液的PH值逐渐降低，因此，先用碱性蛋白酶一次酶解处理，后调至PH为中性后采用淀粉酶和消化酶进行二次酶解，使得让藜麦中的蛋白能充分水解，待水解完成后，再喷雾干燥成藜麦蛋白粉。
本发明优选一种纤维复合用藜麦蛋白液的制备方法，将所述藜麦蛋白粉溶于溶剂和碱液并经过多次纯化得到所述藜麦蛋白液，所述纯化包括离心和压滤。
本发明优选一种纤维复合用藜麦蛋白液的制备方法，所述纯化的具体步骤为：按藜麦蛋白粉和乙醇按照1:2-8混合，溶解在温度为50-85℃的碱液中进行充分溶解，将溶解后的蛋白液进行离心过滤，再用板框过滤机进行二次过滤得到藜麦蛋白液。
溶解的温度曲线为：先在室温以2℃/min上升至60℃，保温0.5-2h，再将温度以5℃/min上升至80-85℃。
为了得到更纯的藜麦蛋白液，本发明对酶解干燥后得到的藜麦蛋白粉进行再次溶解并提纯，采用与乙醇混合，并用氢氧化钠溶液在合理的温度条件下进行溶解，得到的藜麦蛋白溶解液再进行两次提纯最终得到纯化后的藜麦蛋白液，此时，再对该纯化后的藜麦蛋白液采用十六烷基磺酸钠分散以及采用三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯进行交联改性，最终得到藜麦蛋白含量为10-50％的适用于与再生纤维素纤维复合的藜麦蛋白液。
一种藜麦蛋白纤维的制备方法，将改性藜麦蛋白液与羧甲基纤维素钠进行交联反应得到藜麦蛋白交联液。
本发明为了提高藜麦蛋白与再生纤维素纤维结合性，在于粘胶进行复合之前，再进行一次交联改性，具体是采用羧甲基纤维素钠进行处理，进一步保证溶液的稳定性，保证蛋白液体系的粘度，增加纤维素与蛋白的反应，使蛋白尽可能的被利用，减少流失。
进一步地，所述羧甲基纤维素钠的添加方式是采用1-3％的羧甲基纤维素钠溶液，其中羧甲基纤维素钠溶液占藜麦蛋白液的质量比为2-8％。
本发明优选的一种藜麦蛋白纤维的制备方法，对所述藜麦蛋白交联液和粘胶纺丝液分别进行一次脱泡，并将一次脱泡后的所述藜麦蛋白交联液与粘胶纺丝液混合后再进行二次脱泡。
本发明为了减少气泡，提高纤维的强度，采用两次脱泡工艺，一次是对藜麦蛋白交联液和粘胶纺丝液分别脱泡，再在二者混合后进行二次脱泡，所述藜麦蛋白液：粘胶液体积比15％-40％。
本发明的藜麦蛋白液与粘胶采用二浴法湿法纺丝，将脱泡后的含藜麦蛋白的粘胶液由供胶管路送进纺丝机，由计量泵定量送入，通过烛形滤器再次滤去粒子杂质，并由曲管送入喷丝头组件。粘胶在压力下通过众多喷丝孔，形成众多粘胶细流。
对粘胶细丝进行凝固和固化：粘胶细流出来后，进入凝固浴，在经含硫酸钠250-360g/L，硫酸80-130g/L，硫酸锌10-50g/L，助剂8-25g/L，比重为1.25-1.32，温度为40-60℃的凝固浴凝固成型后成为初生丝条。初生丝条由导丝盘送去集束拉伸，在固化浴中，初生丝条经受拉伸的同时，最终完成分解再生过程，纤维的结构和性能基本定型下来，同时将蚕蛹蛋白固着在纤维素表面，形成稳定的皮芯结构。
对凝固后的纺丝进行后处理：
将上述纤维束按一定规格进行切断，再经过酸洗、脱硫、水洗、酸洗、水洗、上油、脱水、烘干后得到藜麦蛋白粘胶纤维。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明采用了十六烷基磺酸钠来进行藜麦蛋白液进行分散，防止其团聚凝结，再采用三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯对藜麦蛋白液进行改性，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯起到增稠和交联作用，保证藜麦蛋白液具有一定粘度，也为后面与再生纤维素反应提供交联作用。
2、本发明采用环保无害的酶解法，且为了使得藜麦中的蛋白能充分水解和释放，先用热水发胀，再对藜麦进行研磨，然后再进行两次酶解，使得让藜麦中的蛋白能充分水解。
3、本发明提取的藜麦蛋白液的含量和纯度，配合分散和交联反应，与纤维素纤维的结合性好，蛋白含量和断裂强度均较高。
4、本发明通过在纺丝前再采用羧甲基纤维素钠对藜麦蛋白液进行一次交联改性，并且通过两次脱泡，得到了蛋白含量和纤维断裂强度均较高的藜麦蛋白纤维。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
一种藜麦蛋白的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：藜麦预处理
将藜麦用纯水连续搅拌漂洗后沥尽水份，再用热水浸泡5h，用烘箱烘干，加入乙醇搅拌均匀后放入研磨机中进行研磨，藜麦和乙醇的比例为1：5；
步骤2：酶解
用氢氧化钠调节PH＝9.5-10.5，加入藜麦蛋白浆液8％的碱性蛋白酶进行水解，保温在30-35℃，持续2h，初步得到藜麦蛋白初浆液，再用稀醋酸调节PH至6.5-7.5加入8％的淀粉酶和消化酶，所述淀粉酶和消化酶的质量比为1:1，保温在30-35℃，充分反应2h，将获得的蛋白液进行喷雾干燥获得高纯度藜麦蛋白粉。
步骤3：交联改性
将藜麦蛋白粉与乙醇按照1:5的比例进行混合，并采用浓度为3％的氢氧化钠溶液中进行充分溶解，具体的溶解温度曲线为：先在室温以2℃/min上升至60℃，保温2h，为了使藜麦蛋白粉充分溶胀溶解，便于后面快速溶解，再将温度以5℃/min上升至80-85℃，保温1h，破坏分子链结构使蛋白快速充分溶解将溶解后的蛋白液使用离心机进行过滤，转速6000转/分钟，过滤6分钟，再用板框过滤机进行二次过滤，板框压滤的滤布孔径为600-1300目。
将过滤后的滤液即藜麦蛋白液温度升至50-60℃，加入6％的十六烷基磺酸钠，搅拌均匀，反应2h；再将温度升至70℃-80℃，加入6％三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，搅拌均匀，反应2h，搅拌均匀获得的藜麦蛋白液中蛋白含量为25％。
一种藜麦蛋白纤维的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：藜麦蛋白液的二次交联改性
将2％的羧甲基纤维素钠溶液通过计量器缓慢的加入藜麦蛋白液中，羧甲基纤维素钠溶液与藜麦蛋白液的质量占比分别为0.06：1，用搅拌器混合均匀。将混合后的藜麦蛋白液与粘胶纺丝液分别进行一次脱泡，再按比例由计量泵及供应系统分别输送至纺丝前工序进行静态混合，再次进行二次脱泡，藜麦蛋白液：粘胶液体积比为25％。
步骤S2：纺丝
本发明的方法采用二浴法湿法纺丝，将脱泡后的含藜麦蛋白的粘胶液由供胶管路送进纺丝机，由计量泵定量送入，通过烛形滤器再次滤去粒子杂质，并由曲管送入喷丝头组件，粘胶在压力下通过众多喷丝孔，形成众多粘胶细流。
步骤S3：凝固与固化
粘胶细流出来后，进入凝固浴，在经含硫酸钠300g/L，硫酸100g/L，硫酸锌30g/L，助剂18g/L，比重为1.31，温度为50℃的凝固浴凝固成型后成为初生丝条。初生丝条由导丝盘送去集束拉伸，在固化浴中，初生丝条经受拉伸的同时，最终完成分解再生过程，纤维的结构和性能基本定型下来，同时将蚕蛹蛋白固着在纤维素表面，形成稳定的皮芯结构。
步骤S4：后处理
将上述纤维束按一定规格进行切断，再经过酸洗、脱硫、水洗、酸洗、水洗、上油、脱水、烘干后得到藜麦蛋白粘胶纤维。
实施例2
一种藜麦蛋白的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：藜麦预处理
将藜麦用纯水连续搅拌漂洗后沥尽水份，再用热水浸泡3h，用烘箱烘干，加入乙醇搅拌均匀后放入研磨机中进行研磨，藜麦和乙醇的比例为1：5；
步骤2：酶解
用氢氧化钠调节PH＝9.5，加入藜麦蛋白浆液0.05的碱性蛋白酶进行水解，保温在30-35℃，初步得到藜麦蛋白初浆液，再用稀醋酸调节PH至6.5-7.5加入淀粉酶和消化酶，保温在30-35℃，充分反应3h，将获得的蛋白液进行喷雾干燥获得高纯度藜麦蛋白粉。
步骤3：交联改性
将藜麦蛋白粉与乙醇按照1:5的比例进行混合，并采用浓度为0.8％的氢氧化钠溶液进行充分溶解，具体的溶解温度曲线为：先在室温以2℃/min上升至60℃，保温0.5h，再将温度以5℃/min上升至80-85℃，将溶解后的蛋白液使用离心机进行过滤，转速3000转/分钟，过滤3分钟，再用板框过滤机进行二次过滤。
将过滤后的滤液即藜麦蛋白液温度升至50-60℃，加入3％的十六烷基磺酸钠，搅拌均匀，反应1h；再将温度升至70℃-80℃，加入2％三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，搅拌均匀，反应1h，搅拌均匀获得的藜麦蛋白液中蛋白含量为15％。
一种藜麦蛋白纤维的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：藜麦蛋白液的二次交联改性
将1％的羧甲基纤维素钠溶液通过计量器缓慢的加入藜麦蛋白液中，羧甲基纤维素钠溶液与藜麦蛋白液的质量占比分别为0.02：1，用搅拌器混合均匀。将混合后的藜麦蛋白液与粘胶纺丝液分别进行一次脱泡，再按比例由计量泵及供应系统分别输送至纺丝前工序进行静态混合，再次进行二次脱泡，藜麦蛋白液：粘胶液体积比为15％。
步骤S2：纺丝
本发明的方法采用二浴法湿法纺丝，将脱泡后的含藜麦蛋白的粘胶液由供胶管路送进纺丝机，由计量泵定量送入，通过烛形滤器再次滤去粒子杂质，并由曲管送入喷丝头组件，粘胶在压力下通过众多喷丝孔，形成众多粘胶细流。
步骤S3：凝固与固化
粘胶细流出来后，进入凝固浴，在经含硫酸钠250g/L，硫酸80g/L，硫酸锌10g/L，助剂8g/L，比重为1.25，温度为40℃的凝固浴凝固成型后成为初生丝条。初生丝条由导丝盘送去集束拉伸，在固化浴中，初生丝条经受拉伸的同时，最终完成分解再生过程，纤维的结构和性能基本定型下来，同时将蚕蛹蛋白固着在纤维素表面，形成稳定的皮芯结构。
步骤S4：后处理
将上述纤维束按一定规格进行切断，再经过酸洗、脱硫、水洗、酸洗、水洗、上油、脱水、烘干后得到藜麦蛋白粘胶纤维。
对比例1
本实施例与实施例1的区别在于，所述十六烷基磺酸钠的添加量为藜麦蛋白液的3％，所述三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的添加量为藜麦蛋白液的2％。
对比例2
本实施例与实施例1的区别在于，所述十六烷基磺酸钠的添加量为藜麦蛋白液的10％，所述三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的添加量为藜麦蛋白液的10％。
对比例3
本实施例与实施例1的区别在于，所述2％羧甲基纤维素钠溶液的添加量为藜麦蛋白液的4％。
对比例4
本实施例与实施例1的区别在于，所述2％羧甲基纤维素钠溶液的添加量为藜麦蛋白液的8％。
对比例5
本实施例与实施例1的区别在于，酶解后的藜麦蛋白液不添加十六烷基磺酸钠、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯进行改性。
对比例6
本实施例与实施例1的区别在于，一次改性后的藜麦蛋白液不添加羧甲基纤维素钠溶液进行二次交联改性。
对比例7
本实施例与实施例1的区别在于，仅在藜麦蛋白与粘胶纺丝液混合后，进行一次脱泡，而不单独对藜麦蛋白交联液和粘胶纺丝液单独脱泡。
对以上实施例和对比例进行蛋白含量和纤维断裂强度进行检测，得到的检测结果如下表1所示：
表1.不同实施例所得的样品的性能检测表
从上表可以看出：
(1)对藜麦蛋白液进行一次改性和二次改性后，其蛋白含量和纤维断裂强度均较高。
(2)藜麦蛋白液只进行一次脱泡后的纤维断裂强度低于两次脱泡后的纤维断裂强度，这主要是由于纤维中气泡脱除不干净导致的结果。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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