一种利用微流控纺丝技术制备植物蛋白纤维的方法

本发明涉及食品生物，尤其涉及植物蛋白纤维的制备方法及其功能特性。

背景技术：

1、结构蛋白作为一种天然蛋白，在蚕丝、蜘蛛丝等功能性生物材料的生产中起着至关重要的作用。天然蛋白质中的β-折叠和α-螺旋等二级结构赋予了蛋白质基材料独特的生物学功能和优异的力学性能。由于天然蛋白质纤维具有非凡功能特性，因此研究人员对制备仿生蛋白质基生物材料产生了极大的兴趣。目前制备蛋白质基纤维的主要方法有静电纺丝、熔融纺丝、湿法纺丝和干法纺丝。然而，这些方法在制备蛋白质基纤维的过程中往往涉及高压、高温和有毒试剂，这也限制了蛋白质基纤维在组织工程、食品卫生、生物材料等方面的应用。

2、微流控纺丝具有纺丝均匀、可纺丝材料丰富、安全环保、制备方便等优点，近年来被应用于蛋白基纤维的制备。中国专利申请cn110656387a披露了一种适用于化学交联成型的微流控生物纺丝技术，将牛血清蛋白和戊二醛溶液分别注入同轴双通道微流控纺丝芯片的第一微管和第二微管，在注射泵的推动下让两者混合交联，并从出口挤出进入凝固浴，通过转筒收集器收集得到纤维。中国专利申请cn111334883a披露了一种天然蛋白纤维的制备及其应用方法，以天然蛋白如牛血清蛋白、胶原蛋白、禽类蛋清蛋白或牛奶蛋白为原料，戊二醛作为交联剂，分别注入同轴双通道微流控纺丝芯片的第一微管和第二微管，并通过优化纺丝工艺中的参数，获得了力学性能优异的纤维材料，该材料可用于手术缝合。

3、虽然微流控纺丝技术制备的蛋白基纤维具有良好的力学性能和功能特性，这也促进了其在生物医学、纳米材料和食品化学等领域的应用。然而，目前利用微流控纺丝技术制备蛋白质纤维的原材料大多是动物蛋白和球形蛋白，这些蛋白具有不柔性和不刚性等缺点。因此，这些蛋白不是制造结构蛋白纤维的最佳原料。此外，动物蛋白的价格相对昂贵，制备过程容易污染环境，不符合全球可持续发展的理念。因此，利用天然蛋白制备功能性生物纤维仍然是一个非常具有挑战性的课题。从自然资源中提取廉价的蛋白质，并将其制备成具有优异性能的蛋白质基纤维是一个非常具有吸引力的目标。

技术实现思路

1、基于以上理论，本发明拟要解决的问题在于开发一种适用于天然植物蛋白的微流控纺丝技术，本发明得到的植物蛋白基质的生物纤维具有致密的表面结构，较高的力学性能和良好的消化特性。

2、本发明第一方面提供了一种制备植物蛋白纤维的制备方法，包括：1.一种适用于制备植物蛋白纤维的微流控纤维纺丝方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：

3、a)制备过程中所用的植物蛋白，使其达到符合标准的纯度；

4、b)准备微流控纺丝芯片，使其通道尺寸从入口到出口逐渐减小，入口宽度和出口宽度分别为1～3mm和0.1～0.3mm；

5、c)将纳米纤维素溶解在[cu(nh3)4(h2o)2]so4溶液中，然后加入植物蛋白；将混合物在室温下充分搅拌30min，得到纺丝液；

6、d)将纺丝液吸入注射器中，在注射泵的推动下缓慢注射到微流控纺丝芯片中；将芯片出口浸入凝固浴中使混合物瞬间凝固形成纤维；

7、e)凝固后的植物蛋白纤维在超纯水中洗涤去除表面杂质；

8、f)将植物蛋白纤维在干燥后收集。

9、在一个具体的实施方式中，所述纺丝液是将纳米纤维素和植物蛋白分别溶于[cu(nh3)4(h2o)2]so4溶液中，所述纺丝液中的纳米纤维(cn)的质量体积浓度为1％～3％；优选的，所述纳米纤维素质量体积浓度为2％。

10、在另外一个具体的实施方式中，所述纺丝液是将纳米纤维素和植物蛋白分别溶于[cu(nh3)4(h2o)2]so4溶液中，所述纺丝液中的植物蛋白的质量体积浓度为9％～11％；优选的，所述纺丝液中的植物蛋白的质量体积浓度为10％。

11、在另外一个具体的实施方式中，所述凝固浴为稀硫酸溶液；优选的，所述的稀硫酸的浓度为4％～6％；更优选的所述的稀硫酸的浓度为5％。

12、本发明的第二个方面提供一种适用于制备植物蛋白纤维，其特征在于，由权利要求1～8任意一项所述的制备方法制备得到。

13、本发明的第三个方面提供所述的植物蛋白纤维在制备功能性纤维、药物输送、组织工程和食品健康等领域具有潜在应用。

14、与现有技术相比，本发明提供了一种适用于植物蛋白纤维成型的微流控纺丝技术，包括：a)先将纳米纤维素溶解于[cu(nh3)4(h2o)2]so4溶液中，并充分混匀；b)再将植物蛋白溶于已经溶于纳米纤维素的[cu(nh3)4(h2o)2]so4溶液，并充分混匀，得到纺丝液。c)在注射泵的作用下将纺丝液推进微流控芯片并挤出进入凝固浴中，收集得到植物蛋白纤维。

15、本发明选取植物蛋白材料作为纺丝材料，同时结合设计的新型微流控芯片，通过调整纺丝参数，制备出表面结构致密，力学性能较高和消化特性良好的植物蛋白纤维。本发明所制备的植物蛋白纤维材料具有较高的力学特性和功能特性，促进了植物蛋白纤维材料在功能材料和生物医学等方面的应用；本发明的植物蛋白纤维可应用于药物递送、伤口敷料、生物支架和食品健康等领域。

技术特征：

1.一种适用于制备植物蛋白纤维的微流控纤维纺丝制备方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纺丝液是将纳米纤维素和植物蛋白分别溶于[cu(nh3)4(h2o)2]so4溶液中，所述纺丝液中的纳米纤维(cn)的质量体积浓度为1％～3％。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述纳米纤维素质量体积浓度为2％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纺丝液是将纳米纤维素和植物蛋白分别溶于[cu(nh3)4(h2o)2]so4溶液中，所述纺丝液中的植物蛋白的质量体积浓度为9％～11％。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述纺丝液中的植物蛋白的质量体积浓度为10％。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述凝固浴为稀硫酸溶液。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的稀硫酸的浓度为4％～6％。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的稀硫酸的浓度为5％。

9.一种植物蛋白纤维，其特征在于，由权利要求1～8任意一项所述的制备方法制备得到。

10.权利要求9所述的植物蛋白纤维在制备功能性纤维、药物输送、组织工程和食品健康等领域具有潜在应用。

技术总结本发明一种利用微流控纺丝技术制备植物蛋白纤维的方法，以植物蛋白为原料的纤维及其制备方法，所述纤维的原料选自大豆蛋白、米糠蛋白、豌豆蛋白、小麦面筋蛋白和玉米醇溶蛋白，制备方法采用微流控纺丝技术，通过优化微流控纺丝过程中的工艺参数，制得了植物蛋白纤维材料；通过该方法制备的植物蛋白纤维具有光滑的表面结构，优异的力学特性，良好的可消化性，较高的抗氧化活性和较低的致敏性；该纤维具有原料廉价易得、机械性能高、生物活性强、生产方法简单、适于大规模推广和应用等特点。技术研发人员：张慧娟,李忍,冯钰琳,刘洁,龚凌霄受保护的技术使用者：北京工商大学技术研发日：技术公布日：2024/5/8