一种天然醛功能化全生物质气凝胶及其制备方法

本发明属于气凝胶领域，涉及了一种天然醛功能化全生物质气凝胶及其制备方法。

背景技术：

1、塑化剂是一种加工助剂，广泛应用于高分子材料中，以改善其加工性及可塑性。邻苯二甲酸酯(phthalate esters,paes)是一类最常用的塑化剂(>85％)，其全球年产量达到490万吨。然而，paes与聚合物基质之间通过非共价键结合，容易向环境迁移，造成了环境污染。多项研究表明paes对人体健康有诸多危害。此外，paes能够通过多种途径进入食品中，比如环境污染导致的食品原料污染、食品加工过程和食品用塑料包装导致污染以及非法人为添加等。因此，paes在世界范围内越来越受到研究的关注，以往的研究主要集中在paes的毒性和检测方面，而开发高效的paes去除技术已成为近年来的研究热点。

2、吸附、高级氧化工艺和生物处理等是去除paes的有效技术。在各种处理方法中，吸附法因其清洁操作而优于其他方法。此外，吸附过程的工业规模化也不需要大型工厂。因此，与高级氧化工艺和生物处理相比，吸附等非破坏性技术从环境保护和经济效益两方面考虑更具有吸引力。

3、气凝胶是一类三维材料，开放、多孔、充满空气的结构使其具有低密度、高孔隙率以及大比表面积等特点，非常适合用作吸附剂。考虑到经济因素以及安全问题，生物聚合物复合气凝胶(多糖和蛋白)已成为水净化的理想候选者，这主要是由于它们无毒、价廉、储量丰富、来源广泛、可生物降解，并且具有生物相容性和可用性等独特特性。

技术实现思路

1、技术问题

2、邻苯二甲酸酯对人体健康有诸多危害，但因其应用范围广，所以会通过各种途径进入到食品的加工中，从而造成不可估量的影响。吸附因其方便、高效是一种优秀的解决方法，因此需要开发一种适用于去除邻苯二甲酸酯的吸附材料。

3、技术方案

4、本发明选用壳聚糖以及乳清分离蛋白淀粉样纤维作为吸附材料，通过一种工艺简单，无安全风险的制备工艺生产出具有优异力学性质、结构稳定性以及高paes亲和力的气凝胶。

5、本发明还采用天然生物交联剂京尼平制备壳聚糖-乳清分离蛋白淀粉样纤维共价网络，以提高气凝胶的力学性质和结构稳定性，同时保证气凝胶的安全性。此外，通过席夫碱共价作用接枝天然醛，用于提高壳聚糖-乳清分离蛋白淀粉样纤维复合气凝胶的力学性质以及对paes的亲和力。为获得令人满意的去除效率，研究了两种芳香醛和三种不同链长或饱和度的脂肪醛对提高paes去除效率的作用。

6、本发明提供一种天然醛功能化全生物质气凝胶的制备方法，包括如下步骤：

7、(1)将壳聚糖分散于淀粉样纤维溶液中，搅拌得到均匀的混合溶液；

8、(2)向步骤(1)所得混合溶液中加入京尼平作为交联剂，加热搅拌一段时间，得到气凝胶前体溶液，静置交联，得到水凝胶；

9、(3)将步骤(2)所得水凝胶经过冻结，然后冷冻干燥得到气凝胶；

10、(4)将步骤(3)所得气凝胶浸泡在天然醛溶液中进行接枝改性，然后取出淋洗，之后干燥得到醛功能化气凝胶。

11、在本发明的一种实施例中，步骤(1)中所述的淀粉样纤维溶液的制备方法包括以下步骤：

12、s1、乳清分离蛋白的纯化：取蛋白粉末加到水中，搅拌得到蛋白分散液，然后调整蛋白分散液的ph为4～5，之后离心取上清液，然后将上清液通过0.4～0.5μm水系滤膜，最后得到的过滤液冷冻干燥得到纯化的蛋白；

13、s2、淀粉样纤维溶液制备：取纯化的蛋白粉末分散在水中，搅拌得到的蛋白溶液，然后调整蛋白溶液的ph为2～2.5，然后搅拌获得乳清分离蛋白淀粉样纤维溶液。

14、进一步的，步骤s1中蛋白粉末为大豆分离蛋白、乳清分离蛋白、溶菌酶中的一种。

15、优选的，步骤s1中蛋白粉末为乳清分离蛋白。

16、进一步的，步骤s1中蛋白分散液的蛋白粉末浓度为5～15wt％。

17、进一步的，步骤s1中搅拌为在100～1000rpm速度下搅拌8～12h。

18、进一步的，步骤s1中离心为在8000～10000×g下离心20～30分钟。

19、进一步的，步骤s2中蛋白溶液的纯化的蛋白粉末浓度为1～5wt％。

20、进一步的，步骤s2中搅拌为在70～90℃下100～1000rpm的速度搅拌8～12h。

21、在本发明的一种实施例中，步骤(1)中所述淀粉样纤维溶液中淀粉样纤维的浓度为1-1.25％(w/v)。

22、在本发明的一种实施例中，步骤(1)中所述淀粉样纤维溶液中还含有1～2wt％的乙酸。

23、在本发明的一种实施例中，步骤(1)中壳聚糖和淀粉样纤维的质量比为1.5～2.5:1。

24、在本发明的一种实施例中，步骤(2)中京尼平以京尼平乙醇溶液的形式加入；所述京尼平乙醇溶液中京尼平的浓度为5～15％(w/v)。

25、在本发明的一种实施例中，步骤(2)中京尼平加入的质量和步骤(1)中壳聚糖的质量之比为1:15～25。

26、在本发明的一种实施例中，步骤(2)中加热温度为45-55℃。

27、在本发明的一种实施例中，步骤(2)中加热时间为15-30min。

28、在本发明的一种实施例中，步骤(2)中静置交联的温度为20-25℃。

29、在本发明的一种实施例中，步骤(2)中静置交联时间为24-32h。

30、在本发明的一种实施例中，步骤(3)中冻结的温度为-20～-10℃，时间为15-30h。

31、在本发明的一种实施例中，步骤(3)中冷冻干燥的压力为1-10pa，温度为-50～-60℃，时间为60-72h。

32、在本发明的一种实施例中，步骤(4)中天然醛包括柠檬醛、香茅醛、肉桂醛、对茴香醛、反-2-己烯醛中的一种或多种。

33、优选的，步骤(4)中天然醛为柠檬醛。

34、在本发明的一种实施例中，步骤(4)中天然醛溶液的溶剂为无水乙醇；天然醛溶液中天然醛的浓度为1.5-1.75％(w/v)。

35、在本发明的一种实施例中，步骤(4)中接枝改性的温度为60-70℃，时间为10-12h。

36、在本发明的一种实施例中，步骤(4)中淋洗是使用无水乙醇进行淋洗。

37、本发明提供根据上述方法制备得到的天然醛功能化全生物质气凝胶。

38、本发明所提供的天然醛功能化全生物质气凝胶在环保或食品加工领域的应用。

39、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

40、1、本发明采用天然交联剂首次制备了壳聚糖-淀粉样纤维共价网络气凝胶，具备优异的力学性质、结构稳定性以及高安全性。

41、2、本发明通过简单的制备工艺，生产出具有优异的力学性质、结构稳定性以及对dbp高亲和力的气凝胶。并且所用材料凝胶为壳聚糖、乳清分离蛋白，其具有无毒、价廉、储量丰富、环保、可生物降解等优点，天然醛被用作改性剂，其具有无毒、抑菌等优点，十分具有工业化生产的应用价值。

42、3、本发明制备的气凝胶具有高安全性和对paes的高亲和力，可应用于paes去除，尤其面向食品工业。