[发明专利]一种用作渗透蒸发分离生物乙醇的疏水玉米醇溶蛋白膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于天然高分子材料技术领域，具体的说涉及一种疏水玉米醇溶蛋白膜的制备方法及其在渗透蒸发分离生物乙醇领域的应用。 

背景技术

玉米醇溶蛋白(zein)是主要的玉米醇溶谷物蛋白，占总蛋白含量的40～50％，是从天然玉米蛋白粉中非化学方法提取出来的。它的分子结构是由九个重复单元以反平行方式排列形成的α-螺旋，大量非极性的、疏水的氨基酸通过肽键形成氨基酸序列，序列间又通过二硫键和氢键相连接形成三维网状肽链，即三级结构呈纺锤状。高含量的非极性氨基酸，酸性和碱性氨基酸缺乏决定了它的特殊溶解性，即Zein既不溶于水，也不溶于无水乙醇，只可溶于50％～90％乙醇/水溶液中。总的来说，它具有独特的溶解特性、耐热性、成膜性、疏水性、抑菌性和抗氧化性，可用于防潮、隔氧、抗紫外线、防静电等，因此它的研究与开发已成为新型生物基聚合材料的研究热点。基于它的良好疏水性、可降解性和成膜性，被广泛应用于可降解食品包装材料领域；基于其特殊的溶解行为，通过相分离方法形成微球体，国外利用zein微球作为载体应用于药物缓、控释领域。 

生物乙醇作为一种有潜力的，有望替代化石燃料使用的清洁燃料，其来源广泛。目前世界各国都投入大量人力、物力开发利用淀粉类、纤维素类和生物质等的发酵工艺生产生物乙醇新工艺。传统工艺中，生物乙醇的发酵产物即3～5wt％的乙醇溶液通过蒸馏工艺进行分离，耗能较大。为降低能耗，采用渗透蒸发膜分离技术进行共沸物乙醇/水的分离。其工艺发展的瓶颈在于疏水型乙醇分离膜的设计与制备。为此，各种疏水性的膜材料被研究开发出来，包括聚合物膜、沸石分子筛膜及有机-无机杂化膜等。通过渗透蒸发，可以将3～5wt％的乙醇溶液提浓至30wt.％。在实际生产中，发酵装置常常和渗透蒸发分离装置相耦合，从而实现了生物乙醇的连续生产和分离，一方面可及时分离对发酵过程有抑制作用的乙醇组分，实现高效率；另一方面，有效地降低能耗，可降低生物乙醇的生产成本。本发明所用的玉米醇溶蛋白原料恰恰是生物乙醇工业中的副产物，生产5，000万升乙醇大约可回收1.3万吨zein副产物。迄今为止，尚未发现利用zein膜分离乙醇/水溶液的相关专利与文献。 

中国专利N1001318提供了一种在食品、药品包装中使用并可以在自然环境中完全降解的玉米醇溶蛋白膜及其制备方法，该制备方法需要加热操作，需要冰水，并且需要在挤压机上挤压成膜，主要用于食品、药品的包装材料使用。 

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种疏水玉米醇溶蛋白膜的制备方法，解决生物乙醇分离膜材料选择范围窄，成本高，现有疏水玉米醇溶蛋白膜制备工艺复杂的问题。 

本发明的技术方案如下：一种用作渗透蒸发分离生物乙醇的疏水玉米醇溶蛋白膜的制备 方法，在高速搅拌作用下，通过相分离工艺制备微球铸膜液，在多孔基材上涂敷成膜，其工艺步骤如下： 

(1)将一至多份玉米醇溶蛋白粉末分别溶解在乙醇水溶液中，形成原蛋白溶液，并超声5-10min； 

(2)将步骤(1)中得到的原蛋白溶液转移到连有高速搅拌装置的三口瓶中，用NaOH溶液调节溶液体系的pH值至8～10，高速搅拌3～5min，继续搅拌的过程中加入蒸馏水，并控制最终溶液中的乙醇体积分数； 

(3)将步骤(2)中得到的铸膜液通过不同涂膜技术，在不同材质的多孔基材表面进行被膜，被膜工艺完成后，在室温下干燥以去除膜中的残留溶剂。 

所述步骤(1)中乙醇水的浓度为70％～90％。 

所述步骤(1)中原蛋白溶液指5～100mgzein/mL乙醇水溶液。 

所述步骤(2)的高速搅拌装置为实验室分散乳化均质机，搅拌速度为5,000～15,000rpm. 

所述步骤(2)的最终溶液中的乙醇体积分数控制在30％～40％。 

所述步骤(3)中的不同的涂膜技术指流延法、浸渍提拉法、真空抽滤法或旋转涂膜法。 

所述步骤(3)中的不同材质的多孔基材指多孔金属膜管或膜片、聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜材、多孔聚氯乙烯(PVC)膜材、多孔氧化铝(α-Al₂O₃)陶瓷膜管或膜片或多孔氧化硅(SiO₂)陶瓷膜材。