專利名稱：采用酶法水解制革下腳料為原料制備表面活性劑的方法
技術領域：
本發明涉及一種先用酶法水解制革下腳料再以該水解物為原料制備表面活性劑的方法，屬于蛋白基表面活性劑的制備領域。
背景技術：
表面活性劑是從20世紀50年代開始隨著石油工業的飛速發展而興起的一類新型化學品，是精細化工的重要產品。進入21世紀后，隨著全球石油資源日益匱乏，且化學合成表面活性劑安全性低、生物相容性差、不易降解等弊端的不斷顯現，迫切要求采用綠色環保工藝和可再生資源生產易降解、無毒、溫和、高效的新型表面活性劑，而蛋白基表面活性劑就是其中一個重要的發展方向。由于蛋白質是動植物體的組成成分，使蛋白基表面活性劑具有良好的生物相容性和降解性。并且蛋白質獨特的分子結構和豐富的活性基團將賦予蛋白基表面活性劑某些特殊的功能。因此，具有良好性能的蛋白基表面活性劑不僅可以更好地服務于傳統領域和行業，而且還可以滿足新領域和特定應用環境下的要求(歐陽林娟等.環境友好型蛋白質生物表面活性劑研究進展.安徽農業科學，2010，38 :擬98 8302)。例如，蛋白基表面活性劑可以作為有機材料在水中的增溶劑，同時增強其生物相容性，拓展其應用令頁域(Chiu YC et al· Rapid dissolution of vitamin E by using sodium N-Iauroylsarcosinate ionic surfactant. Colloid surface A，1994,90 :155-165)。它還可以利用形成的微膠束膜固定生物醫學材料，幫助其溶解、滲透或特定位點的釋放。此外，由于具備良好的安全性、配伍性、增效性和降解性，蛋白基表面活性劑在農藥的使用上將有廣闊的應用前景(鄧坤學等.農藥用表面活性劑研究進展.化工進展，2009二8: 2199 2203)。目前國際上有影響力的蛋白基表面活性劑產品有美國的Hamposyl、德國的 Medialan和日本的Amisoft。國內在此方面的研究與國外相比有較大差距，對于高質量產品的需求仍需進口。因此，開發具有高效、溫和、易降解、多功能性的蛋白基表面活性劑將是表面活性劑行業重要的發展方向。制革工業在生產過程中會產生大量的邊角余料，俗稱制革下腳料。制革下腳料的主要成分為膠原蛋白，其約占總量的80 90%，是優質的蛋白資源，對制革下腳料的加工處理往往使膠原以蛋白多肽的形式被提取出來，且大量的活性基團被暴露和產生，這不僅使提取得到的膠原多肽具有更好的水溶性，而且為其接枝疏水基合成表面活性劑提供了更多的作用位點。因此，從制革下腳料中提取膠原多肽然后合成表面活性劑是一條可行的技術路線。目前，國內膠原蛋白類表面活性劑已有的主要產品為雷米邦(關蕊等.明膠基表面活性劑.明膠科學與技術，2002，22 :147-154)。但由于其采用強堿水解膠原的工藝，使膠原蛋白的結構受到極大的破壞，且膠原蛋白的分子量及其分布難以控制，進而嚴重影響了最終產品的性能。本發明方法中采用酶法水解制革下腳料得到膠原蛋白，可以選擇性地得到具有特定分子量及其分布的膠原蛋白，進而制備具有較優性能的表面活性劑，滿足下游工業在不同領域和特定應用條件下的需求。此外，由于采用酶法水解和水-有機溶劑下的合成工藝，本發明方法對環境的污染較堿法工藝更小，且最終產品中副產物含量低。文獻查閱結果顯示，尚無采用酶法水解制革下腳料制備表面活性劑的報道。制革下腳料分為含鉻和不含鉻兩大類，本發明中以不含鉻下腳料為原料，通過酶法水解得到膠原蛋白，再進一步反應制備表面活性劑。

發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足而提供一種采用酶法水解制革下腳料并制備表面活性劑的方法，其特點是克服傳統生產工藝上的局限性，而建立一種生產安全、高效、易降解、多功能性的蛋白基表面活性劑的方法，在更好地服務于傳統領域和行業的同時，還可以滿足新領域和特定應用環境下的要求。本發明的目的由以下技術措施實現，其中所述原料份數除特殊說明外，均為重量份數。本發明者在考察制備的蛋白基表面活性劑的性質時發現，采用不同酶法水解制革下腳料對蛋白基表面活性劑的表面活性具有顯著影響。這是由于制革下腳料的不同酶水解物具有不同的特性，如分子量分布、活性基團種類和數量以及電荷性質等，而這些特性將直接關系到蛋白基表面活性劑的生物相容和功能特性，賦予產品不同的乳化性，發泡性、潤濕性及降低表面張力的能力等。采用酶法水解制革下腳料并制備表面活性劑的方法包括以下步驟(1).將100份制革下腳料加入到500 900份水中，于溫度30 60°C浸泡0. 5 4. Oh,加入1 5份纖維分散劑，于溫度30 60°C攪拌反應0. 5 4. Oh,再加入0. 2 0. 8 份蛋白酶，于溫度30 70°C攪拌反應2 8h，然后升溫至100°C滅酶活5 lOmin，冷卻、 過濾后獲得水解膠原蛋白；(2).將按步驟1得到的100份水解膠原蛋白加入到裝有冷卻回流裝置的封閉式反應釜中，分別加入10 50份有機溶劑和5 30份10 50% NaOH水溶液，然后于溫度 30 70°C攪拌滴加5 30份油脂酰氯，在冷卻回流下反應0. 5 4h，關閉冷卻回流裝置再反應0. 5 4h，獲得蛋白基表面活性劑產品。制革下腳料為未經鉻鞣制的邊角余料，包括牛皮、羊皮或豬皮中的任一種。纖維分散劑為氫氧化鈉、氫氧化鈣、硫酸銨、鹽酸或硫酸中的任一種。蛋白酶為1398蛋白酶、2709蛋白酶、Alcalase、胰蛋白酶、537蛋白酶或胃蛋白酶中的任一種。有機溶劑為乙醇、丙酮或四氫呋喃中的任一種。油脂酰氯為月桂酸、棕櫚酸、硬脂酸、油酸或亞油酸的酰氯化物中的任一種。性能測試1.表面張力的測定采用滴重法(王培義等.表面活性劑-合成性能應用.化學工業出版社，2009，140)，測試儀器型號=Dataphysics OCAH 200。2.潤濕性的測定以樣品于皮革表面的接觸角來表征，測試儀器型號 DataphysicsOCAH 200。3.發泡性和乳化性的測定依據文獻的方法(關蕊等.酰化皮明膠表面活性的研究.明膠科學與技術，2001，21 :67-73)。4.平均分子量的測定采用水相凝膠色譜法，凝膠色譜儀型號WaterS1515，測試范圍1 IOOOkDa05.固含量的測定采用干燥恒重法。6.基團分析利用傅里葉紅外光譜儀，紅外光譜儀型號Thermofisher Nicdet is 10，測定范圍500 4000cm-1 ο各實施例中制備的蛋白基表面活性劑的基本特性和表面活性分別見表1和表2。本發明具有如下優點1.本發明方法可以選擇性地制備具有不同表面特性的蛋白基表面活性劑，如乳化性、發泡性、潤濕性、降低表面張力的能力等，進而滿足不同領域和特定應用條件下的需求。2.本發明方法采用酶法水解和水-有機溶劑下的合成工藝，制備的蛋白基表面活性劑具有安全、溫和、多功能、易降解和副產物含量低的特點。3.本發明方法生產過程簡單，操作性強，易于推廣，且產品附加值高，市場前景好。4.本發明方法以皮革廢棄物為原料，對制革工業的節能減排和生物質資源的再利用具有積極作用。


圖1為本發明實施例1中制備的蛋白基表面活性劑的合成路線圖。圖2為本發明實施例6中制備的膠原水解液(a)和蛋白基表面活性劑(b)的紅外譜圖，圖中2926cm"1, 2854cm"1和1455cm"1為亞甲基的特征吸收峰，1652cm"1,1541cm"1和 1239cm—1為酰胺基的特征吸收峰，通過比較(a)與(b)的上述特征峰值，可以證明月桂酸基被接枝到膠原水解物上。圖3為本發明實施例8中制備的蛋白基表面活性劑于25°C水溶液中的Y-Iog Cff 及cU/dlog Cff-Iog Cw曲線，圖中γ表示表面張力，Cw表示表面活性劑的濃度。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明進行具體的描述，有必要在此指出的是本實施例只用于對本發明進行進一步說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，該領域的技術熟練人員可以根據上述本發明的內容作出一些非本質的改進和調整。實施例1將100份豬皮下腳料加入800份水中，于溫度40°C浸泡4h，加入2份氫氧化鈉，于溫度40°C攪拌反應2h，再加入0. 2份1398蛋白酶，于溫度50°C攪拌反應4h，升溫至100°C， 滅酶活5min，冷卻、過濾后獲得膠原蛋白水解液。將100份膠原水解液加到反應釜中，分別加入20份乙醇和10份20 % NaOH水溶液，然后于30°C下攪拌滴加10份油酸酰氯，在冷卻回流下反應4h，關閉冷卻回流裝置再反應池，獲得蛋白基表面活性劑(CBS-I)。實施例2將100份羊皮下腳料加入600份水中，于溫度60°C浸泡池，加入3份氫氧化鈣，于溫度60°C攪拌反應4h，再加入0. 4份1398蛋白酶，于溫度60°C攪拌反應2h，升溫至100°C， 滅酶活5min，冷卻、過濾后獲得膠原蛋白水解液。將100份膠原水解液加到反應釜中，分別加入30份丙酮和15份30 % NaOH水溶液，然后于溫度50°C下攪拌滴加20份月桂酸酰氯，在冷卻回流下反應2h，關閉冷卻回流裝置再反應1. 5h，獲得蛋白基表面活性劑(CBS-2)。實施例3將100份牛皮下腳料加入500份水中，于溫度30°C浸泡4h，加入5份硫酸銨，于溫度40°C攪拌反應4h，再加入0. 5份537蛋白酶，于溫度40°C攪拌反應4h，升溫至100°C，滅酶活7min，冷卻、過濾后獲得膠原蛋白水解液。將100份膠原水解液加到反應釜中，分別加入10份丙酮和30份10 % NaOH水溶液，然后于40°C下攪拌滴加20份亞油酸酰氯，在冷卻回流下反應2h，關閉冷卻回流裝置再反應4h，獲得蛋白基表面活性劑(CBS-3)。實施例4將100份牛皮下腳料加入900份水中，于溫度40°C浸泡4h，加入1份硫酸，于溫度 40°C攪拌反應0. 5h，再加入0. 4份537蛋白酶，于溫度45°C攪拌反應5h，升溫至10(TC，滅酶活7min，冷卻、過濾后獲得膠原蛋白水解液。將100份膠原水解液加到反應釜中，分別加入40份四氫呋喃和20份30% NaOH水溶液，然后于40°C下攪拌滴加30份硬脂酸酰氯，在冷卻回流下反應4h，關閉冷卻回流裝置再反應4h，獲得蛋白基表面活性劑(CBS-4)。實施例5將100份豬皮下腳料加入800份水中，于溫度60°C浸泡0. 5h,加入1. 5份氫氧化鈉，于溫度60°C攪拌反應0. 5h，再加入0. 4份Alcalase，于溫度70°C攪拌反應2h，升溫至 IOO0C，滅酶活lOmin，冷卻、過濾后獲得膠原蛋白水解液。將100份膠原水解液加到反應釜中，分別加入10份丙酮和10份30 % NaOH水溶液，然后于50°C下攪拌滴加15份油酸酰氯，在冷卻回流下反應2h，關閉冷卻回流裝置再反應池，獲得蛋白基表面活性劑(CBS-5)。實施例6將100份羊皮下腳料加入600份水中，于溫度50°C浸泡lh，加入4份氫氧化鈣，于溫度50°C攪拌反應3h，再加入0. 5份Alcalase，于溫度60°C攪拌反應3h，升溫至100°C，滅酶活8min，冷卻、過濾后獲得膠原蛋白水解液。
將100份膠原水解液加到反應釜中，分別加入20份乙醇和30份20 % NaOH水溶液，然后于60°C下攪拌滴加30份月桂酸酰氯，在冷卻回流下反應2h，關閉冷卻回流裝置再反應lh，獲得蛋白基表面活性劑(CBS-6)。實施例7將100份羊皮下腳料加入700份水中，于溫度30°C浸泡4h，加入3份硫酸銨，于溫度40°C攪拌反應池，然后加入0. 3份2709蛋白酶，于溫度40°C攪拌反應3h，升溫至100°C， 滅酶活5min，冷卻、過濾后獲得膠原蛋白水解液。將100份膠原水解液加到反應釜中，分別加入25份乙醇和20份20 % NaOH水溶液，然后于40°C下攪拌滴加20份硬脂酸酰氯，在冷卻回流下反應4小時，關閉冷卻回流裝置再反應池，獲得蛋白基表面活性劑(CBS-7)。實施例8將100份豬皮下腳料加入900份水中，于溫度40°C浸泡4h，加入1. 2份氫氧化鈉，于溫度50°C攪拌反應lh，再加入0. 5份2709蛋白酶，于溫度50°C攪拌反應4h，升溫至 IOO0C，滅酶活6min，冷卻、過濾后獲得膠原蛋白水解液。將100份膠原水解液加到反應釜中，分別加入15份四氫呋喃和25份10% NaOH水溶液，然后于40°C下攪拌滴加15份棕櫚酸酰氯，在冷卻回流下反應池，關閉冷卻回流裝置再反應池，獲得蛋白基表面活性劑(CBS-8)。實施例9將100份牛皮下腳料加入500份水中，于溫度50°C浸泡2h，加入1. 5份鹽酸，于溫度50°C攪拌反應0. 5h，再加入0. 7份胰蛋白酶，于溫度50°C攪拌反應2. 5h，升溫至100°C， 滅酶活5min，冷卻、過濾后獲得膠原蛋白水解液。將100份膠原水解液加到反應釜中，分別加入30份丙酮和20份15 % NaOH水溶液，然后于50°C下攪拌滴加15份油酸酰氯，在冷卻回流下反應4h，關閉冷卻回流裝置再反應池，獲得蛋白基表面活性劑(CBS-9)。實施例10將100份羊皮下腳料加入600份水中，于溫度40°C浸泡4h，加入2份氫氧化鈣， 于溫度40°C攪拌反應2. 5h，再加入0. 6份胰蛋白酶，于溫度40°C攪拌反應2. 5h，升溫至 IOO0C，滅酶活5min，冷卻、過濾后獲得膠原蛋白水解液。將100份膠原水解液加到反應釜中，分別加入35份乙醇和20份30% NaOH水溶液，然后于40°C下攪拌滴加20份亞油酸酰氯，在冷卻回流下反應4h，關閉冷卻回流裝置再反應池，獲得蛋白基表面活性劑(CBS-10)。實施例11將100份豬皮下腳料加入800份水中，于溫度30°C浸泡4h，加入1. 5份硫酸，于溫度40°C攪拌反應2h，再加入0. 8份胃蛋白酶，于溫度40°C攪拌反應8h，升溫至100°C，滅酶活5min，冷卻、過濾后獲得膠原蛋白水解液。將100份膠原水解液加到反應釜中，分別加入50份四氫呋喃和10份10% NaOH水溶液，然后于30°C下攪拌滴加10份棕櫚酸酰氯，在冷卻回流下反應4h，關閉冷卻回流裝置再反應4h，獲得蛋白基表面活性劑(CBS-Il)。實施例12將100份牛皮下腳料加入900份水中，于溫度40°C浸泡4h，加入2份鹽酸，于溫度 40°C攪拌反應lh，再加入0.7份胃蛋白酶，于溫度40°C攪拌反應4h，升溫至10(TC，滅酶活 7min，冷卻、過濾后獲得膠原蛋白水解液。將100份膠原水解液加到反應釜中，分別加入50份丙酮和15份10% NaOH水溶液，然后于40°C下攪拌滴加15份月桂酸酰氯，在冷卻回流下反應4h，關閉冷卻回流裝置再反應4h，獲得蛋白基表面活性劑(CBS-12)。表 1
樣品粘度* (Pa-s)PH固含量 (%)平均分子量 (Da)CBS-I4910.524.64630CBS-23510.928.75750CBS-3649.632.238720CBS-4559.827.635600CBS-54511.222.86820CBS-64211.423.57550CBS-74910.827.75190CBS-85210.428.96250CBS-9659.930.142670CBS-106810.431.648220CBS-Il11410.732.6150450CBS-1212810.230.5195600
*于25°C下測定表權利要求
1.一種采用酶法水解制革下腳料并制備表面活性劑的方法，其特征在于該方法包括以下步驟，并按重量份數計為(1).將100份制革下腳料加入到500 900份水中，于溫度30 60°C浸泡0.5 4. Oh, 加入1 5份纖維分散劑，于溫度30 60°C攪拌反應0. 5 4. Oh,再加入0. 2 0. 8份蛋白酶，于溫度30 70°C攪拌反應2 8h，然后升溫至100°C滅酶活5 lOmin，冷卻、過濾后獲得水解膠原蛋白；(2).將按步驟1得到的100份水解膠原蛋白加入到裝有冷卻回流裝置的封閉式反應釜中，分別加入10 50份有機溶劑和5 30份10 50% NaOH水溶液，然后于溫度30 70°C攪拌滴加5 30份油脂酰氯，在冷卻回流下反應0. 5 4h，關閉冷卻回流裝置再反應 0. 5 4h，獲得蛋白基表面活性劑產品。
2.如權利要求1所述采用酶法水解制革下腳料并制備表面活性劑的方法，其特征在于制革下腳料為未經鉻鞣制的邊角余料，包括牛皮、羊皮和豬皮中的任一種。
3.如權利要求1所述采用酶法水解制革下腳料并制備表面活性劑的方法，其特征在于纖維分散劑為氫氧化鈉、氫氧化鈣、硫酸銨、鹽酸或硫酸中的任一種。
4.如權利要求1所述采用酶法水解制革下腳料并制備表面活性劑的方法，其特征在于蛋白酶為1398蛋白酶、2709蛋白酶、Alcalase、胰蛋白酶、537蛋白酶或胃蛋白酶中的任一種。
5.如權利要求1所述采用酶法水解制革下腳料并制備表面活性劑的方法，其特征在于有機溶劑為乙醇、丙酮或四氫呋喃中的任一種。
6.如權利要求1所述采用酶法水解制革下腳料并制備表面活性劑的方法，其特征在于油脂酰氯為月桂酸、棕櫚酸、硬脂酸、油酸或亞油酸的酰氯化物中的任一種。
全文摘要
本發明公開了一種采用酶法水解制革下腳料并制備表面活性劑的方法，其特點是該方法包括下步驟(1).將100重量份制革下腳料加入到500～900重量份水中，于溫度30～60℃浸泡0.5～4.0h，加入1～5重量份纖維分散劑，于溫度30～60℃攪拌反應0.5～4.0h，再加入0.2～0.8重量份蛋白酶，于溫度30～70℃攪拌反應2～8h，然后升溫至100℃滅酶活5～10min，冷卻、過濾后獲得水解膠原蛋白；(2).將按步驟1得到的100重量份水解膠原蛋白加入到裝有冷卻回流裝置的封閉式反應釜中，分別加入10～50重量份有機溶劑和5～30重量份10～50％NaOH水溶液，然后于溫度30～70℃攪拌滴加5～30重量份油脂酰氯，在冷卻回流下反應0.5～4h，關閉冷卻回流裝置，再反應0.5～4h，獲得蛋白基表面活性劑產品。
文檔編號B01F17/30GK102407085SQ20111025764
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月2日 優先權日2011年9月2日
發明者崔敏, 廖學品, 曹明蓉, 石碧, 遲原龍 申請人:四川大學