聚乙二醇改性生物纖維素凝膠

《聚乙二醇改性生物纖維素凝膠》是鐘春燕於2012年5月17日申請的發明專利，該專利的申請號為2012101517459，公布號為CN102649847A，公布日為2012年8月29日，發明人是鐘春燕。

《聚乙二醇改性生物纖維素凝膠》其是將普通生物纖維素凝膠產品浸泡在聚乙二醇水溶液中，高溫蒸煮後製得的。蒸煮溫度為80℃以上，蒸煮時間為60-200分鐘。該發明提供的聚乙二醇化生物纖維素凝膠產品，能夠保持生物纖維素無色半透明狀的外觀，同時降低了生物纖維素凝膠中的含水量，減少微生物的滋生，即使是在高溫加工的情況下，也能夠更長時間地保持其凝膠狀態，維持其外觀及機械性能。

2018年12月20日，《聚乙二醇改性生物纖維素凝膠》獲得第二十屆中國專利銀獎。

基本介紹

• 中文名：聚乙二醇改性生物纖維素凝膠
• 公布號：CN102649847A
• 公布日：2012年8月29日
• 申請號：2012101517459
• 申請日：2012年5月17日
• 申請人：鐘春燕
• 地址：海南省海口市秀英區白水塘省扶貧工業開發區富康路19號
• 發明人：鐘春燕
• 分類號：C08L1/02（2006.01）I、C08L71/08（2006.01）I、C08K5/06（2006.01）I、C08J3/09（2006.01）I
• 類別：發明專利

專利背景

聚乙二醇（PEG），也常被稱為乙二醇聚氧乙烯醚，是平均分子量在約200至6000的高聚物。通常是無色、無味的粘稠液體或固體，能夠溶於水、乙醇和許多其他的有機溶劑。其對熱很穩定，與其他化學品也不容易起反應，不宜水解、變質，無毒，對人體的眼睛、皮膚等也均沒有明顯刺激。此外，聚乙二醇還與許多有機物組分有良好的相容性，具有優良的潤滑性、保濕性、分散性、抗靜電性等化學性質，在化妝品、製藥、化纖、橡膠、塑膠、造紙、油漆、電鍍、農藥及食品等行業均有著極為廣泛的套用。

生物纖維素（Biocellulose）是指在不同條件下，由醋酸菌屬（Acetobacter）、土壤桿菌屬（Agrobacterium）、根瘤菌屬（Rhizobium）和八疊球菌屬（Sarcina）等中的某種微生物合成的纖維素的統稱。生物纖維素具有很高的持水性能，能長時間的保持高含水量，且具有很高的生物相容度和高生物可降解性等。目前常常通過靜態淺盤培養及動態培養獲得，其已經在食品、保健品、化妝品、醫藥領域被套用。但是，普通生物纖維素含水量極高，容易滋生微生物而使產品變質，且其中含有的水分也容易蒸發流失而使產品失去凝膠特性。因此，目前的生物纖維素凝膠產品需要浸泡在酸性的水溶液中進行保存以滿足貯藏、運輸等的需要。此外，隨著生物纖維素凝膠套用範圍的不斷擴大，越來越多的加工需要對其進行高溫處理，而普通生物纖維素凝膠在高溫下，水分會大量流失，大大影響生物纖維素凝膠的外觀品質，影響其套用範圍。

發明內容

專利目的

《聚乙二醇改性生物纖維素凝膠》提供一種聚乙二醇改性生物纖維素凝膠，其是將生物纖維素凝膠浸泡在聚乙二醇水溶液中高溫蒸煮後獲得的。該發明還提供一種聚乙二醇改性生物纖維素凝膠的製備方法。

該發明所述聚乙二醇改性生物纖維素凝膠的製備方法包括如下步驟：

（1）製備生物纖維素凝膠；

（2）配製聚乙二醇水溶液；

（3）將生物纖維素凝膠置於聚乙二醇水溶液中，加熱至80℃以上保持60-200分鐘。

該發明中，聚乙二醇優選分子量低於2000的聚乙二醇；更優選分子量低於800的聚乙二醇；上述的聚乙二醇特別優選是PEG-200、PEG-400或PEG-800中的一種或多種。

所述的聚乙二醇改性生物纖維素凝膠可以單獨使用也可以組合使用。

該發明中，聚乙二醇水溶液優選重量百分比濃度大於30%，更優選濃度為50%-75%。

該發明提供的方法中，優選還包括用去離子水清洗用聚乙二醇蒸煮過的生物纖維素凝膠的步驟。

該發明提供的方法中，優選還包括切割、破碎或成型的步驟。

該發明提供的方法中，優選將生物纖維素凝膠浸泡在聚乙二醇水溶液中，加熱至90℃以上保持100-120分鐘；更優選加熱至100℃以上保持120-150分鐘。

改善效果

該發明將普通生物纖維素凝膠浸泡在聚乙二醇水溶液中，經過高溫蒸煮會使生物纖維素網狀結構中包含的水分子流失，而聚乙二醇分子會代替水分子進入生物纖維素的網狀結構中，從而實現對生物纖維素凝膠的改性。

該發明提供的聚乙二醇化生物纖維素凝膠產品，能夠保持生物纖維素無色半透明狀的外觀，同時降低了生物纖維素凝膠中的含水量，而聚乙二醇化學性質穩定，從而可以減少微生物的滋生，同時即使是在高溫加工的情況下，也能夠更長時間地保持其凝膠狀態，維持其外觀及機械性能。

權利要求

1.《聚乙二醇改性生物纖維素凝膠》其特徵在於：所述的聚乙二醇改性生物纖維素凝膠是將生物纖維素凝膠浸泡在分子量低於2000的聚乙二醇水溶液中80-110℃保持60-200分鐘獲得，其中所述聚乙二醇水溶液的重量百分比濃度大於30%。

2.根據權利要求1所述的聚乙二醇改性生物纖維素凝膠，其特徵在於：所述的聚乙二醇是PEG-200、PEG-400或PEG-800中的一種或多種。

3.根據權利要求1所述的聚乙二醇改性生物纖維素凝膠，其特徵在於：所述的聚乙二醇改性生物纖維素凝膠是將生物纖維素凝膠浸泡在分子量低於2000的聚乙二醇水溶液中100-110℃保持120-150分鐘。

4.根據權利要求1或3所述的聚乙二醇改性生物纖維素凝膠，其特徵在於：聚乙二醇水溶液的重量百分比濃度為50%-75%。

5.權利要求1所述的聚乙二醇改性生物纖維素凝膠的製備方法，其特徵在於：包括如下步驟：

（1）製備生物纖維素凝膠；

（2）配製分子量低於2000的聚乙二醇水溶液，其重量百分比濃度為大於30%；

（3）將生物纖維素凝膠置於聚乙二醇水溶液中，加熱至80-110℃保持60-200分鐘。

6.根據權利要求5所述的聚乙二醇改性生物纖維素凝膠的製備方法，其特徵在於：所述的聚乙二醇是PEG-200、PEG-400或PEG-800中的一種或多種；聚乙二醇水溶液的重量百分比濃度為50%-75%。

7.根據權利要求5或6所述的聚乙二醇改性生物纖維素凝膠的製備方法，其特徵在於：還包括用去離子水清洗用聚乙二醇蒸煮過的生物纖維素凝膠和/或切割、破碎或成型的步驟。

8.根據權利要求5或6所述的聚乙二醇改性生物纖維素凝膠的製備方法，其特徵在於：步驟（3）為：將生物纖維素凝膠浸泡在聚乙二醇水溶液中，加熱至100℃以上保持120-150分鐘。

實施方式

實施例1

以椰子水為發酵培養基，接種木葡糖酸醋桿菌，接種量為10重量%，28℃下淺盤靜態培養7天，獲得生物纖維素凝膠膜，取出用去離子水反覆洗滌3次，獲得生物纖維素凝膠膜備用。用熱的蒸餾水配製重量百分比濃度為30%的PEG-400水溶液，冷卻備用。將生物纖維素凝膠膜浸泡在PEG-400水溶液中，水浴加熱至80℃並保溫60分鐘。冷卻後取出聚乙二醇改性生物纖維素凝膠膜，用去離子水反覆洗滌3次。

實施例2

按實施例1中的方法製備普通生物纖維素凝膠膜。用熱的蒸餾水配製濃度為75%的PEG-200水溶液，冷卻備用。將備用的生物纖維素凝膠膜浸泡在PEG-200水溶液中，水浴加熱至100℃並保溫90分鐘。冷卻後取出聚乙二醇改性生物纖維素凝膠膜，用去離子水反覆洗滌3次。

實施例3

取50克酵母膏、20克KH₂PO₄、20克MgSO₄、200克蔗糖、100克葡糖糖和1升蒸餾水配製成發酵培養基，向該培養基中接種木葡糖酸醋桿菌，接種量為10重量%，搖床動態培養10天，獲得小球狀的生物纖維素凝膠，取出用去離子水反覆洗滌3次，製得生物纖維素凝膠小球備用。用熱的蒸餾水水配製濃度為50%的PEG-1000水溶液，冷卻備用。將備用的生物纖維素凝膠小球浸泡在PEG-1000水溶液中，水浴110℃加熱並保溫120分鐘。冷卻後取出聚乙二醇改性生物纖維素凝膠小球，用去離子水反覆洗滌3次。

實施例4

按照實施例3中的方法製備生物纖維素凝膠小球備用。用熱的蒸餾水水配製濃度為40%的PEG-600水溶液，冷卻備用。將備用的生物纖維素凝膠小球浸泡在PEG-600水溶液中，水浴100℃加熱並保溫150分鐘。冷卻後取出聚乙二醇改性生物纖維素凝膠小球，用去離子水反覆洗滌3次。

實施例5

按實施例1中的方法製備普通生物纖維素凝膠膜。用熱的蒸餾水配製濃度為35%的PEG-2000水溶液，冷卻備用。將備用的生物纖維素凝膠膜浸泡在PEG-2000水溶液中，水浴加熱至110℃並保溫180分鐘。冷卻後取出聚乙二醇改性生物纖維素凝膠膜，用去離子水反覆洗滌3次。

實施例6

按照實施例3中的方法製備生物纖維素凝膠小球備用。用熱的蒸餾水水配製濃度為30%的PEG-4000水溶液，冷卻備用。將備用的生物纖維素凝膠小球浸泡在PEG-4000水溶液中，水浴110℃加熱並保溫200分鐘。冷卻後取出聚乙二醇改性生物纖維素凝膠小球，用去離子水反覆洗滌3次。

實驗例1：聚乙二醇改性生物纖維素凝膠外觀特性

取實施例1和實施例3中的生物纖維素凝膠膜和生物纖維素凝膠小球作為對照1和對照2。分別與實施例1-6中獲得的聚乙二醇改性生物纖維素凝膠膜/小球進行顏色、透明度的外觀對比，結果如下表：

表1：聚乙二醇改性生物纖維素凝膠外觀

/	對照1	對照2	實施例1	實施例2	實施例3	實施例4	實施例5	實施例6
顏色	乳白色	乳白色	乳白色	乳白色	乳白色	乳白色	乳白色	乳白色
透明度	半透明	半透明	半透明	半透明	半透明	半透明	半透明	半透明

可見，用聚乙二醇改性生物纖維素凝膠對其外觀並沒有顯著的影響。

實驗例2：常溫長時水浸放置後聚乙二醇改性生物纖維素凝膠的外觀特性

取實施例1和實施例3中的生物纖維素凝膠膜和生物纖維素凝膠小球（對照1和對照2）以及實施例1-6中的聚乙二醇改性生物纖維素凝膠膜/小球，浸泡在去離子水中，於常溫下放置，每隔5天觀察其外觀是否異常，結果如下表：

表2：常溫長時水浸放置後聚乙二醇改性生物纖維素凝膠的外觀

外觀	對照1	對照2	實施例1	實施例2	實施例3	實施例4	實施例5	實施例6
5天	無異常	無異常	無異常	無異常	無異常	無異常	無異常	無異常
10天	無異常	出現黴菌斑	無異常	無異常	無異常	無異常	無異常	無異常
15天	出現黴菌斑	大量黴菌斑	無異常	無異常	無異常	無異常	無異常	無異常
20天	大量黴菌斑	大量黴菌斑	出現黴菌斑	無異常	無異常	出現黴菌斑	出現黴菌斑	出現黴菌斑

可以看出，聚乙二醇改性生物纖維素凝膠在常溫水浸條件下可以保存15天以上，有些甚至在20天之後仍然沒有微生物菌斑的出現；而作為對照的普通生物纖維素凝膠最多僅能保存10天左右。可見，通過聚乙二醇改性的生物纖維素凝膠能夠延緩微生物腐敗，延長保存期。

實驗例3：高溫處理下聚乙二醇改性生物纖維素的外觀特性

取實施例1和實施例3中的生物纖維素凝膠膜和生物纖維素凝膠小球（對照1和對照2）以及實施例1-6中的聚乙二醇改性生物纖維素凝膠膜/小球，將其切割成邊長為1厘米的立方體顆粒，分別在70℃的溫度下熱風處理，每隔2分鐘取出觀察其外觀，結果見下表：

表3：高溫處理下聚乙二醇改性生物纖維素的外觀

外觀	對照1	對照2	實施例1	實施例2	實施例3	實施例4	實施例5	實施例6
2分鐘	起皺萎縮	起皺萎縮	無異常	無異常	無異常	無異常	無異常	無異常
4分鐘	起皺，萎縮	完全乾燥	無異常	無異常	無異常	無異常	無異常	無異常
6分鐘	完全乾燥	-	起皺萎縮	無異常	起皺萎縮	起皺萎縮	起皺萎縮	起皺萎縮

可以看出，對照1和2的普通生物纖維素凝膠在高溫下，失水較為嚴重，很快便完全失水，喪失凝膠外觀及特性；而聚乙二醇改性生物纖維素凝膠則相對不易蒸發，能夠較長時間保持凝膠外觀及特性。

由此可以預見的是，即使在常溫下放置，普通生物纖維素凝膠同樣會很快失水，喪失凝膠外觀及特性，而聚乙二醇改性生物纖維素凝膠同樣能夠更長時間地保持凝膠外觀及特性。

實驗例4：聚乙二醇改性生物纖維素凝膠的機械性能

取實施例1和實施例3中的生物纖維素凝膠膜和生物纖維素凝膠小球（對照1和對照2）以及實施例1-6中的聚乙二醇改性生物纖維素凝膠膜/小球，切割成20毫米*5毫米*1毫米的小條，拉伸負載標準均為50牛，拉伸速度均為0.5毫米/分鐘，在室溫條件下進行拉伸試驗，每組樣品重複試驗3次，取平均值作為試驗結果。試驗結果見下表：

材料	楊氏模量（吉帕）	斷裂壓強（兆帕）
對照1	1.92	9.76
實施例1	1.88	9.33
實施例2	2.01	9.87
實施例5	1.98	9.92
對照2	0.97	4.33
實施例3	0.89	4.27
實施例4	0.85	4.14
實施例6	0.92	4.21

可見，聚乙二醇改性生物纖維素凝膠對於生物纖維素凝膠的機械性能並沒有顯著的影響。

榮譽表彰

2018年12月20日，《聚乙二醇改性生物纖維素凝膠》獲得第二十屆中國專利銀獎。