Способ получения модифицированного адгезивного белка

 

Использование: получение белоксодержащих компонентов для покрытия бумаги. Сущность изобретения: способ получения адгезивного белка, на основе которого получают композицию для покрытия бумаги, обладающую повышенной стабильностью при комнатной температуре и улучшенной белизной. Способ включает выделение белка и обработку окислителем при pH около 9,5. Обычно стадию окисления осуществляют при 39-70^oC в течение 0,5-6 час. 4 з.п. ф-лы, 3 табл.

Настоящее изобретение относится к способу получения модифицированного адгезивного белка, в котором белок выделяют из растительного белкового материала, обычно соевых бобов или хлопьев, и выделенный белок подвергают гидролизу, обработке химическим реагентом и последующему карбоксилированию. Адгезивный материал, полученный способом предлагаемого изобретения, используется в качестве адгезивной связки в композициях для покрытия бумаги.

В патенте США N 4474694 раскрыта модифицированная адгезивная белковая связка на основе растительного белка для применения в композициях для покрытия бумаги, содержащих пигмент и другие материалы, например латекс. Адгезивную связку получают диспергированием белка из растительного материала в щелочи, обработкой дисперсии восстановителем и последующим карбоксилированием продукта реакции обычно, фталевым ангидридом.

Однако было обнаружено, что адгезивная белковая связка может быть дополнительно улучшена с тем, чтобы повысить стабильность и удлинить срок жизни композиций для покрытия бумаги, содержащих также адгезивные связки.

Связующие вещества из растительных белков хорошо известны как адгезивные связующие вещества для композиций для покрытия бумаги. В частности, модифицированный соевый белок нашел широкое применение в качестве адгезивного связующего вещества в составе композиций для покрытия бумаги. Как правило, такие адгезивные связующие вещества получают из выделенного соевого белка, экстрагированного из не содержащей масла кожуры соевых бобов в щелочном растворе и регенерированного изоэлектрическим осаждением. Затем выделенный соевый белок, как правило, модифицируют с помощью гидролиза и других химических обработок, получая белковый адгезивный материал, пригодный для использования в качестве связующего компонента в композициях для покрытия бумаги. Эти связующие вещества находят широкое применение в промышленности.

Однако эти материалы, несмотря на их широкую распространенность, до сих пор обладают рядом недостатков, особенно при сравнении с казеином и другими содержащими синтетические компоненты связующими веществами для композиций для покрытия бумаги.

В частности, растворы связующего вещества, полученного из соевого белка, и композиции для покрытия, содержащие связующие вещества из соевого белка, в прошлом обладали недостаточно высокой стабильностью при комнатной температуре. В результате часто бывает невозможно приготовить большие количества этих материалов, пригодные для длительных процессов нанесения покрытий на бумагу, поскольку цвет и свойства композиции для покрытия бумаги ухудшаются в результате воздействия бактерий на само белковое связующее вещество. Более того, композиции для покрытия бумаги, приготовленные на основе этих адгезивных материалов, в прошлом имели недостаточную белизну, а именно обладали желтым оттенком, а также страдали недостатком глянцевитости и оптической яркости.

Заявители обнаружили, что если обычные соевые белковые материалы подвергнуть окислению, то происходит неожиданное увеличение стабильности и времени жизни композиций для покрытия бумаги, приготовленных на основе адгезивных материалов. Окислителем может быть обычный сильный окислитель, например перекись водорода или эквивалентный ему окислитель. Как правило, адгезивный материал обрабатывают во влажном состоянии, например в состоянии влажной створоженной массы, полученной в процессе выделения или гидролиза. Условия окисления не являются существенными, однако для перекиси водорода обычная дозировка составляет от около 3% до 25% (70%-ного раствора перекиси водорода) от массы сухого твердого вещества. Окисление, как правило, проводят при слегка повышенной температуре, например от около 30^oC до 70^oC, например, при 60^oC, в течение от около 1/2 часа до 6 часов, предпочтительно в течение 90 мин.

Вдобавок к неожиданному увеличению времени жизни композиций для покрытия бумаги, полученных на основе этого связующего вещества, связующее вещество придает также значительно улучшенные оптические характеристики бумаге, содержащей покрытие. Использование такого адгезивного связующего вещества может увеличить белизну покрытий, приготовленных на его основе, до уровней, которые не уступают уровням в случае казеина, что является промышленным стандартом, или превосходят их. Глянцевитость и яркость покрытий на основе заявляемых композиций также исключительно высоки.

Также было неожиданно найдено, что растворимость нового адгезивного связующего вещества такова, что растворы адгезивного связующего вещества и, таким образом, композиции для покрытия бумаги можно приготовлять при значительно больших процентных содержаниях твердых компонентов, что позволяет производителям бумаги получить значительную экономию энергии, которая требуется для удаления воды из композиций для покрытия бумаги. Эти растворы адгезивного связующего вещества с высоким содержанием твердых компонентов можно приготовить, используя как холодную воду (с комнатной температурой), так и нагретую воду. В любом случае достигается значительное увеличение диспергируемости адгезивных связующих веществ.

Настоящее изобретение относится к материалу из растительного белка и конкретно к изоляту соевого белка. Предпочтительно изобретение относится к изоляту, который был образован с целью модификации основного протеинового экстракта карбоксилированием, как это описано в патенте США N 4474694. Однако различные отличительные особенности данного изобретения могут относиться и к другим белковым материалам.

Согласно данному изобретению, выделенный белковый материал подвергают дальнейшей модификации стабилизирующим и отбеливающим агентом, например перекисью водорода, после экстракции и гидролиза белкового изолята. Как правило, обработку проводят, используя от около 3 до 25% перекиси водорода в расчете на массу сухого твердого вещества. Другие модифицирующие вещества, такие как, например, аммиак, силикат натрия (стабилизатор) и другие вещества, также могут использоваться для обработки выделенного белка.

После обработки выделенный и обработанный белок подвергают сушке путем распыления, получая порошкообразный изолят адгезивного связующего вещества. Высушенное связующее вещество можно далее обработать смачивающим агентом, например, пропиленгликолем в количестве от около 3% до 7% Можно добавить другие материалы, предотвращающие слеживание и увеличивающие текучесть, например, дымчатый кварц в количестве от около 0,2% до 0,6% Все эти добавки приведены в расчете на массу сухого вещества.

Изобретение далее поясняется нижеследующими примерами.

Пример 1.

А. Получение гидролизованного соевого белкового изолята.

90 кг экстрагированных растворителем хлопьев соевых бобов были экстрагированы 810 кг воды, к которой добавляли гидроксид кальция, составляющий 2,5 мас. от соевых хлопьев. Соевые хлопья экстрагировались в течение 30 минут раствором щелочи с солюбилизацией белка, и несолюбилизируемые щелочью твердые вещества затем удалялись центрифугированием. Несолюбилизируемые щелочью твердые вещества (экстрагированные хлопья) были повторно экстрагированы дополнительными 450 кг воды, предварительно нагретой до 41^oC, с тем чтобы солюбилизировать дополнительный белок с экстрагированных хлопьях.

После экстракции нерастворимая фракция была удалена центрифугированием. Два щелочных белковых экстракта были объединены с тем, чтобы получить щелочной экстракт или дисперсию с содержанием белка. 3 мас. и pH=10,7. Щелочной экстракт или дисперсия были затем обработаны фталевым ангидридом, составляющим 10 мас. от белка. Реакция с фталевым ангидридом проводилась в течение 30 мин при 55^oC и pH=9.8. Перед обработкой фталевым ангидридом щелочной экстракт или дисперсия могут быть обработаны тиогликолатом аммония, составляющим 1% масс, от содержания белка.

После обработки щелочного экстракта белка фталевым ангидридом реакционная смесь была доведена до pH, примерно 4, добавлением серной кислоты с тем, чтобы преципитировать модифицированный белковый материал при его изоэлектрической точке.

Преципитированный модифицированный белок затем концентрируют центрифугированием и высушивают при 65-71^oC в течение 1-2 часов с получением гидролизованного изолята соевого белка.

Б. Получение модифицированного белкового адгезива Сто весовых частей изолята соевого белка, полученного, как описано в части А, с содержанием твердого вещества около 15 мас. (изолят перед высушиванием) соединяют с 9 весовыми частями аммиака (39^o Be), тремя весовыми частями силиката натрия и десятью весовыми частями перекиси водорода в концентрации 70% Эта реакционная смесь имеет pH около 9,5. Реакцию ведут в течение девяноста минут при 60^oC, после чего сушат разбрызгиванием с помощью обычного разбрызгивателя. Высушенный модифицированный белковый изолят смешивают с 5% пропиленгликоля и 0,5% дымчатого кварца.

Пример 2 Диспергируемость материала, полученного в примере 1, сравнили с диспергируемостью обычного адгезивного связующего вещества на основе соевого белка. Было найдено, что материал, полученный в примере 1, можно использовать для приготовления композиций для покрытий, которые содержат твердых компонентов на 80% больше, чем в случае обычного связующего вещества на основе изолята соевого белка. Материал, полученный в примере 1, может быть диспрегирован в растворах в количествах, значительно больших 28% и достигающих 37% по массе, тогда как для обычного материала эта величина составляет 25% если раствор приготовляют с использованием нагретой воды (60^oC). Если использовать воду с комнатной температурой, то материал примера 1 может быть диспергирован в количествах, значительно больших 20% и достигающих 29% по массе, тогда как для обычного материала эта величина составляет 18-19% Материал примера 1 можно приготовить в растворе отдельно или добавить непосредственно в сухом виде в суспензии пигментов. Способ приготовления состоит в следующем: в емкость с водой (горячей или холодной) медленно добавляют сухой материал примера 1 и пигменты, как показано в примере 3, одновременно перемешивая жидкость. К смеси добавляют три процента аммиака от массы сухого соевого полимера и после смешения доводят pH до около 9,0. Смесь перемешивают не менее 15 мин для перевода всего сухого продукта в суспензию.

Пример 3 Полученный в примере 1 адгезивный материал может быть использован для получения покрытия для бумаги, которое имеет следующий состав: сто весовых частей каолина (глинозем1), 7,5 частей латекса (D OW 620), 7,5 частей белкового связующего вещества (пример 1) и 115 частей воды. Покрытие получали смешением, как это описано в примере 2. Для сравнения была приготовлена композиция для покрытия бумаги, имеющая тот же состав, но содержащая вместо материала примера 1 обычный соевый белок (SP 2500). Полученные материалы испытывали в течение недели при комнатной температуре для определения стабильности при комнатной температуре.

Результаты испытаний приведены в таблицах 1 и 2.

Было показано, что после шести дней хранения при комнатной температуре обычная композиция для покрытий разложилось до такого состояния, что стала совершенно неприемлемой с точки зрения цвета, запаха и прочности покрытия. Материал, приготовленный на основе адгезивного связующего вещества примера 1, подвергся к концу шестого дня лишь небольшому разложению и остался пригодным использования в качестве покрытия для бумаги. Цвет покрытия, содержавшего материал примера 1, остался белым; будучи нанесенным на бумагу, это покрытие придает ей яркость и глянец. Обычный материал был совершенно неприемлем с точки зрения цвета, запаха и прочности покрытия.

В таблице 2 приведены данные по количеству бактерий на обычном материале и на заявляемом материале. Как можно видеть, в начальный момент времени число бактерий на обоих материалах было относительно невелико. Число бактерий на заявляемом продукте оставалось по существу неизменным в течение всего первого дня и затем медленно увеличилось до около 10⁸ на грамм а концу третьего дня. Число бактерий на обычном материале начало возрастать немедленно и составило 10⁹ к концу третьего дня. К концу первого дня число бактерий для обычного материала увеличилось в 10 раз до 10⁷ на грамм. В конце первого дня и в течение всех последующих дней число бактерий для заявляемого продукта составляло всего 1/10 от количества для обычных материалов.

(Образцы покрытий подвергали действию воздуха при слабом перемешивании).

Как показано выше, заявляемое модифицированное адгезивное связующее вещество эффективно при получении композиций для покрытий с гораздо большим содержанием твердых компонентов, чем это возможно при использовании обычных материалов. Это повышенное содержание твердых компонентов значительно уменьшает стоимость операции сушки, требуемой для высушивания бумаги, содержащей нанесенное покрытие, и для удаления воды из суспензии композиции для покрытия. Кроме того, заявляемый материал, при таком высоком содержании твердых компонентов, сохраняет свою текучесть и улучшает текучесть композиций для покрытия бумаги по сравнению с известными материалами. Заявляемый материал работает быстрее и обладает большим смазывающим действием, так что приготовленные на основе этого адгезивного связующего вещества композиции для покрытия бумаги значительно лучше адаптируются к условиям проведения процесса, чем известные материалы для покрытий.

Пример 4 Заявляемый материал обладает также улучшенными оптическими и цветовыми характеристиками по сравнению с известными соевыми материалами. Оптические свойства заявляемых новых соевых адгезивных связующих веществ не уступают оптическим свойствам казеина или превосходят их. Сравнение оптических характеристик заявляемого нового адгезивного связующего вещества с характеристиками известных материалов иллюстрируется таблицей 3. Как видно из таблицы 3, определения цвета по Хантеру показывают, что новый материал не уступает казеину, а в некоторых отношениях и превосходит его и что он значительно превосходит известные соевые белковые материалы в отношение белизны.

Специалистам в данной области техники ясно, что в раскрытое изобретение могут быть внесены различные изменения без отступления от сущности изобретения. Изобретение не ограничивается деталями описанных вариантов, которые приведены для иллюстрации, но ограничивается объемом прилагаемой формулы изобретения и эквивалентам ее пунктов.

Формула изобретения

1. Способ получения модифицированного адгезивного белка, включающий выделение белка из растительного белкового материала, его гидролиз и карбоксилирование, отличающийся тем, что далее белок стабилизируют обработкой окислителем.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют выделение соевого белка.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют перекись водорода.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку белка окислителем проводят при pH около 9,5.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадию окисления осуществляют при 30 70^oС в течение приблизительно 0,5 6,0 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1