[發明專利]一種γ?聚谷氨酸?殼聚糖凝膠及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201710713150.0
• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號: CN107586403A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 喬長晟;桑娜;孫雨;李雪;張衛
• 申請（專利權）人: 天津北洋百川生物技術有限公司
• 主分類號: C08L5/08
• 分類號: C08L5/08;C08L77/04;C08K5/09;C08J3/075;C08J3/24;C09K17/32;C09K17/16;C09K105/00
• 代理公司: 天津市尚文知識產權代理有限公司12222
• 代理人: 陳利紅

技術領域

本發明屬于凝膠制備領域，具體涉及一種γ-聚谷氨酸-殼聚糖凝膠及其制備方法和應用。

背景技術

聚谷氨酸(γ-PGA)是以枯草芽孢桿菌通過發酵技術制備的一種高分子化合物，是由 L-谷氨酸、D-谷氨酸單體通過酰胺鍵聚合而成的一種多肽分子。它的分子鏈中有活性很強的-COOH基團，被發現有很多可利用的功能，如吸水性、保濕性及吸附重金屬等，同時單體谷氨酸屬于氨基酸，降解后不會造成任何污染，是環境友好型材料。聚谷氨酸由于含有較多的羧基和活性基團，故其具有較強的保水性和緩釋性，這兩方面的性質使其在農業上能夠較好的發揮作用。

殼聚糖(CS)是一種多糖類天然高分子，在自然界含量豐富，僅次于纖維素，其含有豐富的氨基和羥基，具有優良的生物相容性、可降解性、低毒及較好的生物活性和力學性能等。

綜上所述，利用聚谷氨酸和殼聚糖制備成聚谷氨酸-殼聚糖凝膠，具有良好的吸水和保水能力，如果能用作保水固沙材料，對土壤水分蒸發具有一定的改善作用和抗風蝕能力，但是現有技術中沒有適合可以應用到土壤中的聚谷氨酸-殼聚糖凝膠。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種γ-聚谷氨酸-殼聚糖凝膠及其制備方法和應用。本發明中經過特殊的制備工藝，制備出可制成顆粒狀的γ-聚谷氨酸-殼聚糖，將其應用到土壤中，可大大改善土壤的保水和抗風蝕能力。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種γ-聚谷氨酸-殼聚糖凝膠的制備方法，包括以下步驟：

（1）將γ-聚谷氨酸水溶液置于磁力攪拌器上攪拌均勻直至完全溶解，配制γ-聚谷氨酸溶液；

（2）然后將殼聚糖邊攪拌邊緩慢加入到γ-聚谷氨酸溶液中，制得γ-聚谷氨酸-殼聚糖的混合液；

（3）再將醋酸溶液緩慢勻速加入到-聚谷氨酸-殼聚糖的混合液中后，停止攪拌，反應15分鐘，交聯后得到聚谷氨酸-殼聚糖預凝膠；

（4）將得到聚谷氨酸-殼聚糖預凝膠切成小塊，浸泡在蒸餾水中5-6小時，反復洗滌去除多余未反應的醋酸溶液，將聚谷氨酸-殼聚糖pH調節為中性，得到γ-聚谷氨酸-殼聚糖凝膠。用蒸餾水浸泡洗滌將聚谷氨酸-殼聚糖pH調節為中性，方便后期作為保水固沙劑的使用，不會對土壤及作物生長產生毒害作用。

作為優選的技術方案：

優選的，所述γ-聚谷氨酸水溶液的濃度為2-20g/mL；所述γ-聚谷氨酸的分子量為0.8-1.5×10³kDa。

優選的，所述殼聚糖的分子量為150kDa；所述γ-聚谷氨酸與殼聚糖質量比為1:2-50。

優選的，所述醋酸溶液的濃度為0.4mol/L；所述醋酸溶液的加入量與γ-聚谷氨酸水溶液的加入量的體積比為1-3:5。

本發明制備的γ-聚谷氨酸-殼聚糖凝膠，若只添加殼聚糖制備的凝膠表面孔隙過大，分布不均勻，吸水倍率會逐漸降低；隨著γ-聚谷氨酸添加量逐漸增加，表面逐漸變得疏松多孔，當聚谷氨酸添加量繼續增加由于聚谷氨酸過多，導致形成的凝膠結構過于疏松，吸水倍率下降。醋酸加入的目的是溶解殼聚糖使之與聚谷氨酸發生交聯形成凝膠，加入一定量的醋酸使交聯形成后，繼續增大醋酸添加量，并不能使凝膠的吸水倍率增強。

優選的，步驟（1）中，γ-聚谷氨酸水溶液的攪拌速率為200-300 rpm；步驟（2）中，殼聚糖的攪拌速率為400-500 rpm；步驟（3）中，醋酸溶液的加入速率為60 mL/min，攪拌速率為300-500 rpm。

本發明通過γ-聚谷氨酸-殼聚糖凝膠的制備方法制得了γ-聚谷氨酸-殼聚糖凝膠，所述γ-聚谷氨酸-殼聚糖凝膠為三維網狀結構，吸水倍率為30-80倍，具有較好的保水能力和反復吸水能力。

本發明還提供了γ-聚谷氨酸-殼聚糖凝膠作為保水固沙材料的應用，用超低溫冷凍干燥機將γ-聚谷氨酸-殼聚糖凝膠冷凍干燥18h，用粉碎機粉碎，得到粉末狀的γ-聚谷氨酸-殼聚糖，然后將γ-聚谷氨酸-殼聚糖粉末施用在土壤表面，使其均勻分散，作為土壤中的保水固沙劑。

如上所述的γ-聚谷氨酸-殼聚糖凝膠作為保水固沙材料的應用，γ-聚谷氨酸-殼聚糖粉末在土壤中的加入量為0.5-1 kg/m²。

有益效果：

本發明制備的γ-聚谷氨酸-殼聚糖凝膠是一種可生物降解、對環境無污染的保水劑，為聚谷氨酸用于農業應用提供了有利的參考依據。

本發明中制備的γ-聚谷氨酸-殼聚糖凝膠應用到土壤中，可大大改善土壤的保水和抗風蝕能力。

具體實施方式