大豆分離蛋白基環(huán)保型膠水配方優(yōu)化及特性研究

楊文鑫，程建軍，薛艷芳，馮憲民

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

大豆分離蛋白基環(huán)保型膠水配方優(yōu)化及特性研究

楊文鑫，程建軍*，薛艷芳，馮憲民

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

以大豆分離蛋白為原料，采用響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以粘度為響應(yīng)值，對(duì)大豆分離蛋白熱聚合進(jìn)行工藝條件優(yōu)化。通過正交實(shí)驗(yàn)，以粘合強(qiáng)度為指標(biāo)，優(yōu)化大豆分離蛋白基環(huán)保型膠水配方。并與市售膠水的粘合強(qiáng)度、固形物含量、粘度、甲醛含量進(jìn)行比較。結(jié)果表明：熱聚合大豆分離蛋白濃度為10%、熱聚合溫度為85℃、熱聚合時(shí)間為50min時(shí)，粘度可達(dá)7155mPa·s；大豆分離蛋白基環(huán)保型膠水最佳配方為大豆分離蛋白5%，聚乙烯醇溶液3.32%，糖6.64%，甘油4.98%，十二烷基磺酸鈉0.67%，消泡劑3.33%，防腐劑0.07%，水75.99%，粘合強(qiáng)度達(dá)870kPa，大豆分離蛋白膠水的總固形物含量、粘度均大于市售膠水，而粘合強(qiáng)度略低于市售膠水。大豆分離蛋白膠水和市售膠水甲醛含量分別為0、0.036%。

大豆分離蛋白，環(huán)保膠水，粘合強(qiáng)度，熱聚合

在19世紀(jì)以前，人類使用的膠粘劑大多數(shù)為生物膠，例如動(dòng)物蛋白膠、植物蛋白膠、糖等[1]。進(jìn)入20世紀(jì)以后，由于聚合物膠粘劑具有強(qiáng)粘合強(qiáng)度和低成本等優(yōu)點(diǎn)，一經(jīng)投入便迅速成為膠粘劑市場的主角，而我國最早對(duì)大豆蛋白膠的報(bào)道是1952年薛培元以豆粕為原料制成的蛋白溶膠[2]；袁超等利用尿素改性大豆分離蛋白并對(duì)白紙板進(jìn)行粘接，所得蛋白膠有較強(qiáng)粘合強(qiáng)度[3]；Guorong Wang等研究了牛乳清蛋白與聚乙烯吡咯烷酮（PVP）熱聚合制備紙板用膠黏劑，結(jié)果表明乳清蛋白可與PVP形成良好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有較高的粘合強(qiáng)度[4]。目前，我國生產(chǎn)的大豆蛋白膠主要應(yīng)用于木材，而應(yīng)用于紙制品方面的比較少見[3]。市場上常見的紙制品膠粘劑主要應(yīng)用于家庭、學(xué)校、機(jī)關(guān)，但這些膠粘劑大多數(shù)含游離甲醛，且材料多為不可再生資源[5]，但甲醛基膠粘劑的使用存在著嚴(yán)重的問題，首先，甲醛是強(qiáng)致癌物；其次，甲醛是石油化工產(chǎn)品屬于不可再生資源[6-7]。而大豆分離蛋白膠粘劑則具有無毒無害無污染，原料可再生等優(yōu)點(diǎn)，是新型綠色環(huán)保膠粘劑。大豆分離蛋白主要由球蛋白組成，球蛋白經(jīng)熱聚合后易形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是

可用于制備膠粘劑的主要原因。為了充分利用球蛋白的特性及特殊的鍵合能力，則必須破壞蛋白原來的結(jié)構(gòu)，以便建立一個(gè)更大的、具有柔韌性的、相互交織的聚合物鏈，使蛋白可以牢固地附著在固體表面[8]。本實(shí)驗(yàn)主要通過大豆分離蛋白的改性使其聚合，并且研究了大豆分離蛋白基環(huán)保膠水的配方，以用于紙板、紙盒、紙袋等紙制品的粘接。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆分離蛋白 A型，哈高科大豆食品公司；聚乙烯醇（聚合度1750±50）、無水亞硫酸鈉 天津市天力化學(xué)試劑有限公司；十二烷基磺酸鈉（SDS） Sigma L5750；白砂糖 市售；防腐劑（1，2-苯并異噻唑-3-酮） 瑪雅高純度化學(xué)品公司；甘油 天津市津東天正精細(xì)化學(xué)試劑廠；消泡劑 湖北新四海化工有限責(zé)任公司；雙面灰紙板 厚度0.5mm，廣東東莞勇翔紙業(yè)有限公司；鹽酸 北京市化工廠；百里香酚酞

天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；市售膠水 得力液體膠NO.7313。

NDJ-5S型數(shù)字式粘度儀 上海精密科學(xué)儀器有限公司；DK-98-1型電熱恒溫水浴鍋 天津市泰斯特儀器有限公司；JJ-1型增力電動(dòng)攪拌器 江蘇省金壇市金城國勝實(shí)驗(yàn)儀器廠；AL204型分析天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；WDW-S型微機(jī)電子式萬能實(shí)驗(yàn)機(jī) 濟(jì)南試金集團(tuán)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 大豆分離蛋白熱聚合工藝條件的優(yōu)化 通過大量的單因素實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熱聚合蛋白濃度為8%、9%、10%或9%、9.5%、10%時(shí)，熱聚合蛋白濃度對(duì)粘度影響顯著，但是熱聚合時(shí)間與溫度對(duì)粘度的影響不顯著，當(dāng)熱聚合蛋白濃度為9.8%、9.9%、10%時(shí)，熱聚合蛋白濃度、熱聚合時(shí)間與溫度對(duì)粘度的影響顯著，因此選取的熱聚合蛋白濃度為9.8%、9.9%、10%。

采用Box Behnken模型，以濃度、溫度和加熱時(shí)間為主要考察因子，采用三因素三水平的三元二次響應(yīng)面分析方法，以粘度為響應(yīng)值，通過響應(yīng)曲面分析（RSM）進(jìn)行大豆分離蛋白熱聚合工藝條件的優(yōu)化。因子編碼及水平如表1所示：

表1 因素水平編碼表Table 1 Table of factors and levels

1.2.2 大豆分離蛋白基環(huán)保膠水的制備流程 將一定量的濃度為10%的大豆分離蛋白在85℃下水浴加熱，加熱攪拌到30min時(shí)，加入一定量的聚乙烯醇溶液、白砂糖、蛋白消泡劑、甘油、防腐劑、十二烷基磺酸鈉（SDS），20min后停止加熱攪拌，放入室溫下冷卻，整個(gè)加熱過程攪拌速度為200r/m in。

1.2.3 大豆分離蛋白基膠水單因素實(shí)驗(yàn) 以大豆分離蛋白添加量、聚乙烯醇添加量、白砂糖添加量、甘油添加量為因素，以粘合強(qiáng)度為指標(biāo)，在溫度85℃，時(shí)間50min條件下進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。固定各因素值分別取1g蛋白消泡劑、0.02g防腐劑、0.2g十二烷基磺酸鈉（SDS），考察各因素對(duì)指標(biāo)影響的單因素變化值分別為：10%的大豆分離蛋白添加量3、6、9、12、15、18g，聚乙烯醇（PVA）添加量1g，白砂糖添加量2g，甘油添加量1.5g；聚乙烯醇（PVA）添加量0.25、0.5、0.75、1、1.25g，10%的大豆分離蛋白添加量15g，白砂糖添加量2g，甘油添加量1.5g；白砂糖添加量0.5、1、1.5、2、2.5g，10%的大豆分離蛋白添加量15g，聚乙烯醇（PVA）添加量1g，甘油添加量1.5g；甘油添加量1、1.5、2、2.5、3g，10%的大豆分離蛋白添加量15g，聚乙烯醇（PVA）添加量1g，白砂糖添加量2g。利用萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)測定粘合強(qiáng)度，確定各單因素最佳添加范圍。

1.2.4 大豆分離蛋白基環(huán)保型膠水配方的優(yōu)化 在單因素的基礎(chǔ)上，進(jìn)行L1（837）正交實(shí)驗(yàn)，確定大豆分離蛋白基環(huán)保型膠水的配方。正交實(shí)驗(yàn)因素水平如表2所示。

表2 正交實(shí)驗(yàn)因素和水平設(shè)計(jì)Table 2 Factors and levels of orthogonal experiments

1.2.5 總固形物含量的測定 根據(jù)GB/T 1961-2011，取樣品（1±0.2）g，精確到0.001g，置于干燥的鋁盒中，在溫度（105±2）℃條件下經(jīng)（180±2）m in后放入干燥器冷卻至室溫，稱其重量，每個(gè)樣品重復(fù)3次，結(jié)果保留有效數(shù)字三位[9]。計(jì)算公式如下：

式中：X-總固形物含量，%；m0-稱量容器的質(zhì)量，g；m1-加熱前試樣和稱量容器的質(zhì)量，g；m2-加熱后試樣和稱量容器的質(zhì)量，g。

1.2.6 粘度檢測 采用NDJ-5S數(shù)字式粘度儀，將轉(zhuǎn)筒掛鉤懸掛于儀器上，在測試容器中倒進(jìn)約100m L待測液體，轉(zhuǎn)筒插入液體直到?jīng)]過轉(zhuǎn)子上方的液位標(biāo)線，然后調(diào)節(jié)粘度計(jì)右側(cè)的調(diào)速轉(zhuǎn)鈕，選擇合適的范圍。啟動(dòng)電機(jī)，數(shù)顯為0時(shí)開始計(jì)時(shí)，每個(gè)樣品重復(fù)3次。

圖1 樣品粘合尺寸Fig.1 Lap shear specimen dimensions

1.2.7 粘合強(qiáng)度檢測 將灰紙板剪成T型，上部面積為3.5cm×4cm，下部面積為7cm×2cm，施膠面積2cm×

2cm，施膠量約0.1g，將膠涂抹均勻后，兩張T型紙板重疊粘接，如圖1所示。待粘接部分變干牢固后，用萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，拉伸速度為10mm/m in，每個(gè)樣品重復(fù)3次。

1.2.8 大豆分離蛋白基環(huán)保膠水性質(zhì)的研究 對(duì)大豆分離蛋白基環(huán)保膠水進(jìn)行基本性質(zhì)的研究，包括固形物含量的檢測、粘度檢測、粘合強(qiáng)度檢測，并與市售膠水進(jìn)行比較，每個(gè)樣品重復(fù)3次。

1.2.9 游離甲醛含量測定 根據(jù)GB/T 14074.16-93，取20m L 15%Na2SO3溶液與錐形瓶中，加入2滴草酚酞指示劑，滴入NaOH恰使溶液呈微藍(lán)色；稱取試樣5g（精確至0.001g以上）放入另一錐形瓶中，加入50m L蒸餾水，加入2滴草酚酞指示劑，滴入NaOH恰使試樣呈微藍(lán)色。用移液管加入10.00m L 0.5mol/L的HCL溶液；在試樣錐形瓶中滴加草酚酞指示劑15～20滴，并且迅速加入上述中和了的15%Na2SO3溶液，用0.1mol/L NaOH溶液滴定至溶液剛出現(xiàn)藍(lán)色時(shí)為止。50m L蒸餾水代替試樣進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)。操作重復(fù)分析3次[10]。計(jì)算公式如下：

式中：F—游離甲醛含量，%；V1—空白滴定消耗的氫氧化鈉溶液的毫升數(shù)，m L；V2—滴定試樣消耗的氫氧化鈉溶液的毫升數(shù)，m L；N—?dú)溲趸c標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L；0.03003—?dú)溲趸c相當(dāng)于甲醛的重量，g；G—試樣重，g。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析方法

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Design Expert 7.0軟件、正交設(shè)計(jì)助手V3.1軟件、Origin 7.5軟件、SPSS 11.5軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆分離蛋白熱聚合工藝條件的優(yōu)化

2.1.1 模型顯著性檢驗(yàn) 本研究通過Box Behnken模型進(jìn)行三因素三水平實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。利用Design Expert 7.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到了熱聚合大豆分離蛋白粘度為響應(yīng)值Z對(duì)熱聚合大豆分離蛋白濃度A、熱聚合溫度B、熱聚合時(shí)間C的二次多項(xiàng)回歸模型方程為：Z=3614451.51-834650.25A+8737.52B+5251.23C-305AB+492.5AC-2.76BC+44873.75A2-32.82B2+0.48C2。

表3 Box Behnken模型設(shè)計(jì)和響應(yīng)值Table 3 Box Behnken design and response values

方差分析結(jié)果見表4。模型的擬合度可通過決定系數(shù)來衡量，本研究所得模型的決定系數(shù)為R2=

0.9851＞0.80[11]，證明擬合度良好，表明大豆分離蛋白熱聚合粘度的變化有98.51%來源于所選變量（濃度、溫度、時(shí)間）。模型的校正決定系數(shù)R2Adj=0.9660，說明該模型能解釋96.6%的響應(yīng)值變化。失擬項(xiàng)p= 0.5802＞0.05，表明殘差均由隨機(jī)誤差引起，該方程可靠，可以用該模型對(duì)熱聚合大豆分離蛋白粘度進(jìn)行分析和預(yù)測。各因素之間的關(guān)系由表4可知，本研究所得回歸模型極顯著（p＜0.0001），此模型能充分地表明熱聚合大豆分離蛋白粘度的變化。

表4 Box Behnken模型設(shè)計(jì)方差分析表Table 4 Analysis of variance of the regression parameters for Box Behnken designmodel

2.1.2 大豆分離蛋白熱聚合工藝條件對(duì)粘度的影響

回歸方程的回歸系數(shù)影響熱聚合大豆蛋白溶液的粘度。由表4可知，A、C、AC、A2、B2項(xiàng)對(duì)熱聚合大豆蛋白粘度有顯著影響，其他因素影響不顯著。對(duì)回歸方程進(jìn)行中心標(biāo)準(zhǔn)化處理，可以直接從回歸系數(shù)絕對(duì)值的大小來分析各個(gè)因素的改變對(duì)熱聚合大豆蛋白溶液粘度影響的大小，回歸系數(shù)的正負(fù)反映各個(gè)因素影響的方向?；貧w方程一次項(xiàng)的回歸系數(shù)絕對(duì)值大小依次為A、B、C，表明反應(yīng)所需熱聚合蛋白濃度對(duì)熱聚合大豆蛋白粘度的影響最大，其次為熱聚合溫度和熱聚合時(shí)間。

為了形象地描述各個(gè)因素對(duì)響應(yīng)值的影響，利用Design Expert 7.0繪制了各因素對(duì)粘度的響應(yīng)面圖，見圖2～圖4，它直觀地反映了各因素對(duì)熱聚合蛋白溶液粘度的影響。

2.1.2.1 熱聚合溫度和熱聚合大豆分離蛋白濃度對(duì)熱聚合大豆分離蛋白粘度的影響 當(dāng)時(shí)間取中心水平時(shí)，濃度與溫度對(duì)大豆蛋白粘度的交互作用，如圖2所示。當(dāng)時(shí)間一定時(shí)，大豆蛋白粘度隨著蛋白濃度提高呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，隨著反應(yīng)溫度的提高呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，大豆蛋白粘度分別在蛋白濃度10%、反應(yīng)溫度85℃附近時(shí)達(dá)到最大，但是溫度對(duì)粘度的影響不顯著（p＞0.05），而濃度對(duì)粘度的影響極顯著（p＜0.01），兩者交互作用不顯著（p＞0.05）。

圖2 溫度和大豆分離蛋白濃度對(duì)粘度影響的響應(yīng)面圖Fig.2 Response surface graph of temperature and concentration of soybean protein isolated on viscosity

這是因?yàn)檩^高蛋白濃度的溶液其蛋白分子的分布較密集，蛋白與蛋白之間的相互作用占主導(dǎo)，且更多的水分子被固定[12]，在熱處理時(shí)極易形成大分子聚合物，故而粘度不斷提升。在高溫?zé)崽幚沓跗冢?0～85℃）使蛋白內(nèi)部的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，但并沒有使大豆蛋白的溶解度減弱，相反，還能獲得更高的溶解度[13]，進(jìn)而使大豆蛋白的粘度提高，同時(shí)，蛋白分子發(fā)生熱變性，致使多肽鏈展開，使蛋白有效體積和流體力學(xué)體積增大[12]，進(jìn)而導(dǎo)致粘度增大。當(dāng)溫度增大時(shí)（＞85℃），破壞了高分子間內(nèi)部結(jié)構(gòu)，粘度有所下降。

2.1.2.2 熱聚合時(shí)間和熱聚合大豆分離蛋白濃度對(duì)熱聚合大豆分離蛋白粘度的影響 溫度取中心水平時(shí)，濃度與時(shí)間對(duì)大豆蛋白粘度的交互作用，如圖3所示。兩者交互顯著（p＜0.05），時(shí)間影響極顯著，大豆蛋白粘度分別在蛋白濃度10%、反應(yīng)時(shí)間50m in附近時(shí)達(dá)到最大。雖然時(shí)間與濃度對(duì)粘度的影響都極顯著（p＜0.01），但濃度的影響程度更高，從回歸方程中一次項(xiàng)系數(shù)可得出此結(jié)論。當(dāng)溫度一定時(shí)，大豆蛋白粘度隨著蛋白濃度、反應(yīng)時(shí)間提高呈現(xiàn)不斷增長的趨勢。這是因?yàn)殡S著加熱時(shí)間的增長，溶液內(nèi)部蛋白分子熱聚合的越完全，聚合的顆粒會(huì)越來越大，導(dǎo)致粘度也不斷增大。

圖3 時(shí)間和大豆分離蛋白濃度對(duì)粘度影響的響應(yīng)面圖Fig.3 Response surface graph of time and concentration of soybean protein isolated on viscosity

2.1.2.3 熱聚合溫度和熱聚合時(shí)間對(duì)熱聚合大豆分離蛋白粘度的影響 濃度取中心水平時(shí)，溫度與時(shí)間對(duì)大豆蛋白粘度的交互作用，如圖4所示。從三維圖像來看，濃度一定時(shí)，大豆蛋白粘度隨著時(shí)間增加呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，隨著反應(yīng)溫度的提高呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，大豆蛋白粘度分別在加熱時(shí)間50m in、反應(yīng)溫度85℃附近時(shí)達(dá)到最大，但是溫度對(duì)粘度的影響不顯著（p＞0.05），而時(shí)間對(duì)粘度的影響顯著（p＜0.01），兩者交互作用不顯著（p＞0.05）。

圖4 溫度和時(shí)間對(duì)粘度影響的響應(yīng)面圖Fig.4 Response surface graph of temperature and time on viscosity

2.1.3 最佳條件的確定與驗(yàn)證 通過Design Expert 7.0軟件分析得出大豆蛋白粘度最佳條件為：熱聚合蛋白濃度10.00%，熱聚合時(shí)間50.00m in，熱聚合溫度84.53℃，考慮到實(shí)驗(yàn)條件的可操作性，將最佳條件修正為：熱聚合蛋白濃度10%，熱聚合時(shí)間50m in，熱聚合溫度85℃，進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，熱聚合蛋白粘度為7155mPa·s。實(shí)驗(yàn)中熱聚合蛋白粘度理論計(jì)算值與實(shí)測值的相對(duì)誤差為小于5%，驗(yàn)證了所建模型的正確性。

2.2 大豆分離蛋白基環(huán)保膠水配方的研究

2.2.1 熱聚合大豆分離蛋白對(duì)大豆分離蛋白基環(huán)保膠水粘合強(qiáng)度的影響 由圖5可知，隨著10%的SPI溶液添加量的增加，膠水的粘合強(qiáng)度也在不斷增加；添加量15g與添加量3、6、9g差異顯著，而添加量15g與添加量12、18g差異不顯著，但添加量15g粘合強(qiáng)度高于添加量12g。這是因?yàn)楦邷厥筍PI發(fā)生變性，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)被完全破壞，并且發(fā)生了熱聚合，使SPI內(nèi)部形成了聚合物鏈[14]，使蛋白可以牢固地與固體表面粘接在一起，導(dǎo)致粘合強(qiáng)度不斷增大。但隨著SPI含量的繼續(xù)增加，當(dāng)SPI溶液增加到18g時(shí)，膠水的涂抹變的不均勻，熱聚合蛋白部分呈現(xiàn)塊狀，不利于施膠。因此SPI溶液添加量在15g為宜。

圖5 10%SPI溶液添加量對(duì)膠水粘合強(qiáng)度的影響Fig.5 Effectof 10%SPIon bond strength

2.2.2 PVA添加量對(duì)大豆分離蛋白基環(huán)保膠水粘合強(qiáng)度的影響 由圖6可知，隨著PVA添加量越高，膠水的粘合強(qiáng)度越強(qiáng)；各添加量間差異顯著。這是由于PVA分子中含有大量的羥基，且分子間又沒有空間位阻，因此PVA分子間的羥基有很強(qiáng)的氫鍵作用，使高濃度的PVA溶液具有很強(qiáng)的粘合強(qiáng)度。隨著放置時(shí)間的延長或溫度的降低，PVA分子鏈相互纏繞而使乳液凝膠化[15]，使粘合強(qiáng)度的增長趨勢逐漸變小，當(dāng)PVA添加量達(dá)到1.25g時(shí)，膠水粘合強(qiáng)度最大，但膠水涂抹很困難，不利于施膠。因此PVA添加量在1g為宜。

圖6 PVA添加量對(duì)膠水粘合強(qiáng)度的影響Fig.6 Effectof PVA on bond strength

2.2.3 白砂糖添加量對(duì)大豆分離蛋白基環(huán)保膠水粘合強(qiáng)度的影響 由圖7可知，隨著白砂糖添加量的增加，膠水粘合強(qiáng)度也在不斷地增加，0.5～2g時(shí)，膠水粘合強(qiáng)度大幅度增長，添加量大于2g后，膠水粘合強(qiáng)度有降低的趨勢；添加量2g與添加量0.5、1、1.5g差異顯著，添加量2g與添加量2.5g差異不顯著，當(dāng)添加量2g時(shí)粘合強(qiáng)度最大。這是由于白砂糖具有大量的羥基，具有很強(qiáng)的鍵合力，可以很牢固的和固體表面粘結(jié)在一起，因此粘合強(qiáng)度不斷增強(qiáng)。白砂糖在膠水中作為輔助粘合劑，對(duì)膠水粘合強(qiáng)度呈正相關(guān)性。因此白砂糖添加量在2g為宜。

圖7 白砂糖添加量對(duì)膠水粘合強(qiáng)度的影響Fig.7 Effectof sugar on bond strength

2.2.4 甘油添加量對(duì)大豆分離蛋白基環(huán)保膠水粘合強(qiáng)度的影響 由圖8可知，隨著甘油添加量的增加，膠水粘合強(qiáng)度呈先升高后降低的趨勢，甘油添加量2.5g的粘合強(qiáng)度大于添加量1g的粘合強(qiáng)度；甘油添加量1.5g時(shí)與添加量1g，添加量2.5g與3g的粘合強(qiáng)度具有顯著性差異，添加量1.5g時(shí)與添加量2g差異不顯著，當(dāng)甘油添加量達(dá)到1.5g時(shí)，粘合強(qiáng)度最大。甘油在膠水中具有保濕的作用，如不加保濕劑，在存放時(shí)水分會(huì)蒸發(fā)，使膠水干涸，不具有粘合能力。但甘油添加量若是過多，會(huì)使膠水粘合強(qiáng)度降低。因此甘油添

加量在1.5g為宜。

圖8 甘油添加量對(duì)膠水粘合強(qiáng)度的影響Fig.8 Effectof glycerin on bond strength

2.2.5 大豆分離蛋白基環(huán)保膠水配方的正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn) 如表5、表6所示，極差R表明，影響大豆分離蛋白基環(huán)保膠水粘合強(qiáng)度的主次順序是D＞E＞F＞H，即PVA＞10%SPI＞白砂糖＞甘油，本實(shí)驗(yàn)最優(yōu)的配方組合為D3E3F2H1，即PVA添加量1g、10%的SPI溶液添加量15g、白砂糖添加量2g、甘油添加量1.5g。方差分析表明：四個(gè)因素中PVA添加量、SPI溶液添加量及白砂糖添加量對(duì)大豆分離蛋白基環(huán)保膠水粘合強(qiáng)度的影響顯著。

表5 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of orthogonal experiments

表6 正交實(shí)驗(yàn)方差分析表Table 6 Variance analysis of orthogonal experiments

2.3 大豆分離蛋白基環(huán)保膠水性質(zhì)的研究

如表7所示，大豆分離蛋白基環(huán)保膠水的粘合強(qiáng)度略低于市售膠水的粘合強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)中所選取的市售膠水含有甲醛，甲醛含量約0.036%，長時(shí)間使用會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害，而大豆分離蛋白基環(huán)保膠水中未檢出甲醛含量，不僅無毒無害，而且在粘合強(qiáng)度方面可以替代市售膠水。

大豆分離蛋白基環(huán)保膠水的粘度在5125mPa·s左右，而市售膠水的粘度在2350mPa·s左右，如表7所示，大豆分離蛋白基環(huán)保膠水粘度遠(yuǎn)大于市售膠水的粘度，同時(shí)也能說明大豆分離蛋白基環(huán)保膠水的流動(dòng)性弱于市售膠水，但通過觀察大豆分離蛋白基環(huán)保膠水也具有良好的流動(dòng)性，并且完全符合辦公用膠水GB/T 1961-2011中對(duì)粘度的要求（粘度≥1200mPa·s）[9]。

根據(jù)國標(biāo)中干物質(zhì)含量的測定方法得出，大豆分離蛋白基環(huán)保膠水總固形物含量為23.30%±0.26%，市售膠水總固形物含量為9.71%±0.33%，如表7所示。從兩者比較可看出大豆分離蛋白基環(huán)保膠水總固形物含量較高。固形物含量的高低直接影響膠水的流動(dòng)性，同時(shí)也可能影響粘度。因此，大豆分離蛋白基環(huán)保膠水固形物含量高于市售膠水，這也可能是大豆分離蛋白基環(huán)保膠水粘度比市售膠水粘度高的原因之一。

3 結(jié)論

3.1 將響應(yīng)面分析法（RSM）應(yīng)用于熱聚合大豆分離蛋白粘度工藝條件的優(yōu)化，結(jié)果表明，模型擬合程度高，實(shí)驗(yàn)誤差小。優(yōu)化得到的最佳反應(yīng)條件為熱聚合大豆分離蛋白濃度10%，熱聚合時(shí)間50m in，熱聚合溫度85℃，粘度可達(dá)7155mPa·s。

3.2 本實(shí)驗(yàn)采用了單因素和正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)大豆分離蛋白基環(huán)保膠水配方進(jìn)行優(yōu)化研究。結(jié)果表明：影響大豆分離蛋白基環(huán)保膠水粘合強(qiáng)度的主次順序是PVA＞10%SPI＞白砂糖＞甘油，最佳配方為大豆分離蛋白5%，聚乙烯醇3.32%，糖6.64%，甘油4.98%，十二烷基磺酸鈉0.67%，消泡劑3.33%，防腐劑0.07%，水75.99%，以最優(yōu)條件實(shí)驗(yàn)，所得粘合強(qiáng)度為870kPa。

3.3 本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)大豆分離蛋白基環(huán)保膠水和市售膠水進(jìn)行總固形物含量、粘合強(qiáng)度、粘度、甲醛含量的分析測定，結(jié)果表明：大豆分離蛋白基環(huán)保膠水

表7 大豆分離蛋白基環(huán)保膠水與市售膠水粘合強(qiáng)度、固形物含量、粘度、甲醛含量的比較Table 7 Bonding strength，total solids content，viscosity and formaldehyde contentof soy protein isolate-based environment-friendly glue comparison with commercial glue

的總固形物含量、粘度大于市售膠水，而粘合強(qiáng)度略低于市售膠水，大豆分離蛋白基環(huán)保膠水無甲醛。

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Investigation on the formulation optimization and characterization ofsoy protein isolate-based environment-friendly glue

YANG W en-xin，CHENG Jian-jun*，XUE Yan-fang，F(xiàn)ENG Xian-m in
（Departmentof Food，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China）

Soy protein isolated was used as the raw material，and response surface methodology was used tooptimize the thermal polymerization process conditions of soy protein isolated. The viscosity of soybean proteinwas determined and analyzed in various conditions. And soy protein isolate-based environment-friendly glueformulations were obtained by orthogonal experiment with the bonding strength index and compared withcommercial glue in the total solids content，bonding strength，viscosity，formaldehyde content. The resultsshowed that the optimum parameters of soybean viscosity were concentration of soybean protein 10%，at 85℃for 50min，the viscosity of soy protein was 7155mPa·s. Glue formulation was SPI 5% ，PVA3.32% ，sucrose6.64%，glycerin 4.98%，sodium dodecyl sulfate 0.67%，defoamer 3.33%，preservative 0.07% and water 75.99%.Under the condition，glue bonding strength was 870kPa. The total solids content and viscosity of soy proteinisolate glue was greater than the commercial glue but the bonding strength was slightly lower than thecommercial glue. The formaldehyde content of soy protein isolated glue and commercial glue were 0 and0.036%，respectively.

soybean protein isolated；glue；bonding strength；thermal polymerization

TS201.1

：A

：1002-0306（2014）16-0086-07

10.13386/j.issn1002-0306.2014.16.010

2013－11－25 *通訊聯(lián)系人

楊文鑫（1987-），男，碩士研究生，研究方向：糧食、油脂及植物蛋白。