接枝聚合改性

1、酪蛋白-葡聚糖接枝改性研究1、什么是酪蛋白呢？什么是酪蛋白呢？ 乳可以对人类和动物进行免疫保护与生长调节，是新生哺乳动物最好的营养来源。在牛乳中，主要的乳蛋白是酪蛋白酪蛋白，约占总蛋白的788，人乳中酪蛋白约占总蛋白的32。酪蛋白是牛乳脱脂后，加酸调整pH至4.64.7时沉淀下来的蛋白质。酪蛋白的比重为1.25-1.31，为非吸湿性白色物质，不溶于水、酒精、有机溶剂中，而溶于碱性溶液中，可生成酪蛋白酸盐(可作为乳化剂、增稠剂)。酪蛋白含有人体必需的八种氨基酸，是一种全价蛋白质，其PER值为2.5，能够为生物体生长发育提供必需的氨基酸，其消化吸收率为97,-一98，有着良好的功能特性和较高的营养

2、价值。1.1、酪蛋白的结构酪蛋白的结构 酪蛋白是一种含磷蛋白质，酪蛋白中的丝氨酸羟基与磷酸根之间形成一个酯键。研究表明，酪蛋白不是单一的蛋白质，而是由D、1c、Y四种类型构成，每类又有多种遗传变异体。酪蛋白的主要特征是它们具有高含量的磷酸丝氨酞残基和相当多的脯氨酸。它们的主要组成见表1.1所示。1.21.2、酪蛋白的性质、酪蛋白的性质 酪蛋白为非结晶、非吸潮性物质，常温下在水中可溶解0.8-1.2%，微溶于25水和有机溶剂，溶于稀碱和浓酸中，能吸收水分，当浸入水中则迅速膨胀，但分子不结合。 干酪素（酪蛋白）是等电点为pH4.8的两性蛋白质。在牛奶中以磷酸二钙、磷酸三钙或两者的复合物形式存在，构

3、造极为复杂，直到现在没有完全确定的分子式，分子量大约为57000-375000。干酪素在牛奶中约含3%，约占牛奶蛋白质的80%。纯干酪素为白色、无味、无臭的粒状固体。相对密度约1.26。不溶于水和有机溶剂。干酪素能吸收水分，浸于水中，则迅速膨胀，但分子并不结合。1.31.3、酪蛋白的制备、酪蛋白的制备 (1)新鲜牛奶脱脂，加酸(乳酸、乙酸、盐酸或硫酸)，将pH调至4.8，使干酪素微胶粒失去电荷而凝固沉淀。用这种方法得到的干酪素称为酸酪蛋白，加酸的种类不同得到的酸酪蛋白却几乎毫无区别。酸酪蛋白是白色至淡黄色粉末或颗粒，稍有奶臭和酸味。在水中只是溶胀，若加入氨、碱及其盐时，则可分散溶解于水中。可溶

4、于强酸、二乙醇胺、吗啉、尿素、甲酰胺、热苯酚和土耳其红油。 (2)将牛奶与粗制凝乳酶作用，形成凝固沉淀物，称为粗制凝乳酶酪蛋白，呈白色粒状，几乎无味无臭，加热灼烧会产生特有的臭味。凝乳酶酪蛋白比酸酪蛋白的灰分含量高。2.、研究的背景及意义研究的背景及意义 随着生活水平的提高，蛋白质在食品体系中的应用越来越受到人们的关注。长期以来，食品研究人员致力于通过物理、化学(酰化、磷酸化、糖基化及去酰胺等)和酶(生物工程)的方法进一步提高蛋白质的功能特性。但是，在这些改进的方法中，物理方法效果不显著，化学方法使用了化学有毒试剂，从而不能或极少应用于食品工业。从80年代末期开始，一些研究小组把研究的重点转移

5、到蛋白质糖接枝改性上。经过Maillard（美德拉）反应，蛋白质与糖共价结合，不需要任何化学试剂作为催化剂，仅加热就可使该反应自发地进行。因此，适当控制蛋白质的接枝反应朝有利的方向发展，不失为蛋白加工业中一条较佳的方法。 酪蛋白氨基酸组成比较理想，是一种全价蛋白质。酪蛋白是多种食品重要成分，深受人们的关注。不可避免的是，酪蛋白的功能特性依然存在着一定的缺陷。酪蛋白等电点在pH 46左右，低酸性条件下，溶解度及乳化性都很差，当食品为酸性体系时，酪蛋白的使用就会受到限制。因此，为改善酪蛋白的一些功能特性，扩大酪蛋白的使用范围，需对其进行改性。另外，已报道蛋白质-糖接枝物是一种性质优良的多功能添加剂

6、。它们是由蛋白质和糖两种生物分子在无任何化学催化剂参与下经由接枝反应制得，符合现代社会对天然添加剂与日俱增的要求，因而有广泛的应用前景。 3 3、接枝共聚改性的定义、接枝共聚改性的定义3.1 3.1 基本原理基本原理 AAAAAAAAAA | | | | | | | | | | B B B B B B B B B B | | | | | | | | | | B B B B B B B B B B | | | | | | | | | | B B B B B B B B B B方法：在反应性大分子存在下，将单体进行自由基、离子加成或开环聚合方法：在反应性大分子存在下，将单体进行自由基、离子加成或开

7、环聚合 自由基接枝自由基接枝 烯烃单体在带有不稳定氢原子的预聚体存在下进行聚合，引发可通过过氧化烯烃单体在带有不稳定氢原子的预聚体存在下进行聚合，引发可通过过氧化物，辐照或加热等方法。物，辐照或加热等方法。 如：如： CHCH=CHCH + StCHCH=CHCH + St | | | | H H H H 在主链上形成过氧化氢基团或其它官能团，然后以此引发单体聚合。在主链上形成过氧化氢基团或其它官能团，然后以此引发单体聚合。 如：如： CHCH3 3 | | CH CH2 2C + StC + St | | OOH OOH 阳离子接枝阳离子接枝 ：效率较低：效率较低 阴离子接枝阴离子接枝 主链

8、引发主链引发 例：例：CHCH2 2CH=CH=CH + StCH=CH=CH + St 主链偶联主链偶联 例：活性聚苯乙烯阴离子和带有侧酯基的大分子（甲基丙烯酸甲酯），甲氧例：活性聚苯乙烯阴离子和带有侧酯基的大分子（甲基丙烯酸甲酯），甲氧基团被取代生成酮基接枝链。基团被取代生成酮基接枝链。 开环聚合开环聚合4 4、接枝改性方法、接枝改性方法 蛋白质与糖的接枝方式，目前主要有两种：干法和湿干法和湿法法。湿法一般在较高温度下进行，反应速率快。本章采用湿法反应改性酪蛋白，以期生成新型功能大分子接枝物。采用湿法进行接枝反应，一般将蛋白质与糖混合液在密封的装置中加热进行。该反应的程度与许多因素有关，例

9、如：温度、加热时间、缓冲液类型、pH值、底物配比等。湿法接枝反应主要应用于单糖与双糖之间，而与多糖进行反应相对较少。有研究表明，多糖的加入较单糖与双糖更能提高蛋白质的功能性质。葡聚糖又称右旋糖苷，是利用蔗糖分子中的葡萄糖单元经肠膜明串珠菌发酵，使葡萄糖单元脱水聚合而成的一种高分子葡萄糖聚合物，具有优良的性质。其性状为白色颗粒状粉末，无臭无味，易溶于水。具有高亲水性、无凝血效应，黏度和渗透压与血液相近，能在人体内降解但又必须维持一定的时间，是目前世界公认的一种优良的血浆代用品。因而实验中选择葡聚糖与酪蛋白进行接枝反应。 4.14.1、酪蛋白、酪蛋白- -葡聚糖湿法接枝反应方法葡聚糖湿法接枝反应方

10、法 称取一定量的酪蛋白，溶于115 molL的磷酸盐缓冲液中，按一定比例加入葡聚糖，充分搅拌溶解。取8 mL混合液于带塞的旋口试管中，适当的反应温度下，反应一定时间后置于冰浴冷却，冰箱保存备用。冷冻干燥后得到酪蛋白-葡聚糖接枝物。5 5、酪蛋白、酪蛋白- -葡聚糖湿法接枝反应过程葡聚糖湿法接枝反应过程 酪蛋白-葡聚糖接枝反应主要是基于蛋白质分子中氨基酸侧链的自由氨基和糖分子还原末端的羰基之间的羰氨反应。 第(1)步显示早期Maillard反应，即糖分子与赖氨酸或羟赖氨酸的-氨基形成可逆的醛亚胺(Aldimine或Sehiff碱（席夫碱）)；中期Maillard反应则由(2)(4)步表示，席夫碱

11、形成后，席夫碱上电荷与双键的重排形成糖-蛋白质酮胺结合物(Ketoamine或Amadori型产物)，此时得到的这种蛋白-多糖接枝产物比较稳定且为可逆性产物，均属于非酶糖基化中间产物。v 反应中重要的中间产物席夫碱经过Amadori重排形成Amadori产物，接着Amadori产物根据pH值的不同发生降解，当pH值等于或小于7时，Amadori产物主要发生1，2一烯醇化而形成糠醛(当糖是戊糖时)或羟甲基糠醛(当糖为己糖时)；当pH值大于7时，Amadori产物主要发生2，3-烯醇化而形成还原酮，例如4-羟基一5-甲基2，3-二氢呋喃，和很多裂解产物包括1-羟基-2丙酮、丙酮醛、二乙酰基等，所有

12、这些都是高活性的中间体，还继续参与反应。羰基能和自由氨基缩合，这样就使最终产物中含氮，二羰基化合物能和氨基酸反应形成醛和d-氨基酮，这个反应称为Strecker反应。接下来，一系列反应发生，包括环合、脱氢、重排、异构化，进一步缩合，最终形成棕色含氮聚合物或共聚物，称为类黑素。6 6、酪蛋白的应用、酪蛋白的应用 酸酪蛋白主要用作涂料的基料，木、纸和布的粘合剂，食品用添加剂等。作为涂料的基料约占总消费的一半，具有优良的耐水性，在颜料中能很好地分散，提高涂料的均匀性。此外，因流动性好，易于涂装施工，粗制凝乳酶蛋白主要用于制造塑料钮扣。酪蛋白钮扣与其他树脂钮扣相比，染色性、加工性、色泽鲜艳性均好，质量在钮扣中居中上等。干酪素与消石灰（CaOH）、氟化钠、硫酸铜均匀混合，再配入煤油得到酪素胶，是航空工业和木材加工部门使用的一种胶合剂。干酪素也用于医药和生化试剂。 酪蛋白在食品工业中主要用作固体食品的营养强化剂,同时兼为食品加工过程中的增稠及乳化稳定剂,有时也能作为黏结剂、填充剂和载体使用。酪蛋白在食品中尤其适用于干酪、冰淇淋(用量0.3%0.7%)、肉类制品(如火腿、香肠,用量1%3%)及水产肉糜制品；以5%添加量强化面包和