第五章大豆蛋白质材料

第五章大豆蛋白质材料

环境友好高分子当前1页，总共59页。目的和要求了解蛋白质的组成与结构熟悉大豆蛋白质的来源、性质与用途等重点掌握大豆蛋白质材料的制备、性能与应用主要内容蛋白质简介小分子增塑的大豆蛋白质材料合成大分子增塑的大豆蛋白质材料天然高分子-大豆蛋白质材料无机物增强增韧的大豆蛋白质材料大豆蛋白质衍生物材料本章主要内容2当前2页，总共59页。生命是蛋白质的存在方式，这种存在方式本质上就在于蛋白质化学成分的不断自我更新。－－恩格斯由此可见，蛋白质对于生命来说是非常重要。1.蛋白质简介当前3页，总共59页。中国工程院院士、广州医学院呼吸疾病研究所所长抗“非典”最前沿领军人物钟南山4当前4页，总共59页。SARS病毒的电子图片

SARS病的凶手——冠状病毒，有自己的核酸和蛋白质。它进入人体后，借助人体内的原料合成病毒。当人体发病时，就是它的蛋白质对我们起了作用。5当前5页，总共59页。6当前6页，总共59页。CH4甲烷CHHHHCOOHCOOHNH2甘氨酸

羧基氨基氨基酸的结构当前7页，总共59页。CHNH2HCOOH甘氨酸CHNH2CHCOOHCH3CH3缬氨酸CHNH2COOHCH3CHNH2CHCOOHCH3CH3CH2亮氨酸丙氨酸1它们在结构上有何相同点和不同点？观察与思考当前8页，总共59页。试一试推导出氨基酸的结构通式RCHNH2COOHCH31、每种氨基酸至少有一个氨基(-NH2)和一个羧基(-COOH)，且氨基和羧基连在同一个碳原子上。2、这个碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基团（R表示）3、氨基酸之间的区别在于R基不同（R基不同，氨基酸就不同）。当前9页，总共59页。问题：它们是组成蛋白质的氨基酸?CHNH2COOHCH2SHCHNH2COOHCH2SHCHNH2HCH2COOH√××当前10页，总共59页。CR1CHH2NOHOCR2CHNOHOHHH2O肽键-OHH-脱水缩合反应脱水缩合：一个氨基酸分子的氨基和另一个氨基酸分子的羧基相连形成肽键，同时失去一分子水的过程。二肽当前11页，总共59页。脱水缩合反应H2OH2OH

NH2-C-COOH-R1-H

HNH-C-COOH-R2-HHNH-C-COOH-R3-HNH-C-CO-R2-HNH2-C-CO-R1-HNH-C-COOH-R3-————肽键三肽当前12页，总共59页。蛋白质由C、H、O、N、S等元素组成，特种蛋白质还含有铜、铁、磷、铂、锌、碘等元素。组成蛋白质的单体为氨基酸，蛋白质水解得到各种α-氨基酸的混合物。仅有大约20种氨基酸是维持生命存在所必不可少的。在这20种氨基酸中，有11种可以在人体中合成，其余9种从食物中获得。不同的组合方式使蛋白质具有众多不同的种类，从而也具有不同的性能。1.蛋白质简介当前13页，总共59页。蛋白质的结构当前14页，总共59页。一级结构蛋白质的一级结构是指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序，包括二硫键的位置。其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序。一级结构是蛋白质分子结构的基础，它包含了决定蛋白质分子所有结构层次构象的全部信息。蛋白质一级结构研究的内容包括蛋白质的氨基酸组成、氨基酸排列顺序和二硫键的位置、肽链数目、末端氨基酸的种类等。蛋白质的结构当前15页，总共59页。二级结构描述其构象或形状，主要有两种形式：α-螺旋结构：蛋白质分子的肽链不是伸直展开的，而是盘绕曲折成为螺旋形。β-片层结构：也称折叠结构，由相邻两条肽链或一条肽链内两个氨基酸残基间的碳基和亚氨基形成氢键所构成的结构。对于螺旋结构，氢键存在于单个分子链中，而对于折叠结构氢键存在于相邻的链间。蛋白质的结构当前16页，总共59页。三级结构主要针对球状蛋白质而言，是指多肽链在二级结构、超二级结构以及结构域的基础上进一步卷曲折叠形成的复杂球状分子结构。稳定蛋白质三维结构的作用力主要是一些所谓弱的相互作用或称非共价键或次级键，包括氢键、范德华力、疏水作用和盐键（离子键），也包括共价二硫键。稳定蛋白质三维结构的各种作用力①盐键；②氢键；③疏水作用；④范德华力；⑤二硫键蛋白质的结构当前17页，总共59页。四级结构四级结构是指在亚基和亚基之间通过疏水作用等次级键结合成为有序排列的特定的空间结构。四级结构的蛋白质中每个球状蛋白质称为亚基，亚基通常由一条多肽链组成，有时含两条以上的多肽链，单独存在时一般没有生物活性。稳定四级结构的作用力与稳定三级结构的没有本质区别。血红蛋白四级结构示意图

蛋白质的结构当前18页，总共59页。蛋白质在材料领域的应用纺织物羊毛、丝绸、羽绒服当前19页，总共59页。蚕丝是天然蛋白质类纤维，是自然界唯一可供纺织用的天然长丝。蛋白质在材料领域的应用当前20页，总共59页。蛋白质在材料领域的应用当前21页，总共59页。（1）来源与组成大豆蛋白质是大豆的主要组分，是资源丰富、品质优良、加工易得并且价格低廉的植物性蛋白质，约占全球植物蛋白的60%，被誉为“生长着的黄金”。大豆最主要的组分是蛋白质、油脂、碳水化合物、粗纤维和水分。其中，蛋白质含量约为36%，油脂19%，碳水化合物22.5%，纤维5%，水分12%，灰分5.5%。大豆蛋白主要成分为大豆球蛋白和大豆乳清蛋白，其中，大豆球蛋白占90%。大豆蛋白概述当前22页，总共59页。（2）大豆蛋白的提取根据加工过程和蛋白质组分含量的不同，大豆的加工可分为大豆粉（SF）、大豆浓缩蛋白（SPC）、大豆分离蛋白（SPI）和大豆渣（SD），前三者是大豆蛋白质的主要产物，而大豆渣是副产物。大豆粉分为全脂大豆粉和脱脂大豆粉，用作工业原料的主要是后者。脱脂大豆粉又分为烘烤的脱脂大豆粉和低变性脱脂大豆粉，它是大豆经过清洗、干燥、榨油（或抽提）、脱皮、脱除溶剂、粉碎、过筛等加工工序后所得的粉末，其中大豆蛋白含量~50%。大豆蛋白概述当前23页，总共59页。大豆浓缩蛋白是指从高质、干净、完整和脱皮大豆中除去大豆油和水溶性非蛋白部分后，含有不少于70%的大豆蛋白质。大豆分离蛋白是指从高质、干净、完整和脱皮大豆中除去大豆油和水溶性非蛋白部分后，含有不少于90%的大豆蛋白质。大豆渣是大豆经榨油（或抽提）、并且分离出大豆浓缩蛋白或大豆分离蛋白后剩余的残渣。大豆蛋白概述当前24页，总共59页。（3）大豆蛋白的性质溶解特性：溶液的pH值为9以上时，大部分SPI能溶解于水中；当pH值为4.64（大豆蛋白的等电点）时，其溶解度最小。变性：当大豆蛋白质受到外界各种因素的作用时，维持其高级结构的氢键或次级键遭到破坏，其分子原有的特殊构象发生转变，从而导致蛋白质的物理、化学及生物学特性发生变化，即大豆蛋白质的变性。蛋白质变性后最显著的特征是溶解度降低，因而测定其溶解度即可以衡量蛋白质的变性程度。大豆蛋白概述当前25页，总共59页。亲水性：大豆蛋白质分子上含有大量的氨基、肽键、羟基等亲水基团，吸水性强，对环境湿度敏感。凝胶性：凝胶性是指蛋白质形成胶体状结构的好坏程度。凝胶的形成伴随着蛋白质的变性。蛋白质凝胶形成的先决条件是蛋白质分子、分子束或者聚集体之间以及蛋白质和水分子之间的相互作用使体系形成三维网络结构。

生物降解性：大豆蛋白质具有优异的生物降解性，且降解产物安全环保。大豆蛋白概述当前26页，总共59页。大豆蛋白质材料的主要性能缺陷：不能直接直接热塑成型加工；大豆蛋白质材料缺乏韧性，表现为硬而脆的性质。解决途径：加入增塑剂与柔性热塑性高分子材料共混2、小分子增塑的大豆蛋白质材料27当前27页，总共59页。什么是增塑剂？增塑剂增塑的原理？大豆蛋白质应该采用什么结构的化合物作为增塑剂？2、小分子增塑的大豆蛋白质材料28当前28页，总共59页。甘油增塑大豆蛋白质材料甘油大豆分离蛋白（SPI）与25%甘油混合，使SPI的玻璃化转变温度从150°C降低到-50°C，可获得热塑性SPI。甘油增塑SPI缺陷：甘油的亲水性导致制品对湿度敏感29当前29页，总共59页。甘油/己内酯增塑大豆蛋白质材料己内酯己内酯在高温下能与大豆蛋白分子侧链上的氨基、羧基等发生开环聚合反应，也可与甘油的羟基反应，从而提升热塑性大豆蛋白塑料的疏水性与耐水性。30当前30页，总共59页。酰胺类小分子化合物与大豆蛋白的重复单元具有相同的酰胺键，可以用作良好的增塑剂。酰胺增塑大豆蛋白质材料乙酰胺乙酰胺与大豆蛋白分子间存在氢键作用，使得其增塑的大豆蛋白塑料柔韧而富有弹性。31当前31页，总共59页。其它小分子增塑剂二乙醇胺三乙醇胺硫二甘醇32当前32页，总共59页。3、合成大分子/大豆蛋白质共混材料溶液共混：将合成大分子与大豆蛋白溶解或分散于溶剂中，混合后将溶剂去除，即得共混材料。熔融共混：将合成的热塑性聚合物与粉末状或增塑大豆蛋白，在聚合物共混设备中，混炼获得相应材料。33当前33页，总共59页。1.聚乙烯醇/大豆蛋白质共混材料溶液共混制备的大豆蛋白质材料聚乙烯醇聚乙烯醇/大豆蛋白质溶液纺丝纤维制品34当前34页，总共59页。溶液共混制备的大豆蛋白质材料聚乙烯醇/大豆蛋白质纳米纤维膜静电纺丝35当前35页，总共59页。2.天然橡胶/大豆蛋白质共混材料溶液共混制备的大豆蛋白质材料天然橡胶36当前36页，总共59页。溶液共混制备的大豆蛋白质材料3.水性聚氨酯/大豆蛋白质共混材料37当前37页，总共59页。熔融共混制备的大豆蛋白质材料聚己内酯（PCL）聚丁二酸丁二醇酯（PBS）芳香-脂肪共聚酯（PBAT）聚乳酸（PLA）生物降解热塑性高分子/大豆蛋白质共混材料38当前38页，总共59页。4.天然大分子/大豆蛋白质材料海藻酸/大豆蛋白质材料海藻酸海藻酸是存在于褐藻细胞壁中的一种天然多糖，为白色至棕黄色纤维、颗粒或粉末。海藻酸易与阳离子形成凝胶，如海藻酸钠等。海藻酸钠海藻酸39当前39页，总共59页。4.天然大分子/大豆蛋白质材料海藻酸的性能：可再生性：来源于海洋生物；生物降解性：多糖结构；生物相容性：无毒、无排异、可吸收；水溶性：含有羧基的多糖；凝胶性：与高价金属离子交联形成凝胶；pH敏感性：含有羧基，性质随环境pH值变化；40当前40页，总共59页。4.天然大分子/大豆蛋白质材料海藻酸钠/大豆蛋白复合微球海藻酸钠/大豆蛋白质由于分子间氢键作用，相容性好。复合微球中海藻酸钠具有pH敏感性，可实现靶向治疗，而大豆蛋白质具有生物活性，可降低药物对身体组织的刺激性。41当前41页，总共59页。4.天然大分子/大豆蛋白质材料纤维素/大豆蛋白复合材料纤维素的性能特点：高强度可再生可降解无毒性可纺性42当前42页，总共59页。4.天然大分子/大豆蛋白质材料纤维素/大豆蛋白微孔膜43当前43页，总共59页。纤维素/大豆蛋白复合海绵：4.天然大分子/大豆蛋白质材料大豆蛋白为细胞生长提供养分；大豆蛋白优异的生物降解性提升了复合海绵的降解速率。44当前44页，总共59页。4.天然大分子/大豆蛋白质材料羧甲基纤维素/大豆蛋白复合材料可食用薄膜羧甲基纤维素加入提升了薄材料的力学强度。45当前45页，总共59页。4.天然大分子/大豆蛋白质材料纤维素晶须增强大豆蛋白复合材料酸解超声高强度（最高达17.8GPa）高模量（128GPavs.76GPa(玻璃纤维)）46当前46页，总共59页。4.天然大分子/大豆蛋白质材料干态力学性能湿态力学性能47当前47页，总共59页。4.天然大分子/大豆蛋白质材料木质素/大豆蛋白复合材料木质素（英语：Lignin）是一种广泛存在于植物体中的无定形的、分子结构中含有氧代苯丙醇或其衍生物结构单元的芳香性高聚物。48当前48页，总共59页。4.天然大分子/大豆蛋白质材料木质素纳米粒子羟烷基化后，再与大豆蛋白共混复合，可获得高性能的互穿结构的SPI/木质素复合材料。49当前49页，总共59页。4.天然大分子/大豆蛋白质材料甲壳素晶须增强大豆蛋白复合材料甲壳素晶须增强聚合物纳米复合材料50当前50页，总共59页。4.天然大分子/大豆蛋白质材料甲壳素晶须增强大豆蛋白复合材料甲壳素晶须的加入能形成三维网络结构以及很强的分子间相互作用，大幅提升大豆蛋白塑料的强度、模量与耐水性等。51当前51页，总共59页。5.无机物增强增韧大豆蛋白质材料层状硅酸盐增强大豆蛋白复合材料层状硅酸盐的结构及其复合材