(纤维化学与物理)第六章蛋白质纤维的结构和性能
纤维化学与物理
四、羊毛纤维的远程结构
羊毛蛋白的分子一般具有α螺旋构象(主要存在于低硫蛋白的多肽链中)
构象变化：α构象向β构象转变 拉伸倍数>20%--开始转变 拉伸倍数>35%--明显转变 拉伸倍数>70%--完全转变（如能形成新的稳定的交联键则构象
变化不可逆）
五、羊毛的聚集态结构
皮质细胞、微原纤和基原纤模型图
第五章 蛋白质纤维
蛋白质纤维Hale Waihona Puke 分类第一节 蛋白质的基础知识
一、蛋白质的化学组成及分子结构概况
1.元素组成 蛋白质是有机含氮高分子物，分子量很高，结构复杂，但是，
组成蛋白质的元素为：
主要元素：C、H、O、N 其他元素：S、P 微量元素：Fe、Cu、Zn、I 2. 氨基酸组成
蛋白质完全水解的最终产物是氨基酸，而且在水解 过程中羧基与氨基又是等当量增加的，因此蛋白质的基本 组成单位是氨基酸。
二、蚕丝的组成和结构
1、蚕丝的组成
蚕丝主要由丝素与丝胶两部分组成，它们占茧丝总重量的90%以 上，此外还含有少量的无机物、脂腊、色素和碳水化合物。
2、丝素的结构 （进程、远程、聚集态结构）
丝素原纤的结构
3、丝胶的结构
三、蚕丝的主要性能
1、吸湿性 吸湿性比较高，吸湿后纤维膨胀，直径大幅增加，蚕丝遇水迅速
1、分子式(C6H10O5)n
2、结构式：
结构描述：
（1） 多糖类（碳水化合物）
（2）高分子物
（3）由β-d-葡萄糖剩基彼此以1,4甙键连结而成 ，相邻 两个剩基相互扭转180度，大分子对称性良好，结构规整。
（4）含有大量羟基，可发生醇类的反应。分子间可形成 氢键。纤维素分子中的每一个葡萄糖剩基上有三个自由羟 基，2、3位上接两个仲醇羟基，6位上接伯醇羟基。
纤维化学与物理PPT课件
第四节 纤维材料的工业应用
• 一、纤维原料用于造纸工业 • 二、纤维材料用于制革工业 • 三、纤维材料用于纺织工业 • 四、纤维材料用于其它工业
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第五节 纤维鉴别概述
• 一、显微镜法 • 二、燃烧法 • 三、溶解法 • 四、着色性
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1、基本结构单元、连接类型 2、分子大小、空间排布（如伸直链、折叠链） —— 与溶解性、粘度、密度、熔点等各种特性有关
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二次结构（聚集态结构、超分子结构） 聚集态结构指高分子整体的内部结构，包括晶体结构、非晶体结构、取向态结构以及液晶结构。 —— 决定高分子的使用性能 第7页/共27页
纤维化学与物理课程内容
绪论 植物纤维原料的化学成分及生 物结构 纤维素(cellulose) 半纤维素(hemicellulose) 木素( Lignin)
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第一章 绪论
第一节 纤维的来源与分类 纤维概念
指长度与截面直径之比较大，具有一 定柔性和强度的细长物体。
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一、纤维的分类
非结晶性高聚物的纤维—— 非结晶态 结晶性高聚物的纤维—— 结晶态和非结晶态共存于 一体，结晶态和非结晶态之间存在过渡状态
3、纤维的取向结构：
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三、纤维的形态结构
指纤维中尺寸比超分子结构更大一些单元的敛集特征。
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第三节 纤维的基本性质
一、纤维的长度、宽度与密度
纤维的长度和宽度一般指平均纤维长度和平均纤维 宽度。单位：毫米，微米 纤维粗度：纤维每单位长度的质量，mg/100m
四、纤维的光学性质 1、纤维的折光指数与双折射 2、光的反射、全反射与纤维的光泽 3、光吸收与二向色性
纤维的分子结构和化学性质要点
第一节纤维的分子结构和化学性质成纤高分子：1）线性、长链的分子结构，即使有侧基或支链，也比较短、小。
2）以碳原子为主链的构成元素，因此大多数纤维高分子是有机高分子，即有机纤维。
3）分子链有一定长度，分子间可以达到高的相互作用而有强度。
染整关注：纤维高分子与水有无结合基团、与染料分子有无作用点、与整理剂等有无结合点，是共价键结合、离子键结合、氢键结合还是范得华作用力结合。
例如：棉纤维麻纤维聚乙烯纤维聚丙烯纤维：分子结构差异大，左者所用染料和整理剂右者就无法使用。
一、纤维分类二、纤维素纤维的分子结构和化学性质纤维素分子结构式结构特点：1) 环上三个—OH，反应活性点2) 环间—O—，酸分解之，碱稳3) 链端：有一隐-CHO，M低还原性4) 链刚性，H-键多，强度高5）聚合度（二）纤维素分子化学性质1、与酸作用酸促使苷键水解:(反应式)酸作用情况酸使纤维素纤维织物初始手感变硬,然后强度严重下降。
纤维结构、酸的种类、作用时间、温度、纤维结构影响水解反应速率。
生产上应用：含氯漂白剂漂白后，稀酸处理，起进一步漂白作用；中和过剩碱；烂花、蝉翼等新颖印花处理。
用酸注意：稀酸、低温、洗净，避免带酸干燥。
2、与氧化剂作用纤维素氧化后分子断裂，基团氧化变化，织物强度损伤。
纤维素分子对不同氧化剂作用有不同的敏感程度。
强氧化剂完全分解纤维素。
中、低强度氧化剂在一定条件下氧化分解纤维素能力弱，可用来漂白织物。
注意：空气中O2在强碱、高温条件易氧化、脆损纤维素织物，应避免。
氧化反应：Cell-OH + [O] Cell-CHO, Cell-C=O, Cell-COOH氧化纤维素：还原型— -CHO，=C=O，潜在损伤酸型— -COOH注：纤维素分子对还原剂稳定。
常温稀碱中稳定，浓碱溶胀，高温稀碱有氧气易氧化、断裂苷键，强力下降。
浓碱溶胀：各向异性、不可逆。
径向溶胀大，纵向小反应:(酸性)纤维素分子与碱拟醇钠反应C2H5OH + NaOH=C2H5ONa + H2OCell-OH + NaOH=Cell-ONa+ H2O ;orCell-OH﹡NaOH反应可逆，水洗除碱，恢复纤维素分子，但纤维素纤维高层次结构被变化、不可逆---是棉织物丝光、碱缩处理理论根据。
蛋白质的结构与功能ppt课件(完整版)全文
* 两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨 基酸缩合则形成三肽……
* 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡 肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相 连形成的肽称多肽(polypeptide)。
* 多肽链(polypeptide chain)是指许多 氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。
3）运动与支持
机体的结构蛋白：头发、骨骼、牙齿、肌肉等
4）参与运输贮存的作用
血红蛋白 ——运输氧 铜蓝蛋白 ——运输铜 铁蛋白 ——贮存铁
5）免疫保护作用
抗原抗体反应 凝血机制
6）参与细胞间信息传递
信号传导中的受体、信息分子等
7） 氧化供能Βιβλιοθήκη 第一节蛋白质的分子组成
The Molecular Component of Protein
4. 无规卷曲
无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部 分肽链结构。
（三）模体(motif)
在许多蛋白质分子 中，可发现二个或三个 具有二级结构的肽段， 在空间上相互接近，形 成一个特殊的空间构象， 被称为模体
钙结合蛋白中 结合钙离子的模体
锌指结构
螺旋－折叠－折叠 2个His和2个Cys 与Zn离子结合 螺旋区 与 DNA 结合
子，占人体干重的45％，某些组织含量更 高，例如脾、肺及横纹肌等高达80％。
大事记：
1833年 Payen和Persoz分离出淀粉酶。 1864年 Hoppe-Seyler从血液分离出血红蛋
白，并将其制成结晶。 19世纪末 Fischer证明蛋白质是由氨基酸组成
的，并将氨基酸合成了多种短肽 。 1938年 德国化学家Gerardus J. Mulder引用
蛋白质纤维(毛、丝)
六、其它动物毛（特种动物毛）
1. 山羊绒（开司米）
从绒山羊和能抓绒的山羊身上取得的绒毛。 山羊绒又叫“开司米”或克什米尔 （Cashmere）。我国、伊朗、蒙古、阿富汗为 山羊绒的主要产地。我国年产山羊绒约6000吨， 占世界产量的60%，且品质最优。 每头羊每年 可产200克左右的绒，个别可达600克/羊，但 美国、欧洲（英国）和日本为主消费国。
第三章 动物纤维
第一节 第二节 毛纤维 蚕丝
毛织物
精纺呢绒
粗纺呢绒
粗花呢
丝 织 物
第一节 毛纤维
毛，动物（禽兽）身上长出的细长覆盖物， 有发毛和绒毛两种。 发毛：粗、硬、长 绒毛：细而柔很适合衣用 其中用量最大的毛纤维是羊毛——在纺织上狭义 常专指绵羊毛。其它的动物毛则统称为特种动物 毛，如山羊毛（绒）、骆驼毛（绒）、兔毛 （绒）、驼羊毛等。…
a.缩绒的原因 –内因： 缩绒是各项性能的综合反映。定向摩擦效应、 高度的恢复弹性和天然卷曲是缩绒的内在原因。 –外因： 温湿度、化学试剂和外力作用是促进羊毛缩 绒的外因。
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b.利与弊 –弊－－使织物的尺寸稳定性变差（洗涤后易 收缩、变形）；影响穿着的舒适性与美观 （起毛起球）。
–利－－可制织丰厚柔软、保暖性好、风格独
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2. 按取毛后原毛的形状分 （1）被毛 剪下的毛粘连在一起形成一毛被（封闭式毛 被，根梢都连；开放式毛被，根连梢不连）。
（2）散毛 剪下的毛是散乱的。
（3）抓毛 在脱毛季节用铁梳抓下的毛。
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3.按纤维粗细和组织结构分
（1）绒毛（无髓毛） 细绒毛（8～30μm）、粗绒毛（30～52.5μm） （2）粗毛 52.5～75μm，有髓质，卷曲少，粗，光泽强。 （3）发毛 >75μm，粗长，无卷曲，突出毛丛顶端。 （4）两型毛 兼有无髓毛和有髓毛的特征，即不连续的髓质。 （5）死毛 除鳞片层外几乎全是髓质。脆、无光泽、不易染色来的羊毛不能立即使用，必 须经过初步加工，使原毛成为洗净毛，称为初 加工。初加工包括选毛、洗毛、梳毛、烘毛、 炭化等工序。 选毛：将不同品质的分开 洗毛：洗去脂汗、污垢、杂质 梳毛：去除泥沙、污物、草屑等的机械加工 烘毛：对洗后的羊毛进行干燥 炭化：利用酸去除羊毛中的植物性杂质。
纤维的分子结构和化学性质(精)
第一节纤维的分子结构和化学性质成纤高分子：1）线性、长链的分子结构，即使有侧基或支链，也比较短、小。
2）以碳原子为主链的构成元素，因此大多数纤维高分子是有机高分子，即有机纤维。
3）分子链有一定长度，分子间可以达到高的相互作用而有强度。
染整关注：纤维高分子与水有无结合基团、与染料分子有无作用点、与整理剂等有无结合点，是共价键结合、离子键结合、氢键结合还是范得华作用力结合。
例如：棉纤维麻纤维聚乙烯纤维聚丙烯纤维：分子结构差异大，左者所用染料和整理剂右者就无法使用。
一、纤维分类二、纤维素纤维的分子结构和化学性质纤维素分子结构式结构特点：1) 环上三个—OH，反应活性点2) 环间—O—，酸分解之，碱稳3) 链端：有一隐-CHO，M低还原性4) 链刚性，H-键多，强度高5）聚合度（二）纤维素分子化学性质1、与酸作用酸促使苷键水解:(反应式)酸作用情况酸使纤维素纤维织物初始手感变硬,然后强度严重下降。
纤维结构、酸的种类、作用时间、温度、纤维结构影响水解反应速率。
生产上应用：含氯漂白剂漂白后，稀酸处理，起进一步漂白作用；中和过剩碱；烂花、蝉翼等新颖印花处理。
用酸注意：稀酸、低温、洗净，避免带酸干燥。
2、与氧化剂作用纤维素氧化后分子断裂，基团氧化变化，织物强度损伤。
纤维素分子对不同氧化剂作用有不同的敏感程度。
强氧化剂完全分解纤维素。
中、低强度氧化剂在一定条件下氧化分解纤维素能力弱，可用来漂白织物。
注意：空气中O2在强碱、高温条件易氧化、脆损纤维素织物，应避免。
氧化反应：Cell-OH + [O] Cell-CHO, Cell-C=O, Cell-COOH氧化纤维素：还原型— -CHO，=C=O，潜在损伤酸型— -COOH注：纤维素分子对还原剂稳定。
常温稀碱中稳定，浓碱溶胀，高温稀碱有氧气易氧化、断裂苷键，强力下降。
浓碱溶胀：各向异性、不可逆。
径向溶胀大，纵向小反应:(酸性)纤维素分子与碱拟醇钠反应C2H5OH + NaOH=C2H5ONa + H2OCell-OH + NaOH=Cell-ONa+ H2O ;orCell-OH﹡NaOH反应可逆，水洗除碱，恢复纤维素分子，但纤维素纤维高层次结构被变化、不可逆---是棉织物丝光、碱缩处理理论根据。
霉菌作用下蛋白质纤维的微观结构与力学性能
Ｐ ｏ ｅ ｎ Ｆ ｂ ｒ ｏ ｅ ｒ ｄ ｄ ｂ ｌ ｅ ｒ ｔ ｉ ｉ ｅ ｓＢｉｄ ｇ ａ ｅ ｙＭｉｄ ｗ
ＺＨＡＮＧ ａ － ｉｇ Ｘｉｏ ｙｎ （ｕｈｕＩｓｔｔｏ ｒｄ ｄＣ ｍ ｒｅＳ ｚｏ １０ ９ Ｃ ｉａ Ｓ ｚｏ ｔｕｅ ｆ ａｅ ｎ ｏ ｍｅｃ， ｕｈｕ２ ５０ ， ｈｎ ） ｎｉ Ｔ ａ
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Ｋｅ ｗＯｒ ｓ Ｐ ０ｅ ｎｆｂ ｒ Ｓ ｙ ｅ ｎ ｄ ｅ ｓ Ｍｉ ｅ Ｍｉ ｒ ｓｍ ｃｕ ｅＭｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｒ ｐ ｒ ｙ ｄ ： ｒ ｔ ｉ ｅ ； ｏ ｂ ａ ｒ ｇ ； ｌ ｗ； ｃ ｏ ｔ ｔ ｒ ； ｃ ａ ｉ ａ ｏ ｅ ｔ ｉ ｄ ｐ ｙ
蛋 白质 纤 维 是 纺 织 纤 维 中 的 一 大 类 ， 随 着人 们
关键 词 ： 白质纤 维 ； 渣 ； 菌 ； 观 结构 ； 学 性 能 蛋 豆 霉 做 力
中 图分 类 号 ：Ｓ ０ ． １ Ｔ １ １ ２ ９
文献 标 识 码 ： Ａ
蛋白质纤维
大豆纤维被
大豆纤维内衣
38％大豆蛋白纤维
大豆纤维毛巾
大豆蛋白纤维应用于婴幼儿产品
3、大豆蛋白纤维的梭织产品在光泽上具有麻绢混纺产品风 格,手感比绢挺,悬垂性好,抗皱性优于真丝,而且可用活性 染料染色,染色牢度好,是高档的衬衫用面料。 4、大豆蛋白纤维还可以与蚕丝、羊毛、山羊绒、棉和其他 纤维混纺。由于具有轻柔软、光滑、丝光、强度高、吸湿 、导湿、透气性好等诸多良好性质,使其在与其他纤维混 纺时能产生许多特殊风格。
大豆蛋白质纤维
组员： 王佳玲，许宇，胡文昱， 何琳洁
简介
大豆蛋白纤维主要由大豆蛋白质组成, 利用大豆或废豆粕 制造纤维的过程无污染, 更有利于环境保护, 同时它充分利用 了废弃的资源, 大豆或豆粕在提取蛋白质以后, 残渣还可以作 为一种饲料。大豆蛋白纤维是一种易生物降解的再生纤维, 纤维的物理、机械和化学性能都较好, 它的分子结构中有多 种极性基团, 如羟基、缩醛基、氨基等, 这些基团各有吸色性 能, 可显示出介于纤维素纤维与化学纤维之间的染色性能, 且 具有良好的酸、碱稳定性, 适用染色的染料范围较广泛。大 豆蛋白含有多种人类所必需的氨基酸, 对人体肌肤具有明显 的保健作用。其大部分性能都优于植物纤维素纤维、动物蛋 白纤维或以纤维素为原料的再生纤维。另外, 大豆蛋白纤维 还具有优于其他天然纤维的抗紫外线照射性能和防霉蛀性能, 强力也高于羊毛、蚕丝纤维, 这为功能性保健型纺织品开发 提供了极佳的纤维原料。
大豆蛋白纤维的化学结构
一般大豆蛋白分子间主要依靠氢键、各种盐式键和双硫 键相互连接。在纺丝过程中，可能产生能量较高的化学键 ，如酰胺键和酯键等。特别是在纤维成形后的缩醛化处理 中，甲醛参与了化学反应，在单组分和双组分的大分子之 间形成了交联。主要包括聚乙烯醇大分子内的环化反应， 大分子间的交联反应；大豆蛋白大分子内的交联反应，大 分子问的交联反应，构成以直线形网状大分子为主体的结 构。大豆ຫໍສະໝຸດ 白质纤维1 23 4
蛋白质纤维的结构和性能
1.1 蛋白质的基础知识
所谓蛋白质纤维是指基本组成物 质为蛋白质一类的纤维，按来源分有 天然的和人造的(再生的)两种。
蛋白质纤维分类
一、蛋白质的化学组成及分子 结构
1、元素组成
蛋白质是分子量很高的有机含氮高分 子物，结构较为复杂，但组成元素的种类 并不很多，主要有碳、氢、氧、氮等。
柞蚕 丝素 蛋白 23.6 50.5
0.51
11.3
0.9
0.26
6.06
－
3、分子结构
蛋白质可视作是由氨基酸彼此通过 氨基与羧基脱水缩合，以酰胺键链接起 来的大分子：
肽键 蛋白质结构中的 酰胺键。
肽 由肽键相联接的缩 氨酸。
(Ⅲ)称为二肽，二肽继续与一个氨基酸分 子缩合则成为三肽，以此类推可获得多肽 (polypeptide) 。
蛋白质纤维在酸(HCl)与盐(KCl)共存 的溶液中，假定膜内、外溶液具有相等和 不变的容积.
将蛋白质放入盐酸 (HCl) 溶液中,设：
C1- 蛋白质正离子的浓度，即蛋白质结合酸(H+) 的浓度；
C2- HCl初始浓度； C3- KCl初始浓度； X－ 由膜外向膜内迁移的H+离子浓度； Y－ 由膜外向膜内迁移的K+离子浓度。
4.分子间力 1)氢键 主要存在于肽链中的亚氨基(>NH) 和羰基(>C=O)之间：
2)离子键又称为盐键 多肽中的氨基和 羧基等碱性和酸性基团，在适当的条件 下可形成盐键，如赖氨酸侧基的—NH2和 谷氨酸侧基的—COOH之间可形成的盐键
(—COO- +H3N-)。
3)二硫健 本身属共价键(-S-S-)， 可存在于不同肽链之间或同一肽链之 中：
纤维化学与物理
上海工程技术大学2009年硕士研究生入学考试《纤维化学与物理》考试大纲报考专业：服装设计与工程考试科目：纤维化学与物理考试科目代码：807考试参考书目：《纤维化学与物理》,蔡再生，中国纺织出版社，2005.考试总分：150分考试时间：3小时一、考试目的与要求本《纤维化学与物理》考试大纲适用于上海工程技术大学服装设计与工程专业的硕士研究生入学考试。
《纤维化学与物理》是服装、纺织和纺织化学类专业的专业基础课。
它既是该类专业知识结构中重要的一环，又是后续专业课程的基础。
该课程要求学生掌握高分子化学及物理的基础知识，考查学生在掌握各类常用纺织纤维的分子结构、形态结构、超分子结构等的基础上，分析各类常用纺织纤维的化学性能、物理机械性能、染色性能等能力。
二、考试的基本内容（一）高分子化学基础1、高分子物的基本概念高分子物的涵义。
高分子物的命名和分类。
2、高分子物的分子量与聚合度高分子物分子量的涵义，高分子物的分子量及分布：高分子分子量与其物理性能，高分子分子量的测定方法。
3、高分子物的基本合成反应及方法逐步聚合反应，连锁聚合反应，共聚合反应。
（二）高分子物理基础1、高分子物的结构层次2、高分子的链结构高分子链的近程结构和远程结构。
3、高分子物的聚集态结构分子间作用力，内聚能密度，聚集态和相态。
高分子物聚集态结构模型，结晶的基本结构测定，取向的基本结构及其测定，高分子物的分子运动和热转变。
4、高分子物的力学性质高分子物力学性能的分类，高分子物的高弹性，高分子物的力学松弛特性 粘弹性，高分子物的强迫高弹性与脆化，结晶高分子物拉伸过程的形变特性，高分子物的力学强度。
5、高分子溶液高分子溶液的特点，高分子溶液的性质与其浓度的关系，高分子物溶解热力学，高分子物的溶解过程及特点，高分子物溶剂选择。
（三）纺织纤维基础1、纺织纤维概述纺织纤维及其分类，2、纤维长度和细度及其表征方法3、纺织纤维的吸湿和溶胀4、纺织纤维物理（机械）性能纺织纤维物理-机械性能与结构的关系；纺织纤维的主要机械性能；纤维的强度，纤维的断裂延伸度（断裂伸长率）及应力-应变曲线，弹性性质，纤维的耐磨性。
蛋白质纤维 纤维化学与物理
对某一蛋白质而言，在某一PH下，当它所带正负电荷相 等的时候，该溶液的pH值即为该蛋白质的等电点 （pI）
第一节 蛋白质的基础知识
蛋白质与酸、碱作用时，还有另一重要现象，即将纤维放 在不同pH的介质中，纤维内部和外部(溶液)的pH值往往不 一致，也就是H+或OH-在纤维内、外部是不均匀分布的， 并且会受到电解质浓度的影响。
化学因素：胍、脲、有机溶剂、强酸强碱 -巯基乙醇、重金属离子、生物碱试剂
第一节 蛋白质的基础知识
变性过程
第一节 蛋白质的基础知识
2.P243第5题。什么是蛋白质的饱和吸酸值、超饱和吸酸量、 等电点？
第一节 蛋白质的基础知识
2.P243第5题。什么是蛋白质的饱和吸酸值、超饱和吸酸量、等 电点？ 答：蛋白质的饱和吸酸值：当溶液的pH值达到一定值时，蛋白 质才开始结合酸，并在特定的pH值达到稳定、最大结合量，此 pH值称饱和吸酸值。 超饱和吸酸量：达到饱和吸酸量后，溶液的pH值由0.8继续下 降，蛋白质又出现吸酸量突然增大的现象，此时的吸酸量称为 超饱和吸酸量。 等电点：蛋白质大分子上所带的正负电荷相等即电中性时溶液 的pH值。
第一节 蛋白质的基础知识
结构特征：
含多种二次结构单元 有明显的折叠层次 是紧密的球状或椭球状实体 分子表面有一空穴(活性部位) 疏水侧链埋藏在分子内部；亲水
侧链暴露在分子表面 结构稳定的主要原因：二硫键、
次级键（氢键、范德华力、疏水 键、离子键）
血红蛋白
第一节 蛋白质的基础知识
NH3+
+H+
NH3+
+H+
NH2
pH<pI
阳离子
pH=pI
蛋白质纤维
6.2 蚕丝
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，其长度可直接提供织造。我国是 蚕丝的发源地（苏、浙等）。通过“丝绸之路”传 向世界各国。
目前我国是世界上最主要的天然丝产地。
蚕丝是高档的纺织原料，被誉为“纤维皇后”， 蚕丝具有较好的强力和伸长，纤维细而柔软，富有 弹性，吸湿性好，特别是光泽优雅美丽。可作服装 用、装饰用、填充物用原料（被子）。
COOH
H
H
N H 2C H 2C O O H NH2CH2CH2CH2CH2CHCOOH HOOC
H2 C
N H 2
H2 H CC
COOH
NH2
甘氨酸
赖氨酸（碱）
谷氨酸（酸）
一、蛋白质的化学结构
1. α-氨基酸 水解只生成α-氨基酸的—简单蛋白质，如卵清蛋白、乳清
蛋白、角蛋白、丝素蛋白。 水解后，除生成α-氨基酸外，还生成非蛋白如糖类、核酸、
电荷数相等，此时中性的双极离子浓度达最大值，这个pH值
叫做等电点。蛋白质在等电点时，很多性质发生变化。
氨基酸以偶极离子（内盐）形式存在：
R 1
R 1
H 2 N
C H
C O O H
水溶液中有如下平衡：
H 3 N
C H
C O O
R 1
R 1
R 1
H +
H +
H 2 NC HC O OO H - H 3 NC HC O OO H - H 3 NC HC O O H
2、生物传感器 研究最多的是酶传感器，丝素膜作为优良
的酶固定剂。
3、组织工程支撑材料 丝素蛋白作为良好的细胞生长介质，能促进
细胞的生长和繁殖。 丝素蛋白用作透析膜和隐形眼镜材料。
蛋白质纤维
五、再生蛋白纤维开发前景展望
• 生产工艺完善优化：
再生蛋白纤维的生产过程中存在环境污染因素（如蛋白质 的水解，纤维的后续缩醛化处理）；人工合成蛛丝蛋白纤维的韧 性与蛛丝纤维的对比还存在一定差距，蛛丝的合成过程中还存在 着某种未知的因素在发挥作用，这还有待于进一步的研究；大豆 蛋白纤维的浅黄色、蚕蛹蛋白纤维带金黄色，给纤维漂白和染色 加工带来一定的难度，需在其生产工艺或纤维后续整理中进行研 究解决；国际上成功开发
再生动物蛋白纤维与其他纤维的吸湿等温曲线
牛奶蛋白复合纤维
所谓牛奶蛋白复合纤维,就是将液状牛奶脱 脂去水后所得的牛奶蛋白质,加上揉和剂制成 牛奶浆液,然后通过湿纺工艺和科学处理纺制 成的一种新型动物蛋白纤维。
上海正家牛奶丝科技有限公司
牛奶蛋白 纤维特点
更舒适——优异的导湿、透气性 从牛奶中提炼的材料，并与高科技相结合，其独 特的功能与其它纤维混合，既保留原有的纤维特 性，更可提升布料的功能和品质。
再生动物蛋白纤维的生产工艺流程
• 再生蛋白质溶液→侧链修饰→稳定→与大分子聚合物 接枝→纺丝原料→过滤→脱泡→纺丝→收集→冷牵→ 干燥→热牵→热定形→收集→卷曲→切断→水洗→致 密→水洗→上油→开松→烘干→过秤→称重→成品
• 生产实例：
• 动物毛——水洗、除杂——NaOH溶液中水解——再生 蛋白原液——加入由具有抗菌除臭、抗静电、干燥感、 高吸湿性等不同功能的金属氧化物、有机金属化合物、 甲壳素、壳聚糖、聚醚、聚丙烯酸等其中的一种或数 种——纳米级功能分散液——湿法纺丝制得具有功能 性的再生动物蛋白纤维。
大豆纤维 比重轻、纤 度细、摩擦 量低,手感柔 软、滑爽、 亲肤感较强;
大豆纤维 为哑铃型和不 规则腰子型结 构,含有纵向 构槽,因此导 热快,透气好, 人体肌肤感觉 干爽舒适。
(纤维化学与物理)第六章蛋白质纤维的结构和性能
二、羊毛的化学组成与分子结构
（一）羊毛的化学组成
基本组成为氨基酸 含较大量的胱氨酸 1.含硫量（反映胱氨酸含量和二硫键多少）
不同部位，含硫量不同（见下表）
部位 尖部 中部 根部 鳞片层
颈部 2.83% 3.18% 3.55%
皮质层
O皮质细胞
P皮质细胞
原纤（晶区）
基质（无定形区）
体侧
背部
3.27%
第六章 蛋白质纤维的 结构和性能
蛋白质纤维是指基本组成物 质为蛋白质的一类纤维
第一节 蛋白质的基础知识
一、蛋白质的化学组成及分子结构概况 （一）元素组成
主要元素：C、H、O、N 其他元素：S、P 微量元素：Fe、Cu、Zn、I 蛋白质系数：100克蛋白质的含氮量平均
为16克 即100/16=6.25
蛋白质上结合酸的碱性基团
氨基：主要吸酸基团 亚氨基：pH很低时(<0.8)也能吸酸（过量吸酸） 其他：
（三）最大吸酸值
最大吸酸值：
概念：蛋白质结合酸的最大值 影响因素：蛋白质上的碱性基团
可用最大吸酸值测定蛋白质上 的氨基含量
（四）膜平衡原理
在不同pH介质中，纤维内部和外部的pH值不一致 纤维的表面具有类似半透膜性质 膜内体系：蛋白质分子上带有的离子与其中的溶液 膜外体系：纤维外面的溶液
纤维外面的溶液四膜平衡原理在不同ph介质中纤维内部和外部的ph值不一致蛋白质结合酸的浓度加入的酸加入的电解质盐clcl与蛋白质离子电荷相同的可迁移离子的浓度纤维内低于纤维外与蛋白质离子电荷相反的可迁移离子的浓度纤维内高于纤维外蛋白质存在状态为ph内蛋白质存在状态为ph内羊毛的酸滴定曲线102030405060708090100最大吸酸值相近但蛋白质可能水解有大量盐时结合酸量最大内滴定曲线可测蛋白质的最大吸酸值可测蛋白质的氨基含量蚕腹部丝腺体合蚕腹部丝腺体合成蛋白质成蛋白质一对一对吐丝口分泌吐丝口分泌液体液体固化固化蚕茧蚕茧桑蚕丝的缫丝
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与蛋白质离子电荷相反的可迁移离子的浓度
纤维内高于纤维外
等电点以下：
蛋白质存在状态为
H3N+PCOOH [H+]外 > [H+]内，
pH外 < pH内
等电点以上：
蛋白质存在状态为 H2NPCOO-
[H+]外 < [H+]内， pH外 > pH内
羊毛的酸滴定曲线
100
每
百 90
克 干
80
羊 70
毛 所
Y：膜外向膜内迁移的K+
K+
C3-Y
蛋白质结合酸的浓度
加入的酸
加入的电解质（盐）
膜内膜外溶液的分配系数λ
l
=
[H + ]外 [H + ]内
=
[K +]外 [K +]内
=
[Cl - ]内 [Cl - ]外
l = C2 + C3
C2 - C1 + C3
λ≥1
与蛋白质离子电荷相同的可迁移离子的浓度
纤维内低于纤维外
固化
蚕茧
吐丝口分泌 液体
（两股）
茧衣 中间茧层 蛹衬
蚕茧的处理
桑蚕丝的缫丝：取出中间茧层
——长丝
其他：短纤维 ——绢纺原料
蚕丝的组成
丝素（丝质、丝朊）：蚕丝的主体 丝胶：包覆在单丝外面，并将两股丝粘结在一起
丝素
丝胶
形态结构形态结构纤维 Nhomakorabea截面
纵向
其他
三角形
光滑、均匀的
桑蚕丝 三边相同、角略钝圆
CH2 S S CH2
一般由胱氨酸提供 主要存在于羊毛中
疏水键 非极性基团之间的作用力
二、蛋白质的两性性质和膜平衡
（一）两性性质
所含酸碱性基团
末端：-NH2，-COOH 侧基：-NH2，-COOH ，
-OH …
多元酸 多元碱
H2N P COO
酸碱性条件下的电离平衡
H 3 N +PCO - + + H +O H H 3 N +H PC-O - + + H +H H O 2 N PC-O
蛋白质上结合酸的碱性基团
氨基：主要吸酸基团 亚氨基：pH很低时(<0.8)也能吸酸（过量吸酸） 其他：
（三）最大吸酸值
最大吸酸值：
概念：蛋白质结合酸的最大值 影响因素：蛋白质上的碱性基团
可用最大吸酸值测定蛋白质上 的氨基含量
（四）膜平衡原理
在不同pH介质中，纤维内部和外部的pH值不一致 纤维的表面具有类似半透膜性质 膜内体系：蛋白质分子上带有的离子与其中的溶液 膜外体系：纤维外面的溶液
(二）氨基酸组成
完全水解
蛋白质
氨基酸 （α-氨基酸）
H2N——CH——COOH
R α-氨基酸结构
侧基(决定氨基酸的不同 和蛋白质的差异）
H
HN C NH CH2 C COOH 3
NH2
NH2
精氨酸
单羧基二氨基氨基酸
H SH2C C
COOH 2
NH2
胱氨酸
含硫氨基酸
芳香族氨基酸
酪氨酸
H2 H
pH外 < pH内
3.若C2很大，加浓酸
λ→1
[H+]外≈ [H+]内
pH外≈ pH内
最大吸酸值相近
但蛋白质可能水解
酸和盐浓度对吸酸值的影响
[H + ]
l=
外
[H + ] 内
l = C2 + C3
C2 - C1 + C3
4.若C3很大，加大量盐 λ→1 [H+]外≈ [H+]内 pH外≈ pH内 有大量盐时，结合酸量最大
蛋白质大分子结构的一些概念
自由氨基端： 自由羧基端： 氨基酸基或氨基酸残基： 蛋白质的初级结构：多肽链中的氨基酸排列
顺序 蛋白质的高级结构：蛋白质分子的空间构象
氢键
2.蛋白质分子间的作用力
COHN
盐键（离子键） 末端或侧基上的羧基和氨基
C-O 3 H + N O在一定条件下形成
二硫键
——内滴定曲线
可测蛋白质的最大吸酸值
可测蛋白质的氨基含量
第二节 蚕丝和羊毛的形态结构
一、蚕丝的形态结构
蚕丝的特点
明亮的光泽 平滑和柔软的手感 较好的吸湿性 轻盈的外观 …
蚕丝的分类
家蚕丝：桑蚕丝（真丝） 野蚕丝：柞蚕丝、蓖麻蚕丝、木薯蚕丝
蚕的吐丝过程
蚕腹部丝腺体合 成蛋白质 （一对）
60
结 50
合 的
40
盐 酸
30
毫 20
克 分
10
子0
0 1 2 3 4 5 6 7 pH
酸和盐浓度对吸酸值的影响
l = [ H + ]外
[ H + ]内
l = C2 + C3
C2 - C1 + C3
1.若C2=0，不加酸，无意义
2.若C3=0，不加盐
λ=C2/(C2-C1)
[H+]外 > [H+]内
第六章 蛋白质纤维的 结构和性能
蛋白质纤维是指基本组成物 质为蛋白质的一类纤维
第一节 蛋白质的基础知识
一、蛋白质的化学组成及分子结构概况 （一）元素组成
主要元素：C、H、O、N 其他元素：S、P 微量元素：Fe、Cu、Zn、I 蛋白质系数：100克蛋白质的含氮量平均
为16克 即100/16=6.25
（三）分子结构概述
1.分子结构
R1
O R3
O
H
H
CH N C CH N C
NH C CH N C CH H
O R2
OR
氨基酸残基 重复单元
酰胺键=肽键
蛋白质大分子结构的一些概念
肽键： 蛋白质分子中的酰胺键 肽： 由肽键相连接的缩氨酸 多肽： 多个肽键连接的缩氨酸 主链： 多肽的长链 侧链： 主链上的分支
（二）等电点
概念：蛋白质上正负电荷数相等时的pH值 羊毛和蚕丝的等电点：
羊毛 4.2~4.8，蚕丝 3.5~5.2
等电点时的性质：
溶胀最小，溶解度最低，渗透压最小…
染整加工时尽可能在等电点附近， 以使损伤最小
（三）最大吸酸值
蛋白质的吸酸吸碱现象
pH值3~5，开始结合酸 pH值1.3~1.8，结合酸量最大 pH小于0.8，过量吸酸，蛋白质开始水解 pH大于10，蛋白质水解破坏（很难测定吸碱值）
HO
C C COOH
NH2
杂环族氨基酸
羊毛、蚕丝蛋白质的各种氨基酸含量(p290)
羊毛主要氨基酸组成：
谷氨酸
二羧基氨基酸
胱氨酸
含硫氨基酸
丝氨酸
羟基氨基酸
蚕丝主要氨基酸组成：
乙氨酸
丙氨酸
丝氨酸
羟基氨基酸
酪氨酸
芳香族氨基酸
14.41 12.02 9.66
42.8 32.4 14.7 11.8
（四）膜平衡原理
在不同pH介质中，纤维内部和外部的pH值不一致
纤维的表面具有类似半透膜性质
膜内体系：蛋白质分子上带有的离子与其中的溶液
膜外体系：纤维外面的溶液
膜内
膜
膜外
PN+H3
C1
H+
X
H+
C2-C1-X
Cl-
C1+X+Y
Cl-
C2+C3-C1-X-Y
K+
Y
C1：蛋白质正离子的浓度 C2：HCl原来的浓度 C3：KCl原来的浓度 X：膜外向膜内迁移的H+
棒状
洁白
柞蚕丝