天然多糖类和蛋白质复合材料的研究进展
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淀粉+分直链与支链淀粉%为 . *葡萄糖组成的天然高分子聚合 物!含 有 * /0 的 长 链 分 子!具 有 独 特 的 分 子 结 构 和 性 能!分 子 间 具 有 很 强 的 亲 合 力 !结 晶 度 大 !熔 点 高 %
纤 维素+由 .* 葡萄糖 经 12-* (3苷 键 连 接 而 成 的 线 形 大 分 子!在 葡 萄 糖分 子 的 端 部!有 一 个 醛 基!且 是 半 缩 醛 形 式!糖 环 上 有 &个 游 离 的 * /0!分 别 位 于 4#’4&’45 上!不 同 位 置 的 * /0 的 反 应 能 力 相 差 很 大 %主 链 的 糖 苷 环 具 有 刚 性 !环 间 醚 键 可 以内 旋 转!属 于 半 刚 性 聚 合 物! 纤维素是构成植物细胞的基本成
摘 要 在参考了 T:篇文献的基础上8详述了天然多糖类与蛋白质复合材料的研究进展U 关 键 词 天然多糖 蛋白质 复合材料 中图分类号 JQ<V
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4;的 分 子 量 通 常 几 十 万 以 上! 不 溶 于 水 !而 当 其 分 子 量 > -:77!基 本全溶于水!且水溶性的 4;具有 良 好 的 保 湿 ’透 气 ’防 水 ’抗 静 电 性 能 % #,# 蛋白质
有 植 物 蛋 白 和 动 物 蛋 白 之 分! 如 大 豆 蛋 白’麦麦夫’花 生 等 中 都 含 有 丰 富 的 氨 基 酸"A$!这 里 将 主 要 介 绍 几种重要的动物蛋白%
因甲壳胺的分子侧链上增加了
一 个活泼 氨 基!所 以 易 于 共 混 改 性% 蛋白质是一种蛋白酶可降解材料K 甲 壳 胺I甲 壳 素 只 能 被 溶 菌 酶 降 解! 且它们具有良好的力学性能和生物
相 容 性!两 者 共 混 可 得 到 一 种 既 有 较 好 力 学 性 能!又 有 一 定 生 物 可 降 解 性 的 烧 伤 皮 肤 覆 盖 材 料!因 用 作 深 度 烧 伤 的 皮 肤 代 用 品!要 求 具 有 一定的人体生物菌可降解性%莫秀 梅 用 BC 试 验 和 理 论 推 测 都 说 明 了 甲壳胺和明胶可形成共混复合物! 其共混物的断裂伸长高于两单组分
称振动峰和
/
E 4 /0
的对称振动
峰波数不变 % "F$
胶 原 与 木 素’纤 维 素 一 起 共 同
构 成了世 界上 &类 主 要 的 天 然 纤 维
资 源 %胶 原 是 构 成 真 皮 的 主 要 成 分 !
估计每年胶 原约 有 :77亿 8!就 哺乳
动 物 胶 原 而 言!约 有 #77亿 8!据 估
其 相 对 独 立 性8但 其 性 能 却 不 是 组 量8而是具有某种分子量的分布U一
分 材 料 性 能 的 简 单 加 合U 正 因 为 它 般 来 说8随 链 长 的 增 长8在 高 分 子 内
们的复合材料具有单一材料所不具 部和高分子之间相互作用部位数目
备 的 许 多 特 性8因 而 引 起 了 国 内 外 学 者 的 广 泛 关 注 U尤 其 近 几 年 8在 造 纸o皮 革o医 学 材 料o化 妆 品o塑 料o 纺织等许多领域都有不少研究U但 因 涉 及学 科 多8分 布 范 围 广8因 而 研 究 报 道 零 散8为 此 笔 者 在 查 阅 大 量 文 献 资 料 的 基 础 上8对 蛋 白 质!多 糖 类复合材料的几个重要研究方向加
*/+2-/&(’&5./001/-43$/*3(-’+$4*
付丽红 6 张铭让7四川大学皮革化学与工程教育部重点实验室8成都 9:;;9<=
>?@ABCDE8FBGDEHADEIGDE7J1$K$5L/M’-/+’-5’,
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第 T:卷 第 T期
中国皮革
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天然多糖类!蛋白质复合材料的研究进展"
#$%$&’()$*+’,-$.$/-01’,0’)(’2*3)/+$-4/&’,
高 分 子化 合 物 之 一!广 泛 存 在 于 蟹’ 虾 等 甲 壳 素 类 中!其 年 生 物 合 成 量 估 计 可 达 百 亿 吨 之 多!仅 次 于 纤 维 素%但与其庞大的产量不相称的是 在这方 面 的 研 究 开 发 很 不 够 % ":$ 甲 壳 素 不 溶 于 稀 酸’稀 碱 和 一 般 有 机 溶 剂%壳聚糖24;3的溶解性与脱乙 酰度密切相关%在均相条件下脱乙 酰 度 为 :7<左 右 的 4;具 有 水 溶 性%这种水溶性实际上只是溶于 -< 的 稀 醋 酸 液 中%脱 乙 酰 度 = 57<或 > (7<的 产 物 以 及 非 均 相 条 件 下 脱 乙酰反应的产物均不溶于水%同时 具 有 较 高 脱 乙 酰 度 的 4;!在 适 当 条 件下再进行乙酰化也可以得到水溶
& 几种多糖类与蛋白质的复合形
式
多 糖 类 和 蛋 白 质!虽 然 都 可 各 自 分 别 制 成 不 同 用 途 的 材 料!像 各 自 的 膜 及 其 它 材 料!但 毕 竟 性 能 单 一!有不同 缺 陷 象 其 各 自 的 膜 类!干 I湿 强 度 较 低!也 不 易 成 型!成 型 品 还 需 加 一 些 调 整 剂 调 节 性 能 % "--$ 但 如 果 两 者 以 适 当 方 式 复 合!则 产 品 的 性 能 会 有 很 大 改 善’使 用 范 围 也 很 广 !现 介 绍 一 些 复 合 产 品 % &,- 明胶与多糖共混 &,-,- 甲壳胺J明胶共混物
明 胶 是 一 类 常 见 的 蛋 白 质!由 -A种 氨 基 酸 组 成!具 有 一 般 蛋 白 质 的 典 型 结 构!其 化 学 组 成 与 皮 胶 原 是一 致 的!金勇 等 人利 用 BC对 纯 明 胶 样 品 从 D0 值 #,A* -7之 间 的 变
化 进 行 试 验!发 现
/
源自文库
E 4
的不对
是 单 独使 用 时8其 性 能 单 一8如 果 由 成 的 大 分 子U 大 分 子 在 聚 合 过 程 中
两 种 或 两 种 以 上 物 理o化 学 性 质 不 形 成 不 同 长 度 的 链 型 高 分 子8由 于
同的物质组成一种多相固体材料8 高分子反应进程是遵循统计规律性
虽然 复 合材料中 的 各 组 分 材 料 保 持 的8所 以 聚 合 物 不 具 有 统 一 的 分 子
形态 % "#$ 另 外 多 糖 类 和 蛋 白 质 都 可 以与醛类反应 % "&$
多糖是由单糖组成的重复单元
构 成 的!多 糖 分 子 由 于 糖 苷 键 的 旋 转 !在 一 定 程 度 上 具 有 柔 韧 性 %总 体 上 说 多糖 分 子 是 长 的’窄 的!同 时 又 具 有 一 定 柔 性 的 %在 溶 液 中 !对 于 小 分 子 来 说!它 在 溶 液 中 的 运 动 是 各 自 同 性的!而 对 于 多 糖 分 子 来 说!情 况 则 不 同!多 糖 分 子 除 了 整 体 的 运 动 外!还 会 绕 糖 苷 键 和 环 外 取 代 单 键旋转 % "($
分!存在于 所 有 植 物 中!据 统 计 在 植 物界中纤维素总量约 #56-7-78%
壳 聚 糖+是 由 甲 壳 素 经 部 分 脱 乙酰化反应万而方数得据到 的 一 种 直 链 大 分
子生物多糖%其分子链中通常有 #* 9* 乙 酰 基 葡 萄 糖 和 #* 胺 基 葡 萄 两种结构单元%
甲壳素是地球上最丰富的天然
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第 &期
付丽红等 天然多糖类I蛋白质复合材料的研究进展
理论研究
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学性质和化学环境的不同而具有不
同 形 态 一 样!蛋 白 质 与 多 糖 的 混 合 物也随化学环境的不同而具有不同
的作用 U t:u 多 糖o蛋 白 质 的 分 子 中 含 有 大
量 的 极 性 基 团 U羟 基 o氨 基 o酰 胺 基 o 羧基等对水分子有较强的亲合力8 因此在复合材料的分子结构中或表
面 上 这 种 极 性 基 团 愈 多8则 吸 湿 性 愈好U像多糖与蛋白质各自随其化
" 国家自然科学基金资助项目7项目编号 wV&’’;:’= 6 第万一方作数者据简介%付丽红8女8:V9:年生8博士生8山东轻工学院副教授
下8分 子 间 有 附 加 影 响 力 的 次 级 键 对 热稳性o化 学 稳 定 性o机 械 稳 定 性 的影响几乎不重要U相反在疏松的 如 大 网 眼 般 的 交 联 的 情 况 下8聚 合 物结构的一些特性则主要由次级键
决定U如果这些次级键是特别强之 话8如 r 键8它们就会部分地起到具 有与共价交联相似特征的物理交联
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K$5n’-3. h^gkZYbbdY_[e‘ h_^c‘[\ b^ih^j\eiYc‘_[Yg
前言
以 论 述8以 便 能 从 整 体 上 了 解 其 研
天然多糖类和蛋白质都是高分 究进展U
子 聚 合 物8资 源 丰 富o来 源 广 泛8可 : 多糖与蛋白质的结构特点
再 生o无 毒8与 人 体 亲 合 力 强o吸 水o
计 每 年 约 有 (77多 万 8胶 原 被 用 于
生 产 -&亿 G# 轻 革 和 (-7H8重 革!
&77H8动物明胶水 解产物 以及 A7H8
再生革及缝合’包装等用革 % "-7$
蚕 丝 的 主 要 成 分 是 丝 素 蛋 白!
是 一 种 高 品 质 的 天 然 纤 维!可 以 作
为生物医学材料和纺织材料等%
以及在卷绕成团的聚合物链中链钩
的数目也增多U 聚合物的结构特征除了高分子
本 身 特 性 之 外8也 强 烈 地 受 高 分 子 间相互作用情况的影响U在聚合物 链 之 间8主 要 的 相 互 作 用 力 是 以 某 种 共 价 键 结 合 的 形 式 出 现 的 7交 联 聚 合 物=8同 时还 存 在 一 些 次 级 的 相
蛋 白 质 中 )* 氨 基 酸 之 间 的 肽 键 是 刚 性 平 面!不 同 蛋 白 质 其 氨 基 酸 的 组成’排 序 不 同!导 致 其 空 间 结 构 的 差 异!所 以 在 溶 液 中 表 现 出 的 性质不同% # 几种主要的多糖和蛋白质
这 里 介 绍 的 多 糖 类 主 要 包 括+ 淀 粉’纤 维 素’壳 聚 糖!蛋 白 质 类 以 动 物 蛋 白 为 主!兼 顾 少 量 的 植 物 蛋 白% #,- 多糖类
性产物%壳聚糖大分子链上同时含 有 氨 基 和 * /0 两 种 活 泼 反 应 性 基 团!可 以 通 过 各 种 反 应 导 入 不 同 基 团!制备不同性质的修饰 4;"5$%所以 4;是 唯 一 碱 性 天 然 多 糖 高 分 子!其 碱 性 由 自 由 氨 基 决 定!能 结 合 水 中 的 0? %许 多 无 机 酸’有 机 酸 酸 性 化 合物都能与 4;的氨基结合"@$%其结 构与纤维素结构相似%
天然高分子聚合物是高分子的
可 生 物 降 解 等U 天 然 高 分 子 由 于 具 有 机 物8由 大 量 的 基 础 化 合 物 7单
有 合成高分子聚 合 物 所 无 法 比 拟 的 体 =构 成8像 糖类 由 葡 萄 糖 通 过 糖 苷
优良性能8所以倍受人们的喜爱U但 键o蛋白质由 pq氨基酸通过肽键构
互 作 用 力 U与 主 键 力 相 比 较 8这 些 次 级的相互作用只能引起较少的结合
力U其结合力次序如下8r 键s偶极 力 s 弥 散 力 7色 散 力 =8交 联 作 用 常 借 助 于 化 学 反 应 来 实 现8在 反 应 中 链型分子彼此以共价键连在一起8 在紧密如细网眼般的交联的情况
纤 维素+由 .* 葡萄糖 经 12-* (3苷 键 连 接 而 成 的 线 形 大 分 子!在 葡 萄 糖分 子 的 端 部!有 一 个 醛 基!且 是 半 缩 醛 形 式!糖 环 上 有 &个 游 离 的 * /0!分 别 位 于 4#’4&’45 上!不 同 位 置 的 * /0 的 反 应 能 力 相 差 很 大 %主 链 的 糖 苷 环 具 有 刚 性 !环 间 醚 键 可 以内 旋 转!属 于 半 刚 性 聚 合 物! 纤维素是构成植物细胞的基本成
摘 要 在参考了 T:篇文献的基础上8详述了天然多糖类与蛋白质复合材料的研究进展U 关 键 词 天然多糖 蛋白质 复合材料 中图分类号 JQ<V
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有 植 物 蛋 白 和 动 物 蛋 白 之 分! 如 大 豆 蛋 白’麦麦夫’花 生 等 中 都 含 有 丰 富 的 氨 基 酸"A$!这 里 将 主 要 介 绍 几种重要的动物蛋白%
因甲壳胺的分子侧链上增加了
一 个活泼 氨 基!所 以 易 于 共 混 改 性% 蛋白质是一种蛋白酶可降解材料K 甲 壳 胺I甲 壳 素 只 能 被 溶 菌 酶 降 解! 且它们具有良好的力学性能和生物
相 容 性!两 者 共 混 可 得 到 一 种 既 有 较 好 力 学 性 能!又 有 一 定 生 物 可 降 解 性 的 烧 伤 皮 肤 覆 盖 材 料!因 用 作 深 度 烧 伤 的 皮 肤 代 用 品!要 求 具 有 一定的人体生物菌可降解性%莫秀 梅 用 BC 试 验 和 理 论 推 测 都 说 明 了 甲壳胺和明胶可形成共混复合物! 其共混物的断裂伸长高于两单组分
称振动峰和
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胶 原 与 木 素’纤 维 素 一 起 共 同
构 成了世 界上 &类 主 要 的 天 然 纤 维
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动 物 胶 原 而 言!约 有 #77亿 8!据 估
其 相 对 独 立 性8但 其 性 能 却 不 是 组 量8而是具有某种分子量的分布U一
分 材 料 性 能 的 简 单 加 合U 正 因 为 它 般 来 说8随 链 长 的 增 长8在 高 分 子 内
们的复合材料具有单一材料所不具 部和高分子之间相互作用部位数目
备 的 许 多 特 性8因 而 引 起 了 国 内 外 学 者 的 广 泛 关 注 U尤 其 近 几 年 8在 造 纸o皮 革o医 学 材 料o化 妆 品o塑 料o 纺织等许多领域都有不少研究U但 因 涉 及学 科 多8分 布 范 围 广8因 而 研 究 报 道 零 散8为 此 笔 者 在 查 阅 大 量 文 献 资 料 的 基 础 上8对 蛋 白 质!多 糖 类复合材料的几个重要研究方向加
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多 糖 类 和 蛋 白 质!虽 然 都 可 各 自 分 别 制 成 不 同 用 途 的 材 料!像 各 自 的 膜 及 其 它 材 料!但 毕 竟 性 能 单 一!有不同 缺 陷 象 其 各 自 的 膜 类!干 I湿 强 度 较 低!也 不 易 成 型!成 型 品 还 需 加 一 些 调 整 剂 调 节 性 能 % "--$ 但 如 果 两 者 以 适 当 方 式 复 合!则 产 品 的 性 能 会 有 很 大 改 善’使 用 范 围 也 很 广 !现 介 绍 一 些 复 合 产 品 % &,- 明胶与多糖共混 &,-,- 甲壳胺J明胶共混物
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构 成 的!多 糖 分 子 由 于 糖 苷 键 的 旋 转 !在 一 定 程 度 上 具 有 柔 韧 性 %总 体 上 说 多糖 分 子 是 长 的’窄 的!同 时 又 具 有 一 定 柔 性 的 %在 溶 液 中 !对 于 小 分 子 来 说!它 在 溶 液 中 的 运 动 是 各 自 同 性的!而 对 于 多 糖 分 子 来 说!情 况 则 不 同!多 糖 分 子 除 了 整 体 的 运 动 外!还 会 绕 糖 苷 键 和 环 外 取 代 单 键旋转 % "($
分!存在于 所 有 植 物 中!据 统 计 在 植 物界中纤维素总量约 #56-7-78%
壳 聚 糖+是 由 甲 壳 素 经 部 分 脱 乙酰化反应万而方数得据到 的 一 种 直 链 大 分
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" 国家自然科学基金资助项目7项目编号 wV&’’;:’= 6 第万一方作数者据简介%付丽红8女8:V9:年生8博士生8山东轻工学院副教授
下8分 子 间 有 附 加 影 响 力 的 次 级 键 对 热稳性o化 学 稳 定 性o机 械 稳 定 性 的影响几乎不重要U相反在疏松的 如 大 网 眼 般 的 交 联 的 情 况 下8聚 合 物结构的一些特性则主要由次级键
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蚕 丝 的 主 要 成 分 是 丝 素 蛋 白!
是 一 种 高 品 质 的 天 然 纤 维!可 以 作
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蛋 白 质 中 )* 氨 基 酸 之 间 的 肽 键 是 刚 性 平 面!不 同 蛋 白 质 其 氨 基 酸 的 组成’排 序 不 同!导 致 其 空 间 结 构 的 差 异!所 以 在 溶 液 中 表 现 出 的 性质不同% # 几种主要的多糖和蛋白质
这 里 介 绍 的 多 糖 类 主 要 包 括+ 淀 粉’纤 维 素’壳 聚 糖!蛋 白 质 类 以 动 物 蛋 白 为 主!兼 顾 少 量 的 植 物 蛋 白% #,- 多糖类
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天然高分子聚合物是高分子的
可 生 物 降 解 等U 天 然 高 分 子 由 于 具 有 机 物8由 大 量 的 基 础 化 合 物 7单
有 合成高分子聚 合 物 所 无 法 比 拟 的 体 =构 成8像 糖类 由 葡 萄 糖 通 过 糖 苷
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互 作 用 力 U与 主 键 力 相 比 较 8这 些 次 级的相互作用只能引起较少的结合
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