接枝聚合改性

酪蛋白-葡聚糖接枝改性研究1、什么是酪蛋白呢？

乳可以對(duì)人類和動(dòng)物進(jìn)行免疫保護(hù)與生長(zhǎng)調(diào)節(jié)，是新生哺乳動(dòng)物最好的營(yíng)養(yǎng)來源。在牛乳中，主要的乳蛋白是酪蛋白，約占總蛋白的78．8％，人乳中酪蛋白約占總蛋白的32％。酪蛋白是牛乳脫脂后，加酸調(diào)整pH至4.6—4.7時(shí)沉淀下來的蛋白質(zhì)。酪蛋白的比重為1.25--1.31，為非吸濕性白色物質(zhì)，不溶于水、酒精、有機(jī)溶劑中，而溶于堿性溶液中，可生成酪蛋白酸鹽(可作為乳化劑、增稠劑)。酪蛋白含有人體必需的八種氨基酸，是一種全價(jià)蛋白質(zhì)，其PER值為2.5，能夠?yàn)樯矬w生長(zhǎng)發(fā)育提供必需的氨基酸，其消化吸收率為97％,-一98％，有著良好的功能特性和較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。1.1、酪蛋白的結(jié)構(gòu)

酪蛋白是一種含磷蛋白質(zhì)，酪蛋白中的絲氨酸羥基與磷酸根之間形成一個(gè)酯鍵。研究表明，酪蛋白不是單一的蛋白質(zhì)，而是由‰D、1c、Y四種類型構(gòu)成，每類又有多種遺傳變異體。酪蛋白的主要特征是它們具有高含量的磷酸絲氨酞?dú)埢拖喈?dāng)多的脯氨酸。它們的主要組成見表1.1所示。1.2、酪蛋白的性質(zhì)

酪蛋白為非結(jié)晶、非吸潮性物質(zhì)，常溫下在水中可溶解0.8-1.2%，微溶于25℃水和有機(jī)溶劑，溶于稀堿和濃酸中，能吸收水分，當(dāng)浸入水中則迅速膨脹，但分子不結(jié)合。干酪素（酪蛋白）是等電點(diǎn)為pH4.8的兩性蛋白質(zhì)。在牛奶中以磷酸二鈣、磷酸三鈣或兩者的復(fù)合物形式存在，構(gòu)造極為復(fù)雜，直到現(xiàn)在沒有完全確定的分子式，分子量大約為57000-375000。干酪素在牛奶中約含3%，約占牛奶蛋白質(zhì)的80%。純干酪素為白色、無味、無臭的粒狀固體。相對(duì)密度約1.26。不溶于水和有機(jī)溶劑。干酪素能吸收水分，浸于水中，則迅速膨脹，但分子并不結(jié)合。1.3、酪蛋白的制備

(1)新鮮牛奶脫脂，加酸(乳酸、乙酸、鹽酸或硫酸)，將pH調(diào)至4.8，使干酪素微膠粒失去電荷而凝固沉淀。用這種方法得到的干酪素稱為酸酪蛋白，加酸的種類不同得到的酸酪蛋白卻幾乎毫無區(qū)別。酸酪蛋白是白色至淡黃色粉末或顆粒，稍有奶臭和酸味。在水中只是溶脹，若加入氨、堿及其鹽時(shí)，則可分散溶解于水中。可溶于強(qiáng)酸、二乙醇胺、嗎啉、尿素、甲酰胺、熱苯酚和土耳其紅油。(2)將牛奶與粗制凝乳酶作用，形成凝固沉淀物，稱為粗制凝乳酶酪蛋白，呈白色粒狀，幾乎無味無臭，加熱灼燒會(huì)產(chǎn)生特有的臭味。凝乳酶酪蛋白比酸酪蛋白的灰分含量高。2.、研究的背景及意義

隨著生活水平的提高，蛋白質(zhì)在食品體系中的應(yīng)用越來越受到人們的關(guān)注。長(zhǎng)期以來，食品研究人員致力于通過物理、化學(xué)(?；⒘姿峄?、糖基化及去酰胺等)和酶(生物工程)的方法進(jìn)一步提高蛋白質(zhì)的功能特性。但是，在這些改進(jìn)的方法中，物理方法效果不顯著，化學(xué)方法使用了化學(xué)有毒試劑，從而不能或極少應(yīng)用于食品工業(yè)。從80年代末期開始，一些研究小組把研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)．糖接枝改性上。經(jīng)過Maillard（美德拉）反應(yīng)，蛋白質(zhì)與糖共價(jià)結(jié)合，不需要任何化學(xué)試劑作為催化劑，僅加熱就可使該反應(yīng)自發(fā)地進(jìn)行。因此，適當(dāng)控制蛋白質(zhì)的接枝反應(yīng)朝有利的方向發(fā)展，不失為蛋白加工業(yè)中一條較佳的方法。酪蛋白氨基酸組成比較理想，是一種全價(jià)蛋白質(zhì)。酪蛋白是多種食品重要成分，深受人們的關(guān)注。不可避免的是，酪蛋白的功能特性依然存在著一定的缺陷。酪蛋白等電點(diǎn)在pH4．6左右，低酸性條件下，溶解度及乳化性都很差，當(dāng)食品為酸性體系時(shí)，酪蛋白的使用就會(huì)受到限制。因此，為改善酪蛋白的一些功能特性，擴(kuò)大酪蛋白的使用范圍，需對(duì)其進(jìn)行改性。另外，已報(bào)道蛋白質(zhì)-糖接枝物是一種性質(zhì)優(yōu)良的多功能添加劑。它們是由蛋白質(zhì)和糖兩種生物分子在無任何化學(xué)催化劑參與下經(jīng)由接枝反應(yīng)制得，符合現(xiàn)代社會(huì)對(duì)天然添加劑與日俱增的要求，因而有廣泛的應(yīng)用前景。

3、接枝共聚改性的定義3.1基本原理

~~~A~~~A~~~A~~A~~~A~~~|||||BBBBB|||||BBBBB|||||BBBBB方法：在反應(yīng)性大分子存在下，將單體進(jìn)行自由基、離子加成或開環(huán)聚合⑴自由基接枝①烯烴單體在帶有不穩(wěn)定氫原子的預(yù)聚體存在下進(jìn)行聚合，引發(fā)可通過過氧化物，輻照或加熱等方法。如：~~~~~CHCH=CHCH~~~~+St||HH②在主鏈上形成過氧化氫基團(tuán)或其它官能團(tuán)，然后以此引發(fā)單體聚合。如：CH3|~~~~~~CH2~~~C~~~~+St|O—OH⑵陽離子接枝：效率較低⑶陰離子接枝①主鏈引發(fā)例：~~~~CH2CH==CH==CH~~~~~+St②主鏈偶聯(lián)例：活性聚苯乙烯陰離子和帶有側(cè)酯基的大分子（甲基丙烯酸甲酯），甲氧基團(tuán)被取代生成酮基接枝鏈。⑷開環(huán)聚合4、接枝改性方法蛋白質(zhì)與糖的接枝方式，目前主要有兩種：干法和濕法。濕法一般在較高溫度下進(jìn)行，反應(yīng)速率快。本章采用濕法反應(yīng)改性酪蛋白，以期生成新型功能大分子接枝物。采用濕法進(jìn)行接枝反應(yīng)，一般將蛋白質(zhì)與糖混合液在密封的裝置中加熱進(jìn)行。該反應(yīng)的程度與許多因素有關(guān)，例如：溫度、加熱時(shí)間、緩沖液類型、pH值、底物配比等。濕法接枝反應(yīng)主要應(yīng)用于單糖與雙糖之間，而與多糖進(jìn)行反應(yīng)相對(duì)較少。有研究表明，多糖的加入較單糖與雙糖更能提高蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)。葡聚糖又稱右旋糖苷，是利用蔗糖分子中的葡萄糖單元經(jīng)腸膜明串珠菌發(fā)酵，使葡萄糖單元脫水聚合而成的一種高分子葡萄糖聚合物，具有優(yōu)良的性質(zhì)。其性狀為白色顆粒狀粉末，無臭無味，易溶于水。具有高親水性、無凝血效應(yīng)，黏度和滲透壓與血液相近，能在人體內(nèi)降解但又必須維持一定的時(shí)間，是目前世界公認(rèn)的一種優(yōu)良的血漿代用品。因而實(shí)驗(yàn)中選擇葡聚糖與酪蛋白進(jìn)行接枝反應(yīng)。4.1、酪蛋白-葡聚糖濕法接枝反應(yīng)方法稱取一定量的酪蛋白，溶于1／15mol／L的磷酸鹽緩沖液中，按一定比例加入葡聚糖，充分?jǐn)嚢枞芙?。?mL混合液于帶塞的旋口試管中，適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)溫度下，反應(yīng)一定時(shí)間后置于冰浴冷卻，冰箱保存?zhèn)溆谩＠鋬龈稍锖蟮玫嚼业鞍?葡聚糖接枝物。5、酪蛋白-葡聚糖濕法接枝反應(yīng)過程

酪蛋白-葡聚糖接枝反應(yīng)主要是基于蛋白質(zhì)分子中氨基酸側(cè)鏈的自由氨基和糖分子還原末端的羰基之間的羰氨反應(yīng)。第(1)步顯示早期Maillard反應(yīng)，即糖分子與賴氨酸或羥賴氨酸的ε-氨基形成可逆的醛亞胺(Aldimine或Sehiff堿（席夫堿）)；中期Maillard反應(yīng)則由(2)～(4)步表示，席夫堿形成后，席夫堿上電荷與雙鍵的重排形成糖-蛋白質(zhì)酮胺結(jié)合物(Ketoamine或Amadori型產(chǎn)物)，此時(shí)得到的這種蛋白-多糖接枝產(chǎn)物比較穩(wěn)定且為可逆性產(chǎn)物，均屬于非酶糖基化中間產(chǎn)物。反應(yīng)中重要的中間產(chǎn)物席夫堿經(jīng)過Amadori重排形成Amadori產(chǎn)物，接著Amadori產(chǎn)物根據(jù)pH值的不同發(fā)生降解，當(dāng)pH值等于或小于7時(shí)，Amadori產(chǎn)物主要發(fā)生1，2一烯醇化而形成糠醛(當(dāng)糖是戊糖時(shí))或羥甲基糠醛(當(dāng)糖為己糖時(shí))；當(dāng)pH值大于7時(shí)，Amadori產(chǎn)物主要發(fā)生2，3-烯醇化而形成還原酮，例如4-羥基一5-甲基．2，3-二氫呋喃，和很多裂解產(chǎn)物包括1-羥基-2丙酮、丙酮醛、二乙酰基等，所有這些都是高活性的中間體，還繼續(xù)參與反應(yīng)。羰基能和自由氨基縮合，這樣就使最終產(chǎn)物中含氮，二羰基化合物能和氨基酸反應(yīng)形成醛和d-氨基酮，這個(gè)反應(yīng)稱為Strecker反應(yīng)。接下來，一系列反應(yīng)發(fā)生，包括環(huán)合、脫氫、重排、異構(gòu)化，進(jìn)一步縮合，最終形成棕色含氮聚合物或共聚物，稱為類黑素。6、酪蛋白的應(yīng)用①酸酪蛋白主要用作涂料的基料，木、紙和布的粘合劑，食品用添加劑等。作為涂料的基料約占總消費(fèi)的一半，具有優(yōu)良的耐水性，在顏料中能很好地分散，提高涂料的均勻性。此外，因流動(dòng)性好，易于涂裝施工，粗制凝乳酶蛋白主要用于制造塑料鈕扣。酪蛋白鈕扣與其他樹脂鈕扣相比，染色性、加工性、色澤鮮艷性均好，質(zhì)量在鈕扣中居中上等。干酪素與消石灰（CaOH）、氟化鈉、硫酸銅均勻混合，再配入煤油得到酪素膠，是航空工業(yè)和木材加工部門使用的一種膠合劑。干酪素也用于醫(yī)藥和生化試劑。②酪蛋白在食品工業(yè)中主要用作固體食品的營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑,同時(shí)兼為食品加工過程中的增稠及乳化穩(wěn)定劑,有時(shí)也能作為黏結(jié)劑、填充劑和載體使用。酪蛋白在食品中尤其適用于干酪、冰淇淋(用量0.3%~0.7%)、肉類制品(如火腿、香腸,用量1%~3%)及水產(chǎn)肉糜制品；以5%添加量強(qiáng)化面包和餅干