接枝聚合改性

3、接枝共聚改性的定义
3.1 基本原理
~~~A~~~A~~~A~~A~~~A~~~ | | | | | 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 ⑴ 自由基接枝 ① 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。
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。
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ε-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。 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。
4.1、酪蛋白-葡聚糖湿法接枝反应方法
称取一定量的酪蛋白，溶于1／15 mol／L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、酪蛋白-葡聚糖湿法接枝反应过程
酪蛋白分子具有双亲性，分子柔性好，常作为添加剂广泛应用于食品工业和 其他工业部门。这一方面是由于酪蛋白的营养价值高、资源丰富；另一方面则是 因为酪蛋白还具有与食品的加工特性等相关联的各种功能特性。酪蛋白和酪蛋白 制品有良好的功能性质，其功能特性见表1-2所示。

6、酪蛋白的应用
①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。 ②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%添加量强化面包和饼干中的蛋白质；在蛋黄酱中 用量为3%。因为酪蛋白是最完善的蛋白质，它还可与谷物制品配 合，制成高蛋白谷物制品、老年食品、婴幼儿食品和糖尿病食品 等。
酪蛋白-葡聚糖接枝改性研究
1、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，约占总蛋白 的78．8％，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4.6—4.7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价值。
4、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 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。
1.3、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。
如：
~~~~~CHCH=CHCH~~~~
| H | H
+
St
② 在主链上形成过氧化氢基Biblioteka 或其它官能团，然后以此引发单体聚合。
如：
CH3
| ~~~~~~CH2~~~C~~~~ + St
|
O—OH ⑵ 阳离子接枝 ：效率较低
⑶ 阴离子接枝
① 主链引发 例：~~~~CH2CH==CH==CH~~~~~ + St ②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 基团被取代生成酮基接枝链。 ⑷ 开环聚合
2.、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 4．6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。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。
1.1、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。
1.2、酪蛋白的性质