大豆蛋白高分子材料化學改性研究綜述

摘 要：現階段，資源消耗嚴重，在傳統的高分子材料領域，使用之后很難降解，對環境也造成一定的污染，所以針對大豆蛋白高分子材料的制備的研究越來越多。純天然的大豆蛋白作為高分子材料會有一定的缺陷，如力學性能和耐水性能都存在一定的缺陷。因此需要對大豆蛋白進行物理或者化學方法的改性，用以提高其制備高分子性能材料能夠獲得的良好性能。本文對近年來通過對大豆蛋白高分子材料化學改性的研究進展做了介紹，并且展望了這個領域未來的發展前景。

關鍵詞：大豆蛋白；高分子材料；化學改性；前景

近年來，資源、環境問題致使人們在尋求可再生資源的研究上加大了力度。在高分子材料合成領域，傳統的主要原料為原油，產物難降解，并且不可再生。人們轉向研究利用植物蛋白質來合成高分子材料，產物具有可降解、可再生的特性，具有廣闊的前景。在石油資源日益短缺的當今世界，全球具有大量儲備的大豆產量，在制作榨油、豆油時，會隨之產生大量的副產品豆粕，其中具有44%的大豆蛋白，怎么利用這一資源，并能夠進行工業型生產，是當今學者致力研究的重點。在將其制作高分子材料方面來看，大豆蛋白在某些性能上還存在缺陷，其作用被限制，需經過物理或者化學方法進行改性，本文對其中比較重要的化學改性方法進行了綜述。

蛋白質是由20多種氨基酸通過肽鏈連接起來的，天然大豆蛋白具有很高的營養價值，另外，還具備其他的一些加工特性，如乳化性、持水束油性、發泡性等。但是在一定的范圍內存在局限性，對其進行化學改造的主要方法就是將其蛋白質側鏈基團進行化學改性。其中，蛋白質分子上的側鏈有氨基、羥基、羧基和巰基等，化學改性方法就是對其進行交聯、接枝、酯化等眾多方法，國內外都作了眾多的研究。

1交聯改性

對大豆蛋白高分子進行交聯指的是，在大豆蛋白質分子中存在的—NH2、—OH等都能夠輕易的與雙官能團或者官能分子發生交聯反應。通過交聯反應，蛋白質分子能夠增強分子內或者分子間的鍵合作用，改善分子性能，提高材料的耐水性，提高硬度、拉伸強度等力學性能。缺點是會降低材料溶解度、可塑性，加工難度大。交聯反應需要加入交聯劑。通常有甲醛、戊二醛、糠醛等。

Swain等使用甲醛對大豆蛋白進行交聯改性，研究其所得蛋白質塑料，結果表明，產品的玻璃化轉變溫度和熔融溫度都下降。Paetau等也是利用甲醛進行交聯，得出相同的結論，推測產生這種結果的原因是交聯致使蛋白質分子進行了分子重排。之后對產品進行了力學性能測試，發現材料的屈服應力、抗張強度顯著增強，并且可以完全生物降解。

Swain等使用糠醛對SPC進行交聯改性，制成棒狀材料，研究其性能，結果表明，增加糠醛的用量，產物成型溫度提高，樣品的力學性能顯著提高。

2接枝改性

通過加入特定的化學試劑，使蛋白質分子產生初級自由基，可以使得烯類單體自發進行接枝共聚，從而大豆蛋白質材料能夠獲得新的性能。這種方法還可以對參數進行調控，接枝單體、接枝密度、支鏈長度等都能夠調整，獲得所需要的蛋白質分子材料性能。

馬力等通過特定方法將二乙氧磷酰基已經成功接枝到了大豆蛋白多肽鏈上，改善了天然大豆蛋白作為膜材料時差的力學性能和水敏感性能，克服改善了這些缺點。

賀宏彬等是利用尿素和亞硫酸鈉先將大豆蛋白的分子打開二硫鍵，之后將醋酸乙烯酯（VAc）及甲基丙烯酸甲酯（MMA）在大豆蛋白質分子上進行接枝共聚。研究結果表明，通過接枝MMA和VAc共聚可以是材料獲得乳膠的凍融穩定性，并且這種性能的保質期長達6個月。

Yang等是通過選用變形劑—尿素和B-巰基乙醇、引發劑—過硫酸銨（APS），針對SPI進行甲基丙烯酸（MAA）接枝共聚。研究中發現首先是β-巰基乙醇還原二硫鍵為巰基，之后APS攻擊巰基使之進行接枝反應。結果表明接枝率和接枝效率都顯著提高。

3酰化與酯化改性

這種方法是將蛋白質分子中的氨基和羥基進行酰化或者酯化，使蛋白質分子獲得新的官能團，提高其性能。

Wang等是以鹽酸為催化劑，用乙醇將大豆蛋白質分子上的羧基酯化。通過酯化發現酯化產物的抗張強度提高了許多，并且同時提高了材料的耐水性。不過鹽酸作為催化劑需要控制在一定的范圍內。

AllanT.Panlson和MarvinA.Tun通過對蛋白質進行琥珀酰化，研究表明能夠顯著提高蛋白質的溶解性，蛋白質打開亞基結構，親水基團更多的暴露增強了蛋白質的柔軟性。

Brauer等對蛋白質進行棕櫚酸酰氯、壬烯琥珀酸酐和十二烯基琥珀酸酐改性，發現酯化產物能夠增強樣品的耐水性，酯化程度越高，產物的軟化溫度越低，抗張強度也提高。

4磷酸化

這種方法是將磷酸根基團與蛋白質側鏈上的活性基團發生酯化或者酰化反應，最終改變蛋白質性能。

田少君等使用三氯氧磷對SPI進行磷酸化化學改性，向一定量的SPI中加入三氯氧磷，常溫30min后，改性之后產品獲得良好的溶解性能。磷酸化反應是在蛋白質分子上引入了磷酸根、二聚磷酸根及三聚磷酸根。

5其他化學改性方法

除上述方法，還有其他的一些化學改性方法。糖基化法是在弱堿性的條件下，將蛋白質分子上的ε-氨基酸與單糖或者低聚糖發生美拉德反應，改進蛋白質功能。趙劍飛等將葡萄糖與SPI溶于水中，在55℃恒溫箱中反應得到改性產物。發現產物的乳化性降低。此外還有其他方法如去酞氮改性、臟基化和磺酸化等。化學改性大豆蛋白質分子材料還具有很大的研究前景。

6存在問題與前景展望

目前大豆蛋白質高分子材料的商業化規模還不是很大，主要集中在美國，國內尚未報道過具有商業化生產的這種材料，存在一定差距。另外，大豆蛋白質高分子材料還是與傳統的石油基高分子材料的性能還存在一定的差距，如耐水性和力學性能上，大豆蛋白質高分子材料明顯不如后者。制備工藝也不夠成熟，設備成本高等問題，也是阻礙這種方式發展的障礙。

作為綠色環保能源開發，大豆蛋白的開發領域明顯是深受目前國際發展趨勢的喜愛，提高大豆生產附加值，制作綠色產品，研究各類化學改性方法和途徑，能夠滿足不斷發展的材料性能要求，這方面的發展必定會繼續受到廣泛關注和發展。

參考文獻

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作者簡介：胡再鑫，男，安徽省東至人，1994-01-01，池州學院，247100，本科，研究方向：高分子材料與工程。