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1、大豆蛋白纤维 之发展篇,2018/12/11,2,大豆和大豆蛋白质的组成与结构,大豆亦称黄豆,是双子叶植物(dicotyledon) ,大豆属 soia) 豆科中草本植物,学名Glycine Max(L)Merrill ,在中国栽培、利用已有三千年以上的历史。中国古汉语称为“菽”,日本称为“ ”(daiz) ,英语为soybean”。大豆原产于中国黄河流域,公元前二世纪初,扩移到中国东北,并传入朝鲜,后传入日本,1740 年传入法国并转达欧洲各国,1765 年传入美国。20 世纪以来,美国、巴西、阿根廷、印度、印尼、加拿大等国大豆产量猛增。,2018/12/11,3,2018/12/11,4,
2、大豆的组成成分,2018/12/11,5,豆油,大豆榨油所得的粗脂肪即为豆油,新鲜的豆油大部分为不饱和脂肪酸。目前测定结果为:不饱和脂肪酸有亚油酸50.7 % 54.5 % , 油酸21.3 %28.9 % ,亚麻酸6.5 %8.3 %; 不饱和脂肪酸有硬脂酸3.5 % ,软脂酸11.7 %及少量木酸、花生酸和维生素A、E 等,是优质的食用脂肪,消化率可达98.5 % ,体积质量为0.922 g/ cm30.933 g/ cm3 ,在20 时折射率为1.47 ,凝固点- 15 - 19 。,2018/12/11,6,豆饼,大豆榨油后的豆饼(豆粕,soybean meal) 脱脂后主要含有粗蛋白
3、、糖类物质及粗纤维等。其中糖类物质中淀粉含量极低,主要有双糖、低聚糖和高聚糖三类。双糖类主要为蔗糖;低聚糖类主要为棉子糖、水苏糖、巴巴扣斯糖;高聚糖类主要为阿刺伯半乳聚糖和糊精,也有少量半纤维素酶。 粗蛋白可提取用于纺丝制纤维。作为食品,糖类物质中第一类易于消化吸收,后两类动物极难消化吸收,需经微生物发酵分解后才易于吸收。因此,豆饼提取粗蛋白后作为动物饲料的加工方法应该给予注意。,2018/12/11,7,2 大豆蛋白质的组成,2018/12/11,8,组成特点,其特点是柔性链非极性氨酸特别是乙氨酸、丙氨酸等含量极少,而半胱氨酸含量也少,胱氨酸基本没有,具有较大侧基的极性氨酸含量较高,因此,大
4、豆蛋白分子很难形成延伸直链,而呈球状分子链,即球状蛋白质。,2018/12/11,9,3 大豆蛋白质的超分子结构,这些大豆蛋白分子中最主要的是11 s 大豆球蛋白和7 s 球蛋白,两者占75 %左右。,2018/12/11,10,11 s 大豆球蛋白分子的结构,11 s 大豆球蛋白分子的分子量约为360 000 , 聚合度在2000 左右。其中有12 个亚单位,每一 亚单位也是一个球状多缩氨酸分子链。 这些亚单位中,呈酸性的亚单位(分离后带羧基) 共有6种,命名为AS 亚单位;呈碱性的亚单位(分离后带醇基) 有4 种,命名为BS 亚单位。每种AS 亚单位与另一种BS 亚单位结合成为一种中间亚单
5、位,即ASBS ,命名为中间亚单位IS。,2018/12/11,11,这些中间亚单位IS 共有6 种(6 种AS 中的每一个对应4 种BS中的特定的一个) 。酸性亚单位的分子量为3000034 000 。碱性亚单位的分子量为20 00028 000 。中间亚单位的分子量为53 000 58 000 ,中间亚单位球体呈直径2.2 nm ,长约7.5nm 的圆柱形。这6 种中间亚单位按巅倒平面六方密堆积形成一个11 s 大豆球蛋白分子。,2018/12/11,12,11 s 大豆球蛋白分子的外形尺寸为外直径11 nm ,厚7.5 nm 的圆饼形。,2018/12/11,13,7 s 球蛋白分子的结
6、构,7 s 球蛋白的分子量约为15 00018 000 ,聚合度在110 左右。其由三种亚单位拼成。这三种亚单位目前分别命名为、和。他们呈平面三角形密堆积形成7 s 球蛋白分子。,2018/12/11,14,2018/12/11,15,结论,大豆含有脂肪、蛋白质、糖类物质、纤维素、灰分及水分等。 大豆脂肪即豆油是具有良好食用价值的不饱和脂肪酸。 大豆蛋白是豆饼(豆粕) 中的重要物质,可 以提取作为食品和纺织纤维的原料。 大豆蛋白质有较复杂的结构和特殊的氨酸含量。 豆饼经提取蛋白质后的剩余物中主要为糖类物质,但其中除双糖外其余糖类物质不易被动物消化吸收,作饲料时宜发酵处理后使用。,2018/12
7、/11,16,再生蛋白纤维的发展,在再生蛋白纤维的研制和开发方面，国外的历史比较早，从20世纪以来，已经有酪素纤维、再生丝素蛋白、玉米蛋白纤维、花生蛋白纤维、大豆蛋白纤维等多种再生蛋白纤维。,2018/12/11,17,再生蛋白纤维,从天然动物牛乳或植物（花生、玉米、大豆）中提炼出来的蛋白质经过溶解和纺丝而成。 分类：再生动物蛋白纤维（酪素、牛奶、蚕蛹蛋白丝、丝素与丙烯腈接支而成的再生蚕丝等） 再生植物蛋白纤维（花生、玉米、大豆）,2018/12/11,18,2018/12/11,19,由于受早期科技水平的限制，上述研制的再生蛋白质纤维因强力低、纤维粗、物理机械性能差、制备技术难度大等种种原因
8、而未能实现工业化生产。由于现代人对服装的追求趋向于自然化、舒适化，天然纤维越来越受到人们的青睐。但是，天然纤维如棉、麻、羊毛、蚕丝等受到种植、养殖方面的限制，无法大量发展。因此，从20世纪90年代开始，国内外对再生蛋白质纤维的研制工作又开始重视起来。,2018/12/11,20,新发展,近年来，日本东洋纺公司开发了以新西兰牛奶为原料与丙烯腈接支共聚的的再生蛋白质纤维Chinon,是目前世界上唯一实现工业化生产的酪素蛋白纤维。100kg牛奶只能提取2kg蛋白质，制造成本很高。,2018/12/11,21,1994年以来，美国杜邦(DuPont)公司等对玉米蛋白纤维的制造过程和纤维性能进行了研究。
9、将玉米蛋白质溶解于溶剂进行干法纺丝;将球状蛋白质溶解于碱液(pH值为11.312.7)中，并加入甲醛或多聚羧酸类交联剂，可进行湿法纺丝。据该文献报道含有交联剂的玉米蛋白纤维具有耐酸、耐碱、耐溶剂性和防老化性能，且不蛀不霉，它具有棉的舒适性、羊毛的保暖性和蚕丝的手感等特性。,2018/12/11,22,Simons等人利用生物技术合成了蜘蛛蛋白纤维。杜邦采用DNA 重组生物技术，开发出尖端材料蜘蛛丝。,2018/12/11,23,据国外有关资料报道，有将大豆蛋白用戊二醛作交联剂制成大豆蛋白生物可降解性高聚物，用于塑料、粘合剂、薄膜、包装材料、增强材料等应用领域。目前，国外尚无用于纺织品的大豆蛋白
10、质纤维的研制和开发工作的报道。,2018/12/11,24,大豆蛋白纤维的生产,大豆蛋白改性纤维(大豆蛋白纤维、大豆纤维)是以榨掉油脂的大豆豆粕(含35%蛋白)为原料，从中提取球状蛋白质，通过添加功能性助剂，经湿法纺丝而成的蛋白改性纤维。其生产原理是将豆粕水浸，分离，提取出蛋白质，将蛋白质改变空间结构，并在适当条件下，与腈基和羧基高聚物接枝，通过湿法纺丝而成纤维;这时的大豆蛋白改性纤维中，蛋白质与腈基和羧基高聚物并没有发生完全共聚，还具有相当的水溶性，还需经过缩醛化处理才能成为性能稳定的纤维。,2018/12/11,25,2018/12/11,26,大豆纤维目前研究中存在问题,大豆蛋白纤维的结
11、构研究 大豆本身是蛋白质，但是其氨基酸组分分析结构粗糙，缺乏针对性和系统性，中国地域辽阔，大豆品种繁多，不同品种及种植条件的大豆种籽，经不同提取方法取得的蛋白质，其氨基酸组分还有待于测试研究。 如70年代在国毛理化性能课题中，曾经测试国少量的大豆蛋白，其中对于胱氨酸及半胱氨酸含量，未曾检测到，但是也有报道测试结果为“痕量”的，目前尚且没有定论。 大豆和羊毛在氨基酸含量上的区别等也没有定论。,2018/12/11,27,大豆蛋白的结晶结构 其单晶的类型，如单斜晶系或者三斜晶系的可能性较大，但成螺旋型晶也有可能，甚至是侧向有序，在此方面，最好深入研究，形成结论,2018/12/11,28,大豆蛋白
12、纤维混抽后的超分子结构 基原纤、微原纤、原纤、巨原纤四级结构中，那些层次不存在以什么形式存在、原纤中间的缝隙孔洞的尺寸及其分布形态如何？纤维内部的比表面积有多大、分子间结合能级以及主体属性等等,2018/12/11,29,湿纺形成的纤维，皮芯结构 根据试样多重试染观察，皮芯结构相当明显，且皮层相当厚，但是它与纺丝浴和纺丝参数的关系如何，与产品的加工性能和使用性能的关系如何等等，而这些问题，对于今后纺丝和产品的开发方向，具有重要的作用,2018/12/11,30,典型的理化性能数据 除了纤维密度（比重）断裂比强度、断裂伸长、断裂功初始模量等之外，拉伸弹性回复谱图，勾结强度、弯曲疲劳强度、扭转疲劳
13、强度、压缩模量、扭转模量、动静摩擦系数、纤维集合体压缩弹性模量、比热、径向轴向导热系数、玻璃化温度、粘流温度、脆折温度、表面比电阻、体积比电阻、相对介电系数、介电损耗模量、折射率、溶解反应性能、各种染料的上染率等化学性能等等，应该给出典型值，从而国际化学纤维性能手册系统可以列入，包括红外吸收光谱X射线衍射图等系统数据，从而使得大豆蛋白纤维，成为纤维家族正式成员，占据也有的地位。,2018/12/11,31,对于纤维的认识,优点是柔软、导湿、透气、滑爽、保暖性好，悬垂性好等，本身的认识方面，定性、商业化的目的说法比较多，客观科学的评价少，尤其是对于纤维公认的缺陷，弹性、抗皱性能、耐热性能、有色等
14、，对于其生态学问题的评价和解释也很少,2018/12/11,32,纤维加工中的问题,没有身骨，弹性差、容易起毛起球，在后加工中受到高温作用手感发硬，光泽变差，达到120 就发粘发黄是染整加工中存在的主要问题，纤维的表面比较光滑，纺纱过程中抱合力小，另外纺纱过程中静电现象严重，造成加工存在困难。 一方面：纤维改性方面努力 另一方面：加工中应该进行有效的研究和弥补。,2018/12/11,33,产品开发中的问题,与羊毛、羊绒以及绢丝等的混纺，都存在混合互补、优化性能、配伍等问题，应该在应用中解决。 如与羊毛混纺仿羊绒时，就很难确定其与羊毛合适的优化混纺比例，使之既保持羊毛原有的弹性和身骨，又可将大豆的优良特性融会一身。,2018/12/11,34,大豆比例提高问题,大豆蛋白纤维中大豆蛋白的组成比例过低，难以达到与所描述的性能名副其实，但是提高比例后，又可能会影响到其物理性能。,2018/12/11,35,原基色的消除和光稳定性的问题,
