大豆分离蛋白—纳米银复合物和大豆分离蛋白原子转移自由基聚合的研究

论文摘要

大豆分离蛋白是一种天然大分子,并可用于环境友好、可降解材料。本文关注于大豆分离蛋白-纳米银复合物和大豆分离蛋白的原子转移自由基聚合物研究。本文第一部分研究了一种制备大豆分离蛋白-纳米银复合物（Soy Protein Isolate-Silver Nanoparticle Composite, SPI-Ag）的简单方法。常温下,通过对Ag+与大豆分离蛋白（Soy Protein Isolate, SPI）水溶液进行紫外光照得到大豆分离蛋白-纳米银复合物。不需要另外添加任何还原剂和保护剂,产物具有较高的稳定性,纳米银颗粒粒径分布较均匀。采用透射电子显微镜（TEM）、紫外-可见光分光光度计（UV-Vis）、X-射线衍射（XRD）、傅立叶红外分光光度计（FTIR）和荧光分光光度计（FL）用于产物的表征。TEM结果表明,实验所得纳米银粒子平均粒径为13.5 nm,分布较窄。大豆分离蛋白-纳米银复合物在430 nm左右处有吸收,证明得到纳米银。随着反应时间增加,复合物紫外-可见吸收峰位置有红移的趋势,粒径由12nm增加至13.5nm,紫外吸收峰位置发生红移,从420nm增至430nm。采用红外（FTIR）和荧光（FL）对紫外光照法制备大豆分离蛋白-纳米银复合物的机理进行了探索,结果表明,紫外光照起重要作用,在光化学反应和还原反应下得到纳米银。激光光散射表征表明在12nm和122nm左右出现两个吸收峰,分别对应于纳米银和蛋白质的贡献,随着光照时间增加,12nm处峰强增加, 122nm处峰强减弱。pH值、光照时间、以及溶液浓度对产物性质影响较大。纳米银的抗菌性能远大于传统的银系杀菌剂,大豆分离蛋白-纳米银复合物对具有代表性的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌菌种的有良好抑菌效果,通过改变实验条件实现可控抑菌。本文第二部分研究了大豆分离蛋白的ATRP接枝聚合,通过酰胺化反应在大豆分离蛋白（SPI）表面引入溴原子,合成了大分子引发剂SPI-Br,以CuCl和bpy为催化体系,通过原子转移自由基聚合法（ATRP）合成了大豆分离蛋白-g-聚甲基丙烯酸2-羟乙酯（SPI-g-PHEMA）。用FTIR、13C-NMR、GPC对大分子引发剂、接枝产物和接枝物降解链进行结构和分子量表征,结果表明,得到了表面接枝聚甲基丙烯酸2-羟乙酯长链的大豆分离蛋白接枝聚合物。XPS分析证明SPI-Br大分子引发剂成功制备,得到制备大分子引发剂所用2-溴异丁酰溴与大豆分离蛋白的合适用量。13C-NMR图谱和元素分析得到SPI-Br中引发点浓度为0.15 mmol/g。采用相同的引发体系、单体等分别在水、水/醇、醇反应介质体系和本体聚合对比实验,结构表明水相的ATRP聚合对于本实验体系最为适合。PHEMA接枝链纯化后进行GPC表征,分子量为1.2×104,分子量分布为1.12左右。2-溴异丁酰溴固定到SPI上具有较强引发能力。用紫外分光光度计（UV）、荧光分光光度计、Zeta电位表征了接枝产物的溶液性质。复合物DSC表征结果表明SPI-g-PHEMA在112℃左右处出现一个转变峰归属于PHEMA,佐证反应成功。透射电镜（TEM）表征复合物的微观形态,SPI的聚集形态是粒径约为150 nm左右的微球形状,接枝聚合物SPI-g-PHEMA的聚集形态为方形,粒径约350 nm左右。对大豆分离蛋白进行接技改性,为蛋白质的改性提供了一种新的方法,可以使接枝产物兼具天然高分子和合成高分子的优异性能,这有利于拓宽大豆分离蛋白及其产品的应用范围,使其应用于各种工业领域具有重要的实际的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 大豆蛋白概况
• 1.3 大豆蛋白质的组成及结构
• 1.3.1 大豆蛋白的组成
• 1.3.2 大豆蛋白的结构
• 1.4 大豆蛋白功能性
• 1.4.1 溶解性
• 1.4.2 持水性
• 1.4.3 乳化性
• 1.4.4 气泡性
• 1.4.5 凝胶性
• 1.4.6 吸油性
• 1.4.7 粘度
• 1.5 大豆蛋白改性及发展趋势
• 1.5.1 大豆蛋白的物理改性
• 1.5.2 大豆蛋白的化学改性
• 1.5.3 大豆蛋白的酶法改性
• 1.6 大豆分离蛋白-纳米银复合物的研究
• 1.7 大豆分离蛋白原子转移自由基聚合（ATRP）接枝聚合
• 1.8 本课题的立题背景和意义
• 1.9 本论文主要研究内容
• 第二章 紫外光照法制备大豆分离蛋白－纳米银复合物
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器和设备
• 2.2.2 实验试剂
• 2.2.3 实验内容
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 SEM 和TEM 表征
• 2.3.2 XRD 表征
• 2.3.3 紫外表征
• 2.3.4 Zeta 电位表征
• 2.3.5 荧光表征
• 2.3.6 激光光散射表征
• 2.3.7 机理初步讨论
• 2.4 本章结论
• 第三章 大豆分离蛋白与纳米银复合物的抗菌性研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器及设备
• 3.2.2 实验试剂
• 3.2.3 实验步骤
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 结论
• 第四章 原子转移自由基聚合法合成大豆分离蛋白-G-聚甲基丙烯酸2-羟乙酯
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器及设备
• 4.2.2 实验试剂
• 4.2.3 实验内容
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 大豆分离蛋白大分子引发剂的表征
• 4.3.2 ATRP 法制备大豆分离蛋白-g-聚甲基丙烯酸2-羟乙酯接枝共聚物的表征
• 4.3.3 接枝链表征
• 4.3.4 大分子引发剂SPI-Br 的定性以及定量分析
• 4.3.5 接枝链分子量以及共聚物接枝率计算以及反应介质对降解接枝链分子量及接枝率的影响
• 4.3.6 溶解性质表征
• 4.3.7 疏水性的表征
• 4.3.8 热性质表征
• 4.3.9 Zeta 电位表征
• 4.3.10 透射电镜表征
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文