《天然高分子材料》PPT课件.ppt

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1、天然高分子材料天然高分子材料自然合成的高分子1扬州炒饭日本寿司美国汉堡法国披萨意大利面英国热狗各国美食各国美食2上面都是世界各地的美食。俗话说的上面都是世界各地的美食。俗话说的好好“民以食为天民以食为天”，人类只有通过摄入食，人类只有通过摄入食物才能维持正常的生理活动。那么你们知物才能维持正常的生理活动。那么你们知道食物中都含有哪些营养物质呢？道食物中都含有哪些营养物质呢？蛋白质、脂肪、糖类（蛋白质、脂肪、糖类（淀粉、葡淀粉、葡萄糖、纤维素等萄糖、纤维素等）、矿物质、维生素）、矿物质、维生素和水等六大营养物质。和水等六大营养物质。想一想3天然高分子天然高分子天然高分子是指没有经过人工合成，天然

2、存在天然高分子是指没有经过人工合成，天然存在于动植物和微生物体内的大分子有机化合物。于动植物和微生物体内的大分子有机化合物。天然高分子都是处在一个完整而严谨的超分子天然高分子都是处在一个完整而严谨的超分子体系内，一般是多种天然高分子以高度有序的体系内，一般是多种天然高分子以高度有序的结构排列起来。结构排列起来。天然高分子作为可再生、可持续发展的资源，天然高分子作为可再生、可持续发展的资源，在能源问题日益紧迫的今天，开始表现出越来在能源问题日益紧迫的今天，开始表现出越来越重要的经济和战略意义。越重要的经济和战略意义。4天然高分子的发展天然高分子的发展人类对天然高分子的利用始终伴随着人类的进人类对

3、天然高分子的利用始终伴随着人类的进化与发展。与人的社会生产和生活密不可分。化与发展。与人的社会生产和生活密不可分。衣衣5天然高分子的发展天然高分子的发展食食6天然高分子的发展天然高分子的发展住住7天然高分子的发展天然高分子的发展行行8天然高分子的优势天然高分子的优势价格低廉、来源广泛，在自然界动植物中广泛价格低廉、来源广泛，在自然界动植物中广泛存在。存在。9天然高分子的优势天然高分子的优势绿色、清洁、具有可生物降解性和可再生性，绿色、清洁、具有可生物降解性和可再生性，农作物农作物农作物农作物二氧化碳二氧化碳二氧化碳二氧化碳水水水水阳光阳光农产品农产品农产品农产品天然高分子天然高分子天然高分子天

4、然高分子提取提取可降解制品可降解制品可降解制品可降解制品堆肥堆肥10天然高分子的缺点天然高分子的缺点一般的天然高分子加工性能都很差，难以通过一般的天然高分子加工性能都很差，难以通过常用塑料的加工方法成型；常用塑料的加工方法成型；力学性能、耐环境性能等存在缺陷，应用范围力学性能、耐环境性能等存在缺陷，应用范围较窄；较窄；因此为了拓展天然高分子的应用范围、提高其因此为了拓展天然高分子的应用范围、提高其使用性能，研究者们开始致力于天然高分子的使用性能，研究者们开始致力于天然高分子的改性研究，并已成为近年来的研究热点。改性研究，并已成为近年来的研究热点。11天然高分子的种类天然高分子的种类多聚糖类多聚

5、糖类淀粉、纤维素、木质素、甲壳素、淀粉、纤维素、木质素、甲壳素、多聚肽类多聚肽类蛋白质、酶、激素、蚕丝。蛋白质、酶、激素、蚕丝。遗传信息物质遗传信息物质DNADNA、RNARNA动植物分泌物动植物分泌物生漆、天然橡胶、虫胶。生漆、天然橡胶、虫胶。12多聚糖多聚糖13多聚糖多聚糖糖类通称为碳水化合物，分为单糖、低聚糖糖类通称为碳水化合物，分为单糖、低聚糖和多聚糖三大类。和多聚糖三大类。单糖是最简单的碳水化合物，如葡萄糖、果单糖是最简单的碳水化合物，如葡萄糖、果糖、木糖等。糖、木糖等。低聚糖是由二个至十个单糖分子经由糖苷键低聚糖是由二个至十个单糖分子经由糖苷键连接而成的化合物。连接而成的化合物。多

6、糖是由十个以上的单糖分子经由糖苷键连多糖是由十个以上的单糖分子经由糖苷键连接而成的碳水化合物。接而成的碳水化合物。14多聚糖多聚糖自然界存在自然界存在着大量的多着大量的多糖类高分子糖类高分子淀粉淀粉淀粉淀粉纤维素纤维素纤维素纤维素壳聚糖壳聚糖壳聚糖壳聚糖15 纤维素纤维素纤维素是自然界中存在量最大的天然高分子化纤维素是自然界中存在量最大的天然高分子化合物。合物。纤维素由很多纤维素由很多 D-D-吡喃葡萄糖单元以吡喃葡萄糖单元以 (1-4)(1-4)苷键苷键连接而成。连接而成。纤维素是高等植纤维素是高等植物细胞壁的主要物细胞壁的主要成分，主要来源成分，主要来源为木材等。为木材等。16纤维素的来源

7、纤维素的来源棉花：是棉属植物种棉花：是棉属植物种子的表皮毛，是自然子的表皮毛，是自然界纯度最高的纤维。界纯度最高的纤维。木材：是自然界中纤木材：是自然界中纤维素最主要的来源。维素最主要的来源。草类：包括禾本科和草类：包括禾本科和竹科等植物的茎。竹科等植物的茎。17纤维素的特性纤维素的特性纤维素具有一定的结晶性；纤维素具有一定的结晶性；纤维素的分子间存在非常强烈的氢键，使得其纤维素的分子间存在非常强烈的氢键，使得其具有更高度的结构有序性，耐化学腐蚀性和耐具有更高度的结构有序性，耐化学腐蚀性和耐溶剂性。溶剂性。18纤维素的改性纤维素的改性纤维素改性可以使之具有更好的溶解性和加工纤维素改性可以使之具

8、有更好的溶解性和加工性等，从而应用于不同领域。性等，从而应用于不同领域。酯化酯化无机酯包括碳酸酯、硝酸酯、磷酸酯等；有无机酯包括碳酸酯、硝酸酯、磷酸酯等；有机酯包括醋酸酯、磺酸酯、氨基甲酸酯等。机酯包括醋酸酯、磺酸酯、氨基甲酸酯等。醚化醚化羧甲基纤维素、羟烷基纤维素、甲基纤维素羧甲基纤维素、羟烷基纤维素、甲基纤维素芳基和芳烷基纤维素等。芳基和芳烷基纤维素等。接枝与交联接枝与交联卤化与氧化卤化与氧化19纤维素的应用纤维素的应用造纸造纸20纤维素的应用纤维素的应用纺织品纺织品21纤维素的应用纤维素的应用纤维素通过水解可用于生产微晶纤维素和葡萄纤维素通过水解可用于生产微晶纤维素和葡萄糖浆；糖浆；通过

9、接枝共聚等改性可得到具有各种新功能的通过接枝共聚等改性可得到具有各种新功能的材料，如抗酶抗菌材料、离子交换材料、膜材材料，如抗酶抗菌材料、离子交换材料、膜材料、高吸水性材料等；料、高吸水性材料等；通过化学和生物技术，将有可能生产出食品、通过化学和生物技术，将有可能生产出食品、燃料及多种基本有机合成原料。燃料及多种基本有机合成原料。22淀粉淀粉淀粉是自然界中产量仅次于纤维素的碳水化合淀粉是自然界中产量仅次于纤维素的碳水化合物，是由物，是由 D-D-葡萄糖葡萄糖通过通过-糖苷糖苷键键组成的多聚糖。组成的多聚糖。未经改性处理的淀粉称为原淀粉，呈颗粒结构未经改性处理的淀粉称为原淀粉，呈颗粒结构有一定大

10、小和形状，水分含量高，蛋白质少的有一定大小和形状，水分含量高，蛋白质少的淀粉颗粒较大。淀粉颗粒较大。淀粉颗粒具有结晶结构，淀粉颗粒具有结晶结构，结晶结构占颗粒体积结晶结构占颗粒体积25%25%50%50%。23淀粉的来源淀粉的来源淀粉淀粉24淀粉的改性淀粉的改性热塑性淀粉热塑性淀粉淀粉本身不具有熔点，加热后容易发生分解淀粉本身不具有熔点，加热后容易发生分解和氧化反应，因此需要进行改性处理。和氧化反应，因此需要进行改性处理。淀粉的热塑性改性方法与淀粉的热塑性改性方法与纤维素类似，包括醚化、纤维素类似，包括醚化、酰化、酯化、接枝、交联酰化、酯化、接枝、交联等等。等等。水、甘油等也常被用做淀水、甘油

11、等也常被用做淀粉热塑性加工中的增塑剂粉热塑性加工中的增塑剂25淀粉的应用淀粉的应用可降解日用品可降解日用品26淀粉的应用淀粉的应用食品、药品添加剂食品、药品添加剂另外在石油工业、造纸工业、纺织工业等领域另外在石油工业、造纸工业、纺织工业等领域中淀粉也常被用做增稠剂、粘合剂、胶凝剂等中淀粉也常被用做增稠剂、粘合剂、胶凝剂等不同的用途。不同的用途。27乙乙醇醇（俗俗称称酒酒精精，化化学学式式为为C2H5OH或或C2H6O），无无色色透透明明、具具有有特特殊殊香香味味的的液液体体。易易挥挥发发、能能与与水水以任意比例互溶，是一种常用的有机溶剂。以任意比例互溶，是一种常用的有机溶剂。酿酒的过程：淀粉先

12、转化为葡萄糖，葡萄糖发酿酒的过程：淀粉先转化为葡萄糖，葡萄糖发酵生成酒精酵生成酒精 C6H12O6 2C2H5OH（乙醇）（乙醇）+2CO2 酶酶淀粉虽无甜味，但是人们食用的最主要的糖淀粉虽无甜味，但是人们食用的最主要的糖类。大米、糯米、玉米、高梁、小麦等五谷类。大米、糯米、玉米、高梁、小麦等五谷杂量富含淀粉，可用来酿酒。杂量富含淀粉，可用来酿酒。淀粉的应用淀粉的应用28壳聚糖壳聚糖甲壳素用强碱或酶水解脱去部分或全部乙酰基甲壳素用强碱或酶水解脱去部分或全部乙酰基就转化为壳聚糖就转化为壳聚糖 (chitosan)(chitosan)。清洗，去除清洗，去除无机盐和蛋白质无机盐和蛋白质漂白、晾干漂白

13、、晾干水解水解虾蟹壳虾蟹壳甲壳素甲壳素壳聚糖壳聚糖29壳聚糖的性质壳聚糖的性质壳聚糖的化学名称为：壳聚糖的化学名称为：-(1,4)-(1,4)-聚聚-2-2-胺基胺基-D-D-葡葡萄糖。萄糖。壳聚糖具有较强的刚性结构和强烈的分子间氢壳聚糖具有较强的刚性结构和强烈的分子间氢键作用，具有稳定的结晶结构因此具有较好的键作用，具有稳定的结晶结构因此具有较好的耐溶剂性和耐化学腐蚀性。耐溶剂性和耐化学腐蚀性。壳聚糖分子结构单元中含有氨基，因此具有较壳聚糖分子结构单元中含有氨基，因此具有较好的生理活性和吸附性。好的生理活性和吸附性。30壳聚糖的应用壳聚糖的应用 壳聚糖具有较强的吸附性，壳聚糖具有较强的吸附性

14、，可用于：可用于：香烟过滤嘴香烟过滤嘴 絮凝剂絮凝剂 絮凝澄清专用壳聚糖絮凝澄清专用壳聚糖具有天然、安全、无具有天然、安全、无毒、无害等特点毒、无害等特点31壳聚糖的应用壳聚糖的应用壳聚糖由于具备良好的成膜性和抑菌性，因此壳聚糖由于具备良好的成膜性和抑菌性，因此被应用在以下领域：被应用在以下领域：医用材料：医用纤维和膜功能材料。医用材料：医用纤维和膜功能材料。保鲜剂：壳聚糖具有明显的保鲜、防腐作用。保鲜剂：壳聚糖具有明显的保鲜、防腐作用。32多聚肽多聚肽33中国工程院院士、中国工程院院士、广州医学院呼吸疾病研究所所长广州医学院呼吸疾病研究所所长抗抗“非典非典”最前沿领军人物最前沿领军人物钟钟南

15、南山山34SARSSARS病毒的电子图片病毒的电子图片 SARSSARS病病的的凶凶手手冠冠状状病病毒毒，有有自自己己的的核核酸酸和和蛋蛋白白质质。它它进进入入人人体体后后，借借助助人人体体内内的的原原料料合合成成病病毒毒。当当我我们们人人体体发发病病时时，就就是它的蛋白质对我们起了作用。是它的蛋白质对我们起了作用。35多聚肽多聚肽蛋白质由蛋白质由 C C、H H、O O、N N、S S等元素组成，一般等元素组成，一般含碳含碳 50%-55%50%-55%、氢、氢 6%-8%6%-8%、氧、氧 20%-23%20%-23%、氮、氮 15%-18%15%-18%、硫、硫 0-4%0-4%。有些蛋

16、白质还含有铜、。有些蛋白质还含有铜、铁、磷、铂、锌、碘等元素。铁、磷、铂、锌、碘等元素。组成蛋白质的单体为氨基酸类，蛋白质水解得组成蛋白质的单体为氨基酸类，蛋白质水解得到各种到各种-氨基酸的混合物。氨基酸的混合物。自然界中存在二十八种氨基酸，不同的组合方自然界中存在二十八种氨基酸，不同的组合方式使蛋白质具有众多不同的种类，从而也具有式使蛋白质具有众多不同的种类，从而也具有不同的性能。不同的性能。36-氨基酸氨基酸蛋白质是由天然产生的不同种类的蛋白质是由天然产生的不同种类的 L-L-氨基酸以酰胺氨基酸以酰胺键键(CONH)(CONH)结合生成的共聚物，这些酰胺键也被结合生成的共聚物，这些酰胺键也

17、被称为肽键称为肽键(peptideIinkages)(peptideIinkages)。-氨基酸的结构如氨基酸的结构如右图所示右图所示37蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构蛋白质多肽链的二级结构描述其构象或形状，蛋白质多肽链的二级结构描述其构象或形状，主要有两种形式：主要有两种形式：(1)-(1)-螺旋结构：蛋白质分子的肽链不是伸直螺旋结构：蛋白质分子的肽链不是伸直展开的，而是盘绕曲折成为螺旋形。展开的，而是盘绕曲折成为螺旋形。(2)-(2)-片层结构：也称片层结构：也称折叠结构，由相邻两条折叠结构，由相邻两条肽链或一条肽链内两个肽链或一条肽链内两个氨基酸残基间的碳基和氨基酸残基间的碳基和亚氨基

18、形成氢键所构成亚氨基形成氢键所构成的结构。的结构。38蛋白质的分类蛋白质的分类蛋白质有多种分类方法，一般可依其形状分为蛋白质有多种分类方法，一般可依其形状分为两大类：一类是能溶于水的球状蛋白质；一类两大类：一类是能溶于水的球状蛋白质；一类是不溶于水的纤维状蛋白质。是不溶于水的纤维状蛋白质。39清蛋白清蛋白又称白蛋白，分子量较小，溶于水、中性盐类、又称白蛋白，分子量较小，溶于水、中性盐类、稀酸和稀碱，可被饱和硫酸铵沉淀。清蛋白在稀酸和稀碱，可被饱和硫酸铵沉淀。清蛋白在自然界分布广泛，如小麦种子中的麦清蛋白、自然界分布广泛，如小麦种子中的麦清蛋白、血液中的血清蛋白和鸡蛋中的卵清蛋白等都属血液中的血

19、清蛋白和鸡蛋中的卵清蛋白等都属于清蛋白。于清蛋白。40球蛋白球蛋白球蛋白（球蛋白（globulinsglobulins）一般不溶于水而溶于稀盐）一般不溶于水而溶于稀盐溶液、稀酸或稀碱溶液，可被半饱和的硫酸铵溶液、稀酸或稀碱溶液，可被半饱和的硫酸铵沉淀。球蛋白在生物界广泛存在并具有重要的沉淀。球蛋白在生物界广泛存在并具有重要的生物功能。大豆种子中的豆球蛋白、血液中的生物功能。大豆种子中的豆球蛋白、血液中的血清球蛋白、肌肉中的肌球蛋白以及免疫球蛋血清球蛋白、肌肉中的肌球蛋白以及免疫球蛋白都属于这一类。白都属于这一类。41硬蛋白硬蛋白硬蛋白（硬蛋白（scleroproteinsscleroprote

20、ins）不溶于水、盐溶液、）不溶于水、盐溶液、稀酸、稀碱，主要存在于皮肤、毛发、指甲中，稀酸、稀碱，主要存在于皮肤、毛发、指甲中，起支持和保护作用，如角蛋白、胶原蛋白、弹起支持和保护作用，如角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白、丝蛋白等。性蛋白、丝蛋白等。42组蛋白组蛋白组蛋白（组蛋白（histoneshistones）可溶于水或稀酸。组蛋白是）可溶于水或稀酸。组蛋白是染色体的结构蛋白，含有丰富的精氨酸和赖氨染色体的结构蛋白，含有丰富的精氨酸和赖氨酸，所以是一类碱性蛋白质。酸，所以是一类碱性蛋白质。43其它常见蛋白质其它常见蛋白质 精蛋白（精蛋白（protaminesprotamines）易溶于水或稀酸

21、，是一类分子量）易溶于水或稀酸，是一类分子量较小结构简单的蛋白质。精蛋白含有较多的碱性氨基较小结构简单的蛋白质。精蛋白含有较多的碱性氨基酸，缺少色氨酸和酪氨酸，所以是一类碱性蛋白质。酸，缺少色氨酸和酪氨酸，所以是一类碱性蛋白质。精蛋白存在于成熟的精细胞中，与精蛋白存在于成熟的精细胞中，与DNADNA结合在一起，结合在一起，如鱼精蛋白。如鱼精蛋白。醇溶蛋白（醇溶蛋白（prolaminesprolamines）不溶于水和盐溶液，溶于）不溶于水和盐溶液，溶于70%70%80%80%的乙醇，多存在于禾本科作物的种子中，如玉的乙醇，多存在于禾本科作物的种子中，如玉米醇溶蛋白、小麦醇溶蛋白。米醇溶蛋白、小

22、麦醇溶蛋白。谷蛋白（谷蛋白（glutelinsglutelins）不溶于水、稀盐溶液，溶于稀酸和）不溶于水、稀盐溶液，溶于稀酸和稀碱。谷蛋白存在于植物种子中，如水稻种子中的稻稀碱。谷蛋白存在于植物种子中，如水稻种子中的稻谷蛋白和小麦种子中的麦谷蛋白等。谷蛋白和小麦种子中的麦谷蛋白等。44球状蛋白质球状蛋白质多肽链自身扭曲折叠成特有的球形，如肌红蛋多肽链自身扭曲折叠成特有的球形，如肌红蛋白、血红蛋白、酶等，都是球状蛋白质。白、血红蛋白、酶等，都是球状蛋白质。这类蛋白质具有较这类蛋白质具有较高的生理活性，因高的生理活性，因此常被应用于药物、此常被应用于药物、保健品中。保健品中。45纤维状蛋白质纤维

23、状蛋白质纤维状蛋白质分子的形状为线形。按构象分为纤维状蛋白质分子的形状为线形。按构象分为三类三类:-螺旋结构，如羊毛角蛋白、肌蛋白、血纤维螺旋结构，如羊毛角蛋白、肌蛋白、血纤维蛋白、胶原蛋白；蛋白、胶原蛋白；-片层结构，如羽毛中的片层结构，如羽毛中的p-p-角蛋白、蚕丝中的角蛋白、蚕丝中的丝心蛋白丝心蛋白(silkfibroin)(silkfibroin)；无规线团，如花生蛋白、酪蛋白和卵蛋白。无规线团，如花生蛋白、酪蛋白和卵蛋白。这类蛋白质可一应用到食品、化妆品、服装以这类蛋白质可一应用到食品、化妆品、服装以及环境友好材料中。及环境友好材料中。46蛋白质的应用蛋白质的应用蛋白类药物蛋白类药物激素、酶、抗体。激素、酶、抗体。47蛋白质的应用蛋白质的应用基因治疗基因治疗48蛋白质的应用蛋白质的应用纺织物纺织物羊毛、丝绸、羽绒服羊毛、丝绸、羽绒服49