內容簡介
本書為《天然高分子基新材料》叢書之一。從材料學的角度出發，全面系統地論述了大豆蛋白質的結構、性能、改性及其在材料學領域的套用，既簡要回顧了大豆蛋白質材料的發展歷史，又重點介紹了大豆蛋白質材料的最新進展、主要熱點和未來方向。本書內容包含了與大豆蛋白質材料相關的高分子化學和物理以及材料科學的基本理論與技術，涉及到大豆蛋白質材料在膠黏劑、塑膠、纖維、生物材料等領域的套用和前景，為大家進一步了解和認識大豆蛋白質在傳統營養食品領域以外的套用提供了新的視野和信息。
大豆蛋白質是一種植物性蛋白質，在營養價值上，可與動物蛋白等同，在基因結構上也是最接近人體胺基酸，所以是最具營養的植物蛋白質。大豆蛋白質材料屬於天然高分子領域的重要材料，本書不僅介紹了大豆蛋白、大豆蛋白質材料的科學發展史，還介紹了大豆蛋白來源、提取與分類，以其組成與結構， 還重點闡述了大豆蛋白的性能與物理和化學改性，以及大豆蛋白質材料的製備、結構、性能與套用，最後還介紹了大豆蛋白質材料的發展趨勢。全書內容深入淺出，圖文並茂，敘述簡潔明了，使人很容易在理解的基礎上掌握相關理論和技術。
作者簡介
陳雲教授、博士生導師
1987年畢業於西南大學化學系，2004年獲武漢大學高分子化學與物理專業理學博士學位，2006年至2008年在加拿大農業與農業食品部薩斯卡通研究中心從事博士後研究。湖北省自然科學基金計畫青年傑出人才和湖北省衛生廳科技人才項目獲得者。2006年起任武漢大學基礎醫學院生物醫學工程專業教授，湖北省生物醫學工程學會理事，湖北省電鏡學會理事。
主要從事天然高分子可降解材料和生物材料研究，重點研究大豆蛋白質、纖維素、殼聚糖、澱粉等天然高分子及其改性材料在神經組織工程、韌帶組織工程和納米基因載體等生物醫學領域中的套用。已主持國家自然科學基金、國家留學基金委國外合作項目、湖北省自然科學基金、湖北省衛生廳科技人才基金、湖北省自然科學基金計畫青年傑出人才等多項研究項目，合作參與國家863計畫、國家自然科學基金、省科技攻關項目、晨光計畫等多項課題研究。發表學術論文60餘篇，其中SCI、El收錄論文40餘篇。參編教材、專著4部，申請專利5項。
圖書目錄
第1章 緒論001
1.1 大豆資源的開發和利用003
1.2 大豆蛋白質在營養食品領域的研究進展006
1.3 大豆蛋白質在材料領域的研究進展009
1.3.1 大豆蛋白質膠黏劑研究進展010
1.3.2 大豆蛋白質塑膠研究進展012
1.3.3 大豆蛋白質改性纖維研究進展020
1.3.4 大豆蛋白質生物材料研究進展021
1.4 大豆蛋白質材料的前景與展望023
參考文獻026
第2章 大豆蛋白質的提取及大豆工業主要產品033
2.1 大豆及其化學組成034
2.1.1 大豆的生產與價值034
2.1.2 大豆的化學組成037
2.2 大豆蛋白質的提取038
2.2.1 大豆蛋白質的來源038
2.2.2 大豆的粗加工038
2.2.3 大豆蛋白質提取前大豆的預處理與脫脂040
2.2.4 大豆蛋白質的提取042
2.3 大豆工業的主要產品051
2.3.1 大豆油脂051
2.3.2 大豆粉051
2.3.3 大豆濃縮蛋白053
2.3.4 大豆分離蛋白056
2.3.5 組織化大豆蛋白057
2.3.6 碳水化合物057
2.3.7 其他副產物058
2.4 大豆產品的主要用途059
2.4.1 傳統食用大豆製品059
2.4.2 食品添加劑060
2.4.3 大豆營養品及保健品060
2.4.4 非食用大豆產品060
參考文獻061
第3章 大豆蛋白質的結構與性質065
3.1 大豆蛋白質的分類066
3.2 大豆蛋白質的分級組分與分子量067
3.2.1 大豆蛋白質的分級組分067
3.2.2 大豆蛋白質的分子量及其測定071
3.3 大豆蛋白質的結構078
3.3.1 大豆蛋白質的分子結構與空間結構078
3.3.2 大豆蛋白質的基因結構090
3.4 大豆蛋白質的物理性質092
3.4.1 溶解性和吸水性092
3.4.2 凝膠化性能094
3.4.3 大豆蛋白質的物理改性095
3.5 大豆蛋白質的化學性質096
3.5.1 表面基團與性質096
3.5.2 大豆蛋白質的化學改性097
3.5.3 大豆蛋白質的酶改性099
3.6 大豆蛋白質的變性100
3.6.1 熱變性100
3.6.2 冷凍變性101
3.6.3 化學變性102
參考文獻104
第4章 大豆蛋白質膠黏劑109
4.1 大豆蛋白質膠黏劑概述111
4.1.1 大豆蛋白質膠黏劑的黏合原理111
4.1.2 大豆蛋白質膠黏劑的評價指標112
4.1.3 影響大豆蛋白質膠黏劑黏合強度的因素113
4.1.4 優點和缺陷114
4.2 物理變性大豆蛋白質膠黏劑115
4.3 酶改性大豆蛋白質膠黏劑117
4.4 化學變性大豆蛋白質膠黏劑118
4.4.1 酸、鹼變性大豆蛋白質膠黏劑118
4.4.2 尿素和鹽酸胍變性大豆蛋白質膠黏劑120
4.4.3 亞硫酸氫鈉變性大豆蛋白質膠黏劑121
4.4.4 表面活性劑改性大豆蛋白質膠黏劑124
4.5 化學改性大豆蛋白質膠黏劑125
4.5.1 戊二醛交聯改性大豆蛋白質膠黏劑126
4.5.2 醯化反應改性大豆蛋白質膠黏劑126
4.5.3 聚醯胺—環氧氯丙烷交聯反應改性大豆蛋白質膠黏劑130
4.5.4 接枝改性大豆蛋白質膠黏劑133
4.6 共混改性大豆蛋白質膠黏劑134
4.6.1 高分子共混改性大豆蛋白質膠黏劑134
4.6.2 大豆蛋白質/無機納米顆粒雜化膠黏劑136
4.7 大豆蛋白質膠黏劑存在的問題和前景展望138
參考文獻140
第5章 大豆蛋白質塑膠145
5.1 多元醇增塑大豆蛋白質塑膠146
5.1.1 pH值對甘油增塑大豆蛋白質塑膠性能的影響147
5.1.2 蛋白質分子量對甘油增塑大豆蛋白質塑膠性能的影響148
5.1.3 製備工藝對大豆蛋白質塑膠的影響149
5.1.4 表面改性對多元醇或其他增塑劑增塑的大豆蛋白質塑膠的影響149
5.1.5 高壓均質化改性甘油增塑大豆蛋白質塑膠151
5.2 小分子改性大豆蛋白質塑膠154
5.2.1 蓖麻油改性大豆蛋白質塑膠154
5.2.2 小分子接枝交聯改性大豆蛋白質塑膠154
5.2.3 陰離子表面活性劑改性大豆蛋白質塑膠157
5.2.4 植物蠟改性大豆蛋白質塑膠158
5.3 高分子改性大豆蛋白質塑膠159
5.3.1 合成高分子改性大豆蛋白質塑膠159
5.3.2 天然高分子與大豆蛋白質共混塑膠167
5.4 大豆蛋白質納米複合塑膠177
5.4.1 無機納米粒子填充改性大豆蛋白質納米複合材料178
5.4.2 有機納米粒子改性大豆蛋白質納米複合材料184
5.4.3 大豆蛋白質納米複合塑膠的套用189
參考文獻192
第6章 大豆蛋白質改性纖維199
6.1 大豆蛋白質改性天然高分子纖維201
6.1.1 單一組分的大豆蛋白質纖維201
6.1.2 大豆蛋白質改性海藻酸鈉纖維202
6.1.3 大豆蛋白質改性酪素纖維203
6.2 大豆蛋白質改性合成高分子纖維203
6.2.1 大豆蛋白質改性尼龍纖維203
6.2.2 大豆蛋白質改性聚氧化乙烯纖維206
6.2.3 大豆蛋白質改性聚丙烯腈纖維208
6.2.4 大豆蛋白質改性聚乙烯醇纖維210
6.3 大豆蛋白質改性聚乙烯醇纖維的生產與套用212
6.3.1 大豆蛋白質改性聚乙烯醇纖維的生產工藝213
6.3.2 大豆蛋白質改性聚乙烯醇纖維的結構218
6.3.3 大豆蛋白質改性聚乙烯醇纖維的物理性能223
6.3.4 大豆蛋白質改性聚乙烯醇纖維的化學性能230
6.3.5 大豆蛋白質改性聚乙烯醇纖維的套用232
參考文獻234
第7章 大豆蛋白質生物材料237
7.1 大豆蛋白質生物材料在藥物釋放載體領域的套用238
7.1.1 熱塑性塑膠型大豆蛋白質藥物載體239
7.1.2 薄膜型大豆蛋白質藥物載體243
7.1.3 凝膠型大豆蛋白質藥物載體247
7.1.4 微球型大豆蛋白質藥物載體248
7.1.5 納米顆粒型大豆蛋白質藥物載體250
7.1.6 纖維型大豆蛋白質藥物載體253
7.2 大豆蛋白質生物材料在傷口敷料領域的套用254
7.2.1 薄膜型大豆蛋白質傷口敷料255
7.2.2 凝膠型大豆蛋白質傷口敷料258
7.2.3 纖維型大豆蛋白質傷口敷料259
7.3 大豆蛋白質生物材料在組織工程和再生醫學領域的套用260
7.3.1 顆粒型大豆蛋白質材料261
7.3.2 凝膠型大豆蛋白質材料263
7.3.3 薄膜或塑膠型大豆蛋白質材料265
7.3.4 三維多孔支架型大豆蛋白質材料268
7.4 大豆蛋白質在無血清細胞培養方面的套用272
參考文獻274
序言
生物經濟是建立在生物資源可持續利用和生物技術基礎之上，而不完全依賴於化石資源的一種新經濟形態。它的創建正在挑戰並推動著傳統工業、農業、林業等產業的發展，引起了工業界、學術界和政府的高度關注和協力應對，以形成新的資源配置和利用。在材料科學領域，基於“可持續發展”和“環境保護”兩方面的考慮，利用可再生的生物質創造新材料同樣面臨著重要的發展機遇。顯然，這是由於化石資源的日益枯竭及其產品對環境造成不同程度的污染所致。
在可再生的生物質中，天然高分子占據非常重要的地位。天然高分子是一類來源於自然界廣泛存在的動物、植物以及微生物中的大分子有機物質，主要包括多糖（如纖維素、甲殼素/殼聚糖、澱粉、透明質酸等）、蛋白質（植物蛋白如大豆蛋白，動物蛋白如蠶絲、各類酶等）以及木質素、天然橡膠、天然聚酯等。它們是自然界賦予人類最重要的物質資源和寶貴財富。天然高分子，可以被直接利用及通過化學或物理方法構建成新的功能材料，也可以製備成各種化工原料、生化品、低聚物及生物柴油等。廣義的天然高分子還包括天然高分子衍生物以及用天然有機物質作為原料通過生物合成、化學合成或複合而形成的各種高分子材料（如聚乳酸、聚羥基脂肪酸酯、生物基彈性體等）。天然高分子材料廢棄後很容易被土壤中的微生物降解和無害化處理，是典型的環境友好材料。
當前，化學科學發展的趨勢之一是致力於解決人類社會中的環境問題並促進世界的可持續發展。近年來，科學界和工業界正在積極關注建立環境友好的技術和方法及基於天然高分子的“綠色”產品和材料的研究與開發。很多全球性大公司對於生物質材料、生物燃料及相關的加工技術都制訂了高瞻遠矚的發展計畫，尤其瞄準天然高分子基新材料在生物醫藥、紡織、包裝、運輸、建築、日用品，乃至光電子器件等諸多領域的套用前景。美國能源部(DOE)預計，在2020年源於植物生產的基本化學結構材料將增加到10%，而在2050年將達到50%。可見，天然高分子基新材料領域的研究及套用正在蓬勃展開，它們必然帶動農業、綠色化學、生物醫學、可生物降解材料以及納米技術、生物技術、分子組裝等多學科的發展，終將對人類的生存與健康和世界經濟發展起不可估量的作用。
順應於天然高分子科學與技術的發展，迫切需要該領域的科技工作者對這些生物質大分子及其改性材料的基本概念、基礎理論、實驗技術、套用前景以及學科的發展歷史和最新研究成果有足夠的了解和認識，因此亟須有套權威叢書來系統介紹它們。同時，為了培養一大批從事天然高分子材料科學與技術的科技人才，極力促進各相關知識領域及其套用產業鏈間資源與信息的整合，也急需一套全面、系統介紹天然高分子材料與套用的專著供大家參考。為此，我受化學工業出版社邀請，專門組織我國長期從事天然高分子研究的老、中、青年專家、教授共同編寫了《天然高分子基新材料》叢書（共10冊）。該叢書包括《纖維素科學與材料》、《蠶絲、蜘蛛絲及其絲蛋白》、《甲殼素/殼聚糖材料及套用》、《木質素化學及改性材料》、《大豆蛋白質科學與材料》、《澱粉基新材料》、《多糖及其改性材料》、《天然橡膠及生物基彈性體》、《聚乳酸》和《微生物聚羥基脂肪酸酯》。我國可利用的生物質資源極其豐富，相關研究和產業化也取得了長足發展。尤其近幾年，我國在纖維素低溫溶解、天然高分子紡絲、絲蛋白和多糖結構功能解析、生物塑膠和生物基彈性體等方面取得了一系列國際矚目的研究成果。本套書以高質量、科學性、準確性、系統性和實用性為目標，圖文並茂、深入淺出地表述，具有科普性強，內容新穎、豐富的特點；不僅全面介紹了許多重要天然高分子材料的基本概念、基礎理論、實驗技術以及最新研究進展和發展趨勢，也反映了所有編著者在各自領域的研究成果和經驗積累，涵蓋了天然高分子基新材料基礎研究和套用的諸多方面，便於讀者拓展思路、開闊眼界。
歷經近兩年時間，這套《天然高分子基新材料》叢書即將問世。在此，我衷心地感謝杜予民教授（武漢大學）、邵正中教授（復旦大學）、陳國強教授（清華大學）、張立群教授（北京化工大學）、王玉忠教授（四川大學）、張洪斌教授（上海交通大學）、
任傑教授（同濟大學）、陳雲教授（武漢大學）、黃進教授（武漢理工大學）、蔡傑教授（武漢大學）等積極熱心地參加並負責完成了書稿。同時，他們的很多研究生也參與了這項工作，並在文獻查閱和翻譯外文資料以及編寫、製圖等方面付出了艱辛的勞動。尤其，一些國內外知名專家如江明院士（復旦大學）、Gregory F Payne教授（美國馬里蘭大學）、張厚民教授（Hou-min Chang，美國北卡羅來納州立大學）、謝富弘教授（Fu-hung Hsieh，美國密蘇里大學哥倫比亞分校）、王彥峰教授（武漢大學中南醫院）和楊光教授（華中科技大學）等熱情地為這套書提出了一些寶貴的意見，在此一併表示感謝。最後，也感謝化學工業出版社為這套書的出版所做的一切努力。
資源、健康、環境與發展是人類關心的根本問題。我們期待本套書的出版對天然高分子基材料的創新和技術進步及國民經濟的發展有積極的促進作用，進而有效地提升我國天然高分子研究的國際地位，推動整個學科的全新發展。我衷心地希望更多的教師、研究生、工程師、生物學家及高分子學家能參與到天然高分子基新材料的研究、開發及套用行列，共同推進人類社會的可持續發展，共建我們美麗的家園。
中科院院士
武漢大學教授
2014年2月28日
