胶原蛋白及其在造纸工业中的应用摘要:详细介绍了胶原蛋白的结构特点及其性质,并就其在造纸领域如胶粘剂、絮凝剂、表面活性剂、增强剂、施胶剂等诸方面进行了综述,提出了胶原蛋白在造纸工业中的发展前景。关键词:胶原蛋白;化学品;应用;造纸:TS727文献标识码:A:100026842(2003)0220106205制革工业是以动物质资源的高投入、低产出为特征的传统工业。我国每年约产生140多万t的皮革边角废弃物(包括含铬皮革废弃物)1,其中下脚料约占30万t,几乎占世界同类废料的1/22。至今国内外大多数制革厂仍将这些废弃物填埋,不仅造成资源的极大浪费,而且也给环境带来了巨大的压力。因此,皮革废弃物的资源化现已成为国内外关注的重要课题。从含铬废弃物中提取胶原,是解决废弃物的一条有效途径。近20年来,随着分子生物学的发展,人们对胶原性质的认识更加深入,其应用领域也更为广泛。由于胶原是构成动物机体的重要功能物质及它具有合成高分子材料无可比拟的生物相容性和生物降解性3,因此胶原作为天然的生物资源,在许多领域得到了应用。国内外的资料表明,胶原在造纸方面的应用历史十分久远,但是其发展进度却十分缓慢。本文通过介绍胶原结构及其性质,对胶原在造纸方面的应用做了阐述。111胶原结构胶原与纤维素、木素一起构成了世界上3类主要的天然纤维资源。胶原的单体是原胶原,胶原蛋白的分子质量为3×105U(道尔顿)。它是由3条左手螺旋互相弯绕拧成一股紧密的右手复合螺旋425。胶原的一级结构是其化学结构,揭示了蛋白质中有多少种氨基酸,每种氨基酸有多少个,这些氨基酸是怎样结成多肽链的。胶原的二级结构是直接关系到它在体内执行的功能。它是指多肽链主链骨架中的若干肽段所形成的有规则的空间排布。其三级结构是描述整个肽链(主、侧链)空间排布,主要揭示肽链之间次级键(极性基团产生离子键、氢键和范德华力,非极性基团产生疏水键、范德华力等)的作用。除次级键外,胶原分子内和分子间存在醇醛缩回交联、醛胺缩回交联、醛醇组氨酸交联。这些交联使得两条肽链、三条肽链1胶原蛋白用4,6。下面是胶原从一级到三级的形成过程(如图1所示)7。胶原是一种白色、不透明、无支链的纤维蛋白质,英文名“Collagen”。它主要存在于动物的皮、骨、软骨、牙齿、肌腱、韧带和血管中,是结缔组织极重要的结构蛋白质,起着支撑器官、保护机体的功能。胶原是哺乳动物体内含量最多的蛋白质,占体内蛋白质总量的25%～30%,相当于体重图1胶原三级结构的形成过程收稿日期:2003208211(修改稿)作者简介:任俊莉,女,1978年4月生;山东轻工业学院硕士研究生;主要研究方向:造纸湿部助剂开发及功能性加工纸。第18卷第2期胶原蛋白及其在造纸工业中的应用107112胶原的性质11211胶原的物理性质4(1)胶原的两性胶原与其他蛋白质一样,也是一种聚两性电解质。这是因为胶原每个肽链具有许多酸性或碱性的侧基及胶原每个肽链的两端有α2羧基和α2氨基。这些基团都有接受或给予质子的能力。在溶液中,随着介质的pH值不同原的改性在许多领域得以应用。11212胶原的化学性质4(1)与亚硝酸反应蛋白质或氨基酸的氨基与亚硝酸反应,侧氨基或端氨基被分解,并放出氮气,通过测定释放的氮气量可以计算蛋白质的氨基氮,进而判断蛋白质的水解程度和速度。(2)与甲醛反应甲醛滴定法可用来测定氨基酸的含量,其原理是甲醛在氨基上发生加成反应生产N2羟甲基衍生物,继OH2H+HOOC—P—NH+2OOC—P—NH+2OOC—P—NH332OH2H+续反应,产生N2二羟甲基衍生物,从而将自由氨基封正离子两性离子负离子闭,保护了氨基。用碱溶液滴定自由羧基的数量,可计算出蛋白质的含量。(3)与茚三酮反应蛋白质或氨基酸的溶液滴加几滴茚三酮溶液后加热至沸,溶液即呈蓝紫色,而脯氨酸和羟基脯氨酸因为是亚氨基,产生黄色。这个反应常用于氨基酸的比色定量分析。(4)与酸、碱的作用胶原肽链的端基和侧链均含有氨基和羧基,即存在许多碱性基团和酸性基团,它们在溶液中能与酸和碱结合。结合后,胶原分子间及肽链间的离子交联键和氢键将被打开。随着时间延长,各种交联键和次级键逐渐被破坏,胶原发生酸溶或碱溶,甚至有可能发生主链降解。当加热至沸腾,胶原逐步由大肽水解成小肽,直至成氨基酸。(5)与盐基的作用在盐溶液中胶...