• 淀粉是自然界中产量仅次于纤维素的碳水化合物，是由 D-葡萄糖通过α糖苷键组成的多聚糖。
• 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。
• 淀粉颗粒具有结晶结构，结晶结构占颗粒体积25% ~ 50%。
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Source of the Starch
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。
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Classification of the Natural Polymers
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• 多聚糖类 • 淀粉、纤维素、木质素、甲壳素、
• 多聚肽类 • 蛋白质、酶、激素、蚕丝。
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Advantage of the Natural Polymers
• 价格低廉、来源广泛，在自然界动植物中广泛存在。
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Advantage of the Natural Polymers
• 绿色、清洁、具有可生物降解性和可再生性，
二氧化碳
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Application of Starch
•
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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 纤维素是自然界中存在量最大的天 然高分子化合物。
• 纤维素由很多 D-吡喃葡萄糖单元以 β(1-4)苷键连接而成。
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Polysaccharide
淀粉 纤维素
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壳聚糖
• 自然界存在 着大量的多 糖类高分子
Conformation of Polysaccharide
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OH
HO
O
HO OH OH
α-D-Glucose
Starch (helix)
Chitosan
• 壳聚糖的化学名称为： β-(1,4)-聚-2-胺基-D-葡萄糖。 • 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，因此具有较好的生理活性和吸附性。
清洗，去除无机盐和蛋白质
Chitin
• 醚化 • 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 。
• 接枝与交联 • 卤化与氧化
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Application of the Cellulose
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Application of the Cellulose
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高分子科学导论天然高 分子材料
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2020年4月9日星期四
Natural Polymers
• Natural polymers are polymers produced by living organisms.
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Natural Polymer
• 木材：是自然界中纤维素最主要 的来源。
• 草类：包括禾本科和竹科等植物 的茎。
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Modification of the Cellulose
• 纤维素改性可以使之具有更好的溶解性和加工性。 • 酯化
• 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。
漂白、晾干
虾蟹壳
hydrolysis
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Chitin: x << y; Chitosan: x > y
Chitosan
Application of Chitosan
• 壳聚糖具有较强的吸附性，可用于香烟过滤嘴和絮凝剂等 • 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：
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Fibrous protein
纤维状蛋白质分子的形状为线形。按构象分为三类: • α-螺旋结构，如羊毛角蛋白、肌蛋白、血纤维蛋白、胶原蛋白； • β-片层结构，如羽毛中的p-角蛋白、蚕丝中的丝心蛋白 (silkfibroin)； • 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、服装以及环境友好材料中。
• 纤维素是高等植物细胞壁的主要成 分，主要来源为木材等。
• 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 ，使得其具有更高 度的结构有序性， 耐化学腐蚀性和耐 溶剂性。
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Source of the Cellulose
• 棉花：是棉属植物种子的表皮毛 ，是自然界纯度最高的纤维。
• 纤维状蛋白（Fibrous protein）是一种长形、呈丝状的蛋白质粒子，仅存 在于动物体内。
• 球状蛋白质（Globular protein）一般呈球状，结构紧密，溶于水。 • 膜蛋白（Membrane protein）是指能够结合到细胞的膜上的蛋白质的总
称。而细胞中一半以上的蛋白质可以与膜以不同形式结合。
• 对于螺旋结构，氢键存在于单 个分子链中，而对于折叠结构 氢键存在于相邻的链间。
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Tertiary Structure of the Protein
三级结构是在二 级结构的基础上进一 步盘绕，折叠形成的 。三级结构主要是靠 氨基酸侧链之间的疏 水相互作用，氢键， 范德华力和静电作用 维持的。
• 遗传信息物质 • DNA、RNA
• 动植物分泌物 • 生漆、天然橡胶、虫胶。
Polysaccharide
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Polysaccharide
• 糖类通称为碳水化合物，分为单糖、低聚糖和多聚糖三大类。 • 单糖是最简单的碳水化合物，如葡萄糖、果糖、木糖等。 • 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。 • 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。
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Globular protein
• 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。
• 这类蛋白质具有较高的生理活性，因此常被应用于药物、保健品中。
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Enzyme
• Enzymes are proteins that catalyze (i.e., increase the rates of) chemical reactions. In enzymatic reactions, the molecules at the beginning of the process are called substrates, and the enzyme converts them into different molecules, called the products.
HO HO
OH O OH
OH
OH
OH
O HO
O HO O
O O
OH
OH
β-D-Glucose
Cellulose (sheet)
OH
HO
O
HO
OH α-D-Glucose OH
OO HO HO
OO O H HO HO
OO H
Dextran (coil)
Starch
• 淀粉（starch）是植物体中贮存的养分，贮存在种子、水果、块茎、根茎 中，各类农作物中的淀粉含量都较高，大米中含淀粉 62 ~ 86％，麦子中 含淀粉 57~75％，玉米中含淀粉 65~72％，马铃薯中则含淀粉 12~14％， 是我们饮食中碳水化合物的主要来源。
Classification of the Protein
功能
实例
结构蛋白
胶原蛋白
角蛋白
调控蛋白
酶 胰凝乳蛋白酶
溶菌酶 荷尔蒙 缓激肽
胰岛素 转运蛋白
血红蛋白
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肌血蛋白
描述
结缔组织，包括：骨、软骨、肌腱、血管 覆盖保护组织：毛发、蹄、爪、羽毛、喙、指甲
与消化行为有关，分解由胰腺分泌的多肽 与消化行为有关，在许多天然产物如蛋清中存在 ，分解多糖。 调控血压；存在于血浆中 维持葡萄糖的正常新陈代谢
Application of the Cellulose
• 纤维素通过水解可用于生产微晶纤维素和葡萄糖浆； • 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、燃料及多种基本有机合成
原料。
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• 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。
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Polypeptide
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Protein
• 蛋白质由 C、 H、O、N、S等元素组成，特种蛋白质还含有铜、铁、磷 、铂、锌、碘等元素。
• 组成蛋白质的单体为氨基酸，蛋白质水解得到各种α-氨基酸的混合物。 • 仅有大约20种氨基酸是维持生命存在所必不可少的。在这20种氨基酸中
，有11种可以在人体中合成，其余9种从食物中获得。 • 不同的组合方式使蛋白质具有众多不同的种类，从而也具有不同的性能
。
• 蛋白质是由天然产生的不同种类的 L-α-氨基酸以酰胺键(—CO—NH—) 结合生成的共聚物，这些酰胺键也被称为肽键 (peptideIinkages)。