摘要：膠原纖維主要含有膠原蛋白，氨基酸有甘氨酸、脯氨和羥脯氨酸等。膠原是唯一含羥脯氨酸較多的蛋白質(zhì)，因此，測(cè)定羥脯氨酸的量能確定組織中膠原的含量。文章發(fā)表在《熱加工工藝》上，是化學(xué)論文發(fā)表范文，供同行參考。

　　關(guān)鍵詞：膠原蛋白,造紙,化學(xué)性質(zhì),性質(zhì)

　　膠原蛋白占全身蛋白質(zhì)的30%。聚合成膠原的微原纖維的蛋白質(zhì)分子稱為原膠原分子 。膠原纖維是三種纖維中分布最廣泛，含量最多的一種纖維。廣泛分布于各臟器內(nèi)。在皮膚、鞏膜和肌腱最為豐富。膠原纖維染色主要用于和肌纖維的鑒別。

　　1. 引言

　　膠原纖維是構(gòu)成皮的主要成分,膠原蛋白是形成膠原纖維的基本單位,由三條肽鏈相互纏繞成螺旋結(jié)構(gòu)。膠原纖維具有微彈性和很高的抗張強(qiáng)度,并且還有許多獨(dú)特的性質(zhì)如高耐磨性、絕熱性、吸音性和柔韌性等。

　　膠原蛋白除具有蛋白質(zhì)的一般性質(zhì)外,還有許多特有的性質(zhì)。這是由其特殊的組成和結(jié)構(gòu)所決定的。一般的蛋白質(zhì)是由2條肽鏈形成雙螺旋結(jié)構(gòu),而膠原蛋白由3條肽鏈結(jié)合形成三螺旋結(jié)構(gòu)。膠原蛋白特有的左旋 A鏈相互纏繞構(gòu)成的膠原右手復(fù)合螺旋結(jié)構(gòu)中,其最大特點(diǎn)是膠原分子中含有大量甘氨酰、脯氨酰、和甘氨酰為甘-脯氨酰以外的其它任何氨基酸殘基,且呈周期性排列。

　　其中甘氨酸占30%,脯氨酸和羥脯氨酸共占約25%。膠原肽鏈間存在離子鍵、氫鍵、范德華力及非極性基團(tuán)產(chǎn)生的疏水鍵等作用力。

　　2. 膠原蛋白的提取

　　目前提取膠元蛋白主要從皮革廢棄物中,國(guó)內(nèi)外已有不少研究。根據(jù)文獻(xiàn),從鉻革屑中提取膠方法很多,根據(jù)處理劑的不同其提取方法分為以下幾種。

　　2.1堿處理法

　　堿處理法的原理是堿液中的OH-離子進(jìn)入絡(luò)合物內(nèi)界,將膠原羧基從鉻絡(luò)合物中取代出來(lái),使膠原脫鉻且同時(shí)發(fā)生降解,然后溶于水,Cr3+與OH-離子形成沉淀。經(jīng)過(guò)壓濾或離心分離,可將膠原溶液與Cr(OH)3沉淀分離。陳武勇等對(duì)CaO提取鉻鞣革屑中的膠原蛋白的影響因素進(jìn)行了研究,確定了氧化鈣提取膠原蛋白的最佳條件和方案。

　　2.2酸處理法

　　酸處理法的原理是在酸性條件下,鉻配合物發(fā)生解離,隨著H+濃度增大,離解速度加快,配合物的分子變小,失去鞣制作用,達(dá)到脫鉻提取膠原蛋白的目的。利用酸水解法分離膠原纖維,H2SO4的濃度越大,水解時(shí)間越短,但濃度大于4%,在70℃以下,鉻鞣革屑(削勻屑)水解完全所需的時(shí)間為2h左右;而且溫度的影響也很大,高于70℃時(shí),水解對(duì)時(shí)間的依賴性減弱。但是酸處理法對(duì)膠原的水解程度大,只能得到小分子的膠原降解物,而且Cr3+在酸性條件下處于溶解狀態(tài),很難與膠原蛋白徹底分開(kāi)。

　　2.3氧化法

　　氧化法的原理是在弱堿性條件下,利用氧化劑(通常H2 02)將鞣革廢渣中Cr3+氧化成Cr6+ (成為可溶性的鉻酸鹽),使Cr6+從蛋白質(zhì)的肽鏈上脫落下來(lái),從而實(shí)現(xiàn)鉻與膠原蛋白的分離。如在堿性介質(zhì)中,根據(jù)雙氧水氧化三價(jià)鉻的原理,采用酸-堿-氧化交替的方法,也可獲得低含鉻量的膠原,并保持了膠原分子的結(jié)構(gòu)。王遠(yuǎn)亮等采用堿性脫鉻劑和氧化劑配合使用的脫鉻方法,脫鉻效果顯著,脫鉻后膠原含鉻量低。大量研究表明:用氧化法脫鉻,速度快,對(duì)膠原的結(jié)構(gòu)破壞程度小,獲得的膠原產(chǎn)物分子量較大,色澤好,脫鉻效果好,但在處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生有毒的Cr6+。

　　由于以上幾種方法各有其優(yōu)缺點(diǎn),因此目前在提取膠原蛋白時(shí),常把幾種方法結(jié)合起來(lái)。如堿酶處理法,即在提取膠原蛋白時(shí),先用堿對(duì)鉻革屑進(jìn)行輕度處理,然后再用酶進(jìn)行二次處理,這樣可以增加膠原的提取率和反應(yīng)效率。

　　3. 膠原蛋白的化學(xué)性質(zhì)

　　3.1 與亞硝酸反應(yīng)

　　蛋白質(zhì)或氨基酸的氨基與亞硝酸反應(yīng),側(cè)氨基或端氨基被分解,并且出放的氮?dú)?通過(guò)測(cè)定釋放的氮?dú)饬靠梢杂?jì)算蛋白質(zhì)的斷蛋白質(zhì)的水解程度和速度 。

　　3.2 與甲醛反應(yīng)

　　甲醛滴定法可用來(lái)測(cè)定氨基酸的含量,其原理是甲醛在氨基上發(fā)生加成反應(yīng)生成N-羥甲基衍生物。繼續(xù)反應(yīng),產(chǎn)生N-二羥甲基衍生物,從而將自由氨基封閉,保護(hù)氨基。用堿溶液滴定自由羧基的數(shù)量,可計(jì)算出蛋白質(zhì)的含量。

　　3.3與茚三酮反應(yīng)

　　蛋白質(zhì)或氨基酸的溶液滴加幾滴茚三酮溶液后加熱至沸,溶液即呈藍(lán)紫色,而脯氨酸和羥基脯氨酸因?yàn)槭莵啺被．a(chǎn)生黃色。這個(gè)反應(yīng)常用于氨基酸的比色定量分析。

　　4. 膠原蛋白在造紙中的應(yīng)用

　　隨著社會(huì)的發(fā)展,膠原蛋白的應(yīng)用也越來(lái)越廣。由于膠原蛋白纖維具有一些植物纖維所沒(méi)有的性質(zhì),所以它也將逐漸的被應(yīng)用于造紙行業(yè)。

　　作為造紙?jiān)鰪?qiáng)劑

　　膠原纖維和植物纖維這兩種天然高分子都含有許多活性基團(tuán)和活性部位,皮革固體廢棄物在經(jīng)處理變成膠原纖維的過(guò)程中比木材制漿過(guò)程中活性基團(tuán)暴露得更多,更易反應(yīng),為兩種纖維結(jié)合提供了良好的條件。膠原纖維作為一種助劑加入漿中可用于紙的增強(qiáng),它與植物纖維纏繞、交織,以氫鍵力、離子鍵、共價(jià)鍵、范德華力和靜電吸引力等方式結(jié)合,這些鍵的形成使得成紙纖維間的結(jié)合力增大,鍵能升高,從而使紙張的物理強(qiáng)度得到提高。

　　4.2 膠粘劑

　　膠原蛋白作為膠粘劑,可以作為造紙的施膠劑,但是其耐水性能較差。通常在膠原蛋白粘合劑中加多聚甲醛作硬化交聯(lián)劑,可得到類(lèi)似脲醛樹(shù)脂的效果,并增加抗水能力,使得膠原分子鏈間形成交聯(lián)鍵,使黏度提高,加強(qiáng)了凝固的結(jié)構(gòu),提高了膠原蛋白的機(jī)械性能。

　　膠原蛋白作為膠粘劑,可用于紗布、砂紙的制造,此外也可用于生產(chǎn)膠帶紙。將經(jīng)過(guò)化學(xué)處理的明膠用于鑄涂紙的生產(chǎn),與原來(lái)的生產(chǎn)及產(chǎn)品相比,車(chē)速提高1倍,光澤度由30%提高到39%,而生產(chǎn)成本基本不變。

　　早在20世紀(jì)60年代就有人研究將膠原蛋白作為廢報(bào)紙回用的脫墨劑,通過(guò)膠原蛋白和其他聚合物復(fù)配使用,對(duì)廢紙漿的白度有明顯的提高。例如使用3%亞硫酸鈉、0.5%TPP(三聚磷酸鈉)、l%脂肪酸鹽和0.295膠原蛋白(相對(duì)分于質(zhì)量為10000,等電點(diǎn)為5),脫墨后,廢紙漿的白度達(dá)到60%ISO。

　　化學(xué)論文期刊網(wǎng)雜志推薦：《熱加工工藝》雜志創(chuàng)刊于1972年，1986年公開(kāi)發(fā)行，2004年以前為雙月刊，2004年起改為月刊，2006年起改為半月刊。本刊由國(guó)家科委批準(zhǔn)，中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司主管，熱加工工藝研究所和中國(guó)造船工程學(xué)會(huì)船舶材料學(xué)術(shù)委員會(huì)主辦，是全國(guó)性熱加工技術(shù)期刊。