研究与评论:材料科学杂雷竞技苹果下载志
菜单ISSN: 2321 - 6212
ISSN: 2321 - 6212
Chhavi, Deepmala KM, Singh VK＊Sakshi Chauhan和Naman Jain
印度北阿坎德邦邦潘纳加尔263145科技学院
收到日期:02/06/2017;接受日期:08/06/2017;发表日期:18/06/2017
DOI: 10.4172 / 2321 - 6212.1000171
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天然聚合物可以从植物、动物等自然资源中获得。天然聚合物易分解、环保、可持续、成本低，有助于我们减少污染。大豆蛋白是最容易获得的可生物降解聚合物之一。但其抗水性差、力学性能差等缺点限制了其应用。因此，对大豆蛋白树脂进行了进一步的改性和表征，以提高其力学性能、耐水性和生产寿命，为大豆蛋白的应用提供了便利。近年来，基于大豆蛋白的生物纳米复合材料被证明是改善机械和防潮性能的一个有前途的选择。大豆蛋白基绿色复合材料在住房、运输和刚性包装等方面具有潜在的应用前景。本文综述了大豆蛋白基绿色复合材料的研究现状
聚合物，大豆蛋白，绿色复合材料，生物纳米复合材料
如今，人们对使用可生物降解的环保材料的需求越来越大，这些材料可以取代石油基合成材料聚合物．塑料和一些复合材料的不可降解性和环境危害性质是主要问题，因为在人口密度高的地区没有免费的固体废物处理土地，塑料废物处理管理成为一个巨大的挑战[1］．因此，由于天然材料的生物降解性，科学家们将研究重点放在了利用天然材料上。绿色复合材料是一种特殊的生物复合材料，其生物基聚合物基质由天然纤维增强。合成塑料可以被绿色复合产品取代，使环境没有塑料垃圾。
大豆蛋白是一种具有再生、生物相容性、生物降解性等优良特性的环境友好型蛋白质材料，已引起广泛的研究兴趣。2-6］．近年来，大豆蛋白作为高分子材料在非食品领域的应用越来越受到人们的关注。大豆蛋白基复合材料在住房、运输和刚性包装方面具有潜在的应用前景。以大豆蛋白树脂为原料制备塑料及复合材料的研究已展开。7-9］．大豆蛋白树脂已被用来制造绿色复合材料用于许多应用，如水凝胶、粘合剂、塑料、薄膜、涂料和乳化剂，也被报道为一种有前途的生物技术和生物医学应用材料。
大豆蛋白是由去壳和脱脂的大豆制成的。大豆含有约18-20%的油、40-45%的蛋白质、25-30%的碳水化合物和3%的灰分[10］．大豆蛋白是由胱氨酸、精氨酸、赖氨酸、胱氨酸等氨基酸组成的复杂大分子，由于氨基酸具有许多分子相互作用的活性位点，可用于分子间或分子内的相互作用[11］．大豆蛋白主要是球蛋白，其中7S和11S组分分别占总可提取蛋白的37%和31% [12］．
大豆蛋白在市场上以脱脂大豆面粉(DSF)、大豆浓缩蛋白(SPC)和大豆分离蛋白(SPI)的形式出售。在大豆去壳和提取油后，剩余的蛋白质和碳水化合物粉被磨成大豆粉(SF)，含有大约56%的蛋白质和34%的碳水化合物，是三种产品中最便宜的。大豆浓缩蛋白(SPC)是通过从大豆面粉中浸出水/醇溶碳水化合物来生产的，以获得含有65- 75%蛋白质和18%碳水化合物的产品。最纯净和最昂贵的商业大豆蛋白类型是大豆分离蛋白(SPI)，它由90%以上的蛋白质组成。
大豆蛋白由极性和非极性侧链组成，因此存在较强的分子内和分子间相互作用，如氢键、偶极子-偶极子、电荷-电荷和疏水相互作用。大豆蛋白分子侧链间的强电荷和极性相互作用限制了分子节段旋转和分子迁移，从而提高了大豆蛋白膜的刚度、屈服点和拉伸强度[13］．
大豆蛋白的等电点为pH 4.5，此时蛋白质上的正电荷和负电荷相等，使蛋白质从水溶液中析出[14］．研究发现，大豆蛋白在其等电点(pH 4.5)附近不能成膜，这是由于凝固作用造成的。然而，蛋白质可以在pH值远离等电点时变性和展开，从而暴露其官能团并增加分子间的相互作用。因此，大豆蛋白的力学性能会受到其ph值的影响。在碱性条件下，大多数蛋白基薄膜在加工过程中表现出较好的物理性能[15］．
SPC和SPI在不加任何改性和增塑剂的情况下均表现出脆性。蛋白质与分散在基质中的水、增塑剂、脂类和其他添加剂等小分子之间的相互作用影响蛋白质网络的机械强度。疏水性、聚合物链长和表面电荷等因素对SPI薄膜的结构稳定性和力学行为有显著影响[16］．与合成材料相比，大豆蛋白膜的机械强度低，对水分的敏感性高，限制了其应用。然而，SPI薄膜已被证明具有强大的氧屏障性能，在低相对湿度环境下，其渗透值大约比低密度聚乙烯薄膜低500倍[17］．提高大豆蛋白膜的功能性有几种方法，其中一种方法是用天然纤维加固大豆蛋白膜，形成复合材料材料．天然纤维增强复合材料是一个有吸引力的选择，因为纤维是环保的、可生物降解的、可持续的、低成本、低密度的，并且可以从废物流中提取[11］．另一种方法是将大豆蛋白与其他天然聚合物混合，并使用添加剂，如交联剂、增塑剂，以改善大豆蛋白膜的机械性能和水分敏感性。
增塑剂对大豆蛋白膜的影响
结合分子间蛋白质链之间的氢键、二硫键、疏水相互作用和静电力通常会导致脆性薄膜，因此很难加工[18］．可塑剂用于破坏分子间的连接，从而使蛋白质稳定在其原始结构中，并使蛋白质链可移动[19］．因此，添加增塑剂通常用于减少蛋白质链对链的相互作用并诱导膜的柔韧性[20.］．含有极性基团的增塑剂应与大豆蛋白相容。增塑剂的增塑化效果可能受其在三维蛋白质网络中的插入性和位置的影响[21］．增塑剂的分子量、数量和羟基的位置都是影响其对大豆蛋白基聚合物塑化能力的变量。
研究人员研究了不同增塑剂对SP树脂力学性能和吸湿性的影响。Park等人。[22]和宋等人。[17]得出结论，增塑剂含量增加了薄膜的柔韧性、延伸性和水敏性。Lim等人。[23]报道称，在蛋白质薄膜中加入亲水性增塑剂可提高其对水的敏感性，并由于聚合物链的分段运动增强而削弱其对其他气体和蒸汽的阻隔行为。
甘油因其体积小、亲水性好，与大豆蛋白膜相容性好，是应用最广泛的大豆蛋白膜增塑剂之一。Routray等人。[24]通过拉伸试验、傅里叶红外变换分析(FTIR)、热重分析(TGA)和差示扫描量热法(DSC)等分析方法研究了甘油含量对SPI塑性的影响，发现甘油含量为25%和35%的薄膜具有良好的柔性和力学性能。在进一步增加甘油的量时，由于甘油减少了蛋白质链之间的相互作用，从而增加了链的流动性，导致抗拉强度下降，断裂伸长率增加[25］．库马尔等人[26]研究了香蕉纤维增强大豆蛋白复合材料的形态、耐水性和生物降解性能，得出结论:当SPI基质中含有25% (W/W)的甘油时，拉伸强度和模量最高。甘油浓度的进一步增加导致复合材料的抗拉强度和模量的降低。苏等。[27]得出结论，较高比例的甘油增塑剂，在特定的温度和相对湿度使蛋白质膜吸收和保留更多的水分。
雷迪和杨[9将水用作生物高分子材料的有效增塑剂。增塑剂如硬脂酸、阿魏酸、十二烷基硫酸钠和水性聚氨酯也被认为可以通过增加SPI结构的交联程度来改善SPI薄膜的水蒸气阻隔性能[28-30.］．这是由于硬脂酸的羧基与SPI的胺、亚胺和羟基反应，随pH值和温度变化而发生内部塑化[31］．Lodha和Netravali [32]报道了硬脂酸作为甘油的有效替代品来改善SPI树脂的拉伸、耐热和防潮性能。他们还提出硬脂酸可以通过三种机制提高SPI树脂的杨氏模量。首先，硬脂酸本质上是疏水的，因此SPI的吸湿性降低。其次，由于是疏水的，未反应的硬脂酸可以相分离，至少部分地，并结晶成微小的晶体。因此晶体的表现类似于纳米复合材料。第三，硬脂酸可以与羟基反应形成酯键，与氨基侧和端基反应形成酰胺键，从而使SPI树脂内部塑化。
库马尔等人[33]通过光学透射率、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外(FTIR)和动态机械热分析(DMTA)测试结果表明，TDG与大豆蛋白具有良好的相容性，提高了其力学性能、热稳定性和耐水性。图1表明大豆蛋白-硫代二甘醇薄膜的抗拉强度比大豆蛋白-甘油薄膜提高。
图1:应力-应变曲线[33]。
pH值处理
由于大豆蛋白暴露在远低于或高于其等电点(pH 4.5)的pH条件下，随着正(酸性pH)或负(碱性pH)电荷密度的增加，蛋白质会发生分子内排斥，暴露出疏水和二硫基团，这些基团可以参与分子间的结合，因此可以在酸性和碱性条件下制备SPI薄膜。但在碱性条件下(pH值8-11)制备的薄膜比在酸性条件下(pH值1-3)制备的SPI薄膜具有优越的机械性能和较低的水汽渗透性[34］．
金和内特拉瓦利[15]制备了大豆蛋白-麻纱复合材料，研究了pH值对其力学性能和界面性能的影响。图2结果表明，随着pH的增加，SPC树脂/麻纱的IFSS从pH 7时的17.7 MPa显著增加到pH 10时的28.0 MPa。NaOH的加入使大豆蛋白肽链上的活性基团暴露，从而使纤维麻纱与羟基的分子间相互作用增加，从而导致大豆蛋白的展开。在pH值10以上进一步增加碱性条件时，似乎增加了沿大豆蛋白分子的静电排斥力，从而减少了与纤维素纤维的相互作用。
图2:pH值对麻纱和SPC树脂[15]的IFSS的影响。
加热效果:Park等人。[14]研究了大豆蛋白溶液的加热效果，发现在pH值为9并在95°C保存45分钟的DSF、SPC和SPI成膜溶液的力学性能优于在75°C热处理45分钟(pH值为9)的溶液。他们还发现未加热的DSF、SPC和SPI溶液无法成膜。因此，加热和碱性条件被认为可以促进大豆蛋白质的相互作用[35］．
交联剂:是提高大豆蛋白塑料力学性能和耐水性的另一种添加剂。甲醛、乙酸酐、乙二醛、硫酸锌、戊二醛、环氧氯丙烷是用于大豆蛋白塑料的交联剂[13］．夏巴和奈特拉瓦利[36]研究了交联剂戊二醛(GA)对SPC树脂体系的影响，报告了SPC树脂的强度显著提高，吸湿性下降。Chabba等人[37通过与戊二醛(GA)交联改性大豆粉(SF)，并对其拉伸和热性能进行了表征，并报告了40% GA溶液和0%甘油(CSF)作为复合材料的最佳共混浓度，如图所示图3．
图3:甘油对含40% GA[37]交联SF树脂拉伸性能的影响。
黄和Netravali [38]研究了SPC和Phytagel之间的交联结构，与未改性的SPC树脂相比，显示出更好的抗拉强度、模量、热稳定性和耐湿性，并报告称，加入40% Phytagel和20%甘油可使SPC树脂的抗拉强度总体提高340%(超过50 MPa)，杨氏模量提高约360%(超过710 MPa)。
混合
大豆蛋白与其他天然或合成聚合物是提高大豆蛋白机械性能和水分敏感性的另一种方法。与明胶、淀粉、纤维素和蛋白质等可生物降解聚合物混合，确保最终的混合膜仍然可以被视为“绿色”。金和内特拉瓦利[39通过与琼脂、Agargel和Phytagel等胶凝剂共混改性大豆蛋白浓缩物(SPC)，并比较了胶凝剂浓度对改性SPC薄膜拉伸和防潮性能的影响。30% Phytagel改性SPC膜的拉伸应力和杨氏模量提高幅度最大，约3倍;30%琼脂改性SPC膜的拉伸应力和杨氏模量提高幅度适中，与对照SPC膜相比，agargel改性SPC膜的拉伸性能提高幅度介于Phytagel改性SPC膜和Agar改性SPC膜之间。
由于亲水性是天然聚合物固有的，这些共混物不能解决大豆蛋白薄膜的水分敏感性问题，因此可以使用可生物降解的合成聚合物，如聚(乙烯醇)(PVA)，聚(乳酸)(PLA)，聚(己二酸丁二烯-对苯二甲酸酯)(PBAT)，但大豆蛋白的混合可能导致不混溶的共混体系，因为大豆蛋白本质上是亲水的，而PLA。PBAT是疏水性的，所以它们没有很好的界面粘附性。因此，采用马来酸酐接枝PLA和马来酸酐接枝PBAT等增容剂对不混相共混体系进行增容是必要的，可大大改善共混体系的性能。相容剂是获得高性能聚合物共混物的必要条件。聚合物共混物的增容主要包括:(1)降低界面张力，(2)后续处理中相形态的稳定，(3)增强界面附着力[40］．朱等。[41用双螺杆挤出机生产大豆浓缩蛋白(SPC)和聚乳酸(PLA)复合材料。通过反应挤压，将马来酸酐(MA)自由基接枝到PLA上，并将PLA-g-MA作为复合材料的增容剂，考察了增容剂浓度和功能程度对拉伸、形貌、性能、性能的影响。结果表明，添加4 phr增容剂的PLA/SPC复合材料的抗拉强度较未添加增容剂的复合材料提高了19%，并使SPC的畴尺寸更细。
Otaigbe和Jane [42改性大豆蛋白塑料复合材料，将大豆蛋白与生物可吸收聚磷酸盐填料混合，形成具有增强性能的复合材料，如耐水性，刚度，并得出结论，聚磷酸盐填料可以改变无增强大豆塑料的破坏微观机制，从脆性模式到伪延性模式，因此这些材料适用于潮湿和干燥环境中的许多承重应用。曹等人[43]制备了以SPI和明胶为原料的复合薄膜(含0.1 g甘油/g蛋白质)，并对复合薄膜的力学、溶胀和光学性能进行了研究，结果表明，随着明胶比例的增加，复合薄膜的抗拉强度、弹性模量和溶胀能力都有所提高，薄膜变得更加透明，易于处理。明胶可以增强薄膜的强度和柔韧性。格雷罗等人[44]，在SPI薄膜上加入环氧大豆油(ESO)、特级初榨橄榄油、品种皮聚糖(OO)或乳酸(LA)，发现压缩法制备的薄膜疏水性能有所改善。
纤维增强复合材料中的分散纤维具有吸收能量和阻止结构失效传播的能力，因此复合材料比大豆蛋白薄膜更坚韧，机械强度更强[45］．因此，人们在利用天然纤维改善大豆蛋白性能方面进行了大量的研究。刘等。[46]对草纤维进行碱处理，通过去除半纤维素和木质素，减少了纤维的纤间区同质生物纤维在基体中的分散和纤维在复合材料中的展弦比的增加导致了力学性能的改善，因此对纤维进行碱处理是获得力学性能适中的复合材料以及纤维与基体之间更好的附着力的必要条件。
金和内特拉瓦利[47]利用微键技术研究了苎麻纤维与大豆蛋白基树脂之间的界面剪切强度(IFSS)，得出IFSS随树脂中蛋白质含量的增加而增加的结论。SF树脂(蛋白质含量53%)、SPC树脂(蛋白质含量72%)和SPI树脂(蛋白质含量90%)的IFSS值分别为9.5 MPa、20.7 MPa和25.7 MPa。Saenghirunwattana等。[48]用1.5% (w/v)的硅烷处理玉米壳纤维制备了大豆蛋白/聚乳酸生物复合材料，并报道了当纤维负载率从3 wt%增加到5 wt%时，由于PLA -大豆蛋白基质与玉米壳纤维之间更好的界面粘附性，以及硅烷偶联剂中的功能基团三乙氧基乙烯基硅烷，提高了大豆蛋白/聚乳酸/玉米壳纤维生物复合材料的界面粘附性，复合材料的强度和模量都有所提高。
夏巴和奈特拉瓦利[49]用戊二醛和聚乙烯醇改性SPI，然后用亚麻纱和织物制备复合材料，从而改善了性能。Lodha和Netravali [50用硬脂酸作为增塑剂改性SPI树脂，并与苎麻纤维制成复合材料，与使用SPI树脂相比，该复合材料在轴向和横向都表现出更好的拉伸性能。Nam和Netravali [51]制备了SPC树脂与苎麻纤维的复合材料，并报道了在纤维载荷为65%时，复合材料的抗拉强度和杨氏模量明显高于纯SPC树脂。他们还得出结论，在SPC树脂和苎麻纤维之间存在良好的界面结合，这是由拉伸断口的扫描电子显微镜(SEM)显微图所显示的。黄和Netravali [52用纳米粘土颗粒和交联剂戊二醛改性SPC树脂。改性后的SPC树脂力学性能明显改善。他们用改性的SPC树脂和亚麻纱线和织物制备了复合材料。复合材料的纵向拉伸破坏应力可达298 MPa，杨氏模量可达4.3 GPa。纱线和织物增强复合材料由于其良好的力学性能，在许多领域都具有替代不可生物降解材料的潜力。黄和Netravali [53]研究了微/纳米竹纤维(MBF)增强SPC树脂复合材料图4结果表明，掺加MBF后，由于MBF的柔韧性和缠结形态，其断裂应力、杨氏模量和韧性显著增加，断裂应变变化不明显。他们使用硅烷(3-异氰基丙基)三乙氧基硅烷(ITES)作为交联剂进一步改性MBF增强SPC，最终报告了断裂韧性的显著提高。
图4:MBF增强SPC复合材料(含15份甘油)的力学性能:(a)杨氏模量和断裂应力与MBF含量的关系，(b)韧性和断裂应变与MBF含量的关系[53]。
Chabba等人[37]检测了戊二醛交联大豆粉(CSF)树脂和亚麻纱复合材料，并与CSF树脂比较了复合材料的断裂应力和杨氏模量，发现与CSF树脂相比，当纤维质量分数为60%时，纵向断裂应力提高了700%以上，杨氏模量提高了2000%以上。Behera等人。[54用无纺布和梭织黄麻织物制备了黄麻增强豆浆基复合材料。在未对黄麻表面进行任何化学处理和使用危险化学溶剂的情况下，采用压缩成型工艺，60%黄麻毡复合材料的抗拉强度最高，为37.1 MPa，拉伸模量最高，为1040 MPa。Drzal等人[55]报告称，添加大麻纤维和大豆粉后，强度增加，热变形温度升高。
莫汉蒂等人[56他们以工业大麻纤维为增强材料制备了豆粉基生物塑料，并发现在豆粉生物塑料中添加大麻天然纤维后，其力学性能包括拉伸性能、弯曲性能和冲击强度以及热变形温度均有显著改善。黄和Netravali [57由大豆浓缩蛋白(SPC)增强微纳纤颤纤维素(MFC)制备的微纳复合材料，在许多领域具有替代石油基材料的潜力。图5一个SEM显微照片显示，MFC改性的SPC树脂断口表面光滑，表面粗糙度增大，树脂表面有短纤维突起图5 b而且5度．由于MFC具有较高的力学性能，纤维断裂耗能大，MFC的纵横比高，界面性能好，SPC/MFC改善了复合材料的力学和物理性能，断裂应力为88.2 MPa，杨氏模量约为4.1 GPa。通过与结冷胶共混对SPC/MFC复合材料进行进一步改性，其断裂应力和杨氏模量均有进一步提高。含有甘油(1.5份)、结冷胶(40份)和MFC(40份)的SPC树脂断裂应力超过122 MPa，杨氏模量约为5.8 GPa。
图5:(a) SPC/甘油含量为100/15的SPC， (b) SPC/甘油/MFC含量为100/15/40的改性SPC， (c) SPC/甘油/MFC/结冷胶含量为100/1.5/40/40[57]的改性SPC。
最近,bio -纳米复合材料是一种新型材料，已被证明是改善生物聚合物力学和阻隔性能的有前途的途径。生物纳米复合材料由至少一维在1-100纳米范围内的颗粒增强的生物聚合物基体组成，由于纳米颗粒的高表面积和高纵横比，其性能得到了改善[58-60］．纳米填料可作为增强剂，传递基体张力，提高力学性能和阻隔性能[61-64］．由于纳米填料的加入改善了大豆蛋白材料的力学、物理、热学、阻隔性、耐水性等性能，从而产生了许多具有新颖性能的激动人心的新材料，因此纳米复合材料得到了广泛的研究。纳米填料可以是有机或无机的，如粘土(如蒙脱石，(MMT)，硬石，皂石和laponite)，天然生物聚合物(如壳聚糖)，天然抗菌剂(如nisin)，金属(如银)和金属氧化物(如TiO2)．纳米复合材料的性能不仅取决于它们各自亲本的性能，还取决于它们的形貌和界面特征。生物纳米复合材料的制备方法包括原位聚合、溶液剥离和熔体插层[65，66］．
蒙脱土(MMT)被广泛用作大豆蛋白塑料的纳米颗粒，因为它易于获得，成本低，供应丰富，物理特性包括高弹性模量(178 GPa)，高表面积(750 m)2/g)，比宽比高(50-1000)。库马尔等人[67]采用熔融挤压法制备了SPI/蒙脱土(MMT)生物纳米复合薄膜，发现其抗拉强度、存储模量、阻水性能、玻璃化转变温度和性能均有显著改善热稳定性添加了MMT的薄膜。当MMT含量从0增加到15%时，由于MMT的高刚性和高纵横比以及SPI与MMT的相互作用，抗拉强度有所提高。然而，随着蒙脱石含量从5%增加到15%，由于蒙脱石限制了大豆蛋白分子在生物纳米复合膜中的运动以及SPI与蒙脱石的相互作用，其延伸率下降。他们还得出结论，SPI-MMT薄膜的性能受到成膜溶液的pH值、MMT含量和挤压加工参数的显著影响。
纳亚克等人。[68]制备的聚己内酯(PCL)/大豆分离蛋白(SPI)与有机改性蒙脱土进行熔体共混，抗拉强度有很大提高。含5%粘土的纳米复合材料的抗拉强度略小于含2.5%粘土的纳米复合材料。图6在透射电子显微镜(TEM)照片中，5 wt%的粘土，由填料-填料相互作用形成的团聚颗粒和填料团聚体减少了填料与基质聚合物之间的界面面积，并作为应力集中器，对材料的抗拉强度有不利影响[69，70］．
图6:含有(a) 1， (b) 2.5和(c) 5 wt%有机粘土的PCL/SPI/有机粘土杂化体的TEM照片[68]。
黄和Netravali [38通过掺入7%粘土纳米颗粒，改性Phytagel (PH)-大豆蛋白浓缩(SPC)树脂(40% Phytagel)可提高杨氏模量、拉伸强度和热稳定性。图7结果表明，添加不同量纳米粘土的纯Cloisite Na+颗粒和CPHSPC树脂的XRD谱图表明，在CPHSPC树脂中，纯粘土在9°左右的峰值消失，粘土颗粒已经完全脱落并分散到CPH-SPC中。由于亲水性质，粘土和SPC之间的强相互作用阻止了纳米颗粒的聚集。
图7:(a) Cloisite Na+粘土粉的XRD图谱和(b)不同粘土加载CP-SPC树脂的XRD图谱[y轴)%强度，x轴)测角[38]。
王等。[71]表明，在增强大豆分离蛋白(SPI)塑料中添加0 ~ 30wt %的纤维素晶须可以提高SPI/纤维素晶须复合材料的抗拉强度和杨氏模量。随着纤维素晶须含量的增加，由于纤维素晶须与SPI基体之间的分子间氢键形成交联网络，从而提高了SPI基质的热稳定性和耐水性。卢等人。[72]将几丁质纳米晶须(0 ~ 30 wt%)加入SPI基质中，并得出结论，当几丁质含量从0 ~ 20 wt%增加时，与甘油塑化SPI片相比，杨氏模量和抗拉强度增加。增加SPI基质中甲壳素晶须的含量，提高了SPI基质的抗水性。他们还提出，由于填料与填料之间以及填料与SPI矩阵之间分子间氢键相互作用的三维网络，性能得到了改善。Iman等人[73]研究了基于戊二醛(GA)交联大豆粉(SF)、黄麻织物和纤维素须(CWs)与用作增强剂的纳米粘土结合的纳米复合材料，并报告了填料与基质之间的强烈界面相互作用，同时发现与未填充的复合材料或含有较低百分比的CWs的复合材料相比，复合材料具有更好的物理性能。拉赫曼等人[74]报道了采用溶液铸造工艺将分散蛋壳纳米粉(ESNP)加入SPI中，可显著提高纳米复合材料的杨氏模量、抗拉强度和热稳定性。上述研究表明，生物纳米复合材料的力学性能、耐热性能和耐水性能均有显著提高，并依赖于纳米填料的用量。
Behera等人。[75]发现利用Cloisite 30B纳米粘土作为添加剂，改善了黄麻增强大豆复合材料的力学性能。5 wt%粘土负载复合材料的拉伸强度、弯曲强度和存储模量分别是无纳米粘土黄麻-大豆复合材料的1.55倍、1.51倍和2.62倍。Swain等人[76]通过溶液插层工艺研究了大豆蛋白和Cloisite130B纳米复合材料的包装应用，发现在8%粘土浓度下，氧的渗透性比0%粘土负载时降低了6倍，因为粘土纳米颗粒作为物理障碍阻碍了气体的运动图8．
图8:在5 psi压力下，生物纳米复合材料的氧渗透性值随粘土wt%的变化[76]。
大豆蛋白与生物医学应用中使用的各种天然蛋白相比具有优势，因为它价格低廉，非动物来源，因此没有对人类构成危险的传染病风险，储存时间相对较长，稳定性和可降解为天然成分。
生物医学领域的各种研究人员已经研究了大豆蛋白作为各种应用的天然生物材料，如组织再生、生物活性骨填料和伤口敷料。还有报道称，以大豆为基础的产品可以促进组织再生，比如新骨骼的生长。此外，这些材料与血凝块结合并刺激胶原蛋白沉积，因此在伤口愈合应用方面具有很高的潜力[77］．佩莱斯等人[78]将抗生素药物庆大霉素加入SPI基质中，并研究庆大霉素释放对细菌抑制和伤口愈合应用的影响。他们报告说SPI薄膜在用作伤口敷料方面具有很高的潜力。研究了用磷酸三钙增强大豆蛋白基热塑性塑料在骨科生物医学中的应用[79］．Merolli等人[80]使用大豆为基础的骨填充物，并在兔子模型中证明了它有促进骨形成的能力。强调了该材料具有成本效益和易于制备，这是其作为骨填充物应用的两个重要优势。林等人。[80]通过静电纺丝生产大豆和玉米醇溶蛋白纤维，用于皮肤再生的组织支架。
通过不同的制备工艺制备的大豆水凝胶已被用于分子递送和其他生物医学应用。斯奈德等人[81]还使用大豆蛋白和聚乙二醇水凝胶来制备湿润的伤口敷料和透皮给药系统。钱等人。[82]制备了用于生物医学应用的未改性大豆蛋白水凝胶。随着大豆蛋白质量分数的增加，大豆水凝胶的性质发生了变化。对大豆蛋白作为水凝胶的适用性进行了体内外释药性能和生物相容性测试。由于凝胶化的大豆水凝胶能够在体内注射，显示出生物相容性，并在大约三周内降解，表明其在伤口愈合应用和其他微创手术方面的潜在用途[83］．
在SPI的特殊情况下，极性、非极性和带电氨基酸的中等浓度使多种药物能够掺入[84］．此外，由于这种不同类型氨基酸的平衡组成，与玉米蛋白、人血清白蛋白或牛血清白蛋白相比，SPI具有更高的与各种药物结合的能力[85］．因此，大豆蛋白，由于其固有的性质代表了一个有吸引力的系统控制药物输送。纳亚克等人。[85]采用挤出技术制备了含SPI和蒙脱土(MMT)的纳米复合薄膜，用于氧氟沙星作为药物模型的控释。在8小时内，当pH值为7.4时，药物释放量为80 wt.%;而当pH值为3.2 < 44 wt.%时，氧氟沙星在4小时内释放，这表明该纳米复合材料适用于基本环境中的药物释放载体[86］．
大豆蛋白基薄膜和复合材料的力学性能和防潮性能较差，可通过化学改性方法加以改善。得到的薄膜性能取决于改性方法和条件。增塑剂种类和增塑剂配比对SP膜的防水性和力学性能有显著影响。pH值、加热和共混等其他因素对大豆蛋白膜的形成和性能也有重要影响。在碱性条件下制备的大豆蛋白膜比酸性条件下制备的大豆蛋白膜具有更优越的力学性能。纤维增强大豆蛋白复合材料的机械强度和硬度高于蛋白质薄膜，这是由于大豆蛋白基体与纤维之间具有更好的界面粘附性，同时大豆蛋白基纳米复合材料具有更好的耐热性和耐水性，这取决于纳米填料的用量。
近年来大豆蛋白在生物医学和材料工业等领域的应用表明，在这一领域的研究工作将在不久的将来增加大豆蛋白产品的应用。
