ＬＩＳＨＩＺＨＥＮ ＭＥＤＩＣＩＮＥ ＡＮＤ ＭＡＴＥＲＩＡ ＭＥＤＩＣＡ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ２０１０ ＶＯＬ ２１ ＮＯ．５ 时珍国医国药２０１０年第２１卷第５期 新型絮凝材料——羧甲基壳聚糖的 合成新工艺研究及其性能表征 肖玉良，段桂运，李福荣，夏成才，游桂荣，韩俊芬，郭丰广 （泰山医学院药学院，山东泰安２７１０００） 摘要：目的采用新型的连续加碱法制备水溶性羧甲基壳聚糖，并对合成工艺进行优化。方法以壳聚糖、氯乙酸为原料， 苄基三乙基氯化铵（ＴＥＢＡ）为催化剂，采用连续加碱法制备羧甲基壳聚糖，考察催化剂使用量、反应温度、反应时间和投 料比对羧甲基壳聚糖取代度（ＤＳ）和溶解性的影响。结果最佳反应条件为：以６％的苄基三乙基氯化铵作催化剂，ｍ（壳 聚糖）：Ｉｌｌ（氯乙酸）为１：５，反应温度９０ｃｃ，反应时间５ｈ时，羧甲基壳聚糖的取代度（ＤＳ）和溶解率分别达到１．３５和 ９９．１０％。结论本法制备的羧甲基壳聚糖具有优越的水溶性能，是一种制备羧甲基壳聚糖的有效方法。 关键词：羧甲基壳聚糖；连续加碱法；絮凝剂； 氯乙酸 中图分类号：Ｒ２８４．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０８０５（２０１０）０５—１１８７－０２ Ｎｅｗ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｎｏｖｅｌ Ｆｌｏｃｃｕｌａｎｔ——Ｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌ Ｃｈｉｔｏｓａｎ ａｎｄ ｉｔｓ Ｃｈａｒ— ａｃｔｅｒｉｚａｔｉＯｉｌ ＸＩＡＯ Ｙｕ—ｌｉａｎｇ，ＤＵＡＮ Ｇｕｉ—ｙｕｎ，ＬＩ Ｆｕ—ｒｏｎｇ，ＸＩＡ Ｃｈｅｎｇ—ｃａｉ，ＹＯＵ Ｇｕｉ—ｒｏｎｇ，ＨＡＮ Ｊｕｎ—ｆｅｎ，ＧＵＯ Ｆｅｎｇ—ｇｕａｎｇ （Ｐｈａｒｍａｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ｏｆ Ｔａｉｓｈａｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， ｉａｎ ２７ １ ０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：０ｂｊｅｃｔｉｖｅ Ｔｏ ｐｒｅｐａｒｅ ｗａｔｅｒ ｓｏｌｕｂｌｅ ｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌ ｃｈｉｔｏｓａｎ ｂｙ ａ ｎｅｗ ｋｉｎｄ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ａｌｋａｌｉ—ｆｅｅｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｉｔｓ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｗｉｔｈ ｃｈｉｔｏｓａｎ ａｎｄ ｃｈｌｏｒｏａｃｅｔａｔｅ ａｓ ｔｈｅ ｒｅａｃｔａｎｔｓ ａｎｄ ｔｒｉｅｔｈｙｌ—ｂｅｎｚｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ （ＴＥＢＡ）ａｓ ｃａｔａｌｙｓｔ，ｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌ ｃｈｉｔｏｓａｎ（ＣＭＣ）ＷａＳ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｂｙ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ａｌｋａｌｉ—ｆｅｅｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃａｒ— ｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ（ＤＳ）ａｎｄ ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＣＭＣ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓ Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｃｏｎｄｉ— ｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ：６％ｔｒｉｅｔｈｙｌｂｅｎｚｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ（ＴＥＢＡ）ａｓ ｃａｔａｌｙｓｔ，ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗａｓ ９０℃，ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｗａｓ ５ ｈ ａｎｄ ｗｅｉｇｈｔ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｃｈｉｔｏｓａｎ ｔｏ ｃｈｌｏｒｏａｃｅｔｉｃ ａｃｉｄ ｗａｓ １：５，ｔｈｅ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ（ＤＳ）ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｔｅ ｏｆ ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ ｒｅａｃｈｅｄ １．３５ ａｎｄ ９９．１０％， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ Ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｈａｓ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｗａｔｅｒ—ｓｏｌｕｂｌｅ ｐｒｏｐｅ￣ｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ａｌｋａｌｉ—ｆｅｅｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＭＣ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌ ｃｈｉｔｏｓａｎ（ＣＭＣ）；Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ａｌｋａｌｉ—ｆｅｅｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ；Ｆｌｏｃｃｕｌａｎｔ；Ｃｈｌｏｒｏｅｔｈａｎｉｃ ａｃｉｄ 壳聚糖是自然界储量极丰富的天然高分子多糖，壳聚糖具有 １材料与仪器 优良的生物相容性和生物可降解性，其分子中丰富的带电基团如 壳聚糖（脱乙酰度大干９０％，粘度５０—８０ｅｐｓ国药集团化学 氨基、羟基以及长链分子结构，可通过“吸附架桥”和“电中和”作 试剂有限公司）；ＴＥＢＡ（三乙基苄基氯化铵、化学纯，天津市光复 用除去中药原液中较大的悬浮颗粒，利用天然胶体保护作用使制 精细化工研究所）；氯乙酸（分析纯、天津市化学试剂一厂）；其它 剂澄清并较多地保留药液中的成分，是一种优良的中药药液絮凝 试剂均为分析纯。ＰＨＳ一２９Ａ ｐＨ计，上海精科；岛津ＩＲ一４４Ｏ型 剂 ’ 。但是由于壳聚糖只能溶解于酸和酸性水溶液中，在很大 红外光谱仪；ＥＤＡＸ１９００型光电子能谱仪，美国ＰＨＩ公司。 程度上限制了它在中药药液絮凝剂领域的应用。因此，对壳聚糖 ２方法 进行化学改性以提高其在水及有机溶剂中溶解性的研究，具有重 ２．１羧甲基壳聚糖的制备取２ ｇ壳聚糖加到三１：３圆底烧瓶中， 要意义。羧甲基壳聚糖（ＣＭＣ）是壳聚糖羧甲基化后的产物，由 氯乙酸溶解在１００ ｍｌ水中，用碱液中和转变成钠盐并略显碱性， 于它既保留了壳聚糖的优点，又极大地改善了水溶性、絮凝性，更 然后和ＴＥＢＡ一起加到烧瓶中搅拌，在给定温度下反应一定时 适合于现代中药药液絮凝剂的要求。 间，在反应过程中体系返酸时，不断滴加碱液，使溶液的ｐＨ值保 传统的羧甲基壳聚糖制备方法，反应时间长，碱液浓度高，酸 持弱碱性。反应结束后，向反应混合物中加入１００ ｍｌ Ｈ Ｏ，用冰 碱用量大，对环境污染严重’ 。因此，对ＣＭＣ可控制备方法、影 乙酸调节溶液ｐＨ值约７，充分搅拌，离心分离后，收集上层澄清 响取代度因素及相关规律的研究显得非常重要。目前这方面的 液，边搅拌边加入约２倍量的无水乙醇进行沉淀，待沉淀完全后， 文献报道较少，基于此，本文拟采用连续加碱法控制羧甲基壳聚 抽滤，滤渣用无水乙醇洗涤２次，除去产品表面上的水分，置 糖制备过程中碱的用量，并对催化剂的用量、反应温度、反应时间 ６ＯｏＣ的烘箱内真空干燥，得白色颗粒状固体。 及投料比等影响因素进行系统的研究，以期为可控制备不同取代 ２．２取代度（ＤＳ）的测定电位滴定法 。 度ＣＭＣ提供依据，找到适合中药药液絮凝的羧甲基壳聚糖的制 ２．３ 溶解率的测定称取０．３００ ０ ｇ干燥至恒重的羧甲基壳聚糖 备条件，为壳聚糖这一宝贵资源的在中药药液絮凝领域开发利用 于５Ｏ ｍｌ的纯水，搅拌１５ ｒａｉｎ，５ ０００ ｒ／ｍｉｎ下离心，未溶解的羧甲 提供技术支持。 基壳聚糖６０％真空干燥ｌ０ ｈ，恒重，计算溶解率，观察羧甲基壳 聚糖的水溶性。 收稿日期：２００９－０８—２７； 修订日期：２００９—１２４３９ 溶解率ｃ％ ＝蠡至 ｌ ｝ｌ ｌ ｝ × ００％ 基金项目：山东省自然科学重点基金资助项目（Ｎｏ．Ｙ２００７Ｃ１３５）； ２．４红外光谱分析样品６０℃真空干燥至恒重后，采用溴化钾 山东省高等学校科技计划（Ｎｏ．Ｊ０９ＬＦ７６） 压片法在ＩＲ一４４０型红外光谱仪上测试。 作者简介：肖玉良（１９７７－），男（汉族），山东青州人，现任泰山医学院讲师 ２．５ Ｘ射线衍射分析样品６０￣Ｃ真空干燥至恒重，研磨，过３２０ 硕士学位，主要从事生物高分子的改性及应用工作． 目筛后，在ＥＤＡＸ１９００型光电子能谱仪上测试，测试条件：范围４ ．１１ ８７・ 时珍国医国药２０１０年第２１卷第５期ＬＩＳＨＩＺＨＥＮ ＭＥＤＩＣＩＮＥ ＡＮＤ ＭＡＴＥＲＩＡ ＭＥＤＩＣＡ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ２０１０ ＶＯＬ．２１ ＮＯ・５ 解率均增加。在最初５ ｈ内，取代度有较大提高，反应５ ｈ后，取 代度增加幅度减小，变化平缓，表明羧甲基化反应基本在５ ｈ内 影响收率及质量，因此反应时间以 ３．１投料比对壳聚糖羧甲基化的影响以６％的ＴＥＢＡ为催化 完成；时间过长会增加副反应，此时产品的取代度为１．３３，溶解率为９８．９％。 剂，在８５￣Ｃ的条件下，反应６ ｈ，考察壳聚糖与氯乙酸质量比对反 ５ ｈ较适宜，应的影响，结果如图１所示，从图中可以看出，随着投料比的增 加，所得羧甲基壳聚糖的取代度与溶解率均先增大后减小。投料 比为１：５时，所得产品质量较好，其取代度可达到１．２７，溶解率 达到９８．１０％，因此取１：５为最佳的反应配比。壳聚糖的羧甲 基化反应主要包括两种反应：一是氯乙酸与碱的中和及水解反 应（副反应）；二是氯乙酸钠与碱化壳聚糖的反应。氯乙酸用量 增加，发生羧甲基化反应的几率增加，导致Ｄｓ上升，但当氯乙酸 含量增加时过量氯乙酸中和了部分ＮａＯＨ，反应介质碱性减弱， 不利于壳聚糖碱化，使其羟基钠盐活性中心减少，Ｄｓ也随之下 降；当氯乙酸用量过高时，反应体系变为酸性，羧甲基化反应不能 … ㈣ 鲫 ∞ 嚣嚣母；一 图３ 反应时间对壳聚糖羧甲基化的影响 进行。此外由于碱和氯乙酸间的中和反应和水解反应过程都要 放热，如果将ＮａＯＨ一次加入，副反应十分激烈，很难控制反应温 ３．４催化剂用量对壳聚糖羧甲基化的影响在投料比为１：５， 度，而且氯乙酸利用率降低。为此采用连续加入ＮａＯＨ的方法， ９０℃的条件下，分别加入壳聚糖质量分数的３％，４％，５％，６％， 可有效地提高反应效率。 ７％的ＴＥＢＡ催化剂，反应５ ｈ，考察催化剂用量对羧甲基反应的 ４ｏ℃，扫描速度４。／ｒａｉｎ，ＣｕＫａ辐射，管压３５ Ｋｖ，管流３５ ｍＡ。 ３结果与讨论 ～影响，结果如图４所示，由图中可看出取代度和溶解率随催化剂 用量的增加先增加后降低，当催化剂用量为壳聚糖质量分数的 ６％时，产物的取代度最高。这主要是因为催化剂用量较低时，相 转移催化剂的转移能力有限，随使用量的升高，转移速率加快，增 大了Ｃ１ＣＨ，ＣＯＯＮａ与反应中心的有效碰撞几率，加快了壳聚糖 一∞ｏ一世￡爵 的羧甲基化反应，使产物取代度Ｄｓ较高，但催化剂量继续增加， Ｃ１ ＣＨ，ＣＯＯＮａ水解副反应也会增强，故最适宜的催化剂用量为壳 聚糖质量分数的６％，此时产品的取代度为１．３５，溶解率为 １ ４ Ｉ ３ １ ２ ｌ １ １ ０ ０ ９ Ｏ ０ ７ ０ Ｏ ６ ５ ８ ９９．１％ 图１ 投料比对壳聚糖羧甲基化的影响 ３．２温度对壳聚糖羧甲基化的影响以６％的ＴＥＢＡ为催化剂， 投料为１：５的条件下，反应６ｈ，考察温度对反应的影响，结果如 图２所示，从图中可看出随着温度的增加，所得羧甲基壳聚糖的 取代度与溶解率均先增大后减小。这说明温度升高，加快了壳聚 糖的羧甲基化反应，取代度升高，当温度达到９０ｃｃ后，取代度反 而会降低。这是因为温度过高增加了氯乙酸钠的水解副反应，降 低了取代度；温度的升高会使羧甲基壳聚糖分子链发生降解，产 品颜色发黄。因此，最佳反应温度为９Ｏｃｃ，所得产品取代度为 １．３２，而溶解率为９８．６％。反应温度是制备高取代度羧甲基壳 图４催化剂用量对壳聚糖羧甲基化的影响 聚糖的一个很重要的因素，文献 。 中制备羧甲基壳聚糖通常在 ３．５最优条件下羧甲基壳聚糖的制备以苄基三乙基氯化铵 ３０％～５０％浓碱溶液中对壳聚糖进行羧甲基化反应，由于碱浓度 （ＴＥＢＡ）作催化剂，催化剂使用量６％，反应温度９０￣Ｃ，反应时间 高，反应温度如果高于７０℃，氯乙酸钠和浓碱的水解反应成为主 ５ ｈ，ｍ（壳聚糖）：ｍ（氯乙酸）为１：５时，相转移法制备的羧甲基 反应，降低羧甲基化率。对于连续加碱法，由于氯乙酸钠不易水 壳聚糖质量较好，取代度和溶解率分别达到１．３５和９９．１０％。 解，可以在更高温度下进行羧甲基化，可大大促进反应，因而能制 ３．６羧甲基壳聚糖的红外光谱分析用ＫＢｒ压片法对羧甲基壳 备高取代度的羧甲基壳聚糖。 聚糖壳聚糖进行红外光谱测片，，具体谱图见图５，由图中可以看 出，１ ０９３ ｃｍ 处的一ＯＨ变形振动峰和３ ４４４ ｃｍ 处的一ＯＨ收 缩振动峰的位移都没有发生变化，但是峰强度在羧甲基化后明 显减弱；１ ６５７ｃｍ 处的氨基Ｎ—Ｈ变形振动峰的位移也没有发 生变化，强度变弱，但变化没有～ＯＨ振动峰明显；这说明了羧甲 基化反应羧甲基化反应既发生在一０Ｈ上，也发生在一ＮＨ：，但主 要发生在Ｃ 位的一ＯＨ。这主要是因为Ｃ 位上羟基空间位阻较 小，其活性比Ｃ 位的氨基活泼，氧的电负性又比氮大，因此，Ｃ 位的羟基亲核性要比氨基强，ｃ 位氧取代速度应比Ｃ：位的氨取 代速度快；Ｈａｙｅｓ 利用核磁证实羧甲基取代同时在羟基和氨基 上进行，部分实验取代度大于１也表明了这一点。 图２温度对壳聚糖援甲基化的影响 ３．７羧甲基壳聚糖的Ｘ射线衍射的测定壳聚糖及羧甲基壳聚 ３．３反应时间对壳聚糖羧甲基化的影响以６％的ＴＥＢＡ为催化 糖的ｘ一射线衍射光谱见图６。图中可以看出壳聚糖除了在２０。 剂，在９０℃，投料比为１：５的条件下，考察反应时间对反应的影 附近有一衍射峰外，２６．５。处也有一明显的衍射峰。但经羧甲基 响，结果如图３所示，由图中可看出随反应时间延长，取代度和溶 化改性后，两处峰明显减弱甚至消失，说明晶体结构基本被破坏， ・ｌ１８８・ ＬＩＳＨＩＺＨＥＮ ＭＥＤＩＣＩＮＥ ＡＮＤ ＭＡＴＥＲＩＡ ＭＥＤＩＣＡ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ２０１０ ＶＯＬ．２１ ＮＯ．５ 时珍国医国药２０１０年第２１卷第５期 几乎成为无定型态。羧甲基壳聚糖能够溶解于水，除了因为引入 用量６％，反应温度９０℃，反应时间５ｈ，ｍ（壳聚糖）：ｍ（氯乙酸） 一ＣＨ ＣＯＯＮａ亲水基团外，还因为其破坏了壳聚糖的晶体结构。 为１：５时，相转移法制备的羧甲基壳聚糖质量较好，取代度和溶 解率分别达到１．３５％和９９．１０％。 采用连续加碱法制备羧甲基壳聚糖，使得壳聚糖的水溶性得 到了很大的改善，分次加入氯乙酸，可以有效地控制好反应温度， 大大提高了氯乙酸利用率，优化了工艺路线，从而扩大了其应用 范围，具有很好的工业前景。 参考文献： ［１］ 朱兴年．壳聚糖在中药提取液中的应用研究［Ｊ］．时珍国医国药 ２００２，１３（９）：５５７． ＾ｒ ‘ ，一 ｌ ，． 、 ．、、 ． ． － ．／ ＼ 、 、、ＣＭ， ｑ ．＂ＴＪ ｒ． ［ ［ ； ［ ［ 、” “ ～ １、ＣＴＳ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ］］］ ｉ］］ 蝇蛆甲壳素的制备技术研究 覃容贵 ，吴建伟 ，国 果 ，付 平 （１．贵阳医学院・药学院，贵州贵阳一 一一～５５０００４；２．贵阳医学院・基础医学院，贵州贵阳一～一 一一 一～一～一一～一 一～～一～一 ～一 一 ５５０００４） 摘要：目的研究蝇蛆甲壳素的制备技术，优选出适宜制备工艺。方法蝇蛆甲壳素的制备采用酸碱法，产物含氮量测定 采用凯氏定氮法，灰分含量测定采用５５０ｏＣ灼烧法。结果脱蛋白最佳工艺为以４％ＮａＯＨ室温浸泡两天，并更换ＮａＯＨ １ 次；脱色工艺使用ｌ％ＫＭｎＯ ；最佳脱钙工艺为２ ｍｏｌ・Ｌ 盐酸在２５℃下反应６ ｈ。结论使用酸碱法制备的蝇蛆甲壳素 质量指标可达食品级甲壳素标准。 关键词：昆虫资源；蝇蛆； 甲壳素；制备 中图分类号：Ｒ２８３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００８—０８０５（２０１０）０５—１１８９－０３ 甲壳素是自然界中唯一带正电荷的一种天然高分子聚合物， 道），有利于扩大壳聚糖的来源，充分发挥资源优势。 是保护生物的一种结构物质，结晶构造坚固，一般不熔化，也不溶 １材料与仪器 于一般的有机溶剂和酸碱，只溶于浓酸和某些溶剂。化学性质非 １．１材料蝇蛆，贵州琨恩生物技术公司；氢氧化钠（化学纯，分 常稳定，应用有限 。。自然界中的甲壳素大多总是和不溶于水 析纯）；浓盐酸（化学纯）；高锰酸钾（化学纯）；草酸（化学纯）；浓 的无机盐及蛋白质紧密结合在一起。人们为了获取甲壳素，往往 硫酸（分析纯）；硫酸钾（分析纯）；硫酸铜（分析纯）。 将甲壳动物的外壳通过化学法或微生物法来制备。家蝇属于再 １．２仪器ＨＨ一２数显恒温水浴锅，国华电器有限公司；ＲＡＴ玻 生资源，在昆虫世界里，苍蝇的繁殖能力位居第一，干蛆中甲壳素 璃反应釜，上海生物科技有限公司；凯氏定氮仪，上海第二玻璃仪 的含量高于虾蟹中甲壳素的含量，因此更具有可利用价值 。 器厂；ＫＤＭ型可调恒温电热套，山东华鲁电热仪器有限公司；马 本文采用贵州琨恩生物技术公司利用酿造茅台酒的酒糟饲养的 弗炉，上海路达实验仪器有限公司；２０２—２电热恒温鼓风干燥 蝇蛆制备蝇蛆甲壳素，并进一步脱乙酰制成壳聚糖（将另文报 箱，上海路达实验仪器有限公司。 ２方法 收稿日期：２００９４）７—１５；修订日期：２００９—１１４）２ ２．１ 样品制备取清洗干净的新鲜蝇蛆，置中药粉碎机中破碎。 基金项目：贵州省重点技术创新项目资金（Ｎｏ．０５１０１８） 作者简介：覃客责（１９７０一），女（壮族），广西容县人，现任贵阳医学院药学 浆料置筛中清洗并过滤，所得蛆皮沸水浴浸泡后过滤清洗。蛆皮 院副教授，博士学位，主要从事生化药物药理学研究工作 低温干燥备用。 ・１ ｌ８９・
