吳嫦秋，江 燕，林秀秀，陳勝城

（1.廣東省城市建設(shè)技師學(xué)院，廣東廣州 510000；2.廣東省食品工業(yè)研究有限公司，廣東廣州 510420）

1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

甲殼素，自制；氫氧化鈉、異丙醇，分析純，天津市百世化工有限公司；濃鹽酸，分析純，廣州化學(xué)試劑廠；電子天平，上海天平儀器廠；電熱套，粉碎機(jī)，上海予華儀器有限公司；超聲波發(fā)生儀，電熱真空干燥箱，上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司；容量瓶，150℃量程溫度計(jì)，冷凝管，三口燒瓶，錐形瓶，移液管，濟(jì)南天和化學(xué)試劑有限公司

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 溶液配制

濃度為40%的氫氧化鈉溶液

配制：準(zhǔn)確稱(chēng)取固體氫氧化鈉80g，加蒸餾水120mL，攪拌溶解即可得濃度為40%的氫氧化鈉溶液，再加上20mL 異丙醇攪拌均勻待用。

2.2 殼聚糖的制備

將配制好的氫氧化鈉溶液倒入燒瓶，然后稱(chēng)6g粉狀甲殼素加入盛有氫氧化鈉的燒瓶中，冷凝管接好冷卻水，開(kāi)啟電加熱套進(jìn)行加熱。液體沸騰后，開(kāi)始計(jì)時(shí)，反應(yīng)3h 后，轉(zhuǎn)入超聲波發(fā)生器保溫處理1h。反應(yīng)完畢，取出固體物用水洗滌至中性，放入120℃烘箱中干燥40min，即為制備的產(chǎn)物。

2.3 脫乙酰制備殼聚糖的原理

2.4 脫乙酰度分析方法

甲殼素在脫乙酰反應(yīng)時(shí)，伴隨著分子主鏈的降解反應(yīng)，使分子量降低。而分子量大小和游離氨基含量反映殼聚糖性能的兩個(gè)重要指標(biāo)。一般用脫乙酰度來(lái)反映游離胺基含量，用黏度來(lái)衡量分子量大小，本論文只測(cè)定脫乙酰度（DD）指標(biāo)。殼聚糖脫乙酰度的高低，直接關(guān)系到它在稀酸中的溶解能力、黏度、離子交換能力，絮凝性能和與氨基有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)能力，以及許多方面的應(yīng)用。脫乙酰度的測(cè)定方法較多，本實(shí)驗(yàn)用酸堿滴定法。原理是殼聚糖的自由氨基呈堿性可與酸定量地發(fā)生質(zhì)子化反應(yīng)，由滴定用酸量，可計(jì)算出殼聚糖中自由氨基的含量。它與殼聚糖原料（甲殼素）的氨基含量（理論含量）之比，即為脫乙酰度值[1]。

理論氨基含量=16/161×100%=9.94%

殼聚糖的氨基含量

X=（C1V1-C2V2）·0.016/（G-GW）·100%

C1和C2：鹽酸及氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度（mol/L）；

V1：加入的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積（mL）；

V2：滴定耗用的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積（mL）；

G：樣品重量g；

w：樣品的含水量（%）。

0.016 是與1mol/L 鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)?shù)陌被浚╣）。

脫乙酰度：D.D=X/0.0994·100%

3 結(jié)果與討論

3.1 氫氧化鈉濃度對(duì)脫乙酰度影響

實(shí)驗(yàn)控制其他條件不變（表1），考察氫氧化鈉的濃度對(duì)脫乙酰度的影響，殼聚糖的脫乙酰度在氫氧化鈉溶液濃度大于30%時(shí)迅速提高，而在大于40%時(shí)上升趨勢(shì)趨于平緩。在本實(shí)驗(yàn)中氫氧化鈉是作為親核試劑進(jìn)攻甲殼素中乙酰氨基并使之水解為氨基而存在的，所以氫氧化鈉溶液濃度過(guò)低不利于殼聚糖乙酰基的脫除，而在氫氧化鈉溶液濃度大于40%時(shí)殼聚糖乙?；拿摮](méi)有明顯提高。因此，從節(jié)約及脫乙酰度的角度來(lái)分析，殼聚糖制備時(shí)，氫氧化鈉溶液的濃度應(yīng)控制在40%～50%。

表1 氫氧化鈉濃度對(duì)脫乙酰度影響

圖1 氫氧化鈉濃度對(duì)脫乙酰度影響

3.2 氫氧化鈉與有機(jī)相配比對(duì)脫乙酰度的影響

實(shí)驗(yàn)控制其他條件不變（表2），考察有相配比對(duì)脫乙酰度的影響，由圖2可知，殼聚糖的脫乙酰度在有機(jī)相配比為10%時(shí)迅速提高，而在大于20%時(shí)上升趨勢(shì)明顯趨于平緩。有機(jī)相配比過(guò)低不利于殼聚糖乙?；拿摮c分離，而在有機(jī)相配比大于20%時(shí)殼聚糖乙?；拿摮](méi)有明顯提高而是趨于平緩。因此，從節(jié)約及脫乙酰度的角度來(lái)分析，殼聚糖制備時(shí)，有機(jī)相的配比應(yīng)控制在20%～25%。

表2 氫氧化鈉與有機(jī)相配比對(duì)脫乙酰度的影響

圖2 氫氧化鈉與有機(jī)相配比對(duì)脫乙酰度的影響

3.3 溫度對(duì)脫乙酰度的影響

實(shí)驗(yàn)控制其他條件不變（表3），考察溫度比對(duì)脫乙酰度的影響，由圖3可知，殼聚糖的脫乙酰度隨著溫度的提高而有所提高，特別是在溫度在80℃以上的時(shí)候，上升趨勢(shì)明顯而在溫度大于120℃時(shí)上升趨勢(shì)趨于平緩。溫度過(guò)低不利于殼聚糖乙?；拿摮?，而在溫度大于120℃時(shí)殼聚糖乙?；拿摮](méi)有明顯的提高而是趨于平緩。殼聚糖制備時(shí)，溫度高相對(duì)的設(shè)備要求也高。因此，從節(jié)約能源及脫乙酰度和設(shè)備要求的角度來(lái)分析，殼聚糖制備時(shí)溫度應(yīng)控制在120～130℃。

表3 溫度對(duì)脫乙酰度的影響

圖3 溫度對(duì)脫乙酰度的影響

3.4 在超聲波中的反應(yīng)時(shí)間對(duì)脫乙酰度的影響

實(shí)驗(yàn)控制其他條件不變，考察超聲波中的反應(yīng)時(shí)間對(duì)脫乙酰度的影響，由圖4可知，隨著在超聲波中的反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，所得的殼聚糖的脫乙酰度也隨之增加，在1h 前，其增值近似線形遞增，反應(yīng)超過(guò)1h的時(shí)候，脫乙酰度隨時(shí)間的延長(zhǎng)而變化不大上升趨勢(shì)趨于平緩。因此，從節(jié)約能源及脫乙酰度和設(shè)備要求的角度來(lái)分析，殼聚糖制備時(shí)，其在超聲波中的反應(yīng)時(shí)間應(yīng)控制在1.0～1.5h。

圖4 在超聲波中的反應(yīng)時(shí)間對(duì)脫乙酰度的影響

3.5 超聲波的頻率對(duì)殼聚糖脫乙酰度的影響

實(shí)驗(yàn)控制其他條件不變，考察超聲波的頻率對(duì)脫乙酰度的影響，由圖5可知，隨著超聲波頻率的增大，所得的殼聚糖的脫乙酰度也隨著增大，當(dāng)超聲波的頻率為110kHz 時(shí)，甲殼素單體之間得到了充分反應(yīng)，脫乙酰度達(dá)到最值，在100kHz 前，隨著超聲波頻率的增加脫乙酰度的增值明顯增加，在100～110kHz 時(shí)，其增值接近線性遞增，當(dāng)超聲波頻率超過(guò)了110kHz時(shí)，脫乙酰度隨著超聲波頻率的增大變化不大而且有微降趨勢(shì)。因此，反應(yīng)時(shí)超聲波的頻率應(yīng)不小于110kHz，應(yīng)控制超聲波頻率在100～110kHz。

圖5 超聲波的頻率對(duì)殼聚糖脫乙酰度的影響

3.6 甲殼素脫乙?；苽涞臍ぞ厶羌t外光譜分析

圖6為甲殼素的紅外吸收特征，吸收譜帶的歸屬為：3 500～3 260cm-1處寬峰為γ（O-H）+γ（N-H），2930～2892cm-1處的一組為γ（C-H），1665cm-1左右的峰為γ（C=O），1559cm-1處的峰為γ（N-H），1419cm-1，1379cm-1處的峰為γ（CH2）+γ（CH3），1159cm-1左右的峰為γ（C-O-C），1074cm-1和1029cm-1處的峰為γ（C-O）。與圖6比較，圖7中1559cm-1處的峰位移至1 598cm-1，說(shuō)明甲殼素脫去了乙?；?。

圖6 未脫乙?；臍ぞ厶?/p>

圖7 脫乙酰度91.7%的殼聚糖

4 結(jié)論

1）用6.0g 甲殼素與氫氧化鈉進(jìn)行脫乙酰反應(yīng)，以脫乙酰度為指標(biāo)時(shí)，最優(yōu)化條件是氫氧化鈉溶液的濃度為40%～50%、有機(jī)相的配比為20%～25%、反應(yīng)溫度為120～130℃、在超聲波中的反應(yīng)時(shí)間為1.0～1.5h、超聲波的頻率為100～110kHz。

2）對(duì)脫乙酰度來(lái)說(shuō)，反應(yīng)時(shí)氧化鈉溶液的濃度和反應(yīng)溫度是主要的影響因素，超聲波的頻率是次要的影響因素，然后是有機(jī)相的配比，影響最小的是反應(yīng)的時(shí)間。

3）超聲波輻射，提高了化學(xué)合成的反應(yīng)速率，從而縮短了反應(yīng)時(shí)間；但是超聲波的頻率不同，對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率有很大的影響。在頻率為100～110kHz 時(shí)，殼聚糖的脫乙酰度是最高的。