壳聚糖的化学降解特性研究(1)
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壳聚糖的化学名称
壳聚糖的化学名称为N-乙酰葡聚糖,是一种天然的多糖类化合物。
它由葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接而成。
壳聚糖在自然界中广泛存在,包括虾壳、蟹壳、贝壳等海洋生物的外壳中。
壳聚糖具有多种独特的化学性质和生物功能。
首先,壳聚糖具有良好的生物相容性和生物可降解性,可被人体内的酶降解成无毒的物质,不会对人体造成任何不良反应。
其次,壳聚糖具有优秀的吸附性能和离子交换性能,能够吸附和去除水中的金属离子、染料、有机物等污染物。
此外,壳聚糖还具有良好的膜形成性能,可用于制备膜材料,广泛应用于水处理、生物医学、食品工业等领域。
壳聚糖还可以通过化学修饰或改性得到不同的功能材料。
例如,通过引入阳离子官能团,可以制备具有吸附和杀菌功能的壳聚糖材料;通过引入羟基磷酸根,可以制备具有骨组织工程应用潜力的壳聚糖材料。
此外,壳聚糖还可以与其他功能材料复合,形成具有多种功能的复合材料,例如壳聚糖/明胶复合凝胶用于药物缓释、壳聚糖/纳米颗粒复合材料用于生物成像等。
壳聚糖作为一种重要的天然多糖类化合物,具有多种独特的化学性质和生物功能,广泛应用于水处理、生物医学、食品工业等领域。
通过化学修饰和复合等手段,可以获得不同功能的壳聚糖材料,为解决环境污染、药物缓释、组织工程等问题提供了新的思路和方法。
壳聚糖的研究和应用前景广阔,对于推动相关领域的发展具有重要
意义。
壳聚糖壳聚糖壳聚糖(chitosan)是由⾃然界⼴泛存在的⼏丁质(chitin)经过脱⼄酰作⽤得到的,化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖,⾃1859年,法国⼈Rouget⾸先得到壳聚糖后,这种天然⾼分⼦的⽣物官能性和相容性、⾎液相容性、安全性、微⽣物降解性等优良性能被各⾏各业⼴泛关注,在医药、⾷品、化⼯、化妆品、⽔处理、⾦属提取及回收、⽣化和⽣物医学⼯程等诸多领域的应⽤研究取得了重⼤进展。
针对患者,壳聚糖降⾎脂、降⾎糖的作⽤已有研究报告。
分⼦式:C56H103N9O39分⼦量:1526.4539简介壳聚糖是甲壳质经脱⼄酰反应后的产品,脱⼄酰基程度(D.D)决定了⼤分⼦链上胺基(NH2)含量的多少,⽽且D.D增加,由于胺基质⼦化⽽使壳聚糖在稀酸溶液中带电基团增多,聚电解质电荷密度增加,其结果必将导致其结构,性质和性能上的变化,⾄今壳聚糖稀溶液性质⽅⾯的研究都忽略了D.D值对⽅程的影响。
壳聚糖是以甲壳质为原料,再经提炼⽽成,不溶于⽔,能溶于稀酸,能被⼈体吸收。
壳聚糖是甲壳质的⼀级衍⽣物。
其化学结构为带阳离⼦的⾼分⼦碱性多糖聚合物,并具有独特的理化性能和⽣物活化功能。
近年来国内外的报导主要集中在吸附和絮凝⽅⾯。
也有报道表明,壳聚糖是⼀种很好的污泥调理剂,将其⽤于活性污泥法废⽔处理,有助于形成良好的活性污泥菌胶团,并能提⾼处理效率。
但研究其对活性污泥中微⽣物活性的影响以及其强化⽣物作⽤的机理,国内外均未见有报导。
在甲壳素分⼦中,因其内外氢键的相互作⽤,形成了有序的⼤分⼦结构.溶解性能很差,这限制了它在许多⽅⾯的应⽤,⽽甲壳素经脱⼄酰化处理的产物⼀壳聚糖,却由于其分⼦结构中⼤量游离氨的存在,溶解性能⼤⼤改观,具有⼀些独特的物化性质及⽣理功能,在农业、医药、⾷品、化妆品、环保诸⽅⾯具有⼴阔的应⽤前景。
物性数据1. 性状:⽩⾊⽆定形透明物质,⽆味⽆臭。
2. 密度(g/mL,25℃):未确定3. 相对蒸汽密度(g/mL,空⽓=1):未确定4. 熔点(oC):未确定5. 沸点(oC,常压):未确定6. 沸点(oC,5.2kPa):未确定7. 折射率:未确定8. 闪点(oC):未确定9. ⽐旋光度(o):未确定10. ⾃燃点或引燃温度(oC):未确定11. 蒸⽓压(kPa,20oC):未确定12. 饱和蒸⽓压(kPa,60oC):未确定13. 燃烧热(KJ/mol):未确定14. 临界温度(oC):未确定15. 临界压⼒(KPa):未确定16. 油⽔(⾟醇/⽔)分配系数的对数值:未确定17. 爆炸上限(%,V/V):未确定18. 爆炸下限(%,V/V):未确定19. 溶解性:溶于PH<6.5的稀酸,不溶于⽔和碱溶液.主要⽤途1.主要应⽤于⾷品、医药、农业种⼦、⽇⽤化⼯、⼯业废⽔处理等⾏业。
第一章 绪 论1.1 壳聚糖及其结构特点壳聚糖(Chitosan)是甲壳素(Chitin)脱乙酰基后的产物,是甲壳素最基本、最重要的衍生物。
甲壳素又名甲壳质、几丁质,化学名为(1,4)—2—乙酰胺—2—脱氧—β—D—葡聚糖,主要存在于虾、蟹、蛹及昆虫等动物外壳以及菌类、藻类植物的细胞壁中。
节肢类动物的干外壳约含20~50%甲壳素。
自然界中甲壳素有三种结构:α、β、γ,其中最为常见、普通的是α型。
地球上每年甲壳素的生物合成量为数十亿吨,是产量仅次于纤维素的天然高分子化合物。
下图1-1是甲壳素和壳聚糖的结构:图1-1 甲壳素、壳聚糖分子的结构示意图Fig.1-1 The configuration schematic of chitin and chitosan纯净的甲壳素和壳聚糖均为白色片状或粉状固体,比重0.3,常温下能稳定存在。
甲壳素分子之间存在强烈的氢键作用,使得甲壳素形成高度的结晶结构,因而甲壳素分子高度难溶。
甲壳素不溶于水及绝大多数有机溶剂,也不溶于稀酸、稀浓碱,只溶于浓酸和某些溶剂。
壳聚糖分子的活性基团为氨基而不是乙酰基,因而化学性质和溶解性较甲壳素有所改善,可溶于稀酸、甲酸、乙酸,但也不溶于水和绝大多数有机溶剂。
由于氨基和羟基比较活泼,壳聚糖的化学性质较甲壳素活泼,可以发生多种化学反应,比如烷基化、酰基化反应等等。
1.2 壳聚糖及其衍生物产品的应用壳聚糖及其衍生物由于其可再生性、生物相容性以及结构中的多种活性基团,具有多种优良的性质,已经广泛应用于化妆品、食品、医药、农业、环保等多个行业中。
1.2.1 在环保中的应用壳聚糖及其衍生物能够通过分子中的氨基和羟基与多种金属离子形成稳定的整合物且可帮助微粒凝聚,故广泛用作化工、轻工纺织等废水处理中的吸附剂和絮凝剂。
壳聚糖作为吸附剂和絮凝剂,能够有效地捕集溶液中的重金属离子和有机物,并可以抑制细菌生长,使污水变清,特别是对于汞、铬、铜、铅、钴、3n n甲壳素壳聚糖锌和砷等元素的离子有明显的吸附滤除作用[1-2]。
壳聚糖简介壳聚糖的化学名为β-(1,4)- 2 -氨基- 2 -脱氧-D-葡萄糖,是甲壳素脱乙酰甲壳素经过脱乙酰度的壳聚糖产品,超过55%。
事实上,脱乙酰甲壳素的N-程度均大于在稀溶液中的酸溶液55%。
N -脱乙酰度达70%之上,可作为工业用品。
这已经看到,壳聚糖和N -甲壳素脱乙酰化程度的差异是不同的。
壳聚糖(CS)是一类新型的优良的性能和普遍的用途的材料,其生物活动性表现出优异的吸附,透明,可以成为膜状结构,多孔可以帮助吸除水分和多孔使其不易挥发具备保湿的性能,纤维。
CS的优点,例如,止血,抗菌活性,时间久了自己可以降解掉,壳聚糖在生物体内可以存在,无毒性,药物损伤和具有抗菌的作用伤口愈合作用,由于其独特的性质,可应用于药物控制释放载体[29]。
因为小,低粘度的壳聚糖的溶解性能,力学性能差,提出了阳离子聚电解质壳聚糖的性质,所以依赖较强的酸碱度,这些劣势使纯壳聚糖溶液电纺很难的。
当前,电纺一般采用壳聚糖和一些聚合物共混进行,如壳聚糖/聚乙烯醇(PV A/CS)[30]、壳聚糖/丝素(CS/SF)[31]、壳聚糖/聚氧化乙烯(CS/PEO)[32]等,这些高分子化合物的壳聚糖含量大多小于43%,但随着CS含量的继续增加,使溶液的浓度稀释,电纺纤维形态的变化,开始出现液滴和主轴,并伴有纤维纠缠和折断现象。
壳聚糖的性质壳聚糖(CS)的制备方法和原料的不同,使壳聚糖固体出现灰白色或半透明的白色,非晶特性。
它的分子数从数十万到数百万之间到大不相同,CS的溶解性对酸碱性的要求很严格,可以溶于稀酸盐这种酸性溶液,如无机酸,无机盐和大多数有机酸,通常不溶于稀的磷酸和硫酸,更不溶于碱性溶液和中性的水。
在较稀的酸溶液中壳聚糖能够少量溶于稀酸溶液中,壳聚糖通常是现配现用的,因为它的主链会因为溶液呈现酸性而缓慢水解,使溶液的粘度逐渐降低。
壳聚糖大分子中存在很多羟基和氨基,它们的化学反应活性都很强,使壳聚糖能在特定条件下反应生成具有不同性能的衍生物,应用范围得到扩大。
文献综述钟士亮 041511130壳聚糖(chitosan)是甲壳素N-脱乙酰基的产物,是由β-(1,4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖单元和β-(1,4)-2-乙酰胺基-2-脱氧-D-葡萄糖单元组成的共聚体[1]。
而甲壳素是地球上最丰富的高分子化合物之一,每年的天然产量达上百亿吨,仅次于纤维素。
甲壳素与Ca2+是虾、蟹、昆虫的外壳、藻类、菌类细胞壁的主要构成成分[2]。
壳聚糖是迄今发现的唯一具有明显碱性、带正电荷的天然多糖类有机高分子。
壳聚糖分子结构中含有氨基、羟基、氧桥以及富含电子的吡喃环活性基团,通常在生物体内表现出极强的亲和性,同时具有抗菌活性等,但是,壳聚糖结构上大量的羟基和氨基,使得壳聚糖分子间与分子内有强烈的氢键作用,所以壳聚糖不溶于一般溶剂和水,但可以溶解于稀酸,如醋酸,盐酸等,这使得壳聚糖的推广应用受到很大程度上的限制,因此改善壳聚糖的溶解性能特别是改善其水溶性,是壳聚糖改性研究中最重要的方向之一[3-4]。
壳聚糖在生物学和医学上都具有潜在的应用价值。
据报道壳聚糖单体,有许多独特的生理活性,促进脾脏抗体生长,抑制肿瘤细胞[5];强化肝脏功能,降低血压,吸附胆固醇;在微酸环境中具有较强的抗菌作用和显著的吸湿保湿力;活化植物细胞,促进植物快速生长[6]。
壳聚糖能促进血液凝固,可用作止血剂。
它还可用于伤口填料物质,良好的生物相容性和生物可降解性,还具有消炎、减少创面渗出和促进创伤组织再生、修复和愈合的作用。
壳聚糖结构如下图1.1:图 1.1 壳聚糖的结构式它分子链上的胺基和羟基都是很好的配位基团。
1 壳聚糖的性质1.1壳聚糖物理化学性质1811年法国科学家Braconno提取得到的甲壳素,甲壳素通过脱乙酰化得到壳聚糖,从此人们对它的研究越来越多。
壳聚糖呈白色或灰白色,略有金属光泽,为透明且无定形固体。
在185 ℃下开始分解,不溶于水和稀碱,可溶于大多数有机酸和部分无机酸中,壳聚糖分子中同时存在大量的氨基和羟基,因此可以进行相应的修饰、接枝、以及活化等[7]壳聚糖以其氢键相互交联成网状结构,利用适当的溶剂,可制成透明的的薄膜,壳聚糖的溶液具有粘性是一种理想的成膜物。
壳聚糖的作用壳聚糖是一种天然的多糖化合物,由β-1,4-葡萄糖胺和β-1,3-N-乙酰葡萄糖胺组成。
它在许多领域都具有重要的应用价值,因其独特的生物活性和化学特性而被广泛应用。
下面将详细介绍壳聚糖的主要作用和应用。
首先,壳聚糖在医药领域具有广泛的应用。
它具有生物降解性、生物相容性和低毒性等特点,被广泛应用于制备药物缓释剂、药物控制释放系统和组织修复材料等。
壳聚糖在制备药物缓释剂时,可以作为药物的载体,通过改变粒径、结构和表面功能化等手段,实现药物的长效缓释和减少副作用。
此外,壳聚糖还可以制备抗菌剂、抗癌药物和生物活性肽的缓释系统,以提高药物的疗效和减少药物的不良反应。
其次,壳聚糖在食品工业中具有重要作用。
它可以作为食品添加剂,用于提高食品的质感、稳定性和抗氧化性能。
壳聚糖具有天然的高黏度、高胶凝性和高胶溶性等特点,可以用于制备凝胶状食品,如果冻、布丁和凝胶糖等。
此外,壳聚糖还可以作为食品的保鲜剂和脱苦剂,延长食品的保质期和改善食品的口感。
此外,壳聚糖还在环境领域具有重要的应用。
它可以作为废水处理剂和土壤修复剂,可有效去除水体中的重金属、有机物和色素等有害物质。
壳聚糖具有丰富的阳离子和静电吸附能力,可以通过与有害物质的吸附和络合作用,将其从水体中去除,从而净化水质。
此外,壳聚糖还可以作为土壤修复剂,通过改变土壤的物理性质和化学性质,提高土壤的肥力和固定有机物质的能力,实现土壤的修复和改良。
最后,壳聚糖还在纺织工业中具有应用前景。
它可以用于纤维的改性和功能化处理,以提高纤维的柔软性、光泽度和吸湿性等。
壳聚糖可以作为表面活性剂和防缩剂,将其与纤维表面进行化学反应,形成致密的薄膜,从而改变纤维的表面性质。
此外,壳聚糖还可以与纤维表面的活性基团发生缔合反应,增加纤维表面的亲水性和抗静电性,提高纤维的品质和附加值。
总之,壳聚糖具有广泛的应用价值,在医药、食品、环境和纺织等领域发挥着重要作用。
随着对壳聚糖的深入研究和不断创新,相信壳聚糖在更多领域将有更广泛的应用前景。
壳聚糖的化学结构壳聚糖的化学结构特征:化学名:β-(1→4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖分子式:(C6H11NO4)n单元体的分子量为:161.2氨基葡萄糖是壳聚糖的基本组成单位,壳二糖是壳聚糖的基本结构的糖单元,采用壳聚糖酶自然降解壳聚糖得到的最终产物是壳二糖。
壳聚糖呈现双螺旋结构特征,螺距为0.515 nm,6个糖残基组成一个螺旋平面。
甲壳素和壳聚糖的氨基、羟基、N-乙酰氨基形成的氢键,形成了甲壳素和壳聚糖大分子的二级结构。
壳聚糖的氨基葡萄糖残基的椅式结构中有2种分子内氢键,一种壳聚糖分子间氢键是C3-OH与相邻的另一条壳聚糖分子链上的糖苷基形成的,另一种分子间氢键是氨基葡萄糖残基的C3-OH与相邻壳聚糖呋喃环上的氧原子形成的。
甲壳素和壳聚糖的C3-OH、C2-NH2、C6-OH等官能团均可形成分子内和分子间氢键。
[1]壳聚糖分子的基本单元是带有氨基的葡萄糖,分子内同时含有氨基、乙酰氨基和羟基,故性质比较活泼,可进行修饰、活化和偶联。
壳聚糖分子链上的氨基、羟基、N-乙酰氨基等会参与分子内和分子间氢键的形成,壳聚糖具有膨润、扩散、吸附、保水、难以被人体消化吸收等长链糖分子特性,同时壳聚糖分子因为分子具有规整性在氢键作用下容易形成结晶区,这对材料的性能有很大的影响。
壳聚糖通过大分子链上分布的羟基、氨基、N-乙酰氨基相互作用形成各种分子内和分子间氢键。
壳聚糖分子因为数量众多的氢键更容易形成结晶区,从而具有较高的结晶度,具有很好的吸附性、成膜性、成纤性和保湿性等物理机械性能。
壳聚糖(Chitosan),又称乙酰甲壳素、脱乙酰甲壳素,是由经脱乙酰化反应的甲壳素制备而成。
壳聚糖的化学名称是βB-(1→4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖,化学结构式如下图壳聚糖的结构式(n为聚合度)由于壳聚糖分子含有游离的氨基,随着壳聚糖分子中的氨基数量的增多,它的氨基特性会越来越明显。
在含有H+的溶液中很容易生成盐,表现出阳离子性质。
羧甲基壳聚糖的性能及应用概况一、本文概述《羧甲基壳聚糖的性能及应用概况》这篇文章旨在全面介绍羧甲基壳聚糖(Carboxymethyl Chitosan,简称CMC)的基本性能及其在各个领域的应用情况。
羧甲基壳聚糖是一种由壳聚糖经过化学改性得到的水溶性多糖衍生物,具有良好的水溶性、生物相容性、生物可降解性和独特的物理化学性质。
由于其独特的性质,羧甲基壳聚糖在医药、食品、环保、农业和化妆品等多个领域得到了广泛应用。
本文将系统介绍羧甲基壳聚糖的基本性质、合成方法、改性技术,以及在不同领域中的应用实例和研究进展,以期为相关领域的研究人员和企业提供有价值的参考信息,推动羧甲基壳聚糖在各领域的应用和发展。
二、羧甲基壳聚糖的基本性质羧甲基壳聚糖(Carboxymethyl chitosan,简称CMC)是一种重要的壳聚糖衍生物,具有一系列独特的物理化学性质。
其最基本的性质源于其分子结构中的氨基和羧基官能团,这些官能团赋予了CMC出色的水溶性、离子交换能力和生物活性。
羧甲基壳聚糖的溶解性相较于未改性的壳聚糖有了显著提升。
由于羧甲基的引入,CMC在水中的溶解度大大增加,可以在广泛的pH值范围内溶解,这使得其在各种水溶液体系和生物应用中具有更大的灵活性。
CMC具有良好的离子交换能力。
其分子中的羧基可以发生电离,产生带有负电荷的离子,从而与带有正电荷的离子进行交换。
这种离子交换性质使得CMC在重金属离子吸附、水处理、药物载体等领域具有广泛的应用前景。
羧甲基壳聚糖还表现出良好的生物相容性和生物活性。
其分子结构中的氨基和羧基可以与生物体内的多种物质发生相互作用,如蛋白质、多糖、核酸等,从而显示出良好的生物相容性。
其生物活性使得CMC在生物医药、组织工程、生物传感器等领域具有潜在的应用价值。
羧甲基壳聚糖的基本性质使其在多个领域具有广泛的应用前景。
随着科学技术的不断发展,对CMC的研究和应用将会越来越深入,其在各个领域的应用也将不断拓展。
摘要本文是研究壳聚糖的化学降解的特性。
壳聚糖的大分子链上的苷键在一定的化学介质中,具有一定的可降解反应性,通过研究壳聚糖在酸性、氧化剂环境中分子量的下降,探讨各工艺条件对该化学降解反应过程的影响。
结果表明:(1)在以盐酸为反应介质时,时间、温度、双氧水用量对壳聚糖降解均产生影响,但双氧水对壳聚糖降解影响最大,反应时间影响最小。
温度达到70-80℃降解达到最大化,产物分子量为最小值。
(2)在以醋酸为反应介质时,时间、温度、双氧水用量对壳聚糖降解均产生影响,但双氧水对壳聚糖降解影响最大,反应时间影响最小。
(3)在同种条件下,壳聚糖在醋酸中降解程度大于在盐酸中的降解程度。
证明醋酸中的H+更易于壳聚糖中的游离的氨基相结合,使壳聚糖分子之间与分子内部氢键断裂,长链的糖苷键断裂,生成相对分子质量小的分子片段。
关键词:壳聚糖,化学降解酸性介质氧化剂AbstractThis article is a study of chitosan chemical degradation characteristics.Glucoside bond on the macromolecular chains of chitosan in the chemical side bond on the macromolecular chains of chitosan in the chemical media,has a certain degradation,Through the study of chitosan in acidic(In this paper,has hydrochloric acid and acetic acid solution),the molecular weight decreases in the oxidant environment,Explore the various process conditions on the chemical degradation of the reaction process。
Preparation of different molecular weight chitosan。
And analyze the future direction of development .Key Words:chitosan,Chemical degradation,Acidic medium,Oxidant目录摘要 (I)ABSTRACT (II)引言 ............................................................. - 1 - 1 文献综述 ......................................................... - 2 -1.1壳聚糖降解的意义 (2)1.2壳聚糖的性质 (2)1.3壳聚糖降解方法 (3)1.3.1 酸降解.................................................... - 3 -1.3.2 氧化降解.................................................. - 3 -1.3.3 物理降解.................................................. - 3 -1.3.4 酶降解.................................................... - 4 - 1.4影响壳聚糖降解的因素 (4)1.5展望 (5)2 实验部分 ......................................................... - 6 -2.1实验仪器与试剂 (6)2.1.1实验仪器 .................................................. - 6 -2.1.2实验试剂 .................................................. - 6 - 2.2实验方法 (7)2.2.1实验设计 .................................................. - 7 -2.2.2 实验过程.................................................. - 8 - 2.3低聚壳聚糖分子量的测定. (8)3 结果与结论 ...................................................... - 10 -3.1在盐酸介质中的降解反应 (10)3.1.1反应温度对降解反应的影响 ................................. - 10 -3.1.2 反应时间对降解反应的影响................................. - 11 -3.1.3 双氧水用量对降解反应的影响............................... - 12 - 3.2在醋酸介质中的降解反应 (13)3.2.1反应温度对降解反应的影响 ................................. - 13 -3.2.2 反应时间对降解反应的影响................................. - 14 -3.2.3 双氧水用量对降解反应的影响............................... - 15 - 致谢 ................................................ 错误!未定义书签。
参考文献 .......................................................... - 18 -引言壳聚糖作为甲壳素的脱乙酰化产物,在自然界中储量丰富,主要存在于昆虫,虾,蟹的外壳中,以及藻类和菌类的细胞壁中。
年产量仅次于纤维素,被名为第二大天然高分子,也是现在唯一的碱性多糖。
由于壳聚糖有特殊的生理活性,无毒﹑降解性好﹑生物相容性好。
因此近年来,随着科技的发展,壳聚糖在化工﹑环保﹑食品﹑印染﹑纺织﹑生物医药等方面具有广泛的应用。
可用作微量金属离子提取剂、纸张添加剂、胶卷增感剂、废水处理中的高效絮凝剂、化妆品中的保湿剂、食品添加剂和保藏剂以及印染固色剂;可用于制造催化功能膜和各种形式的能量转换膜,可提高巨噬细胞的吞噬功能,抑制肿瘤生长,是肠道有益细菌双歧杆菌的增殖因子,能降低胆固醇和血脂;可用于制造药物可控释放膜、可吸收的手术缝合线以及人工透析膜等等。
但犹豫壳聚糖分子量较大,结构紧密,不溶于水等普通溶剂,只能在某些酸中溶解,因此一定程度的限制了壳聚糖的应用。
经过降解后的壳聚糖,分子量可低于10000,有利于保留高分子时的优良特性,还因溶解性增强,利于吸收利用,进一步呈现出许多不同的生理活性。
随着对壳聚糖生理活性的研究,其利用价值已在我国形成一个巨大的产业,带来了可观的经济效益和社会效益。
主要内容:本课题是壳聚糖的化学降解的特性研究。
壳聚糖的大分子链上的苷键在一定的化学介质中,具有一定的可降解反应性,通过研究壳聚糖在酸性、氧化剂环境中分子量的下降,探讨各工艺条件对该化学降解反应过程的影响。
要求:探讨工艺条件对壳聚糖在酸性、氧化剂环境中化学降解反应过程的影响,制备不同分子量的壳聚糖。
1 文献综述壳聚糖也称几丁聚糖,是由几丁质经过脱乙酰作用得到。
学名(1-4)-2-氨基-β-D 葡萄糖。
低聚壳聚糖是由甲壳素和壳聚糖经水解后产生的一类低聚合度( n一般在2~ 20)、可溶于水的氨基糖类化合物, 是甲壳素低聚物)和壳聚糖低聚物的总称[1]。
低聚壳聚糖不仅保持了高聚壳聚糖所具有的某些功能性质,如降低胆固醇、降血压血脂、防治糖尿病、强化肝脏机能、治疗烧烫伤等,而且还具有许多高聚壳聚糖所不具备的生理活性和功能性质,如保湿性、抗肿瘤活性、调节肠道菌群、增强免疫力、抵抗微生物感染、促进止血以及诱导植物产生抗毒素等诸多作用。
因此,如何有效的通过一系列物理和化学方法制备低分子量的壳聚糖,日益受到人们的关注[2]。
低分子壳聚糖不仅在医学方面具有广泛应用,在生物工程﹑食品﹑化妆品﹑农业等领域都已得到广泛应用。
1.1 壳聚糖降解的意义由于低聚壳聚糖无毒,无污染等作用,原料来源丰富,并具有许多突出的优点;(1)溶解度高;(2)易被吸收利用;(3)无抗原性;(4)在宿主体内较弱的积累。
如前所述,低聚壳聚糖在药物,食品等领域得到广泛应用,因此,其开发前景十分广阔。
但因为我国目前氧化降解研究较多,H2O2对食品等安全性产生的隐患值得考虑。
相信在众多学者努力下,壳聚糖能够为人类创造更多的幸福。
1.2 壳聚糖的性质(1)化学性质壳聚糖的化学性质非常活泼,它可发生羟甲基化反应、酯化反应、氰乙基化反应、可以利用氨基与醛反应生成碱、与环氧化物反应生成羟乙基化的可溶于水衍生物、引入碳水化合物支链的反应得到具有梳状或树枝状支链的可溶于水的产物。
壳聚糖的结构的主要特点是分子中含有大量—OH和—NH2官能团。
—OH和—NH2具有一定的化学活性,通过这2个官能团可对壳聚糖进行改性,以达到不同的改性目的。
(2)物理性质壳聚糖是白色或灰白色无定性、半透明、有珍珠光泽的固体,因原料不同和制备方法不同,相对分子质量也从数十万至数百万不等,不溶于水和碱溶液,可溶于稀的盐酸、硝酸等无机酸和大多数有机酸,不溶于稀的硫酸、磷酸。
在稀酸中,壳聚糖的主链也会缓慢水解,溶液粘度逐渐降低,所以壳聚糖溶液一般是随用随配。
(3)生理活性大量的研究表明,用壳聚糖降解制备的平均相对分子质量在5 000~10 000的低聚壳聚糖对真菌和微生物有一定抑制作用,且这种抑制作用随着质量浓度增加而增强。
在探讨低聚壳聚糖抗菌活性与结构关系时发现,其活性与氨基质子化程度及相对分子质量有关。
也有学者推断,平均相对分子质量在1 500左右的壳聚糖可通过细胞壁进入细胞体内,阻碍遗传因子从DNA到RNA的转录过程,抑制细菌繁殖,从而表现出较强的抗菌活性[3]。
1.3 壳聚糖降解方法壳聚糖的降解方法包括许多种类,大体上,可分为物理降解法,化学降解法,酶解法,复合降解法4大类。
化学降解法主要包括酸降解法和氧化降解法。
1.3.1 酸降解由于糖苷键对酸不稳定,所以利用酸(有机酸或无机酸)使壳聚糖发生水解来制备低聚壳聚糖。
现如今常使用的酸是盐酸。
盐酸中的H+与壳聚糖中的游离的氨基相结合,使壳聚糖分子之间与分子内部氢键断裂,长链的糖苷键断裂,生成相对分子质量大小不等的分子片段。