CN101701045A

CN101701045A - 一种微水相制备羧甲基壳聚糖的方法

Info

Publication number: CN101701045A
Application number: CN200910232254A
Authority: CN
Inventors: 史劲松; 张卫明; 张和; 孙达峰; 朱昌玲; 戚善龙
Original assignee: YANGZHOU RIXING BIO-TECH Co Ltd; NANJING INSTITUTE FOR COMPREHENSIVE UTILIZATION OF WILD PLANT CHINA CO-OP
Current assignee: Nanjing Institute for Comprehensive Utilization of Wild Plant, China CO-OP; Shantou Youqing Fine Chemical Co., Ltd.; YANGZHOU RIXING BIO-TECH Co., LTD.
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2010-05-05
Anticipated expiration: 2029-12-10
Also published as: CN101701045B

Abstract

本发明属于化工领域，公开了一种微水相制备羧甲基壳聚糖的方法。该方法以壳聚糖为原料，先将壳聚糖进行碱化，然后进行羧化反应，调节pH值、洗涤，干燥、粉碎，获得羧甲基壳聚糖产品。采用本发明的方法制备羧甲基壳聚糖时，不加入任何一种有机溶剂进行膨化；羧化反应后不需要加水稀释、离心、乙醇等有机溶剂进行沉析，同样可以得到取代度较高的产品。本发明方法羧化反应进行得较彻底，不溶于水的沉淀物较少，体系在微水半湿状态下，大大地降低了成本。该方法具有操作简便、设备投资少、成本低廉、节能减排，适合于工业化生产等特点。

Description

一种微水相制备羧甲基壳聚糖的方法

技术领域

本发明属于化工领域，涉及一种改进羧化反应条件的微水相法制备羧甲基壳聚糖的方法。

背景技术

壳聚糖(Chitosan，Cts)是甲壳素脱乙酰后的产物，是一种天然碱性多糖，由于只能溶解于酸及酸性水溶液中，而在中性和碱性溶液中不能溶解而限制了它的理论研究及生产应用。但壳聚糖具有优良的生物亲和性和生物可降解性，容易制成各种衍生物。在众多衍生物中羧甲基壳聚糖(Carboxymethyl-chitosan，CMC)研究最早，也最引人注目。羧甲基壳聚糖是壳聚糖在碱的作用下，与氯乙酸发生反应得到的一类壳聚糖衍生物，反应将羧甲基引入壳聚糖。通过羧甲基改性，可以破坏壳聚糖分子间的氢键，增加其水溶性。使其既能溶于酸中，又能溶于碱中，成为聚两性电解质，从而大大扩大了壳聚糖的应用范围。由于CMC的水溶性比甲壳素和壳聚糖好，从而得到更好的发挥功效，可用作化妆品的保湿剂、果蔬保鲜剂、植物生长促进剂、水处理絮凝剂、及多种药物辅剂等。

根据文献报道，在制备羧甲基壳聚糖时，第一，均需加入乙醇、异丙醇、1，4-二氧六环、二甲亚砜(DMSO)等其中一种有机溶剂进行膨化。如《羧甲基壳聚糖的制备及其在黑莓果汁澄清中的应用》(王卫东等，食品科学，2008，(3)：241-244)所述，反应时称取5g壳聚糖，加入60ml异丙醇进行膨化；又如《非质子溶剂法制备羧甲基壳聚糖》(郑蕾等，安徽工程科技学院学报，2007，(2)：22-25)所述，反应时称取一定量的壳聚糖，加入20mL 1，4-二氧六环中使其全部溶解进行膨化。有机溶液的加入不但增加了成本，也会污染环境；第二，如上述《非质子溶剂法制备羧甲基壳聚糖》所述，反应后将其pH值调节至中性，离心分离，得滤液，加入约2倍体积的无水乙醇沉淀析出。羧化反应后均加水稀释、离心，然后又用乙醇等有机溶剂进行沉析，使用了大量的有机溶剂，增加了很多生产环节，另外有机溶液的回收需要另外的设备及人力，又要消耗大量能量，加大了较多产品成本。

发明内容

本发明的目的是针对上述需要解决的技术问题提供一种微水相法制备羧甲基壳聚糖的方法。

本发明的目的是通过下列技术方案实现的：

一种微水相制备羧甲基壳聚糖的方法，该方法包括下列步骤：

(1)碱化壳聚糖：壳聚糖粉碎，加入适量的水和碱拌匀，在室温下或-20～0℃进行碱化处理；

(2)羧化反应：将步骤(1)所得的碱化处理的壳聚糖，加入壳聚糖重量(指壳聚糖的初始重量，即未加水和碱进行碱化处理时的壳聚糖重量，以下同)的1～8倍的氯乙酸或三氯乙酸(分次或一次缓慢加入)，再加入催化剂，不断拌匀，然后加热进行羧化反应，反应温度为30～70℃，反应时间为30～600min；

(3)调节pH值、洗涤：将步骤(2)所得的羧化反应物冷却至室温，用浓度为60～75％的乙醇溶液洗涤2～3次，同时加酸调节pH值为6.5～7.5；

(4)干燥、粉碎：将步骤(3)所得的洗涤过滤物，放入真空干燥箱内55～65℃下烘干，经粉碎后即得羧甲基壳聚糖成品。

所述的方法，其中步骤(1)中加入适量的水和碱拌匀是指取适量水，其中部分水用于溶解碱，配成碱溶液，剩余部分水加入粉碎后的壳聚糖拌匀，然后分次(每隔10～30min一次，优选3次)或一次(缓慢)加入配制的碱溶液，拌匀。

所述的方法，其中步骤(1)中加水量为壳聚糖重量的0.5～10倍，加碱量为壳聚糖重量的1～5倍，碱化时间为30～300min。优选加水量为壳聚糖重量的0.5～5倍，加碱量为壳聚糖重量的3～5倍，碱化时间60～180min。

所述的方法，其中碱为氢氧化钠或氢氧化钾。

所述的方法，其中氯乙酸或三氯乙酸用量为壳聚糖重量的2～5倍。

所述的方法，其中催化剂为碘化钾或十二烷基三甲基氯化铵；催化剂的用量为壳聚糖重量的0.1～5％。

所述的方法，其中羧化反应的温度为50～60℃，反应时间为180～480min。

所述的方法，其中酸为盐酸、醋酸或柠檬酸。通常可采用浓度为5～20％的盐酸、浓度为10～50％醋酸或浓度为10～50％柠檬酸。

所述的方法，其中步骤(3)中按重量体积比计用于洗涤的乙醇溶液用量(单位：mL)为壳聚糖重量(单位：g)的3～20倍。

本发明有益效果：

本发明的方法包括以壳聚糖为原料，先将壳聚糖进行碱化，然后进行羧化反应，获得羧甲基壳聚糖产品，采用本发明的方法制备羧甲基壳聚糖时，不加入任何一种有机溶剂进行膨化；羧化反应后不需要加水稀释、离心，然后再用乙醇等有机溶剂进行沉析，同样可以得到取代度较高的产品(取代度最高为1.53)。本发明方法羧化反应进行得较彻底，不溶于水的沉淀物较少，一般只有壳聚糖重量的5％以下，体系在微水半湿状态下(整个体系用水较少)，大大地降低了成本。该方法具有操作简便、设备投资少、成本低廉、节能减排，适合于工业化生产等特点。

具体实施方法

以下通过实施例对本发明作进一步的阐述。

羧甲基壳聚糖取代度的测定方法：

精确称取0.5g干燥至恒重的羧甲基壳聚糖于250mL容量瓶中，精确移取50mL0.1mol/L盐酸标准溶液于其中，振摇，使完全溶解，用0.1mol/L氢氧化钠标准溶液滴定，同时用pH计测pH值。

取代度的计算公式如下：

DS＝0.203A/(1-0.058A)；A＝(V₂-V₁)M/W

式中：A——每克样品中羧甲基的物质的mmol；

V₁——pH值为2.1时滴定所消耗的氢氧钠标准溶液的体积mL；

V₂——pH值为4.3时滴定所消耗的氢氧钠标准溶液的体积mL；

W——样品净重g；

M——氢氧化钠标准溶液浓度mol/L。

实施例1

称取20g壳聚糖，粉碎，取10mL水，其中部分水用于溶解65gNaOH，配成NaOH溶液，剩余部分水加入粉碎后的壳聚糖拌匀，分3次加入配制的NaOH溶液(每次间隔15min)，不断拌匀；然后常温放置进行碱化处理，碱化时间120min；碱化处理后分3次(每次间隔10min)加入80g氯乙酸，再加入0.5g碘化钾，不断拌匀；水浴加热，在60℃进行羧化反应180min；反应结束后冷却至室温，用60mL的65％乙醇溶液将羧化反应物洗涤2～3次，同时用浓度为20％(wt)的醋酸调节pH值为7.0。然后放入真空干燥箱内60℃下烘干，经粉碎后即得白色粉状羧甲基壳聚糖样品。经检查样品的取代度1.38，得率91.0％。

实施例2

称取20g壳聚糖，粉碎，取15mL水，其中部分水用于溶解60g NaOH，配成NaOH溶液，剩余部分水加入粉碎后的壳聚糖拌匀，分3次加入配制的NaOH溶液(每次间隔10min)，不断拌匀；在-15℃冷冻情况下进行碱化处理，碱化时间180min；碱化处理后分3次(每次间隔10min)或一次缓慢加入60g氯乙酸，再加入0.5g十二烷基三甲基氯化铵，不断拌匀；水浴加热，在55℃进行羧化反应240min；反应结束后冷却至室温，用80mL的70％乙醇溶液将羧化反应物洗涤2～3次，同时用浓度为20％(wt)的盐酸调节pH值为7.0。然后放入真空干燥箱内60℃下烘干，经粉碎后即得白色粉状羧甲基壳聚糖样品。经检测样品的取代度1.13，得率87.1％。

实施例3

称取20g壳聚糖，粉碎，取10mL水，其中部分水用于溶解90g KOH，配成KOH溶液，剩余部分水加入粉碎后的壳聚糖拌匀，分3次加入配制的KOH溶液(每次间隔15min)，不断拌匀；然后常温放置进行碱化处理，碱化时间120min；碱化处理后分3次(每次间隔10min)加入100g三氯乙酸，再加入0.6g碘化钾，不断拌匀；水浴加热，在60℃进行羧化反应300min；反应结束后冷却至室温，用80mL的70％乙醇溶液将羧化反应物洗涤2～3次，同时用浓度为30％(wt)的醋酸调节pH值为7.0。然后放入真空干燥箱内60℃下烘干，经粉碎后即得白色粉状羧甲基壳聚糖样品。经检查样品的取代度1.53，得率93.8％。

实施例4

称取20g壳聚糖，粉碎，取20mL水，其中部分水用于溶解80g KOH，配成KOH溶液，剩余部分水加入粉碎后的壳聚糖拌匀，分3次加入配制的KOH溶液(每次间隔10min)，不断拌匀；在-15℃冷冻情况下进行碱化处理，碱化时间180min；碱化处理后分3次(每次间隔10min)加入80g三氯乙酸，再加入0.5g十二烷基三甲基氯化铵，不断拌匀：水浴加热，在55℃进行羧化反应240min；反应结束后冷却至室温，用100mL的70％乙醇溶液，将羧化反应物洗涤2～3次，同时用浓度为20％(wt)的柠檬酸调节pH值为7.5。然后放入真空干燥箱内60℃下烘干，经粉碎后即得白色粉状羧甲基壳聚糖样品。经检测样品的取代度1.31，得率90.1％。

Claims

1.一种微水相制备羧甲基壳聚糖的方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

(2)羧化反应：向步骤(1)所得的碱化处理的壳聚糖中加入壳聚糖重量的1～8倍的氯乙酸或三氯乙酸，再加入催化剂，不断拌匀，然后加热进行羧化反应，反应温度为30～70℃，反应时间为30～600min；

(4)干燥、粉碎：将步骤(3)所得的洗涤过滤物，放入真空干燥箱内55～65℃烘干，经粉碎后即得羧甲基壳聚糖成品。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中加入适量的水和碱拌匀是指取适量水，其中部分水用于溶解碱，配成碱溶液，剩余部分水加入粉碎后的壳聚糖拌匀，然后分次或一次加入配制的碱溶液，拌匀。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于步骤(1)中加水量为壳聚糖重量的0.5～10倍，加碱量为壳聚糖重量的1～5倍；优选加水量为壳聚糖重量的0.5～5倍，加碱量为壳聚糖重量的3～5倍。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中碱化时间为30～300min，优选碱化时间为60～180min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于碱为氢氧化钠或氢氧化钾。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于氯乙酸或三氯乙酸用量为壳聚糖重量的2～5倍。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于催化剂为碘化钾或十二烷基三甲基氯化铵；催化剂的用量为壳聚糖重量的0.1～5％。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于羧化反应的温度为50～60℃，反应时间为180～480min。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于酸为盐酸、醋酸和柠檬酸。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中按重量体积比计用于洗涤的乙醇溶液用量为壳聚糖重量的3～20倍，优选3～10倍。