CN104448057A - 一种纳米级阿魏酸蔗渣木聚糖酯的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米级阿魏酸蔗渣木聚糖酯的制备方法。首先在一定条件下，选择生物活性较高的阿魏酸与醋酸酐在吡啶中反应生成乙酰阿魏酸，进一步与二氯亚砜反应生成乙酰阿魏酰氯。再以乙酰阿魏酰氯为酯化剂，对甲苯磺酸为催化剂，于有机溶剂中与天然高分子生物质蔗渣木聚糖进行酯化反应合成乙酰阿魏酸蔗渣木聚糖酯，然后在碳酸氢钠溶液中进行去乙酰化得到阿魏酸蔗渣木聚糖酯。再将阿魏酸蔗渣木聚糖酯经无水乙醇沉淀、过滤、干燥制得纳米级阿魏酸蔗渣木聚糖酯，粒径为30nm~90nm。本发明制得的产品具有抗氧化、消炎、抗癌等生物特性，可广泛应用于保健食品、医药制剂等领域。

Description

一种纳米级阿魏酸蔗渣木聚糖酯的制备方法

技术领域

本发明涉及一种纳米级阿魏酸蔗渣木聚糖酯的制备方法。

背景技术

木聚糖是一种结构复杂的重要聚合糖，广泛存在于秸秆、草和硬木中，产量丰富，在木质纤维中含量为20％～35％。木聚糖因具有独特的生物活性和生理功能、良好的生物相容性、生物降解性和抗癌功效，在食品、化工、医药等领域具有广泛的应用。

酯化改性是木聚糖等多糖类天然产物常见并十分有效的改性方法，通常包括直接酯化法和间接酯化法，酯化剂包括硫酸、氯磺酸、苯甲酸、苯甲酸酐、苯甲酰氯等有机酸、无机酸以及酰氯。合成的主要产物有木聚糖硫酸酯、木聚糖苯甲酸酯、木聚糖癸酸酯、木聚糖月桂酸酯等，这些产品在某些领域均表现出优异的性能。阿魏酸即4-羟基3-甲氧基肉桂酸，其分子结构上的羧基活泼，易于含羟基的多种物质发生酯化反应，再加上阿魏酸所具备的药理作用，可以设计用作酯化改性试剂以增强蔗渣木聚糖的活性。

本发明首先在一定条件下，选择生物活性较高的阿魏酸与醋酸酐在吡啶中反应生成乙酰阿魏酸，进一步与二氯亚砜反应生成乙酰阿魏酰氯。再以乙酰阿魏酰氯为酯化剂，对甲苯磺酸为催化剂，于有机溶剂中与蔗渣木聚糖进行酯化反应合成乙酰阿魏酸蔗渣木聚糖酯，然后在碳酸氢钠溶液中进行去乙酰化得到阿魏酸蔗渣木聚糖酯。这种方法不仅提高了酯化取代度，而且合成的阿魏酸酯化蔗渣木聚糖能够有效的改善原蔗渣木聚糖的功能特性和生物活性，拓宽了蔗渣木聚糖在医药、化工、生物领域的应用。

发明内容

本发明的目的是为了改善蔗渣木聚糖的功能特性与生物活性，克服木聚糖粒子分散性差、难溶解等问题，拓宽应用领域，提高附加价值，提供一种阿魏酸蔗渣木聚糖酯的制备方法。

本发明的具体步骤为：

(1)将4～20g阿魏酸加入250mL的四口烧瓶中，并向其中加入10～22mL分析纯醋酸酐和10～16mL分析纯吡啶，控制冰浴反应温度为5～25℃，搅拌下反应6～12小时。

(2)将步骤(1)所得溶液倒入烧杯中，并在玻璃棒搅拌下向其中加入20～40mL质量分数为20％～30％的盐酸溶液，析出白色沉淀。

(3)抽滤步骤(2)所得混合物，并用10～15mL蒸馏水洗涤沉淀3次后送至50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，得乙酰阿魏酸。

(4)取5～10g步骤(3)所得乙酰阿魏酸加入到250mL的四口烧瓶中，向其中加入30～50mL分析纯环己烷和0.1～0.5g二甲基甲酰胺，搅拌回流30分钟。

(5)控制反应温度60～80℃，在搅拌下向步骤(4)中的四口烧瓶中逐滴加入5～30mL分析纯二氯亚砜，控制在20～30分钟内滴加完毕；滴加完毕后继续搅拌2～4小时。

(6)将步骤(5)所得混合物倒入烧杯中，在温度为60～80℃的条件下蒸发浓缩20～60分钟，得红棕色固体。

(7)将步骤(6)所得固体置于50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，得乙酰阿魏酰氯。

(8)称取蔗渣木聚糖3～8g加入到另一个250mL四口烧瓶中，并加入0.1～0.3g对甲苯磺酸，30～50mL分析纯丙酮，室温下搅拌20～30分钟得到蔗渣木聚糖悬浮液。

(9)称取2～10g步骤(7)所得乙酰阿魏酰氯加入到步骤(8)的反应体系中，搅拌均匀，升温至30～55℃，反应3～6小时。

(10)抽滤步骤(9)所得混合物，分别用10～15mL蒸馏水和5～10mL无水乙醇依次洗涤沉淀3次，得淡黄色固体粉末。

(11)将步骤(10)所得淡黄色固体粉末置入30～50mL碳酸氢钠的无水乙醇饱和溶液中，常温下搅拌直至溶液的pH不发生变化。

(12)抽滤步骤(11)所得混合物溶液，用10～15mL蒸馏水洗涤沉淀3次后送入50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，即得产品阿魏酸蔗渣木聚糖酯。

(13)采用酸碱滴定法测定产品取代度：精确称取0.50g样品，放入50mL锥形瓶中，锥形瓶中加入10mL蒸馏水，再加入2滴质量分数为5％的酚酞指示剂，用浓度为0.1mol/L的NaOH标准溶液滴定至浅红色(30s内不褪色)；向锥形瓶中加入2.5mL浓度为0.5mol/L的NaOH标准溶液；在25℃下震荡皂化4h，继续用浓度为0.5mol/L的盐酸标准溶液滴定至无色。记录滴定盐酸标准溶液的体积为V₁。在相同条件下，用蔗渣木聚糖进行空白滴定，消耗的盐酸标准溶液体积V₀。目标产物中阿魏酰基的质量分数(w_c)、阿魏酸酯化蔗渣木聚糖的取代度(DS)计算公式如下：

$w_C=\frac{(V_0-V_1)\×{10}^{-3}\×C_{\mathrm{HCl}}\×M}{m}$

$\mathrm{DS}=\frac{132\×w_C}{M-(M-1)\×w_C}$

式中：

w_c——目标产物中阿魏酰基的质量分数，％；

V₀——滴定蔗渣木聚糖消耗盐酸标准溶液体积，单位mL；

V₁——滴定阿魏酸蔗渣木聚糖酯消耗的盐酸标准溶液体积，单位mL；

C_HCl——盐酸标准溶液浓度，单位mol/L；

m——目标产物阿魏酸蔗渣木聚糖酯样品的质量，单位g；

M——阿魏酰基的相对分子质量；

132——蔗渣木聚糖脱水木糖单元的相对分子质量；

DS——阿魏酸蔗渣木聚糖酯化取代度。

(14)称取步骤(12)所得产品阿魏酸蔗渣木聚糖酯1～5g，按照固液比1:50～1:200加入质量分数为1％～2％的NaOH溶液，在30℃～50℃条件下溶解，然后用浓度为0.5mol·L^-1～5mol·L^-1的盐酸溶液调pH为5.5。

(15)将步骤(14)所得溶液在3倍体积的无水乙醇中沉淀，过滤后得到滤饼。按照滤饼与无水乙醇质量比1:20～1:100将滤饼分散在无水乙醇中，再将过滤后的滤饼在30～50℃真空干燥箱中干燥12～24小时至恒重，制得纳米级阿魏酸蔗渣木聚糖酯。

(16)采用马尔文Zetaszier Nano-ZS90仪器测量步骤(15)所得纳米阿魏酸蔗渣木聚糖酯的粒径和重均分子量。

本发明涉及的阿魏酸蔗渣木聚糖酯的合成工艺包含了对酯化剂的改进，同时所得产品经马尔文Zetaszier Nano-ZS90仪器测量粒径达到了纳米级别，具有取代度高、成本低等特点，热稳定性和溶解性都得到了显著的改善。

附图说明

图1为原蔗渣木聚糖IR图。

图2为本发明实施例制备的阿魏酸蔗渣木聚糖酯IR图。

图3为原蔗渣木聚糖TG及DTG曲线。

图4为本发明实施例制备的蔗渣木聚糖阿魏酸酯TG及DTG曲线。

具体实施方式

实施例：

(1)将8g阿魏酸加入250mL的四口烧瓶中，并向其中加入15.6mL分析纯醋酸酐和10mL分析纯吡啶，控制反应温度为25℃，搅拌下反应6小时。

(2)将步骤(1)所得溶液倒入烧杯中，并在玻璃棒搅拌下向其中加入40mL质量分数为20％的盐酸溶液，析出白色沉淀。

(3)抽滤步骤(2)所得混合物，并用10mL蒸馏水洗涤沉淀3次后送至50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，得9.6g乙酰阿魏酸。

(4)取8g步骤(3)所得乙酰阿魏酸加入到250mL的四口烧瓶中，向其中加入30mL分析纯环己烷和0.3g二甲基甲酰胺，搅拌回流30分钟。

(5)控制反应温度60℃，在搅拌下向步骤(4)中的四口烧瓶中逐滴加入8.5mL分析纯二氯亚砜，控制在20分钟内滴加完毕；滴加完毕后继续搅拌3小时。

(6)将步骤(5)所得混合物倒入烧杯中，在温度为60～80℃的条件下蒸发浓缩20～60分钟，得红棕色固体。

(7)将步骤(6)所得固体置于50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，得8.8g乙酰阿魏酰氯。

(8)称取蔗渣木聚糖3g加入到另一个250mL四口烧瓶中，并加入0.3g对甲苯磺酸，45mL分析纯丙酮，室温下搅拌30分钟得到蔗渣木聚糖悬浮液。

(9)称取5g步骤(7)所得乙酰阿魏酰氯加入到步骤(8)的反应体系中，搅拌均匀，升温至50℃，反应4小时。

(10)抽滤步骤(9)所得混合物，分别用10mL蒸馏水和10mL无水乙醇依次洗涤沉淀3次，得淡黄色固体粉末。

(11)将步骤(10)所得淡黄色固体粉末置入30mL碳酸氢钠的无水乙醇饱和溶液中，常温下搅拌直至溶液的pH不发生变化。

(12)抽滤步骤(11)所得混合物溶液，用10mL蒸馏水洗涤沉淀3次后送入50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，即得产品阿魏酸蔗渣木聚糖酯2.55g。

(13)利用酸碱滴定的方法对阿魏酸酯化蔗渣木聚糖酯化取代度进行测定，测得DS＝1.67。

(14)称取步骤(12)所得产品2g，按照固液比1:100加入质量分数为1％的NaOH溶液，在30℃条件下溶解，然后用浓度为1mol·L^-1的盐酸溶液调pH为5.5。

(15)将步骤(14)所得溶液在3倍体积的无水乙醇中沉淀，过滤后得到滤饼；再按照滤饼与无水乙醇质量比1:20～1:100将滤饼分散在无水乙醇中，然后将抽滤后的滤饼在30～50℃真空干燥箱中干燥12～24小时至恒重，制得纳米级没食子酸蔗渣木聚糖酯。

(16)采用马尔文Zetaszier Nano-ZS90仪器测量步骤(15)所得纳米级阿魏酸蔗渣木聚糖酯的粒径在30～90nm，重均分子量为22000g/mol。

产品经IR分析，显示3408.71cm^-1为糖分子中带氢键的羟基伸缩振动形成的宽而强的峰，3011.91cm^-1为阿魏酸上烯烃的C—H伸缩振动峰，1689.89cm^-1为阿魏酸烯烃上C＝C伸缩振动峰，856.27cm^-1为阿魏酸上烯烃的C—H弯曲振动峰，1507.64cm^-1为苯环骨架振动特征峰，1121.41cm^-1为C—O的伸缩振动峰，1762.21cm^-1为酯类C＝O吸收振动峰，895～870cm^-1处为β-D糖苷键构型的木聚糖分子骨架振动峰。可以看出，木聚糖经过酯化产物在1762.1cm^-1，1689.89cm^-1，1507.64cm^-1分别处出现酯基、双键、苯环的特征吸收峰，说明蔗渣木聚糖成功的与阿魏酸发生了酯化反应，产物为阿魏酸蔗渣木聚糖酯。

产品经TG-DTG分析，原蔗渣木聚糖在0～100℃的质量损失接近20％，而改性后的阿魏酸蔗渣木聚糖酯的质量损失仅为6％；在200～300℃原蔗渣木聚糖迅速分解，而改性后的产品在200～250℃分解迅速，在250～400℃却分解缓慢。说明无论是在低温还是高温，对比原蔗渣木聚糖，产物阿魏酸蔗渣木聚糖酯的热稳定性明显提高。

Claims (1)

1.一种纳米级阿魏酸蔗渣木聚糖酯的制备方法，其特征在于具体步骤为：

（1）将4~20g阿魏酸加入250mL的四口烧瓶中，并向其中加入10~22mL分析纯醋酸酐和10~16mL分析纯吡啶，控制冰浴反应温度为5~25℃，搅拌下反应6~12小时；

（2）将步骤（1）所得溶液倒入烧杯中，并在玻璃棒搅拌下向其中加入20~40mL质量分数为20%~30%的盐酸溶液，析出白色沉淀；

（3）抽滤步骤（2）所得混合物，并用10~15mL蒸馏水洗涤沉淀3次后送至50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，得乙酰阿魏酸；

（4）取5~10g步骤（3）所得乙酰阿魏酸加入到250mL的四口烧瓶中，向其中加入30~50mL分析纯环己烷和0.1~0.5g二甲基甲酰胺，搅拌回流30分钟；

（5）控制反应温度60~80℃，在搅拌下向步骤（4）中的四口烧瓶中逐滴加入5~30mL分析纯二氯亚砜，控制在20~30分钟内滴加完毕；滴加完毕后继续搅拌2~4小时；

（6）将步骤（5）所得混合物倒入烧杯中，在温度为60~80℃的条件下蒸发浓缩20~60 分钟，得红棕色固体；

（7）将步骤（6）所得固体置于50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，得乙酰阿魏酰氯；

（8）称取蔗渣木聚糖3~8g加入到另一个250mL四口烧瓶中，并加入0.1~0.3g对甲苯磺酸，30~50mL分析纯丙酮，室温下搅拌20~30分钟得到蔗渣木聚糖悬浮液；

（9）称取2~10g步骤（7）所得乙酰阿魏酰氯加入到步骤（8）的反应体系中，搅拌均匀，升温至30~55℃，反应3~6小时；

（10）抽滤步骤（9）所得混合物，分别用10~15mL蒸馏水和5~10mL无水乙醇依次洗涤沉淀3次，得淡黄色固体粉末；

（11）将步骤（10）所得淡黄色固体粉末置入30~50mL碳酸氢钠的无水乙醇饱和溶液中，常温下搅拌直至溶液的pH不发生变化；

（12）抽滤步骤（11）所得混合物溶液，用10~15mL蒸馏水洗涤沉淀3次后送入50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，即得产品阿魏酸蔗渣木聚糖酯；

（13）称取步骤（12）所得产品阿魏酸蔗渣木聚糖酯1~5g，按照固液比1:50~1:200加入质量分数为1%~2%的NaOH溶液，在30℃~50℃条件下溶解，然后用浓度为0.5mol·L^-1~5mol·L^-1的盐酸溶液调pH为5.5；

（14）将步骤（14）所得溶液在3倍体积的无水乙醇中沉淀，过滤后得到滤饼；按照滤饼与无水乙醇质量比1:20~1:100将滤饼分散在无水乙醇中，再将过滤后的滤饼在30~50℃真空干燥箱中干燥12~24小时至恒重，制得纳米级阿魏酸蔗渣木聚糖酯。