CN106519074A

CN106519074A - 一种分子量可控的水溶性羧甲基壳聚糖的制备方法及应用

Info

Publication number: CN106519074A
Application number: CN201611207833.0A
Authority: CN
Inventors: 吴鹏; 张勇; 刘文杰; 李翠变; 史欣霞; 吴雨蓓
Original assignee: Beijing Crustacean Biotechnology Co Ltd
Current assignee: Beijing Crustacean Biotechnology Co Ltd
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2017-03-22

Abstract

本发明涉及一种分子量可控的水溶性羧甲基壳聚糖的制备方法，步骤如下：S1将甲壳素研磨，溶解于NaOH溶液中，放于微波反应器中，反应结束后用盐酸调至中性，析出固体，烘干得到壳聚糖；S2将上述壳聚糖溶解于NaOH溶液中，加入氯乙酸，该氯乙酸溶于异丙醇中，搅拌均匀，放于微波反应器中，反应结束用盐酸调至中性，析出固体，烘干得到羧甲基壳聚糖；S3将上述羧甲基壳聚糖溶于双氧水溶液中，放于微波反应器中，反应结束后进行超滤，得到羧甲基壳聚糖，析出固体，干燥得溶于水的羧甲基壳聚糖。本发明还公开了一种分子量可控的水溶性羧甲基壳聚糖的应用。通过本发明方法制备的羧甲基壳聚糖，能够实现分子量可控，具有良好的吸湿、保湿、抑菌效果。

Description

一种分子量可控的水溶性羧甲基壳聚糖的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及一种水溶性壳聚糖，尤其是分子量可控的水溶性羧甲基壳聚糖，具有良好的保湿性、吸水性、抑菌性可作为化妆品原料。

背景技术

1.甲壳素，(C8H13O5N)n，又称几丁质，英文名Chitin。1811年法国学者布拉克诺(Braconno)发现，1823年由欧吉尔(Odier)从甲壳动物外壳中提取。淡米黄色至白色，溶于浓盐酸/磷酸/硫酸/乙酸,不溶于碱及其它有机溶剂,也不溶于水。甲壳质的脱乙酰基衍生物(Chitosan derivatives)壳聚糖(chitosan)不溶于水，可溶于部分稀酸。它是一种线型的高分子多糖，即天然的中性粘多糖，若经浓碱处理去掉乙酰基即得脱乙酰壳多糖。它的化学名称为(1，4)-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖，或简称聚胺基葡萄糖。这种壳聚糖由于它的大分子结构中存在大量氨基，从而大大改善了甲壳素的溶解性和化学活性，因此使它在医疗、营养和保健等方面具有广泛的应用价值。甲壳素是地球上存量极为丰富的一种自然资源，也是自然界中迄今为止被发现的唯一带正电荷的动物纤维素。由于它的分子结构中带有不饱和的阳离子基团，因而对带负电荷的各类有害物质具有强大的吸附作用。同样它也能清除人体内的"垃圾"，达到预防疾病、延年益寿的目的。由于甲壳素具有这种独特功能，它被欧美科学家誉为和蛋白质、脂肪、糖类、维生素、矿物质同等重要的人体第六生命要素。

2.羧甲基壳聚糖是一种重要的水溶性甲壳素衍生物，可用作化妆品的保湿剂、果蔬的保鲜剂、植物生长促进剂及药物辅剂等。羧甲基壳聚糖也可像羧甲基甲壳素的制备那样，在碱的存在下用氯乙酸与之反应而得到，但羧甲基甲壳素的羧甲基是在糖残基的C6-OH上发生取代。壳聚糖的情况则要复杂-些，羧甲基既会在-OH上发生取代，也会在-NH上发生取代，生成O-羧甲基和N-羧甲基壳聚糖，对于C6-OH与C2--NH来说，在碱性条件下羧甲基在羟基上的取代活性要高于氨基，因此，当取代度小于1时，羧甲基的取代主要是在羟基上而不是氨基上，只有取代度接近1和高于1时，才会同时在氨基上发生羧甲基取代，形成O,N-羧甲基壳聚糖。

3.以往的研究都是针对如何制备羧甲基壳聚糖，比如有氯乙酸法，乙醛酸法等制备方法。而没有能够控制分子量的范围，研究分子量变化对羧甲基壳聚糖的保湿性、吸水性及抑菌性的影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种分子量可控的水溶性羧甲基壳聚糖的制备方法及应用。

为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：

一种分子量可控的水溶性羧甲基壳聚糖的制备方法，包括如下步骤：

S1将甲壳素研磨，溶解于10倍体积的40％NaOH溶液中，放于微波反应器中，在功率400w下，30度加热反应20分钟，反应结束后用盐酸调至中性，加入5倍体积的乙醇，析出白色固体，烘干得到壳聚糖；

S2将上述壳聚糖溶解于30％NaOH溶液中，加入与壳聚糖等质量的氯乙酸，该氯乙酸溶于5倍质量的异丙醇中，搅拌均匀，放于微波反应器中，在功率600w下，25度反应60分钟，反应结束用盐酸调至中性，低温析出白色粉末固体，烘干得到羧甲基壳聚糖；

S3将上述羧甲基壳聚糖溶于10％双氧水溶液中，放于微波反应器中，在功率400w-800w下，30-60度反应10-20分钟，反应结束后将滤液用超滤膜超滤，得到羧甲基壳聚糖，然后加入5倍体积乙醇，析出白色固体，干燥得溶于水的羧甲基壳聚糖。

进一步的，所述步骤S1中，采用1mol/L的盐酸将反应结束后的溶液调至中性。

进一步的，所述步骤S2中，采用1mol/L的盐酸将反应结束后的溶液调至中性。

进一步的，所述步骤S3中，采用分子量为5万、1万、5千的超滤膜对反应结束后的滤液进行超滤。

本发明还公开了一种分子量可控的水溶性羧甲基壳聚糖的应用，将所述水溶性羧甲基壳聚糖作为化妆品原材料的吸湿剂、保湿剂以及抑菌剂。

本发明公开的一种分子量可控的水溶性羧甲基壳聚糖的制备方法及其应用，具有以下有益效果：

通过本发明方法制备的羧甲基壳聚糖，能够实现分子量可控，并且根据分子量的变化，将其应用于化妆品领域作为吸湿剂、保湿剂和抑菌剂，具有良好的吸湿、保湿、抑菌效果。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

S1将100g甲壳素研磨，溶解于1L的40％NaOH溶液中，放于微波反应器中，在功率400w下，30度加热反应20分钟，反应结束后用1mol/L盐酸调至中性，加入5倍体积的乙醇，析出白色固体，烘干得到壳聚糖；

S2将上述壳聚糖溶解于30％NaOH溶液中，加入与壳聚糖等质量的氯乙酸，该氯乙酸溶于5倍质量的异丙醇中，搅拌均匀，放于微波反应器中，在功率600w下，25度反应60分钟，反应结束用1mol/L盐酸调至中性，低温析出白色粉末固体，烘干得到羧甲基壳聚糖；

S3将上述羧甲基壳聚糖溶于10％双氧水溶液中，放于微波反应器中，在功率400w下，30度反应10分钟，反应结束后将滤液用分子量为5万、1万、5千的超滤膜超滤，得到不同分子量范围的羧甲基壳聚糖。然后加入5倍体积乙醇，析出白色固体，干燥得溶于水的羧甲基壳聚糖。见表一：表一是不同分子量范围的羧甲基壳聚糖的质量。其中A是通过50KDa的膜未通过10KDa膜的组分，B是通过10KDa膜未通过5KDa膜的组分，C是通过5KDa的组分。

表一：

实施例2

S3将上述羧甲基壳聚糖溶于10％双氧水溶液中，放于微波反应器中，在功率600w下，50度反应10分钟，反应结束后将滤液用分子量为5万、1万、5千的超滤膜超滤，得到不同分子量范围的羧甲基壳聚糖。然后加入5倍体积乙醇，析出白色固体，干燥得溶于水的羧甲基壳聚糖。见表二：表二是不同分子量范围的羧甲基壳聚糖的质量。其中D是通过50KDa的膜未通过10KDa膜的组分，E是通过10KDa膜未通过5KDa膜的组分，F是通过5KDa的组分。然后加入5倍体积乙醇，析出白色固体，干燥得溶于水的羧甲基壳聚糖。

表二：

实施例3

S3将上述羧甲基壳聚糖溶于10％双氧水溶液中，放于微波反应器中，在功率800w下，60度反应20分钟，反应结束后将滤液用分子量为5万、1万、5千的超滤膜超滤，得到不同分子量范围的羧甲基壳聚糖。然后加入5倍体积乙醇，析出白色固体，干燥得溶于水的羧甲基壳聚糖。见表三：表三是不同分子量范围的羧甲基壳聚糖的质量。其中G是通过50KDa的膜未通过10KDa膜的组分，H是通过10KDa膜未通过5KDa膜的组分，I是通过5KDa的组分。然后加入5倍体积乙醇，析出白色固体，干燥得溶于水的羧甲基壳聚糖。

表三：

本发明对制备的样品进行了吸湿性测定、保湿性测定和抑菌性测定：

吸湿性测定：

将样品干燥，各取两份，准确称重1g，放置于直径3cm的称量瓶中，再将称量瓶分别置于两个干燥器内，一个内置饱和硫酸铵水溶液(RH＝82％)，另一个内置饱和碳酸钠水溶液(RH＝43％)，放置12h,24h,48h后称重。根据公式A＝(w-1)/1％，计算吸湿率，其中w为样品吸湿后的质量。

对比样为甘油，透明质酸钠，均为市售，分析纯。

保湿性测定：

将样品干燥，各取两份，准确称重1g，放置于直径3cm的称量瓶中，各加入0.1g去离子水，分别置于两个干燥器内，一个内置饱和碳酸钠水溶液(RH＝43％)，另一个内置干硅胶(RH＝10％)，放置12h,24h,48h后称重。根据公式B＝H/0.1％，计算保湿率，其中H为样品剩余水质量。

对比样为甘油，透明质酸钠。

表四为本发明样品与对比样的吸湿性、保湿性对比结果。

表四：

从吸湿性实验可以看到，无论在低湿度环境(RH＝43％)，还是高湿度环境(RH＝82％)，制备的不同分子量的羧甲基壳聚糖都有较高的吸湿性，随着分子量的降低，其吸湿性有所下降，但优于透明质酸钠和甘油。

从保湿性实验看出，在湿度(RH＝43％)的环境下，不同分子量的羧甲基壳聚糖均表现出良好的保湿性，且优于透明质酸钠和甘油。在相对湿度较小(RH＝10％)的硅胶干燥器中，12小时检测样品都失水很快，24小时以后趋于平衡，失水很少。但同样优于透明质酸钠和甘油。

抑菌性测定：

抑菌溶液的制备：将不同分子量范围的羧甲基壳聚糖样品溶于1％的乙酸溶液中制成浓度为0.1％(w/v)的抑菌剂溶液备用。

初始菌液的制备：将活化好的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的菌液用生理盐水稀释至浓度10⁷CFU/ml，作为初始菌液。

抑菌性的测定：通过滤纸片抑菌圈法初步判定样品的抑菌作用强弱。取直径10mm的圆形滤纸片，在抑菌液中浸泡，将0.1ml的菌悬液均匀涂布在平板培养基表面，将浸泡过的滤纸片置于培养基上。细菌37℃培养24小时，真菌28℃培养72小时，测量抑菌圈的直径，重复实验三次取平均值。

见表五，表五为不同分子量羧甲基壳聚糖抑菌圈直径(mm)

表五：

由表五可以看出不同分子量的羧甲基壳聚糖对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有良好的抑制作用，随着分子量的降低，抑菌作用增强，说明分子量越小，越增加与水相中微生物接触面积，分子量越大，增加了抑菌基团周围的空间位阻。

鉴于本发明样品优良的吸湿性、保湿性和抑菌性，本发明还公开了一种分子量可控的水溶性羧甲基壳聚糖的应用，将所述水溶性羧甲基壳聚糖作为化妆品原材料的吸湿剂、保湿剂以及抑菌剂。

相比背景技术中介绍的内容，通过本发明方法制备的羧甲基壳聚糖，能够实现分子量可控，并且根据分子量的变化，将其应用于化妆品领域作为吸湿剂、保湿剂和抑菌剂，具有良好的吸湿、保湿、抑菌效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，而非对其限制；应当指出，尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种分子量可控的水溶性羧甲基壳聚糖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种分子量可控的水溶性羧甲基壳聚糖的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，采用1mol/L的盐酸将反应结束后的溶液调至中性。

3.根据权利要求1所述的一种分子量可控的水溶性羧甲基壳聚糖的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用1mol/L的盐酸将反应结束后的溶液调至中性。

4.根据权利要求1所述的一种分子量可控的水溶性羧甲基壳聚糖的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，采用分子量为5万、1万、5千的超滤膜对反应结束后的滤液进行超滤。

5.一种分子量可控的水溶性羧甲基壳聚糖的应用，其特征在于，将所述水溶性羧甲基壳聚糖作为化妆品原材料的吸湿剂、保湿剂以及抑菌剂。