壳聚糖特性的初步探讨

张海峰,杨 浩,王 玮,白 颖,李建波

(河南大学药学院药剂学教研室,河南 开封 475004)

壳聚糖特性的初步探讨

张海峰,杨 浩,王 玮＊,白 颖,李建波

(河南大学药学院药剂学教研室,河南 开封 475004)

目的:对天然高分子材料壳聚糖的特性进行初步探讨。方法:采用改进的双突跃电位滴定法测定壳聚糖的脱乙酰度,用一步法测定壳聚糖的特征黏度,后根据Mark-Houwink方程算出黏均分子量。结果:3种不同规格的壳聚糖的脱乙酰度分别为(97.27±0.96)%,(90.12±0.85)%,(71.54±0.57)%;相应的黏均分子量分别为3.78×105,55×105,10.13×105。结论:所选用的方法结果准确、可靠、重复性好,相对标准偏差小,可用于壳聚糖特性参数的测定方法。

壳聚糖;脱乙酰度;分子量

壳聚糖[1]又称甲壳胺,化学名称为(l,4)-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖,它是甲壳素经过强碱水解或酶解作用脱去乙酰基转化而成的,它和甲壳素的最主要区别就是脱乙酰基程度不同[2]。壳聚糖是一种天然的阳离子聚合物,因为含有氨基可溶于酸或酸性溶液,并且生物相容性好,无毒,具有生物黏附性。在人体内可被溶菌酶、胃蛋白酶等多种酶酶解,具有优良的生物降解性和成膜性,还有促进伤口愈合、降血脂、降胆固醇等生物活性;对肿瘤细胞具有选择性吸附作用,可直接抑制肿瘤细胞,与抗癌药物合用可增强抗癌作用等。由壳聚糖的特性可以看出,它是一种优良的微囊载体材料。

1 材料与仪器

1.1 材料

壳聚糖(济南海得贝海洋生物工程有限公司,20061107);壳聚糖(自制);双蒸水(自制)等。

1.2 仪器

pHS-25型数显酸度计(上海天达仪器有限公司);NDJ-5S型数显黏度计(上海精密科学仪器有限公司);CL-3型恒温加热磁力搅拌器(郑州长城科工贸有限公司);YP-600型电子天平(上海第二天平仪器厂);SZ-93型自动双重纯化水蒸馏器(巩义市英峪予华仪器厂);101型电热鼓风干燥箱(北京中兴伟业仪器有限公司)等。

2 方法和结果

2.1 脱乙酰度的测定

壳聚糖的脱乙酰度 (Degree of Deacetylation,D.D.)定义为壳聚糖分子中脱去乙酰基的糖残基数占壳聚糖分子中总的糖残基数的百分数。D.D.是鉴定壳聚糖产品质量的一个重要指标,它与壳聚糖的一些重要性质,如溶解度、N-选择性酰化能力和絮凝力密切相关。目前,有关壳聚糖脱乙酰度测定的主要检测方法有:碱量法(包括酸碱滴定法、电位滴定法)、氢溴酸盐法、红外光谱法、紫外光谱一阶导数法、苦味酸分光光度法等,其中较为常用的方法是酸碱滴定法,其次是红外光谱法和电位滴定法等。由于酸碱滴定法中滴定终点指示不明显,存在较大误差,综合实验设备和条件,本文采用的是改进的双突跃电位滴定法[3]测定 D.D.。

2.1.1 实验方法 用过量的0.1mol/L的 HCl溶液溶解准确称量的壳聚糖样品,HCl首先与壳聚糖中的-NH2等摩尔反应,后用标准 NaOH溶液(0.1mol/L)滴定过量的 HCl,p H值出现急剧上升,即第一突跃。然后NaOH标准溶液再中和与壳聚糖-NH2结合的 HCl,当反应完全时,p H值将出现第二次突跃,两个突跃之间消耗的NaOH物质的量相当于壳聚糖样品中的-N H2的物质的量。D.D.可由公式计算:

式中ΔV:两个突跃区间消耗的NaOH标准溶液体积之差(mL);16:氨基的相对分子质量;0.0994:理论氨基含量;m:壳聚糖的质量(g)。

2.1.2 结果 按 2.1.1项逐步滴定,记录消耗NaOH的体积和相应的p H值,将数据输入Excel表格,经过处理后作出p H-VNaOH滴定曲线和一阶微商曲线,分别见图1和图2,找出其突跃点。由图1可知,第一个突跃点在 p H10.5,第二个突跃点在p H17.9,由图2可得到NaOH的用量,由此计算出D.D.的值为71.57%。

按照上述方法分别对3种不同规格的壳聚糖进行D.D.测定,每组平行测定3次,得到其平均值分别为(97.27±0.96)%,(90.12±0.85)%和(71.54±0.57)%。

图1 滴定曲线

图2 一级微商曲线

2.2 黏度和黏均分子量的测定

2.2.1 黏度的测定及结果 精密称取多份不同规格及不同浓度精制的壳聚糖于150mL烧杯中,加入100mL体积分数为2%的醋酸溶液,25℃恒温搅拌,用数显黏度计测定25℃下的黏度。测定的结果见表1。

表1 不同规格及不同浓度壳聚糖的黏度值(1#转子,60 r/min)

2.2.2 黏均分子量的测定及结果 测定壳聚糖分子量应用较广的方法是黏度法[4]。黏度法测黏均分子量需首先求出特征黏度,本文选用的是一点法求特征黏度 ,其经验公式为:[η]=(ηsp+3 lnηr)/4C。将精密称定的适量壳聚糖样品干燥至恒重,用0.1mol/L醋酸和0.2mol/L氯化钠混合溶液溶解配成50mL样品溶液,过滤后,弃去微细不溶物,精密量取中间部分滤液10mL,移入黏度计中,在(25±0.5)℃恒温水浴中恒温。用秒表分别测定溶剂及不同浓度壳聚糖溶液(用溶剂逐步稀释得到)的流出时间,多次测量,计算结果的平均值 T,以溶剂的流动时间 T0作空白对照,T/T0即为壳聚糖的相对黏度,代入经验公式就可以求出壳聚糖的特性黏度[η],用Mark-Houwink方程算出黏均分子量:[η]=KMα,其中 K=1.81×10-3;α=0.93。对3种不同规格的壳聚糖进行测定后的结果分别为:3.78×105;6.55×105;10.13×105。

3 讨论

由于壳聚糖是由甲壳素经强碱水解或酶解作用脱去乙酰基而得,在强烈的反应条件下,不可避免地要发生主链的断裂降解,分子量随之变小,反应在宏观上即壳聚糖的黏度降低。反应时间越长,碱液的浓度越高,壳聚糖黏度降低就越显著,并且随着脱乙酰化反应的进行,黏度逐渐下降,最终导致D.D.越高,黏度越小。但这不是一定的,虽然降解反应伴随着脱乙酰化反应的进行而发生,但可以通过选择一定的脱乙酰化反应条件,尽可能减少分子主链降解的程度。

采用双突跃电位滴定法测定壳聚糖的D.D.时,不受残留碱和酸的影响,不需校正,结果准确、可靠、重复性好,相对标准偏差小。同时,所加的盐酸只需过量即可,不必知道其精确体积和浓度,同时数据处理也很简单。

[1]蒋挺大.壳聚糖[M].北京:中国环境科学出版社,2001:9-63.

[2]车小琼,孙庆申,赵凯.甲壳素和壳聚糖作为天然生物高分子材料的研究进展[J].高分子通报,2008(2):45-49.

[3]贾之慎,李奇彪.双突跃电位滴定法测定壳聚糖脱乙酰度[J].化学世界,2001,42(5):240-241.

[4]贺岚,白海红,艾有年.黏度法测定壳聚糖分子量的一些体会[J].中国卫生检验杂志,2001,11(5):631-632.

[责任编辑 姬 荷]

Preliminary study on properties of chitosan

ZHANG Hai-feng,YANG Hao,WANG Wei＊,BAI Ying,LI Jian-bo(Pharmaceutical College of Henan University,Kaif eng,Henan475004,China)

Objective:To study some properties of chitosan which is the natural macromolecule material.Methods:The deacetylation degree of chitosan was determined with the improved two abrupt change potential titration method,its characteristic viscosity was determined with single stage method,then the viscosity average molecular weight was reckoned with Houwink formula.Results:The deacetylation degree of 3 kinds of chitos an were(97.27±0.96)%,(90.12±0.85)%,(71.54±0.57)%,corresponding viscosity average molecular weight were 3.78×105,55×105,10.13×105respectively.Conclusion:The Methods is accurate,reliable,well-repeated,and has lower standard deviation,and it can be used as a method for determination of characteristic parameters of chitosan.

chitosan;deacetylation degree;molecular weight

O636

A

1672-7606(2010)04-0246-03

2010-08-15

河南大学校内基金项目(04YBRW060)

张海峰(1983-),男,河南信阳人,硕士研究生,从事药物缓控释与微粒靶向制剂的研究工作。

＊通讯作者:王玮(1964-),男,河南 开封人,博士,硕士生导师,教授,从事药物缓控释与微粒靶向制剂的研究工作。