羧甲基几丁质的制备工艺研究

朱平华，张洪艳，姜科技，韩小妮，朱姗

（1.淮海工学院江苏省海洋资源开发研究院，江苏连云港222001；2.淮海工学院化学工程学院，江苏连云港222005）

羧甲基几丁质的制备工艺研究

朱平华1,2，张洪艳2，姜科技2，韩小妮2，朱姗2

（1.淮海工学院江苏省海洋资源开发研究院，江苏连云港222001；2.淮海工学院化学工程学院，江苏连云港222005）

通过将新鲜虾壳进行脱钙和去除蛋白质后制备的几丁质进行碱化和醚化反应可成功制备羧甲基几丁质。采用元素分析法测得的脱乙酰度和取代度分别为14.78%和1.245。红外光谱图显示取代位置为N、O取代。通过设计正交试验，得最佳制备工艺条件：原料质量比（几丁质：氯乙酸）1：5，反应温度45℃，反应时间14h。试验的方差结果表明：原料质量比（几丁质：氯乙酸）是反应的主要影响因素。

几丁质；羧甲基几丁质；正交试验

羧甲基几丁质是几丁质衍生物的一种，它有较好的成膜性，其膜具有光泽，透明而柔韧，并有较好的透气性。对胶体有稳定作用，有增稠及凝胶的作用和气泡稳定作用。研究证明羧甲基几丁质的制备受到反应温度、反应时间、物料配比等很多因素的影响。而正交试验法是一种研究多因素影响的有效方法，在科研中被广泛采用[1]，但其在羧甲基几丁质制备中的应用文献报道较少。本实验采用L9（3）3正交试验研究各因素对其制备工艺的影响，从而找出最佳的工艺条件。

1 试验部分

1.1 主要试剂及仪器

新鲜虾壳(自备)。氯乙酸（上海试剂公司）、氢氧化钠（上海试剂公司）、异丙醇（徐州溶剂厂）、乙醇（徐州溶剂厂）。以上试剂均为AR级。

红外光谱仪（天津市港东科技发展有限公司）；元素分析仪(CHN-O-RAPIDHeraeus公司,德国）。

1.2 羧甲基几丁质的制备

将虾壳去除虾尾和虾头，洗净，太阳光自然晒干。取晒干后虾壳置于8%HCl约20 h，清水洗净酸化后的虾壳至中性。再置于10%NaOH溶液，加热1.5 h，洗净至中性，脱水，在55～60℃烘干，用不锈钢粉碎机进行粉碎得淡黄色片状几丁质。

取几丁质粉置于50%NaOH进行碱化，碱化后的几丁质加入异丙醇中，缓慢加入氯乙酸，反应数小时。用80%乙醇溶液反复洗涤，将沉淀物溶于蒸馏水中，用HCl溶液调至中性，过滤。用95%乙醇溶液沉淀，再用95%乙醇洗涤多次。干燥，得羧甲基几丁质。

1.3 产品检测

1.3.1 脱乙酰度测定

脱乙酰度是表征几丁质中乙酰化和脱乙酰化部分之间的平衡程度，为氨基葡萄糖单元在羧甲基几丁质分子链中所占比例。在羧甲基几丁质的碱化反应过程中采用常温碱化，目的是防止碱化过程中脱去乙酰基。因此，在此反应中，脱乙酰基反应只是碱化反应过程中的副反应。采用元素分析法（元素分析仪，CHN-O-RAPID Heraeus公司，德国)测得脱乙酰度为14.78%（见表1）。此方法测得的脱乙酰度较小，表明几丁质在此工艺条件下乙酰基得到了很好地保护，脱乙酰化副反应被有效地抑制。

1.3.2 取代度测定

取代度是指平均每个氨基葡萄糖或乙酰氨基葡萄糖单元上被羧甲基化的数目。对于O-羧甲基几丁质和N-羧甲基几丁质，其平均取代度只能小于或等于2。采用元素分析法（元素分析仪,CHNO-RAPIDHeraeus公司,德国）[2]测定羧甲基几丁质的取代度（DS）为1.245，脱乙酰度（DD）为14.78%，元素含量：C 36.39%、N 4.164%、H 5.764%。

1.3.3 红外光谱测定

用WGH-30/6型红外光谱仪（天津市港东科技发展有限公司）测定羧甲基几丁质的红外光谱，KBr压片。从红外图谱可知此产品为N、O取代的羧甲基几丁质（图1）。游离-NH2在1 519 cm-1附近未产生明显的吸收峰,说明制备的羧甲基几丁质中基本无游离-NH2。表明在碱化过程中副反应发生的脱乙酰化而产生的-NH2，在随后的羧甲基化反应发生了N-位取代，从而可避免-NH2的暴露而影响羧甲基几丁质的生物学性能。

1.3.4 吸湿性的测定

用直径为3 cm的培养皿精确称取0.500 0 g干燥试样，敞口置于装有（NH4）2SO4饱和水溶液（相对湿度为81%）的干燥器中，经24 h后称取各试样质量，用下式求出吸湿率：

吸湿率=（Wn-W0）/Wn

式中：W0——放置前质量,g；

Wn——放置后质量，g。

分别测原料几丁质和5个产品羧甲基几丁质的吸湿率，结果为：原料是9.8%，产物1是59.5%，产物2是55.4%，产物3是68.7%，产物4是66.2%，产物5是56.9%。

影响吸湿性的主要因素有二个：一是大分子上亲水基团的数量和亲水性的强弱。每个几丁质残余基上有两个羟基、一个酰胺基（或少量氨基），均为亲水基团。他们与水分子形成氢键，属化学结合。几丁质羧甲基化后部分羟基被羧甲基钠取代，羧甲基钠是强亲水基团，亲水性比羟基强得多。羧甲基钠基团增多，因而产品的吸湿性也提高。二是无定形部分所占比例。水分子能进入无定形部分的微小孔隙里吸附在大分子及晶区表面，并且重叠在已被吸附的水分子上（毛细凝聚）形成物理凝聚，被吸收的水分子绝大部分进入无定形区。无定形区增大，游离的亲水基团增多，因而吸湿性大大增加。

2 结果与讨论

2.1 正交实验结果

在单因素试验确定试验条件的基础上，考察了反应温度、反应时间、原料质量比（几丁质∶氯乙酸）的交互作用对羧甲基几丁质质量的影响，采用三因素三水平L9（3）3正交表安排试验寻找最佳制备工艺条件（见表1、2、3）。

表2 正交试验结果

表3 极差分析表

2.2 各反应因素的影响与最佳方案的选择

从表3可以看出，各处理组合的极差分别为：原料质量比（RA）0.726 3，反应温度（RB）0.483 7，搅拌时间（RC）0.071 2它们之间的关系为RA＞RB＞RC。可以看出三因素中A因素即原料质量比（几丁质∶氯乙酸）对产物的影响最大，为主要影响因素。其次为温度和反应时间。将该组合方案重复三次实验，产量在1.66～1.68 g之间，具有良好的重现性。

3 结论

通过L9（3）3正交试验的方法对羧甲基几丁质的制备工艺进行优化，找到了反应的主要影响因素和最佳工艺条件：即原料质量比（几丁质∶氯乙酸）为1∶5，反应温度45℃，反应时间为14 h。试验的方差结果表明：原料质量比（几丁质∶氯乙酸）是反应的主要影响因素。

［1］马虹.化学实验技术(Ⅱ)[M].北京：化学工业出版社，2002.

［2］陈浩凡,潘仕荣,胡瑜,等.胶体滴定法测定羧甲基壳聚糖的取代度[J].分析测试学报,2003,22(6):70-73.

Study On Preparation Of Carboxymethylchitin

ZHU Ping-hua1,2,ZHANG Hong-yan2,JIANG ke-ji2,HANG xiao-ni2,ZHU shan2

(1.Jiangsu Marine Resources Development Research Institute，Lianyungang Jiangsu 222001，China;2.Huaihai Institute of Technology，Lianyungang Jiangsu 222005,China)

Carboxymethylchitin could be prepared by alkalization and etherification from chitin which was prepared from fresh shrimp shells by decalcification and deproteinization.the degrees of deacetylation and substitution were 14.78%and 1.245 respectively according to the element analysis.The IR spectrum showed that the substitutive position was N,O-substitution.Best reaction conditions were founded by orthogonal test.The optimum conditions were as followed:the mass ratio of chitin to chloroacetic acid was 1∶5,reaction tempreture was 45℃, reaction time was14 h.Result showed that the mass ratio of chitin to chloroacetic acid was the main affecting factor.

chitin;carboxymethylchitin;orthogonal test

10.3969/j.issn.1008-1267.2011.03.011

TQ224.6

A

1008-1267（2011）03-0035-03

2010-11-09

朱平华（1970-），女，江苏丹阳人，硕士,副教授，主要从事精细化学品的研究。

江苏省海洋资源开发研究院科技开放基金项目(JSIMR10C06)；淮海工学院实验室创新项目（2010002）

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