三乙酰没食子酰魔芋葡甘露聚糖的制备方法研究

李松涛，高 杨，郝 婷，尹志峰，王良友

(河北省中药研究与开发重点实验室，承德医学院中药研究所，河北承德 067000)

魔芋葡甘露聚糖(konjac glucomannan，KGM)是一种植物多糖，是由D-葡萄糖和D-甘露糖以β-1,4糖苷键连接起来的大分子杂多糖，二者摩尔比约为1:1.6，并且每隔约19个糖残基连接有一个乙酰基[1-2］。KGM具有优良的增稠性及独特的胶凝性，但其水溶胶存在稳定性差、黏度保持时间较短等缺点，限制了KGM在食品、化工和医药等领域的应用，有必要对其进行改性[3-4］。姚开等[5］使用酰氯法制得三乙酰没食子酰KGM，改性KGM的黏度和稳定性等均得到不同程度的改变。但该方法需要使用具有强腐蚀性的酰氯化试剂，对环境会产生危害，且酰氯中间体比较活泼，其参与的反应要求严格的无水条件。本研究使用N,N’-二异丙基碳二亚胺(N,N’-Diisopropylcarbodiimide,DIC)为缩合剂，以三乙酰没食子酸(triacetyl gallic acid,TAGA)与KGM直接酯化为关键步骤，提供一种三乙酰没食子酰KGM的制备方法。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器 KGM购自成都新星成明生物科技股份有限公司;没食子酸，醋酸酐，无水吡啶，N, N-二甲基甲酰胺(DMF)，DIC，4-二甲氨基吡啶(DMAP)，无水乙醇均为国产分析纯试剂。X-4数字显微熔点仪(北京泰克仪器有限公司);DF-101S型恒温加热磁力搅拌器(巩义市予华仪器有限责任公司);GZX-9070 MBE数显鼓风干燥箱(上海博迅实业有限公司医疗设备厂);RE-52A旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂);SHZ-IV循环水式真空泵(南京科尔仪器设备有限公司);AG-254型电子分析天平(瑞士梅特勒);Perkin Elmer Spectrum BX(傅立叶变换红外分光光度计)。

1.2 合成方法

1.2.1 三乙酰没食子酸的合成:参照李云峰等的方法[6］。

1.2.2 三乙酰没食子酰KGM的合成:室温下，KGM(1g)用无水DMF(5ml)溶胀0.5h。将一定质量的TAGA溶解于适量DMF中，冰浴搅拌下向其中加入DIC，体系逐渐变浑浊，继续搅拌10min，真空抽滤。将滤液转移到上述KGM的DMF溶胀液中，再加入DMAP，整个反应体系在一定温度下反应一定时间。降至室温，用等倍反应体系总体积的无水乙醇进行稀释，剧烈搅拌均匀，抽滤，滤饼用无水乙醇洗涤，60℃烘干至恒重，称重并计算产物收率。

1.3 红外检测 采用Perkin Elmer Spectrum BX傅立叶变换红外分光光度计，经KBr压片,于4000-400/cm范围内检测红外吸收特征。

2 结果与分析

2.1 三乙酰没食子酰KGM合成的影响因素

2.1.1 TAGA与DIC的摩尔比:TAGA与DMAP的摩尔比为1:0.1、TAGA与KGM的质量比为2:1，100℃下反应4h，考察TAGA与DIC的摩尔比对酯化反应产率的影响。酯化产物的产率随着DIC用量的增加而增大(图1)。但当二者的摩尔比超过1:1.5时，产率逐渐下降，可能是DIC过量太多时，副反应增多所致。因此选择TAGA与DIC的摩尔比为1:1.5。

2.1.2 TAGA与DMAP的摩尔比:固定条件:TAGA与DIC的摩尔比为1:1.5，TAGA与KGM的质量比为2:1，反应温度和时间分别为100℃和4h，考察TAGA与DMAP的摩尔比对酯化反应产率的影响(图2)。酯化产物的产率随着DMAP用量的增加而增大，当二者的摩尔比超过1:0.1时，产率提高幅度不大，故选择TAGA与DMAP的摩尔比为1:0.1。

图1 TAGA与DIC的摩尔比对酯化反应产率的影响

图2 TAGA与DMAP的摩尔比对酯化反应产率的影响

2.1.3 TAGA与KGM的质量比:在TAGA与DIC的摩尔比为1:1.5，TAGA与DMAP的摩尔比为1:0.1，反应温度和时间分别为100℃和4h的条件下，随着TAGA与KGM质量比的增大，酯化产物的产率也增加，但当二者比例大于2时，产率逐渐降低(图3)。可能的原因是过量的TAGA有利于KGM中醇羟基的酰化，但TAGA过量太多时，会导致分子间的空间位阻增大，不利于活化的羧基进攻醇羟基，产率反而下降。因此，选择TAGA与KGM的质量比为2:1。

图3 TAGA与KGM的质量比对酯化反应产率的影响

2.1.4 反应温度:TAGA与DIC的摩尔比为1:1.5，TAGA与DMAP的摩尔比为1:0.1，TAGA与KGM的质量比为2:1，反应时间为4h，考察反应温度对酯化反应产率的影响。温度升高有助于提高反应产率，但当反应温度高于100℃时，产率逐渐下降(图4)。因此，选择适宜温度为100℃。高温加热条件有助于克服KGM中醇羟基周围的空间位阻，增加活化羧基进攻醇羟基的机会，有利于酯化产物的生成，但温度过高时，KGM可能发生降解,酯化产物减少。

2.1.5 反应时间:保持TAGA与DIC的摩尔比为1:1.5，TAGA与DMAP的摩尔比为1:0.1，TAGA与KGM的质量比为2:1，反应温度为100℃的条件不变，考察反应时间对酯化反应产率的影响(图5)。随着反应时间的延长，产率逐渐增加，在4h时达到高峰(30.6%)，然后产率增长变得较为缓慢，趋于稳定，故选择反应时间为4h。

图4 反应温度对酯化反应产率的影响

图5 反应时间对酯化反应产率的影响

2.2 改性KGM的红外表征 三乙酰没食子酰KGM的红外光谱图在1748、1242/cm处吸收明显增强，前者为酯羰基C=O的伸缩振动吸收峰，后者为酚羟基C-O的伸缩振动吸收峰。在3600-3100 1cm处，三乙酰没食子酰KGM的红外光谱图与未进行酯化改性的KGM相比，峰型变窄，说明其醇羟基相对已经减少。由此可见，三乙酰没食子酸与KGM的醇羟基发生了酯化反应，形成了三乙酰没食子酰KGM。

3 小结

本研究对KGM的三乙酰没食子酸酯化改性方法进行研究。分别使用DIC和DMAP作为缩合剂和催化剂，以TAGA和KGM直接酯化为关键步骤，得到三乙酰没食子酰KGM。考察了TAGA与DIC和DMAP的摩尔比、TAGA与KGM的质量比、反应温度及反应时间对酯化反应的影响。结果表明，合适的反应条件为TAGA与DIC的摩尔比为1:1.5，TAGA与DMAP的摩尔比为1:0.1，TAGA与KGM的质量比为2:1，在100℃下反应4h，三乙酰没食子酰KGM的产率为30.6%。本研究提供了一种新的三乙酰没食子酰KGM的制备方法,为改性KGM进一步的性能研究奠定了物质基础。

[1] Maekaji K.The mechanism of legation of konjac mannan[J].Agi Biol Chem,1974,38(2):315-321.

[2] 邹新禧,谢美然.魔芋葡甘聚糖的研究进展[J].现代化工,1992,15(12):15-17.

[3] 赵志峰,雷鸣,卢晓黎.魔芋产品的加工现状及其发展前景[J].四川食品与发酵,2002，38(3):11-14.

[4] 吴绍艳,张升晖,吴亮.魔芋葡甘聚糖酯化交联改性研究[J].食品研究与开发,2005，26(3):116-118.

[5] 张佳琪,姚开,贾冬英.没食子酸对魔芋葡甘露聚糖的酯化改性研究[J].天然产物研究与开发,2009，21(2):283-286.

[6] 李云峰,王燕,郝婷,等.一种改性魔芋葡甘露聚糖的合成与表征[J].应用化工,2012,41(10):1838-1840.