專利名稱：一種微水相制備羧甲基殼聚糖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工領(lǐng)域，涉及一種改進羧化反應條件的微水相法制備羧甲基殼聚糖
的方法。
背景技術(shù)：
殼聚糖(Chitosan， Cts)是甲殼素脫乙酰后的產(chǎn)物，是一種天然堿性多糖，由于只 能溶解于酸及酸性水溶液中，而在中性和堿性溶液中不能溶解而限制了它的理論研究及生 產(chǎn)應用。但殼聚糖具有優(yōu)良的生物親和性和生物可降解性，容易制成各種衍生物。在眾多 衍生物中羧甲基殼聚糖(Carboxymethyl-chitosan，CMC)研究最早，也最引人注目。羧甲基 殼聚糖是殼聚糖在堿的作用下，與氯乙酸發(fā)生反應得到的一類殼聚糖衍生物，反應將羧甲 基引入殼聚糖。通過羧甲基改性，可以破壞殼聚糖分子間的氫鍵，增加其水溶性。使其既能 溶于酸中，又能溶于堿中，成為聚兩性電解質(zhì)，從而大大擴大了殼聚糖的應用范圍。由于CMC 的水溶性比甲殼素和殼聚糖好，從而得到更好的發(fā)揮功效，可用作化妝品的保濕劑、果蔬保 鮮劑、植物生長促進劑、水處理絮凝劑、及多種藥物輔劑等。 根據(jù)文獻報道，在制備羧甲基殼聚糖時，第一，均需加入乙醇、異丙醇、1 ， 4- 二氧六 環(huán)、二甲亞砜(DMS0)等其中一種有機溶劑進行膨化。如《羧甲基殼聚糖的制備及其在黑莓 果汁澄清中的應用》(王衛(wèi)東等，食品科學，2008， (3) :241-244)所述，反應時稱取5g殼聚 糖，加入60ml異丙醇進行膨化；又如《非質(zhì)子溶劑法制備羧甲基殼聚糖》(鄭蕾等，安徽工程 科技學院學報，2007， (2) :22-25)所述，反應時稱取一定量的殼聚糖，加入20mL 1，4_二氧 六環(huán)中使其全部溶解進行膨化。有機溶液的加入不但增加了成本，也會污染環(huán)境；第二，如 上述《非質(zhì)子溶劑法制備羧甲基殼聚糖》所述，反應后將其PH值調(diào)節(jié)至中性，離心分離，得 濾液，加入約2倍體積的無水乙醇沉淀析出。羧化反應后均加水稀釋、離心，然后又用乙醇 等有機溶劑進行沉析，使用了大量的有機溶劑，增加了很多生產(chǎn)環(huán)節(jié)，另外有機溶液的回收 需要另外的設(shè)備及人力，又要消耗大量能量，加大了較多產(chǎn)品成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述需要解決的技術(shù)問題提供一種微水相法制備羧甲基殼 聚糖的方法。 本發(fā)明的目的是通過下列技術(shù)方案實現(xiàn)的 —種微水相制備羧甲基殼聚糖的方法，該方法包括下列步驟 (1)堿化殼聚糖殼聚糖粉碎，加入適量的水和堿拌勻，在室溫下或-20 (TC進行 堿化處理； (2)羧化反應將步驟(1)所得的堿化處理的殼聚糖，加入殼聚糖重量(指殼聚糖 的初始重量，即未加水和堿進行堿化處理時的殼聚糖重量，以下同)的1 8倍的氯乙酸或 三氯乙酸(分次或一次緩慢加入)，再加入催化劑，不斷拌勻，然后加熱進行羧化反應，反應 溫度為30 70°C ，反應時間為30 600min ;
(3)調(diào)節(jié)pH值、洗滌將步驟(2)所得的羧化反應物冷卻至室溫，用濃度為60 75%的乙醇溶液洗滌2 3次，同時加酸調(diào)節(jié)pH值為6. 5 7. 5 ; (4)干燥、粉碎將步驟(3)所得的洗滌過濾物，放入真空干燥箱內(nèi)55 65t:下烘 干，經(jīng)粉碎后即得羧甲基殼聚糖成品。 所述的方法，其中步驟(1)中加入適量的水和堿拌勻是指取適量水，其中部分水 用于溶解堿，配成堿溶液，剩余部分水加入粉碎后的殼聚糖拌勻，然后分次(每隔10 30min —次，優(yōu)選3次)或一次(緩慢)加入配制的堿溶液，拌勻。 所述的方法，其中步驟(1)中加水量為殼聚糖重量的0.5 10倍，加堿量為殼聚 糖重量的1 5倍，堿化時間為30 300min。優(yōu)選加水量為殼聚糖重量的0. 5 5倍，加 堿量為殼聚糖重量的3 5倍，堿化時間60 180min。
所述的方法，其中堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。 所述的方法，其中氯乙酸或三氯乙酸用量為殼聚糖重量的2 5倍。 所述的方法，其中催化劑為碘化鉀或十二烷基三甲基氯化銨；催化劑的用量為殼
聚糖重量的O. 1 5%。所述的方法，其中羧化反應的溫度為50 6(TC，反應時間為180 480min。
所述的方法，其中酸為鹽酸、醋酸或檸檬酸。通?？刹捎脻舛葹? 20%的鹽酸、 濃度為10 50%醋酸或濃度為10 50%檸檬酸。 所述的方法，其中步驟(3)中按重量體積比計用于洗滌的乙醇溶液用量(單位 mL)為殼聚糖重量(單位g)的3 20倍。
本發(fā)明有益效果 本發(fā)明的方法包括以殼聚糖為原料，先將殼聚糖進行堿化，然后進行羧化反應，獲 得羧甲基殼聚糖產(chǎn)品，采用本發(fā)明的方法制備羧甲基殼聚糖時，不加入任何一種有機溶劑 進行膨化；羧化反應后不需要加水稀釋、離心，然后再用乙醇等有機溶劑進行沉析，同樣可 以得到取代度較高的產(chǎn)品(取代度最高為1. 53)。本發(fā)明方法羧化反應進行得較徹底，不溶 于水的沉淀物較少，一般只有殼聚糖重量的5%以下，體系在微水半濕狀態(tài)下(整個體系用 水較少)，大大地降低了成本。該方法具有操作簡便、設(shè)備投資少、成本低廉、節(jié)能減排，適合 于工業(yè)化生產(chǎn)等特點。
具體實施方法 以下通過實施例對本發(fā)明作進一步的闡述。
羧甲基殼聚糖取代度的測定方法 精確稱取0.5g干燥至恒重的羧甲基殼聚糖于250mL容量瓶中，精確移取
50mL0. lmol/L鹽酸標準溶液于其中，振搖，使完全溶解，用0. lmol/L氫氧化鈉標準溶液滴
定，同時用pH計測pH值。 取代度的計算公式如下 DS = 0. 203A/(l-0. 058A) ;A = (V廠V》M/W 式中A——每克樣品中羧甲基的物質(zhì)的mmol ; V工——pH值為2. 1時滴定所消耗的氫氧鈉標準溶液的體積mL ; V2——pH值為4. 3時滴定所消耗的氫氧鈉標準溶液的體積mL ; W——樣品凈重g;
M——氫氧化鈉標準溶液濃度mol/L。
實施例1 稱取20g殼聚糖，粉碎，取10mL水，其中部分水用于溶解65gNa0H，配成NaOH溶液， 剩余部分水加入粉碎后的殼聚糖拌勻，分3次加入配制的NaOH溶液(每次間隔15min)， 不斷拌勻；然后常溫放置進行堿化處理，堿化時間120min ;堿化處理后分3次(每次間隔 10min)加入80g氯乙酸，再加入0. 5g碘化鉀，不斷拌勻；水浴加熱，在6(TC進行羧化反應 180min ;反應結(jié)束后冷卻至室溫，用60mL的65 %乙醇溶液將羧化反應物洗滌2 3次，同 時用濃度為20% (wt)的醋酸調(diào)節(jié)pH值為7.0。然后放入真空干燥箱內(nèi)6(TC下烘干，經(jīng)粉 碎后即得白色粉狀羧甲基殼聚糖樣品。經(jīng)檢查樣品的取代度1. 38 ，得率91. 0 % 。
實施例2 稱取20g殼聚糖，粉碎，取15mL水，其中部分水用于溶解60g NaOH，配成NaOH溶 液，剩余部分水加入粉碎后的殼聚糖拌勻，分3次加入配制的NaOH溶液(每次間隔10min)， 不斷拌勻；在_151:冷凍情況下進行堿化處理，堿化時間180min ;堿化處理后分3次(每次 間隔10min)或一次緩慢加入60g氯乙酸，再加入0. 5g十二烷基三甲基氯化銨，不斷拌勻； 水浴加熱，在55t:進行羧化反應240min ;反應結(jié)束后冷卻至室溫，用80mL的70%乙醇溶液 將羧化反應物洗滌2 3次，同時用濃度為20% (wt)的鹽酸調(diào)節(jié)pH值為7. 0。然后放入 真空干燥箱內(nèi)6(TC下烘干，經(jīng)粉碎后即得白色粉狀羧甲基殼聚糖樣品。經(jīng)檢測樣品的取代 度1. 13，得率87. 1%。
實施例3 稱取20g殼聚糖，粉碎，取10mL水，其中部分水用于溶解90g KOH，配成KOH溶液， 剩余部分水加入粉碎后的殼聚糖拌勻，分3次加入配制的K0H溶液(每次間隔15min)， 不斷拌勻；然后常溫放置進行堿化處理，堿化時間120min ;堿化處理后分3次(每次間隔 10min)加入lOOg三氯乙酸，再加入O. 6g碘化鉀，不斷拌勻；水浴加熱，在6(TC進行羧化反 應300min ;反應結(jié)束后冷卻至室溫，用80mL的70%乙醇溶液將羧化反應物洗滌2 3次， 同時用濃度為30% (wt)的醋酸調(diào)節(jié)pH值為7.0。然后放入真空干燥箱內(nèi)6(TC下烘干，經(jīng) 粉碎后即得白色粉狀羧甲基殼聚糖樣品。經(jīng)檢查樣品的取代度1.53，得率93.8%。
實施例4 稱取20g殼聚糖，粉碎，取20mL水，其中部分水用于溶解80g KOH，配成KOH溶液， 剩余部分水加入粉碎后的殼聚糖拌勻，分3次加入配制的KOH溶液(每次間隔10min)，不 斷拌勻；在_151:冷凍情況下進行堿化處理，堿化時間180min ;堿化處理后分3次(每次間 隔10min)加入80g三氯乙酸，再加入0. 5g十二烷基三甲基氯化銨，不斷拌勻水浴加熱，在 55t:進行羧化反應240min ;反應結(jié)束后冷卻至室溫，用100mL的70%乙醇溶液，將羧化反應 物洗滌2 3次，同時用濃度為20% (wt)的檸檬酸調(diào)節(jié)pH值為7.5。然后放入真空干燥 箱內(nèi)6(TC下烘干，經(jīng)粉碎后即得白色粉狀羧甲基殼聚糖樣品。經(jīng)檢測樣品的取代度1. 31， 得率90. 1 % 。
權(quán)利要求
一種微水相制備羧甲基殼聚糖的方法，其特征在于該方法包括下列步驟(1)堿化殼聚糖殼聚糖粉碎，加入適量的水和堿拌勻，在室溫下或-20～0℃進行堿化處理；(2)羧化反應向步驟(1)所得的堿化處理的殼聚糖中加入殼聚糖重量的1～8倍的氯乙酸或三氯乙酸，再加入催化劑，不斷拌勻，然后加熱進行羧化反應，反應溫度為30～70℃，反應時間為30～600min；(3)調(diào)節(jié)pH值、洗滌將步驟(2)所得的羧化反應物冷卻至室溫，用濃度為60～75％的乙醇溶液洗滌2～3次，同時加酸調(diào)節(jié)pH值為6.5～7.5；(4)干燥、粉碎將步驟(3)所得的洗滌過濾物，放入真空干燥箱內(nèi)55～65℃烘干，經(jīng)粉碎后即得羧甲基殼聚糖成品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于步驟(1)中加入適量的水和堿拌勻是指取 適量水，其中部分水用于溶解堿，配成堿溶液，剩余部分水加入粉碎后的殼聚糖拌勻，然后 分次或一次加入配制的堿溶液，拌勻。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于步驟(1)中加水量為殼聚糖重量的 0. 5 10倍，加堿量為殼聚糖重量的1 5倍；優(yōu)選加水量為殼聚糖重量的0. 5 5倍，加 堿量為殼聚糖重量的3 5倍。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)中堿化時間為30 300min，優(yōu)選 堿化時間為60 180min。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于氯乙酸或三氯乙酸用量為殼聚糖重量的 2 5倍。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于催化劑為碘化鉀或十二烷基三甲基氯化 銨；催化劑的用量為殼聚糖重量的0. 1 5%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于羧化反應的溫度為50 60°C ，反應時間為 180 480min。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于酸為鹽酸、醋酸和檸檬酸。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于步驟(3)中按重量體積比計用于洗滌的乙 醇溶液用量為殼聚糖重量的3 20倍，優(yōu)選3 10倍。
全文摘要
本發(fā)明屬于化工領(lǐng)域，公開了一種微水相制備羧甲基殼聚糖的方法。該方法以殼聚糖為原料，先將殼聚糖進行堿化，然后進行羧化反應，調(diào)節(jié)pH值、洗滌，干燥、粉碎，獲得羧甲基殼聚糖產(chǎn)品。采用本發(fā)明的方法制備羧甲基殼聚糖時，不加入任何一種有機溶劑進行膨化；羧化反應后不需要加水稀釋、離心、乙醇等有機溶劑進行沉析，同樣可以得到取代度較高的產(chǎn)品。本發(fā)明方法羧化反應進行得較徹底，不溶于水的沉淀物較少，體系在微水半濕狀態(tài)下，大大地降低了成本。該方法具有操作簡便、設(shè)備投資少、成本低廉、節(jié)能減排，適合于工業(yè)化生產(chǎn)等特點。
文檔編號C08B37/08GK101701045SQ20091023225
公開日2010年5月5日 申請日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日
發(fā)明者史勁松, 孫達峰, 張衛(wèi)明, 張和, 戚善龍, 朱昌玲 申請人:中華全國供銷合作總社南京野生植物綜合利用研究院;揚州日興生物科技股份有限公司