殼聚糖特性的初步探討

張海峰,楊 浩,王 瑋,白 穎,李建波

(河南大學(xué)藥學(xué)院藥劑學(xué)教研室,河南 開封 475004)

殼聚糖特性的初步探討

張海峰,楊 浩,王 瑋＊,白 穎,李建波

(河南大學(xué)藥學(xué)院藥劑學(xué)教研室,河南 開封 475004)

目的:對(duì)天然高分子材料殼聚糖的特性進(jìn)行初步探討。方法:采用改進(jìn)的雙突躍電位滴定法測(cè)定殼聚糖的脫乙酰度,用一步法測(cè)定殼聚糖的特征黏度,后根據(jù)Mark-Houwink方程算出黏均分子量。結(jié)果:3種不同規(guī)格的殼聚糖的脫乙酰度分別為(97.27±0.96)%,(90.12±0.85)%,(71.54±0.57)%;相應(yīng)的黏均分子量分別為3.78×105,55×105,10.13×105。結(jié)論:所選用的方法結(jié)果準(zhǔn)確、可靠、重復(fù)性好,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小,可用于殼聚糖特性參數(shù)的測(cè)定方法。

殼聚糖;脫乙酰度;分子量

殼聚糖[1]又稱甲殼胺,化學(xué)名稱為(l,4)-2-氨基-2-脫氧-β-D-葡萄糖,它是甲殼素經(jīng)過強(qiáng)堿水解或酶解作用脫去乙?；D(zhuǎn)化而成的,它和甲殼素的最主要區(qū)別就是脫乙酰基程度不同[2]。殼聚糖是一種天然的陽離子聚合物,因?yàn)楹邪被扇苡谒峄蛩嵝匀芤?并且生物相容性好,無毒,具有生物黏附性。在人體內(nèi)可被溶菌酶、胃蛋白酶等多種酶酶解,具有優(yōu)良的生物降解性和成膜性,還有促進(jìn)傷口愈合、降血脂、降膽固醇等生物活性;對(duì)腫瘤細(xì)胞具有選擇性吸附作用,可直接抑制腫瘤細(xì)胞,與抗癌藥物合用可增強(qiáng)抗癌作用等。由殼聚糖的特性可以看出,它是一種優(yōu)良的微囊載體材料。

1 材料與儀器

1.1 材料

殼聚糖(濟(jì)南海得貝海洋生物工程有限公司,20061107);殼聚糖(自制);雙蒸水(自制)等。

1.2 儀器

pHS-25型數(shù)顯酸度計(jì)(上海天達(dá)儀器有限公司);NDJ-5S型數(shù)顯黏度計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司);CL-3型恒溫加熱磁力攪拌器(鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司);YP-600型電子天平(上海第二天平儀器廠);SZ-93型自動(dòng)雙重純化水蒸餾器(鞏義市英峪予華儀器廠);101型電熱鼓風(fēng)干燥箱(北京中興偉業(yè)儀器有限公司)等。

2 方法和結(jié)果

2.1 脫乙酰度的測(cè)定

殼聚糖的脫乙酰度 (Degree of Deacetylation,D.D.)定義為殼聚糖分子中脫去乙?；奶菤埢鶖?shù)占?xì)ぞ厶欠肿又锌偟奶菤埢鶖?shù)的百分?jǐn)?shù)。D.D.是鑒定殼聚糖產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo),它與殼聚糖的一些重要性質(zhì),如溶解度、N-選擇性?；芰托跄γ芮邢嚓P(guān)。目前,有關(guān)殼聚糖脫乙酰度測(cè)定的主要檢測(cè)方法有:堿量法(包括酸堿滴定法、電位滴定法)、氫溴酸鹽法、紅外光譜法、紫外光譜一階導(dǎo)數(shù)法、苦味酸分光光度法等,其中較為常用的方法是酸堿滴定法,其次是紅外光譜法和電位滴定法等。由于酸堿滴定法中滴定終點(diǎn)指示不明顯,存在較大誤差,綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)備和條件,本文采用的是改進(jìn)的雙突躍電位滴定法[3]測(cè)定 D.D.。

2.1.1 實(shí)驗(yàn)方法 用過量的0.1mol/L的 HCl溶液溶解準(zhǔn)確稱量的殼聚糖樣品,HCl首先與殼聚糖中的-NH2等摩爾反應(yīng),后用標(biāo)準(zhǔn) NaOH溶液(0.1mol/L)滴定過量的 HCl,p H值出現(xiàn)急劇上升,即第一突躍。然后NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液再中和與殼聚糖-NH2結(jié)合的 HCl,當(dāng)反應(yīng)完全時(shí),p H值將出現(xiàn)第二次突躍,兩個(gè)突躍之間消耗的NaOH物質(zhì)的量相當(dāng)于殼聚糖樣品中的-N H2的物質(zhì)的量。D.D.可由公式計(jì)算:

式中ΔV:兩個(gè)突躍區(qū)間消耗的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液體積之差(mL);16:氨基的相對(duì)分子質(zhì)量;0.0994:理論氨基含量;m:殼聚糖的質(zhì)量(g)。

2.1.2 結(jié)果 按 2.1.1項(xiàng)逐步滴定,記錄消耗NaOH的體積和相應(yīng)的p H值,將數(shù)據(jù)輸入Excel表格,經(jīng)過處理后作出p H-VNaOH滴定曲線和一階微商曲線,分別見圖1和圖2,找出其突躍點(diǎn)。由圖1可知,第一個(gè)突躍點(diǎn)在 p H10.5,第二個(gè)突躍點(diǎn)在p H17.9,由圖2可得到NaOH的用量,由此計(jì)算出D.D.的值為71.57%。

按照上述方法分別對(duì)3種不同規(guī)格的殼聚糖進(jìn)行D.D.測(cè)定,每組平行測(cè)定3次,得到其平均值分別為(97.27±0.96)%,(90.12±0.85)%和(71.54±0.57)%。

圖1 滴定曲線

圖2 一級(jí)微商曲線

2.2 黏度和黏均分子量的測(cè)定

2.2.1 黏度的測(cè)定及結(jié)果 精密稱取多份不同規(guī)格及不同濃度精制的殼聚糖于150mL燒杯中,加入100mL體積分?jǐn)?shù)為2%的醋酸溶液,25℃恒溫?cái)嚢?用數(shù)顯黏度計(jì)測(cè)定25℃下的黏度。測(cè)定的結(jié)果見表1。

表1 不同規(guī)格及不同濃度殼聚糖的黏度值(1#轉(zhuǎn)子,60 r/min)

2.2.2 黏均分子量的測(cè)定及結(jié)果 測(cè)定殼聚糖分子量應(yīng)用較廣的方法是黏度法[4]。黏度法測(cè)黏均分子量需首先求出特征黏度,本文選用的是一點(diǎn)法求特征黏度 ,其經(jīng)驗(yàn)公式為:[η]=(ηsp+3 lnηr)/4C。將精密稱定的適量殼聚糖樣品干燥至恒重,用0.1mol/L醋酸和0.2mol/L氯化鈉混合溶液溶解配成50mL樣品溶液,過濾后,棄去微細(xì)不溶物,精密量取中間部分濾液10mL,移入黏度計(jì)中,在(25±0.5)℃恒溫水浴中恒溫。用秒表分別測(cè)定溶劑及不同濃度殼聚糖溶液(用溶劑逐步稀釋得到)的流出時(shí)間,多次測(cè)量,計(jì)算結(jié)果的平均值 T,以溶劑的流動(dòng)時(shí)間 T0作空白對(duì)照,T/T0即為殼聚糖的相對(duì)黏度,代入經(jīng)驗(yàn)公式就可以求出殼聚糖的特性黏度[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。對(duì)3種不同規(guī)格的殼聚糖進(jìn)行測(cè)定后的結(jié)果分別為:3.78×105;6.55×105;10.13×105。

3 討論

由于殼聚糖是由甲殼素經(jīng)強(qiáng)堿水解或酶解作用脫去乙?；?在強(qiáng)烈的反應(yīng)條件下,不可避免地要發(fā)生主鏈的斷裂降解,分子量隨之變小,反應(yīng)在宏觀上即殼聚糖的黏度降低。反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng),堿液的濃度越高,殼聚糖黏度降低就越顯著,并且隨著脫乙酰化反應(yīng)的進(jìn)行,黏度逐漸下降,最終導(dǎo)致D.D.越高,黏度越小。但這不是一定的,雖然降解反應(yīng)伴隨著脫乙酰化反應(yīng)的進(jìn)行而發(fā)生,但可以通過選擇一定的脫乙?；磻?yīng)條件,盡可能減少分子主鏈降解的程度。

采用雙突躍電位滴定法測(cè)定殼聚糖的D.D.時(shí),不受殘留堿和酸的影響,不需校正,結(jié)果準(zhǔn)確、可靠、重復(fù)性好,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小。同時(shí),所加的鹽酸只需過量即可,不必知道其精確體積和濃度,同時(shí)數(shù)據(jù)處理也很簡(jiǎn)單。

[1]蔣挺大.殼聚糖[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2001:9-63.

[2]車小瓊,孫慶申,趙凱.甲殼素和殼聚糖作為天然生物高分子材料的研究進(jìn)展[J].高分子通報(bào),2008(2):45-49.

[3]賈之慎,李奇彪.雙突躍電位滴定法測(cè)定殼聚糖脫乙酰度[J].化學(xué)世界,2001,42(5):240-241.

[4]賀嵐,白海紅,艾有年.黏度法測(cè)定殼聚糖分子量的一些體會(huì)[J].中國衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志,2001,11(5):631-632.

[責(zé)任編輯 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

河南大學(xué)校內(nèi)基金項(xiàng)目(04YBRW060)

張海峰(1983-),男,河南信陽人,碩士研究生,從事藥物緩控釋與微粒靶向制劑的研究工作。

＊通訊作者:王瑋(1964-),男,河南 開封人,博士,碩士生導(dǎo)師,教授,從事藥物緩控釋與微粒靶向制劑的研究工作。