一種殼聚糖/5-羥甲基糠醛組合物的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于天然高分子材料加工領(lǐng)域，具體涉及一種殼聚糖/5_羥甲基糠醛組合 物的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 殼聚糖（Chitosan，簡稱CS)是由甲殼素在熱的、濃的氫氧化物（通常為氫氧化 鈉）的作用下的脫乙?；蟮漠a(chǎn)物，是自然界唯一的堿性多糖，殼聚糖在酸性介質(zhì)中溶解， 從而能夠被加工成多種不同的物理形式，例如，溶液、薄膜、以及凝膠等。
[0003] -般認(rèn)為，殼聚糖分子鏈上的_NH2賦予了殼聚糖眾多的獨(dú)特的性能，如與金屬離 子的配位能力、生物附著性，可生物降解性、生物相容性、抗菌性以及抗腫瘤性能。這些獨(dú)特 的性能使得殼聚糖在醫(yī)藥、化妝品、香料、農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用。
[0004] 殼聚糖分子鏈上的C-NH2、C-〇H賦予了其優(yōu)良的配位能力，可以與多種重金屬離子 形成穩(wěn)定的配合物，但殼聚糖作為一種線形聚合物，機(jī)械強(qiáng)度不高、易在酸性介質(zhì)中溶解、 對重金屬離子的吸附效果大打折扣。通過與芳香醛（或酮）、脂肪醛等發(fā)生SchifT堿反應(yīng)， 生成極具應(yīng)用價(jià)值的醛亞胺和酮亞胺多糖。這些殼聚糖Schiff堿具有更優(yōu)異的金屬配位 能力，通過與金屬鹽反應(yīng)制備相應(yīng)的殼聚糖schiff堿金屬配合物，可作為催化劑廣泛應(yīng)用 于多種反應(yīng)中。
[0005] 殼聚糖具有優(yōu)異的凝膠特性，能夠與一些膠凝劑產(chǎn)生復(fù)合，形成能夠保持大量水 分的膠態(tài)物質(zhì)，具有很強(qiáng)的吸濕、保濕性能。傳統(tǒng)的、非改性的殼聚糖水凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域十 分有限，目前主要是基于它的吸水、保水特性而應(yīng)用于低端市場，其中一個十分重要的原因 是殼聚糖水凝膠的機(jī)械強(qiáng)度差，凝膠速率和可逆性不可控。
[0006]目前研宄者常用物理和化學(xué)交聯(lián)改性殼聚糖凝膠的環(huán)境敏感性、機(jī)械強(qiáng)度以及物 理化學(xué)穩(wěn)定性。物理交聯(lián)法是利用氫鍵等分子間作用力形成凝膠，常用的物理交聯(lián)劑有聚 乙烯醇、甘油磷酸鹽、聚乙烯吡咯烷酮等。這種相互作用容易受環(huán)境因素影響，所以通過物 理交聯(lián)作用的殼聚糖水凝膠可以顯示出更優(yōu)異的PH、溫度以及離子強(qiáng)度等環(huán)境敏感性，這 對增加其在生物醫(yī)藥方面的應(yīng)用是非常有利的。雖然諸多物理交聯(lián)殼聚糖水凝膠具有優(yōu)異 的環(huán)境敏感性，但是它們在凝膠強(qiáng)度以及凝膠尺寸的穩(wěn)定性均無法令人滿意，可喜的是殼 聚糖分子鏈上存在〇順 2和C-0H活性官能團(tuán)，可通過雙官能團(tuán)化合物（常見的交聯(lián)劑有乙 二醛、戊二醛、京尼平等）進(jìn)行化學(xué)修飾反應(yīng)，增強(qiáng)其凝膠穩(wěn)定性和機(jī)械性能。但與此同時， 這些外來的交聯(lián)劑易使組織硬化、鈣化，具有非常強(qiáng)的細(xì)胞毒性，會降低正常細(xì)胞的存活率 和破壞大分子藥物的完整性。雖然報(bào)道稱京尼平類交聯(lián)劑具有較低的細(xì)胞毒性，但唯一的 不足之處就是京尼平幾乎都是通過生物提取法獲得，產(chǎn)量很低，所以殼聚糖/京尼平類水 凝膠價(jià)格普遍較高而難以推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明針對以上現(xiàn)有殼聚糖類深加工產(chǎn)物制備技術(shù)存在產(chǎn)量很低、制備方法復(fù) 雜、產(chǎn)品強(qiáng)度和穩(wěn)定性差等，本發(fā)明提供了一種利用可再生的殼聚糖資源與碳水化合物的 主要降解產(chǎn)物5-羥甲基糠醛為原料制備殼聚糖/5_羥甲基糠醛組合物的方法。
[0008] 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種殼聚糖/5_羥甲基糠醛組合物的制備方 法，該方法首先用酸性水溶液溶解殼聚糖類物質(zhì)得到溶液A，再將溶液A和含5-羥甲基糠醛 溶液混合得到預(yù)反應(yīng)液，在預(yù)反應(yīng)液中加入堿液調(diào)節(jié)其pH至5. 0-9. 0之間，預(yù)反應(yīng)液在溫 度為4°C~85°C、攪拌速度為100~500r/min條件下進(jìn)行縮合反應(yīng)l~4h，得到呈凝膠狀或是 絮狀的殼聚糖/5_羥甲基糠醛組合物，用去離子水對反應(yīng)后的殼聚糖/5_羥甲基糠醛組合 物進(jìn)行透析處理后冷凍干燥，得到干燥的殼聚糖/5_羥甲基糠醛組合物。
[0009] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定，所述的殼聚糖類物質(zhì)為殼聚糖、0-羧甲基殼聚糖、 N，0_羧甲基殼聚糖、羥丙基殼聚糖、N-馬來?；瘹ぞ厶?、殼聚糖季銨鹽中的任一種或是它 們的組合物，優(yōu)選殼聚糖、0-羧甲基殼聚糖、N，0 -羧甲基殼聚糖。
[0010] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定，所述的殼聚糖/5_羥甲基糠醛組合物為殼聚糖/5_羥 甲基糠醛Schiff堿或是具有交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的殼聚糖/5_羥甲基糠醛水凝膠中的任一種。通 過調(diào)節(jié)m殼聚糖/m 5-羥甲基糠醛的比例以及反應(yīng)體系的pH可以改變組合物的結(jié)構(gòu)，在 m殼聚糖/m 5-羥甲基糠醛彡85/15, pH彡8的條件下，優(yōu)先生成殼聚糖/5_羥甲基糠醛 Schiff喊。
[0011] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定，所述的酸性水溶液為1 9^5%的醋酸、鹽酸、硫酸水溶液 中的任一種或是它們的組合溶液。
[0012] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定，所述的殼聚糖類物質(zhì)為具有50。/『100 %脫乙酰度和具 有1KDa~4000KDa重均分子量。其中優(yōu)選脫乙酰度的范圍在85 %~96%，當(dāng)產(chǎn)物是殼聚糖 /5_羥甲基糠醛Schiff堿的，優(yōu)選重均分子量范圍在50~500KDa;產(chǎn)物是殼聚糖/5_羥甲基 糠醛水凝膠的，優(yōu)選重均分子量范圍在100~2000Kda。
[0013] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定，所述的5-羥甲基糠醛溶液為5-羥甲基糠醛/水溶液、 5-羥甲基糠醛/乙醇溶液、5-羥甲基糠醛/甲醇溶液、5-羥甲基糠醛/環(huán)己烷溶液、5-羥 甲基糠醛/乙酸乙酯溶液、5-羥甲基糠醛/二甲基亞砜溶液、5-羥甲基糠醛/甲酰胺溶液 中的任一種，優(yōu)選5-羥甲基糠醛/水溶液. 作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定，所述的5-羥甲基糠醛溶液中5-羥甲基糠醛以0.5 °/p30 %w/v濃度存在，優(yōu)選濃度范圍在3~10%w/v。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定，所述的溶液A中殼聚糖類物質(zhì)以0. 5 %~50 %w/v濃度 存在。
[0015] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定，所述的5-羥甲基糠醛溶液為含有5-羥甲基糠醛的溶 液、未經(jīng)過分離純化的糖類化合物脫水分解液的溶液；所述的糖類化合物為果糖、蔗糖、葡 萄糖、淀粉中的任一種，優(yōu)選果糖。
[0016] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定，所述的殼聚糖與5-羥甲基糠醛的重量比例（w/w)為 0. 5~50 ：1 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的原理為：5_羥甲基糠醛（5-HMF)具有與糠醛相似的結(jié)構(gòu)，并具有兩個活 性基團(tuán)一C=0和一 0H，是一種潛在的交聯(lián)劑。5-羥甲基糠醛可由六碳糖、低聚糖、高聚糖甚 至可以是一些由工業(yè)廢料，經(jīng)酸催化脫水得到，是一種重要的化學(xué)中間體。根據(jù)殼聚糖和 5-羥甲基糠醛的結(jié)構(gòu)式可知道，5-羥甲基糠醛分子上具有活性一C=0, 一 0H，殼聚糖分子鏈 上則存在〇順2和C-OH，其中一C=0和C2-NH2間可以發(fā)生Schiff堿反應(yīng)，活性一OH間可 以發(fā)生成醚反應(yīng)。具體反應(yīng)方程式如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種殼聚糖/5-羥甲基糠醛組合物的制備方法，其特征在于，該方法首先用酸性水 溶液溶解殼聚糖類物質(zhì)得到溶液A，再將溶液A和含5-羥甲基糠醛溶液混合得到預(yù)反應(yīng)液， 在預(yù)反應(yīng)液中加入堿液調(diào)節(jié)其pH至5. 0-9.O之間，預(yù)反應(yīng)液在溫度為4°C~85°C、攪拌速度 為100~500r/min條件下進(jìn)行縮合反應(yīng)l~4h，得到呈凝膠狀或是絮狀的殼聚糖/5-羥甲基 糠醛組合物，用去離子水對反應(yīng)后的殼聚糖/5-羥甲基糠醛組合物進(jìn)行透析處理后冷凍干 燥，得到干燥的殼聚糖/5-羥甲基糠醛組合物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種殼聚糖/5-羥甲基糠醛組合物的制備方法，其特征在于， 所述的殼聚糖類物質(zhì)為殼聚糖、O-羧甲基殼聚糖、N，O-羧甲基殼聚糖、羥丙基殼聚糖、N-馬 來?；瘹ぞ厶?、殼聚糖季銨鹽中的任一種或是它們的組合物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種殼聚糖/5-羥甲基糠醛組合物的制備方法，其特征在于， 所述的殼聚糖/5-羥甲基糠醛組合物為殼聚糖/5-羥甲基糠醛Schiff堿或是具有交聯(lián)網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)的殼聚糖/5-羥甲基糠醛水凝膠中的任一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種殼聚糖/5-羥甲基糠醛組合物的制備方法，其特征在于， 所述的酸性水溶液為1 °/^5%的醋酸、鹽酸、硫酸水溶液中的任一種或是它們的組合溶液。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種殼聚糖/5-羥甲基糠醛組合物的制備方法，其特征在于， 所述的殼聚糖類物質(zhì)為具有50 %~100 %脫乙酰度和具有IKDa~4000KDa重均分子量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種殼聚糖/5-羥甲基糠醛組合物的制備方法，其特征在于， 所述的5-羥甲基糠醛溶液為5-羥甲基糠醛/水溶液、5-羥甲基糠醛/乙醇溶液、5-羥甲 基糠醛/甲醇溶液、5-羥甲基糠醛/環(huán)己烷溶液、5-羥甲基糠醛/乙酸乙酯溶液、5-羥甲基 糠醛/二甲基亞砜溶液、5-羥甲基糠醛/甲酰胺溶液中的任一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種殼聚糖/5-羥甲基糠醛組合物的制備方法，其特征在于， 所述的5-羥甲基糠醛溶液中5-羥甲基糠醛以0. 5 %~30 %w/v濃度存在。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種殼聚糖/5-羥甲基糠醛組合物的制備方法，其特征在于， 所述的溶液A中殼聚糖類物質(zhì)以0. 5%~50%w/v濃度存在。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種殼聚糖/5-羥甲基糠醛組合物的制備方法，其特征在于， 所述的5-羥甲基糠醛溶液為含有5-羥甲基糠醛的、未經(jīng)過分離純化的糖類化合物脫水分 解液的溶液；所述的糖類化合物為果糖、蔗糖、葡萄糖、淀粉中的任一種。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種殼聚糖/5-羥甲基糠醛組合物的制備方法，其特征在 于，所述的殼聚糖類物質(zhì)與5-羥甲基糠醛的重量比例（w/w)為0.5~50:1。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種殼聚糖/5-羥甲基糠醛組合物的制備方法，該方法首先用酸性水溶液溶解殼聚糖類物質(zhì)得到溶液A，再將溶液A和含5-羥甲基糠醛溶液混合得到預(yù)反應(yīng)液，在預(yù)反應(yīng)液中加入堿液調(diào)節(jié)其pH，預(yù)反應(yīng)液在溫度為4℃~85℃、攪拌速度為100~500r/min條件下進(jìn)行縮合反應(yīng), 得到呈凝膠狀或是絮狀的殼聚糖/5-羥甲基糠醛組合物，用去離子水對反應(yīng)后的殼聚糖/5-羥甲基糠醛組合物進(jìn)行透析處理后冷凍干燥，得到干燥的殼聚糖/5-羥甲基糠醛組合物。本發(fā)明制備得到的殼聚糖/5-羥甲基糠醛組合物將可保留更多的-NH2基團(tuán)，從而保留更優(yōu)異的獨(dú)特的抗菌性、生物附著性等性能。
【IPC分類】C08J3-075, C08L5-08, C08B37-08, C08J9-28
【公開號】CN104817648
【申請?zhí)枴緾N201510212493
【發(fā)明人】黎演明, 李秉正, 潘麗霞
【申請人】廣西科學(xué)院
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年4月30日