甲壳素水解制备氨基葡萄糖盐酸盐的优化工艺条件
第37卷第4期
2008年4月
应 用 化 工
Applied Chemical Industry
V01.37№ .4
Apr.2008
甲壳素水解制备氨基葡萄糖盐酸盐
的优化工艺条件
刘意,孙亚,张华彬
(江苏省滩涂生物资源与环境保护重点建设实验室 。江苏 盐城 224002)
摘 要:采用浓盐酸水解工艺以不同质量(灰分)的甲壳素为原料,制备了氨基葡萄糖盐酸盐,探讨了甲壳素/盐酸
质量配比、反应温度和水解时间等因素对产品产率的影响。结果表明,不同灰分的甲壳素水解制备氨基葡萄糖盐
酸盐的...
第37卷第4期
2008年4月
应 用 化 工
Applied Chemical Industry
V01.37№ .4
Apr.2008
甲壳素水解制备氨基葡萄糖盐酸盐
的优化工艺条件
刘意,孙亚,张华彬
(江苏省滩涂生物资源与环境保护重点建设实验室 。江苏 盐城 224002)
摘 要:采用浓盐酸水解工艺以不同质量(灰分)的甲壳素为原料,制备了氨基葡萄糖盐酸盐,探讨了甲壳素/盐酸
质量配比、反应温度和水解时间等因素对产品产率的影响。结果
明,不同灰分的甲壳素水解制备氨基葡萄糖盐
酸盐的最佳条件分别为:甲壳素灰分为 8%,10%,12%,12%,各原料的甲壳素与盐酸的比(质量比)分别为
1:2.45,1:2.55,1:2.7,1:2.8;反应温度分别为9O,92,94,96℃;水解时间分别为4.5,4.8,5,5.3 h;产率分别为
92.2%。91.5%,90.2%,89.2%,为工业生产提供了理论基础。
关键词:氨基葡萄糖盐酸盐;甲壳素;水解
中图分类号:O 629.1 文献标识码:A 文章编号:1671—3206(2008)04—0373—04
New process of preparation of aminoglucose by hydrolysing chitin
LIU Yi,SUN Ya,ZHANG Hua—bin
(Jiangsu Provincial Key Laboratory of Coastal Wetland Bioresources and Environmental Protection,
Yancheng Teachers College,Yaneheng 224002,China)
Abstract:Using different mass chitin as material by hydrochloric acid hydrolysis to prepare aminoglucose.
E fect of the mass ratio of chitin to hydrochloric.reaction temperature and time。etc.on the yield were dis.
cussed.The experimental result shows:when chitin ashes are 8% 。10% ,12% 。12% ,its semi—finished
products radio are l:2.45,l:2.55,l:2.7,l:2.8,its temperature of reaction are 9O,92,94,96℃ ,the
reaction time are 4.5,4.8,5,5.3 h,and its production radio are 92.2% ,91.5% ,90.2% ,89.2% .It has
provided theory foundation for the industrial production.
Key words:aminoglucose;chitin;hydrolysis
甲壳素由Ⅳ-乙酰-2一氨基-2一脱氧一D一葡萄糖以 .
1,4糖苷键形式连接而成的,即Ⅳ-乙酰一D一葡萄糖胺
的聚糖,属于直链氨基多糖,是一种天然高分子聚合
物,不溶于水、稀酸、稀碱、浓碱及一般有机溶剂,可
溶于浓的盐酸、硫酸、磷酸和无水甲酸,同时主链发
生降解。其在浓盐酸中充分水解能生成 D.氨基葡
萄糖盐酸盐(GAH)¨J,是治疗风湿病硫酸软骨素的
主要成分,对人体具有重要的生理功能,能够促进人
体粘多糖的合成,提高关节滑液的粘性,能改善关节
软骨的代谢,有利于关节软骨的修复,具有明显的消
炎镇痛作用;参与肝肾解毒,发挥抗炎护肝的作用;
刺激婴儿肠道中双歧杆菌增长。作为化工合成原
料,具有促进抗生素药注射的功能,也可供糖尿病人
作营养助剂 J。因此该产品已受到国内外医药、工
业界的高度重视,已经在医药、生物技术、纺织、食
品、化妆品和饲料添加剂等领域得到了广泛的应用。
本文结合盐城宝龙生化制品有限公司的生产情
况,分别以不同质量(灰分)的甲壳素为原料,探讨
甲壳素与盐酸质量配比、反应温度和水解时间等因
素对产率的影响,找出最佳的工艺条件,为工业生产
提供基础。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
乙醇、氢氧化钠、盐酸均为分析纯;活性炭为工
业级;甲壳素,灰分8%,盐城宝龙生化制品有限公
司;甲壳素,灰分 10%,湖北潜江甲壳素厂;甲壳素,
灰分 12%,扬州新沂生化制 品厂;甲壳素,灰分
14%,大纵湖甲壳素厂。
DF—lOIS恒温加热磁力搅拌器;DGG-9053A电
热恒温鼓风干燥箱;sL5O2电子天平;AVATAR360
收稿 日期:2007 11-30
基金项目:江苏省教育厅自然科学基金项目(07KJA18017。05KJB180145)
作者简介:刘意(1963一),女,上海人,江苏盐城师范学院实验管理技师,从事大型精密仪器及实验室管理工作。电话:
0515—88207301.E—mail..k8207301@ yahoo.corn.en
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374 应用化工 第37卷
傅立叶变换红外光谱仪;DZF-250真空干燥箱。
1.2 实验方法
1.2.1 氨基葡萄糖盐酸盐粗品的制备 剖 在搅拌
反应器中加入一部分拣去杂物的甲壳素,加入盐酸,
在不断升温的状况下,逐渐加入剩下的甲壳素,用恒
温水浴槽控制反应温度,升到预定温度,保温5 h左
右。真空抽干,得到粗品。
1.2.2 氨基葡萄糖盐酸盐的纯化-o 将粗产品溶
解于热水中,加入粗产品质量 3%左右的活性炭,回
流20 min,趁热过滤,用少量热水洗涤滤渣。合并滤
液,7O一8O℃旋转蒸发至析 出结 晶,加入粗 品
3—4倍的乙醇,搅拌均匀,冷却,静置数小时,滤取
结晶。用少量乙醇洗涤,干燥得白色晶体。
1.3 氨基葡萄糖盐酸盐的分析方法
按照中国药品检验标准操作规范方法进行分
析,见参考文献[7]。
2 结果与讨论
2.1 灰分8%的甲壳素的水解
2.1.1 甲壳素与盐酸质量配比对产率的影响 每
次实验甲壳素300 g,反应温度92℃,水解5 h,甲壳
素与盐酸质量配比对产品产率的影响见图1。
薄
爱
甲壳素 :盐酸,质量比
图1 甲壳素与盐酸质量配比对产率的影响
Fig.1 Effect of mass ratio of chitin/hydroehlofide on yield
由图1可知,随着盐酸用量的提高,产品产率也
随之提高,但是当甲壳素与盐酸质量配比达到1:2.45
以后,产率变化很小。盐酸作为催化剂和水解反应
物,酸的比例增加,有利于反应的进行;用量若过高,
给以后处理带来困难,且明显增加成本;盐酸用量过
少,则体系黏度增大,不能充分反应,且易造成粘壁,
增加副反应,降低产率。因此,适宜的甲壳素与盐酸
质量配比为 1:2.45。
2.1.2 反应温度对产率的影响 每次实验甲壳素
300 g,甲壳素与盐酸质量配比为1:2.45,水解5 h,
反应温度对产率的影响见图2。
由图2可知,提高反应温度,产率也相应提高,
但是当反应温度达到 9O℃以后,产率变化很小,而
且反应得到的氨糖会糖化,这会大大影响产品产率。
因此,适宜的反应温度为9O℃。
92.4
92.2
92.O
91.8
91.6
薄 91.4
{L 91
.2
91.0
90.8
90.6
温度/℃
图2 反应温度对产率的影响
Fig.2 Effect of temperature on yield
2.1.3 水解时间对产率的影响 每次实验甲壳素
300 g,甲壳素与盐酸质量配比为1:2.45,反应温度
9O℃,水解时间对产率的影响见图3。
{L
水解 时间,h
图3 水解时间对产率的影响
Fig.3 Effect of hydrolysis time on yield
由图3可知,甲壳素的水解反应速率是时间的
一 级反应动力学函数,水解时间的加长,产率也相应
提高,水解时间达到4.5 h已 100%水解了,延长水
解时间,不会提高产率,只能增加生产成本。因此,
适宜的水解时间为4.5 h。
2.2 灰分 l0%的甲壳素的水解
2.2.1 甲壳素与盐酸质量配比对产率的影响 每
次实验甲壳素300 g,反应温度92℃,水解5 h,甲壳
素与盐酸质量配比对产率的影响见表 1。
表 1 甲壳素与盐酸质量配比对产率的影响
Table 1 Effect ofmass proprotion of
chitin/hydrochloride Oil yield
由表 1可知,随着盐酸用量的提高,产率也随着
提高,但是当甲壳素与盐酸质量比达到 1:2.55以
后,产率变化很小。因此,适宜的甲壳素与盐酸质量
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第4期 刘意等:甲壳素水解制备氨基葡萄糖盐酸盐的优化工艺条件 375
比为 1:2.55。
2.2.2 反应温度对产率的影响 每次实验甲壳素
300 g,甲壳素与盐酸质量比为1:2.55,水解5 h,考
察4个反应温度对产率的影响见表 2。
表 2 反应温度对产率的影响
Table 2 Effect of temperature on yield
由表2可知,提高反应温度,产率也相应提高,
但是当反应温度达到92℃以后,产率变化很小,而
且反应得到的氨糖会糖化,这会大大影响产品出成。
因此,适宜的反应温度为92℃。
2.2.3 水解时间对产率的影响 每次实验甲壳素
300 g,甲壳素与盐酸质量比为 1:2.55,反应温度
92℃,水解时间对产率的影响见表 3。
表3 水解时间对产率的影响
Table 3 Effect of reaction time on yield
由表3可知,甲壳素的水解反应速率是时间的
一 级反应动力学函数,水解时间的加长,产率也相应
提高,水解时间达到4.8 h已100%水解了,延长水
解时间,不会提高产率,只能增加生产成本。因此,
适宜的水解时间为4.8 h。
2.3 灰分l2%的甲壳素的水解
2.3.1 甲壳素与盐酸质量比对产率的影响 每次
实验甲壳素300 g,反应温度92℃,水解5 h,甲壳素
与盐酸质量比对产率的影响见表 4。
表4 甲壳素与盐酸质量}匕对产率的影响
Table4 Effect ofmass proportion of
ehith~hydrochloride on yield
由表4可知,随着盐酸用量的提高,产率也随着
提高,但是当甲壳素与盐酸质量比达到 1:2.7以
后,产率变化很小。因此,适宜的甲壳素与盐酸质量
比为 1:2.7。
2.3.2 反应温度对产率的影响 每次实验甲壳素
300 g,甲壳素与盐酸质量比为 1:2.7,水解5 h,反应
温度对产率的影响见表5。
表 5 反应温度对产品产率的影晌
Table 5 Effect of temperature on yield
由表5可知,提高反应温度,产率也相应提高,
但是当反应温度达到94℃以后,产率变化很小,而
且反应得到的氨糖会糖化,这会大大影响产品产率。
因此适宜的反应温度为94℃。
2.3.3 水解时间对产率的影响 每次实验甲壳素
300 g,甲壳素与盐酸质量比为 1:2.7,反应温度
94℃,水解时间对产率的影响见表 6。
表6 水解时间对产率的影晌
Table 6 Effect of reaction time on yield
由表6可知,甲壳素的水解反应速率是时间的
一 级反应动力学函数,水解时间的加长,产率也相应
提高,水解时间达到5.0 h已100%水解了,延长水
解时间,不会提高产率,只能增加生产成本。因此,
适宜的水解时间为5.0 h。
2.4 灰分l4%的甲壳素的水解
2.4.1 甲壳素与盐酸质量比对产率的影响 每次
实验甲壳素300 g,反应温度92℃,水解5 h,甲壳素
与盐酸质量比对产率的影响见表7。
表 7 甲壳素与盐酸质量}匕对产率的影响
Table7 Effect ofmass proportion of
chitin/bydrochloride on yield
由表7可知,随着盐酸用量的提高,产率也随着
提高,但是当甲壳素与盐酸质量比达到 1:2.8以
后,产率变化很小。因此,适宜的甲壳素与盐酸质量
比为 1:2.8。
2.4.2 反应温度对产率的影响 每次实验甲壳素
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376 应用化工 第 37卷
300 g,甲壳素与盐酸质量比为1:2.8,水解5 h,反
应温度对产率的影响见表8。
表8 反应温度对产率的影响
Table 8 Effect of reaction temperature on yield
由表8可知,提高反应温度,产率也相应提高,
但是当反应温度达到 96℃以后,产率变化很小,而
且反应得到的氨糖会糖化,这会大大影响产品产率。
因此,适宜的反应温度为96℃。
2.4.3 水解时间对产率的影响 每次实验甲壳素
300 g,甲壳素与盐酸质量比为 I:2.45,反应温度
90℃,水解时间对产率的影响见表 9。
表9 水解时间对产率的影响
Table 9 Effect of hydrolysis time on yield
由表9可知,甲壳素的水解反应速率是时间的
一 级反应动力学函数,水解时间的加长,产率也相应
提高,水解时间达到5.3 h已 100%水解了,延长水
解时间,不会提高产率,只能增加生产成本。因此,
适宜的水解时间为5.3 h。
2.5 产物分析
原料为灰分 10%的甲壳素,甲壳素与盐酸质量
比为 l:2.55,反应温度92℃,水解4.8 h,得到的氨
基葡萄糖盐酸盐产品(含量 99.8%)进行 IR分析,
其图谱见图4。
波数/cm
图4 产品氨基葡萄糖盐酸盐红外光谱
Fig.4 IR spectrum of ammonia ucose hydrochloride
红外光谱图在 3 100 cm 附近有强吸收峰是
N—H键伸缩振动,2 937 cm 处是 c—H键伸缩振
动,l 600 cm 是 N—H的面内弯曲振动,909 cnl
是N一的面外弯曲振动,这些都是特征吸收峰。氨
基葡萄糖盐酸盐比旋光度[ ] 0=+72(。),与文献
值 ¨ 吻合。
3 结论
以不同质量(灰分)的甲壳素为原料,用浓盐酸
进行水解,在以下不同的酸比、反应温度、相对应的
水解时间能够完全水解,即达到最佳状态(见表
l0)。
表 1O 不同灰分的甲壳素水解制备氨基葡萄糖
盐酸盐的最佳条件
Table 10 The best techn0lo caI condition for ammonia
glucose hydrochloride by hydrolysed different mft,~ of chitin
参考文献:
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