实验1.壳聚糖的制备与表征

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1、实验1壳聚糖的制备与表征一、实验目的1.掌握由虾壳、虾皮（及蟹壳）等制取壳聚糖的原理和实验方法；2.学习壳聚糖的表征方法，学习实验中所用仪器的使用方法，了解壳聚糖的用途。二、实验步骤1.壳聚糖的制备（1）实验原理壳聚糖提取/制备过程示意图1甲壳素(Chintin)是无毒、生物可降解的天然多糖，由2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖组成，广泛分布于海洋及陆地上的低等节肢动物、昆虫外壳和少数真菌中，又称甲壳质、几丁质。甲壳素外观为白色半透明固体,不溶于水、稀酸、稀碱及普通有机溶剂，溶于浓盐酸、硫酸,但同时降解。甲壳素自然资源十分丰富，天然来源数量仅次于纤维素。壳聚糖(

2、Chitosan)是甲壳素水解其酰胺N-脱乙酰基以后所得到的产物。一般而言，酰胺N-乙酰基脱去55%以上的甲壳素就可称之为壳聚糖，因此，壳聚糖实际上由2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖和2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖两类单糖组成。壳聚糖在酸性溶液中游离的伯胺基显示出碱性，可与氢质子定量发生反应。壳聚糖无毒，具有良好的生物可降解性和生物相容性而被用作药物载体；其良好成膜性被广泛用作功能食品、食品添加剂和果蔬保鲜膜等，应用越来越广泛。（壳聚糖应用方面的研究请课后自行查阅文献了解。）（2）仪器设备及试剂（此处仅为壳聚糖制备用，不包括壳聚糖表征用的）。真空干燥箱，电

3、动搅拌器，控温加热器，三口烧瓶，索氏提取器；NaOH（C.P.），HCl（C.P.），丙酮（C.P.）；虾壳，由购自市场冻虾去肉而得；虾皮，购自自由市场。（3）实验步骤甲壳素制备①原料采集及预处理。冻虾解冻以后，剥下虾壳（包括虾头），并认真剔除虾壳上残留的虾肉，充分清洗后，室温下晾干，80℃下真空干燥过夜。虾皮（视具体情况决定是否需要处理），经充分清洗后晾干，80℃下真空干燥过夜。②脱脂脱蛋白脱钙。称取一定量的预处理后的虾壳/虾皮，置于80℃下2%NaOH水溶液中处理1小时后，用蒸馏水洗至中性，以除去油脂和蛋白；再用1mol/LHCl于30℃下浸泡30分钟后，用蒸馏

4、水洗至中性，以脱去钙质及盐分。重复上述操作三次。③脱色及产物收集。将脱脂脱钙脱蛋白后的虾壳/虾皮置于索氏提取器中，用丙酮作溶剂进行脱色，可得到白色片状的甲壳素。收集所得产物，并在80℃下真空干燥3小时后，称取质量，计算所得甲壳素的产率，比较不同原料中甲壳素产率的差异。壳聚糖制备①甲壳素脱乙酰化。2在氮气保护下，将5.0g甲壳素在150mL47%NaOH溶液中于110℃进行脱乙酰化反应1h，冷却后倾出溶液，用蒸馏水洗至弱碱性。重复上述操作两次，得壳聚糖粗产物。②脱色及产物收集。将壳聚糖粗产物置于索氏提取器中，用丙酮作溶剂进行脱色，可得到白色片状的壳聚糖。收集所得产物，

5、并在80℃下真空干燥3小时后，称取质量，计算所得壳聚糖的产率，分析比较不同原料所得甲壳素中壳聚糖产率的差异。脱乙酰化过程中水解条件非常重要，不同的温度、水解时间和碱浓度都会得到不同脱乙酰度的壳聚糖产品。因此，水解温度、碱的浓度及水解时间是需要研究的主要对象。具体水解条件的探索在实验前视情况来确定。2．壳聚糖的表征（1）红外光谱（FT-IR）甲壳素脱乙酰化后，其FT-IR光谱有明显的变化，这种变化不仅可以作为定性/结构分析的依据，而且还可以对脱乙酰化度进行定量分析。①结构分析。壳聚糖与甲壳素红外光谱的最大差异表现在分子中酰胺键的特征吸收上。-1甲壳素红外光谱中1655

6、cm处的酰胺键特征吸收（酰胺I带）很显著。在完全脱乙酰化-1的壳聚糖中约在1655cm处的这一特征吸收消失，表明酰胺键已完全水解。部分水解时，此峰强度明显降低。测试不同条件及不同来源下所制的甲壳素/壳聚糖，解析归属主要基团的特征吸收。②脱乙酰度测定。采用红外光谱定量分析方法可以测定甲壳素的脱乙酰度（deacetylationdegree，DD），DD是壳聚糖最基本的结构参数之一，与壳聚糖很多物化性质密切相关。-1可选用酰胺I带作为分析谱带/探针谱带，此时通常采用3450cm作为参比谱带，按下式计算样品的DD：DD=[1-（A1655/A3450）（1/1.33）]×

7、100%式中A为相应波数下红外吸收谱带的吸光度，1.33为完全脱乙酰化的样品中A1655/A3450的比值，实验中可采用标准品或参照品来测试校正及确定。测定不同甲壳素来源及不同水解条件下所得壳聚糖的DD，分析比较上述因素对DD的影响。FTIR法测定DD更多的研究请课后查阅文献进一步了解。DD测定的其他方法请课后查阅文献了解。（2）热分析（TGA/DSC）热重分析（TGA）是物质表征的有效手段之一。通过热重分析可以获得物质在加热时的热分解行为，其结果有助于推测物质的组成，物质热分解动力学行为等许多信息。3差示扫描量热（DSC）法还基于甲壳素或壳聚糖样品分解后获得含