优化条件下过氧化氢降解壳聚糖的光谱学研究解读.docx

1、优化条件下过氧化氢降解壳聚糖的光谱学研究解读第卷，第期光谱学与光谱分析，年月，优化条件下过氧化氢降解壳聚糖的光谱学研究林芳，贾新刚，雷万学，李正军，张廷有四川大学制革清洁技术国家工程实验室，四川成都国家皮革质量监督检验中心，浙江海宁摘要在最佳反应条件下制备过氧化氢对壳聚糖的降解产物，通过测定原料及降解产物（）的氮、碳含量，分析它们的红外光谱、核磁共振碳谱、射线衍射谱及圆二色谱，考察各产物是否保持其天然结构。结果表明：各降解产物与原料的碳含量，氮含量及脱乙酰度的最大相对偏差分别为，与，且后两者随着反应时间的延长而减小；各降解样品的红外光谱及核磁共振碳谱与原料壳聚糖的相似，说明降解过程几乎不改变原

2、料的化学结构；经相同方法处理过的原料及降解产物在。和。处均存在射线衍射峰，在处均存在一个负的圆二吸收峰，表明产物的固态结构与其在溶液中的构象均没有发生变化。说明在优化的降解条件下过氧化氢氧化降解没有改变壳聚糖的天然结构。关键词壳聚糖；过氧化氢；降解反应；光谱分析；结构特征中图分类号：文献标识码：（）为原则，优化反应温度及过氧化氢的用量等因素，通过改变引言反应时间在最佳条件下制备不同分子量的壳聚糖，测定原料及降解产物的氮含量和碳含量，分析它们的红外光谱、核磁壳聚糖的分子结构中存在大量游离氨基，是天然多糖中共振碳谱、射线衍射谱、以及圆二色谱，考察在最佳的降少见的阳离子型高聚物，易被微生物降解而不带

3、来环境污解条件下各产物是否保持其天然结构。染，具有较好的生物相容性及良好的抗菌性，在工业、农业、医学及生物工程等各个领域得到越来越广泛的应用，已被现实验部分代科学称为继糖、蛋白质、脂肪、维生素、矿物质大生命要素之后的第生命要素。为满足其在各个方面的应用，壳材料与方法聚糖的分子量分布范围最好能达到个数量级，因此，对壳聚糖，重均分子量为，脱乙酰度其进行适当的降解是首要的工作。过氧化氢因具有价格低；购自济南海得贝海洋生物工程有限公司。过氧化廉，环境友好，降解产物的后处理简易等优点，已广泛应用氢与其他化学试剂均为分析纯。于纤维素，半纤维素，淀粉等多糖类物质的处理。就其对壳重均分子量的测定参照文献的方法

4、进行。聚糖的降解而言，与酶降解法相比，存在的不足之处主要氮含量测定：在带有消化系统和有：在反应过程中壳聚糖的分子结构及脱乙酰度均发生明显蒸馏系统的全自动定氮仪上进行。在消化管中的变化，分子中可能出现羧基，分子问可能产生交联。曾加入约精确至）样品，（精确至）有报道表明，当反应时间从增加到时，壳聚糖的硫酸铜与（精确至）硫酸钾，浓硫酸控制消氮含量及脱乙酰度分别从与增加到与化系统的温度为，消化时间为，将得到的绿色或，当壳聚糖的分子量从降低到时其蓝色清亮透明溶液在蒸馏系统中进行氮含量测定。羧基含量达到，且在分子链间将产生交联，产物变碳含量测定：在（）总碳含量测定成棕黄色甚至黑褐色。壳聚糖天然结构的变化必

5、然导致其仪上进行。配制的壳聚糖（特性的改变，影响了对这一很有前景的降解方法的进一步研）溶液，测定样品的总有机碳含量。究及应用。基于以上问题，本实验以保持壳聚糖的天然构象红外光谱分析：在光谱仪上收稿日期：修订日期：基金项目：教育部博士点基金项目（）和国家自然科学基金项目（）资助作者简介：林芳，年生，匹）大学轻纺与食品学院博士生通讯联系人：万方数据光谱学与光谱分析第卷用压片法测定各样品的红外光谱。核磁共振碳谱分析：将样品制成盐酸化壳聚糖后在一核磁共振谱仪上以（）为溶剂测定。射线衍射分析：以为阳极钯，在衍射仪上对各样品进行射线扫描。根据参考文献计算样品的结晶度。圆二色谱分析：将原料及待分析的样品溶解

6、在溶液中，用一（，）在测定各样品的圆二色谱。根据以下公式计算样品的摩尔椭圆率胡：胡信号结构单元的相对分子质量（）样品浓度（啊）样品池的宽度（）。壳聚糖的降解将壳聚糖及的醋酸溶液加入反应器中，水浴振荡。待样品完全溶解后加入鸭，控温，调节不同的反应时间制备不同分子量的壳聚糖。反应结束后，加入少量双）。除去残余的（），用调节体系的值至析出产品，用蒸馏水充分洗涤沉淀物至中性，真空干燥即得反应产物。结果与讨论样品的氮含量。碳含量及脱乙酰度表表明原料及各降解产物的分子量，氮含量，碳含量及脱乙酰度。璐为重均分子量目前，红外光谱已广泛应用于分析计算壳聚糖样品的脱乙酰度（，）。本文以各样品的红外吸收光谱为依据，

7、参照文献计算相应的值。实验证明，甲壳素或壳聚糖在与处的吸收仅与样品的组分相关，而不受样品的处理方法、所处的状态及其二级结构的影响；根据公式一（）一）计算样品的脱乙酰度，具有相关系数高（），计算值与真实值高度一致等特点。其中。和伽分别为样品在及处的吸光度。从表可以看出，各降解产物的氮含量，碳含量及万方数据值与原料壳聚糖的相应值差异较小（最大相对偏差分别为，与），且降解产物的氮含量及值与原料相应值的差异随着反应时间的延长而减小。在反应的最初，降解产物的氮含量与值均较低，这可能是由于原料壳聚糖的分子量很大，最初的反应体系粘度较大，而本实验采取一次加入（）的投料方式，因反应的不均匀性及局部的过度氧化引

8、起的。原料及降解产物的红外光谱原料壳聚糖及其降解产物的红外光谱如图所示。其主要吸收峰的归属见表。从图可以看出，原料壳聚糖与各降解产物的红外光谱在主要吸收峰的数目与位置方面均没有发生明显的变化。各降解产物在“处均没有红外吸收，说明在降解过程没有羰基类化合物生成。对比原料与降解产物在处的吸收可以看出，降解产物在此处的一（）吸收强度有所增加，且吸收峰锐化，表明随着分子量的降低，产物中一的量有所增加，且分子内及分子间的氢键增强，分子结构的规整度有所提高。（一，：；：（汀；：；：；：孓；：；：；：争波数基团卜，键伸缩振动晌键伸缩振动扣，）键伸缩振动（壳聚糖，）一，一变形振动（卜变形振动一伸缩振动屿鹃引卯

9、加灌构利糖苷键的特征峰原料及降解产物的核磁共振碳谱用”分析技术进一步确定壳聚糖过氧化氢降解产物的化学结构是否发生变化。图为原料壳聚糖及其氧化降解产物的”谱。化学位移占为，及的共振峰分别归属于第期光谱学与光谱分析一，和碳原子。在参考资料中出现两个碳原子的共振峰，这可能是由于。碳原子处于两种不同的化学环境：端基碳原子所连的是羟基，而链中的。碳原子与糖苷键相连，其化学位移存在一定的差异。此外，在占一处还存在一个弱的共振峰，这是乙酰氨基上碳原子的共振信号，由于其弛豫时间（）较长，且没有氢与之相连，不能得到完全的（）效应，所以其共振峰较其他碳原子的弱。对比图中各样品的共振峰可以看出，壳聚糖在降解前后的碳

10、谱几乎没有发生变化，即进一步确定了其在降解过程中化学结构的稳定性。；：；：；：原料及降解产物的射线衍射谱从图可以看出，原料壳聚糖与降解产物的射线衍射谱存在很大的差异：降解产物的射线衍射谱在。和。处均存在两个特征峰，这与报道的虾壳聚糖的“”衍射谱一致，而原料壳聚糖只存在一个宽峰，是典型的无定形非晶化合物。样品处理过程的温度，存放及后处理对其晶体结构有很大的影响引。为了进一步了解造成原料与降解产物的固态结构存在差异的原因，将原料溶解在溶液中，振荡，待其充分溶解后，用处理降解产物的方法制备样品，再测定其射线衍射谱。结果表明：经同样方法处理过的原料壳聚糖（孓）与降解产物的射线衍射谱没有本质的区别。该结

11、论与已有的报道不同，这与原料壳聚糖和降解壳聚糖的处理方法不完全一致有一定的关系。随着产物分子量的降低，降解产物的结晶度略有升高，这是由于随着产物分子量的降低，分子间的缠结减少，有利于分子的有序排列。这与红外光谱分析的结果是一致的。该实验结果与等报道的实验结果不同，可能的原因是在等的报道中，壳聚糖的分子量差异较小（粘均分子量为），不能很好地反映出分子量的差异对结晶度的影响。原料及降解产物的圆二色谱以口（）连接的线型多糖（如纤维素、乳糖、壳聚糖及甲壳素）的典型构象为对称双螺旋结构，螺距为，通过链内氢键维持的构象稳定性“。万方数据图为壳聚糖及其降解产物的圆二色谱。从图中可以看出，各样品在处均存在一个

12、宽的负吸收峰，表明降解产物仍保持天然壳聚糖的双螺旋结构，该吸收是由于壳聚糖分子中一（卜发色团的一电子跃迁引起的。此外，随着反应时间的延长，降解产物在处的吸收峰强度逐渐趋近于原料在此处的吸收强度。节中红外分析的结果已说明，降解产物的脱乙酰度和原料壳聚糖的差异随着反应时间的延长不断缩小，这与本节的结论是一致的。（）：；：；：；：一结论通过以过氧化氢氧化法在优化的条件下降解制备了不同分子量的壳聚糖。各降解产物的碳含量、氮含量及脱乙酰度与原料壳聚糖的相应值相比，其最大相对偏差分别为，与，且后两者随着反应时间的延长又趋近原料的，中壳聚糖的化学结构没有发生明显的变化。射线衍射及圆相应值。红外光谱及核磁共振

13、碳谱分析结果表明在降解过程二色谱分析显示各降解产物保持了原料壳聚糖的固态结构与液态时的构象。分析结果得出，在优化的降解条件下过氧化氢氧化降解没有改变壳聚糖的天然结构。光谱学与光谱分析第卷参，。考文献，：，：，（赵海峰，张敏卿，曾爱武）（化工进展），（）：，（王伟，薄淑琴，秦汶），（）（中国科学辑），（）：。：，。，（任东文，王一力，包德才，等）（光谱学与光谱分析），（）：，（任东文，包德才，王为，等），：（光谱学与光谱分析），（）：，：，：，：。，八，：，（何曼君，陈维孝，董西侠）（高分子物理）：（上海：复旦大学出版社），：，：，：，：，：，：，：万方数据第期光谱学与光谱分析，（），（）（），

14、”（”），（）（），。九，（）一，；（，；，）万方数据优化条件下过氧化氢降解壳聚糖的光谱学研究作者：作者单位：林芳， 贾新刚， 雷万学， 李正军， 张廷有， LIN Fang， JIA Xin-gang， LEI Wan-xue， LI Zheng-jun， ZHANG Ting-you林芳,LIN Fang(四川大学制革清洁技术国家工程实验室,四川,成都,610065;国家皮革质量监督检验中心,浙江,海宁,314400)， 贾新刚,雷万学,李正军,张廷有,JIA Xin-gang,LEI Wan-xue,LI Zheng-jun,ZHANG Ting-you(四川大学制革清洁技术国家工程实验室,四川,成都,610065)光谱学与光谱