堿量法測定殼聚糖脫乙酰度的研究

1、堿量法測定殼聚糖脫乙酰度的研究徐文峰,廖曉玲(重慶文理學(xué)院,永川402160摘 要:堿量法(包括酸堿滴定法和電位滴定法是目前測定殼聚糖脫乙酰度較為常用的方法,其原理是用過量的稀酸與一定量的待測殼聚糖反應(yīng),然后用標準NaOH 溶液滴定過量的酸來測量殼聚糖中自由氨基的量,從而計算殼聚糖的脫乙酰度(DD 值。計算脫乙酰度的公式多用:DD=(-NH 2% 0.094 100%(公式一。而另外一個堿量法中未用過的脫乙酰度計算公式為:DD=203n (G +42n 100%(公式二,本文用計算公式一和公式二分別計算在酸堿滴定法和雙突躍電位滴定法中殼聚糖的脫乙酰度,結(jié)果表明:在酸堿滴定法中,用公式一的計算的

2、結(jié)果準確度更高,而在雙突躍電位滴定法中用公式二計算的結(jié)果準確度更高。關(guān)鍵詞:殼聚糖;脫乙酰度;測定方法甲殼素(chitin,又名甲殼質(zhì)、殼多糖等,化學(xué)名為聚(1,4 2 乙酰氨基 2 脫氧 D 葡萄糖,是一種高分子物質(zhì),不溶于稀酸和一般有機溶劑,故其應(yīng)用受到一定的限制。甲殼素經(jīng)脫乙?；芍频靡环N天然高分子聚合物殼聚糖(Chitosan,學(xué)名為B(1,4 2 氨基 2 脫氧 D 葡聚糖。殼聚糖的脫乙酰度(deacetylation degree 縮寫為DD,是指殼聚糖分子中脫去乙酰基的糖殘基數(shù)占殼聚糖分子中總糖殘基數(shù)的百分比。殼聚糖脫乙酰度的高低將直接影響到它在稀酸中的溶解能力、粘度、離子交換能

3、力、絮凝性能和氨基有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)能力,以及許多方面的開發(fā)和應(yīng)用,因此脫乙酰度已成為決定殼聚糖特定的生理活性的重要參數(shù)之一,更是鑒定殼聚糖產(chǎn)品質(zhì)量的一個主要指標,是一項極為重要的技術(shù)指標。目前,關(guān)于殼聚糖脫乙酰度測定方法的研究已有一些報道,歸納起來,可以分為二大類-光度法、滴定法14。滴定法中的利用堿量法測定殼聚糖的脫乙酰度稱為堿量法,它包括酸堿滴定法和電位滴定法。因操作比較簡單、普遍適用、不需要貴重的儀器,而且準確度較高,是目前測定殼聚糖脫乙酰度較為常用的方法,有廣泛的使用價值。堿量法原理是用過量的稀酸與一定量的待測殼聚糖反應(yīng),然后用標準NaOH 溶液滴定過量的酸來測量殼聚糖中自由氨基的量,從

4、而計算殼聚糖的脫乙酰度(DD 值,計算脫乙酰度有個常用公式(公式一。吳小勇5等在文獻中提出了另外一個改進計算公式(公式二,但將改進后的公式用到雙突躍電位滴定法和酸堿滴定法的文獻未見報道。本文就此進行比較研究。1 實驗部分1.1 實驗設(shè)備與試劑CJ 型攪拌器(上海偉業(yè)儀器廠;ZD 2型自動電位滴定計(上海偉業(yè)儀器廠;217型參比電極(上海偉業(yè)儀器廠;pH 復(fù)合電極(上海偉業(yè)儀器廠;遠紅外輻射干燥箱(上海浦東榮豐科學(xué)儀器有限公司;電子分析天平(德國賽多利斯股份公司;食品級殼聚糖(山東奧康生物科技工作者有限公司70310A。HCl 、Na OH 、無水碳酸鈉、草酸、1%的甲基橙、酚酞。218 基金項

5、目:重慶文理學(xué)院項目資助金(Z2007HH11項目資助作者簡介:徐文峰(1968-,男,副教授,高級工程師;E mail:xwf -2281.2 標準溶液的配制標準0.1mol L HCl溶液的配制:量取濃HCl 約8.3mL,用1L蒸餾水稀釋,然后以甲基橙指示劑,用0.05mol L的無水碳酸鈉溶液進行標定。標準0.1mol L Na OH溶液的配制:準確稱量6 g左右的NaOH,用1L蒸餾水進行溶解,然后以酚酞為指示劑,用0.1mol L的草酸溶液進行標定。1.3 實驗方法1.3.1 酸堿滴定法 測定步驟:精確稱量0.25g 經(jīng)干燥到恒重的殼聚糖樣品3份分別置于50mL 燒杯中,分別加20

6、m L0.1mol L HCl標準溶液,室溫下磁力攪拌1h,使其完全溶解,加入指示劑1%甲基橙23滴,在磁力攪拌器攪拌條件下用標準0.1mol L NaOH溶液滴定過量的HCl,當溶液由紅色變?yōu)辄S色即為終點,根據(jù)滴定終點時用去的NaOH的體積,用改進前的公式一和改進后的公式二分別計算殼聚糖的脫乙酰度值。1.3.2 雙突躍電位滴定法 測定步驟:精確稱量0.25g經(jīng)干燥到恒重的殼聚糖樣品3份,分別置于50mL燒杯中,加入約20m L0.1mol L HCl標準溶液,室溫下磁力攪拌1h,使其完全溶解,將pH 復(fù)合電極放入樣品溶液中,用0.1m L L NaOH標準溶液滴定過量的HCl,記錄pH和相應(yīng)

7、消耗的NaOH的體積,以溶液的pH對NaOH標準溶液滴定體積作圖,即得到殼聚糖酸堿滴定曲線,做pH 對VNaOH的一級商曲線,得到殼聚糖雙突躍滴定曲線,根據(jù)兩個突躍點對應(yīng)的Na OH的體積之差計算殼聚糖的脫乙酰度。1.3.3 計算公式 公式一:堿量法中常用計算脫乙酰度的公式一,即:在酸堿滴定法中表示為:(-NH2%=(c1v1-c2v2 0.016G100%(1DD=(-NH2%9.94%100%(2式中:c1-HCl標準溶液的濃度,mol L;c2-NaOH標準溶液的體積,mol L;v1-加入的HCl標準溶液的體積,mL;v2-滴定耗用的NaOH標準溶液的的體積,m L;G-樣品重,g;0

8、.016-與1mL1mol L HCl溶液相當?shù)陌被?g;9.94%-理論氨基含量。在雙突躍電位滴定法中表示為:DD=(v2-v1 c 0.0160.094 m(3式中:v1-第一突躍點時用去的NaOH標準溶液的體積,mL;v2-第二突躍點時用去的NaOH標準溶液的體積,mL;c-NaOH的濃度,mol L;m-樣品的質(zhì)量,g;0 016-與1mL1mol L HCl溶液相當?shù)陌被?g;9.94%-理論氨基含量。公式二:改進的脫乙酰度計算公式二,即:在酸堿滴定法中表示為:DD=203nG+42n100%(4式中:G-殼聚糖品的質(zhì)量,g;在酸堿滴定法中:n=c1v1-c2v2(5式中:c1-

9、HCl標準溶液的濃度,mol L;c2-NaOH標準溶液的體積,mol L;v1-滴定前溶解樣品時所加入的已知濃度的HCl的體積,mL;v2-滴定進用去的NaOH標準溶液的體積,mL。在雙突躍電位滴定法中:n=c (v2-v1(6式中:c-NaOH的濃度,mol L;v1-第一突躍點時用去的Na OH標準溶液的體積,mL;v2-第二突躍點時用去的NaOH標準溶液的體積,mL。2 結(jié)果與討論2.1 對酸堿滴定法的結(jié)果與分析用公式(1、(2即改進前的公式一和公式(4、(5即改進后的公式二分別計算殼聚糖的脫乙酰度值。其計算結(jié)果比較見表1。表1 不同計算公式計算結(jié)果的比較樣品號殼聚糖樣品的質(zhì)量 g樣品

10、脫乙酰度的標示量%公式(1(2求得的脫乙酰度值%公式(1(2求得的結(jié)果的平均值 %RSD%公式(4(5求得的脫乙酰度值%公式(4(5求得的結(jié)果的平均值 %RSD%1 2 30.23810.23670.236493.393.8394.1394.8294.260.5495.0595.3096.5395.630.832192.2 雙突躍電位滴定法的結(jié)果與分析 根據(jù)記錄的pH 和相應(yīng)消耗的NaOH 的體積,以pH 對NaOH 標準溶液滴定體積作圖,得到的殼聚糖酸堿滴定曲線見圖1,做pH 對VNaOH 的一級商曲線,得到的殼聚糖雙突躍滴定曲線見圖2。 圖1殼聚糖酸堿滴定曲線圖2 殼聚糖雙突躍滴定曲線用公

11、式(3即改進前的公式一和公式(4、(6即改進后的公式二分別計算殼聚糖的脫乙酰度值,其計算結(jié)果比較見表2。表2 不同計算公式計算結(jié)果的比較樣品號殼聚糖樣品的質(zhì)量 g 樣品脫乙酰度的標示量 %公式(3求得的脫乙酰度值%公式(3求得的結(jié)果的平均值 %RSD %公式(4(6求得的脫乙酰度值%公式(4(6求得的結(jié)果的平均值 %RSD %1230.23720.23670.238793.392.2892.5292.6894.490.2293.8093.8594.1293.920.182.3 兩種方法的比較討論2.3.1 酸堿滴定法測定殼聚糖脫乙酰度 從表1可以看出,就本方法的測定數(shù)據(jù)用兩種計算公式來處理,用

12、公式(1、(2即改進前的公式一來計算脫乙酰度比用公式(4、(5即改進后的公式二來計算脫乙酰度的準確度要高。其原因是理論上用公式(1、(2即改進前的公式一計算的結(jié)果是偏低的,因為公式(1、(2即改進前的公式一中!理論氨基含量的來源是0 0994=16 161,161為殼聚糖殘基的平均分子量,但大多數(shù)殼聚糖的脫乙酰度均低于100%,其殼聚糖殘基的平均分子量均大于161,因此其氨基含量值均小于0 0994,導(dǎo)致理論上計算的結(jié)果是偏低的6。而用公式(4、(5即改進生的公式二則可以避免這個問題,但實驗中是將殼聚糖溶解于過量的HCl 中,而殼聚糖在酸性溶液中會發(fā)生降解而消耗一定的HCl,最終使NaOH 滴

13、定體積減少,從而引起測定結(jié)果偏高,所以在這個方法中用公式(4、(5即改進后的公式二會使結(jié)果偏得更高。2.3.2 雙突躍電位滴定法測定殼聚糖脫乙酰度 從表2可以看出:用公式(4、(6即改進后的公式二來計算殼聚糖的脫乙酰度比用公式(3即改進前的公式一來計算殼聚糖脫乙酰度的準確度要高。這是因為雙突躍電位滴定法是根據(jù)滴定曲線中兩個突變點間消耗的NaOH 的量來確定樣品中自由氨基的量,可有效地消除殼聚糖吸附殘酸或殘堿的影響,使結(jié)果更為可靠。而且,在該方法中溶解殼聚糖樣品時所加的HCl 只要足量即可,不必知道其精確體積和濃度,使測定更為方便。但通過實驗可知:雙突躍電位滴定法的測定周期比酸堿滴定法的測定周期

14、要長得多。其原因是從圖1和圖2可以看出,第一個滴定突躍范圍在pH 35之間,第二滴定突躍范圍圖在pH 810之間,前一突躍對應(yīng)NaOH 中和過量HCl 等當點前后滴定反應(yīng)情況;后一突躍對應(yīng)NaOH 中和質(zhì)子化氨基等當點前后滴定反應(yīng)情況,對于兩個滴定突躍點,前者尚可用來實際測定,后者則甚難實際測定,其原因是被滴定液存有大量絮狀沉淀,嚴重干擾電極反應(yīng),滴定液每次加入后,平衡時間(所測溶液pH 穩(wěn)定時間有時長達40min,且220高低波動,這是由于大量絮狀沉淀的存在,導(dǎo)致整個被測體系很難均勻所致。3 結(jié)論(1綜合以上實驗結(jié)果可以看出,如果用酸堿滴定法測定殼聚糖的脫乙酰度,用公式(1、(2即改進前的公式一計算其脫乙酰度值為宜。(2用雙突躍電位滴定法測定殼聚糖的脫乙酰度時,用公式(4、公式(6即改進后的公式二計算其脫乙酰度值更為準確。(3對于這兩種方法來講,用雙突躍電位滴定法測定殼聚糖的脫乙酰度準確度更高,但其測定周期卻是酸堿滴定法的幾倍,因此若重點是計算殼聚糖的脫乙酰度,用雙突躍電位滴定法較好,如果是只考慮脫乙酰度值的情況下,在幾種制備殼聚糖的方法中