用响应面法优化在微波辐射下壳聚糖降解性能的研究毕业论文(3)

图3 时间（X1）和酸碱度（X3）对脱乙酰度（Y）影响的等高线图与响应面图

图 4 功率（X2）和酸碱度（X3）对脱乙酰度（Y）影响的等高线图与响应面图由图4—6可以看出，随着时间的增加，脱乙酰度不断增加，当时间达到一定程度后，脱乙酰度达到最大；随着酸碱度的增加，脱乙酰度不断增加，当酸碱度达到一定的程度后，脱乙酰度达到最大，再增加反而随之减小，功率的因素也是如此。

通过Design-Expert软件分析得出最佳工艺条件为： 时间为1.5h，功率为528w，酸碱度为7.521. 在此工艺条件下得到模型的最大预测响应值为99%.经修正后，最佳提取工艺为： 时间为1.5h，功率为528w，酸碱度为7.5

2 结果与讨论

2. 1 辐射功率对壳聚糖降解性能的影响

在pH 为7-8, 反应时间为90min 时, 采用不同的微波功率对壳聚糖溶液进行辐射降解, 在高火时,由于功率较大( 800W) , 使得壳聚糖容易焦化或碳化, 影响产物的性能; 而采用低火时, 由于功率太小( 136W) , 使得壳聚糖的酰胺键和B- 1, 4 苷键难以断裂, 降解速率较低; 采用中火( 528W) 进行微波降解时, 反应较平稳, 降解速度较快, 且壳聚糖不容易焦化或碳化, 所以我们采用中火( 528W) 进行微波降解。

2. 2 辐射时间对壳聚糖降解性能的影响

称取50g 壳聚糖溶液于三口烧瓶中, 在pH= 4-5, 微波功率为528W 条件下辐射降解不同时间, 分别

测定降解不同时间时的脱乙酰度及相对分子质量, 结果见表3。

表3 辐射时间对壳聚糖降解性能的影响

t/min 脱乙酰度/ % 粘度/ ( mPa〃s) 相对分子质量﹙×10-4﹚

0 51.2 10.2 53.3

1 56.3 9.8 50.1

3 72.9 8.5 47.6

5 79.4 7.8 36.8

9 93.7 7.5 25.7

18 96.9 7.0 13.47

30 99.8 6.8 8.80

60 100 6.5 5.73

90 100 6.1 4.01

从表1 可知, 脱乙酰度随微波辐射时间的增加而提高, 时间达30min 时, 脱乙酰度几乎为100%。随着微波辐射时间的延长, 壳聚糖的相对分子质量逐渐减小, 但是随着时间的增加, 壳聚糖中自由氨基减少,降解速率减慢。要得到相对分子质量较小的水溶性壳聚糖, 微波辐射时间应达1. 5h 以上, 但时间太长, 能耗较大。所以, 我们选微波辐射时间为1. 5h。 2. 3 pH 值对壳聚糖降解性能的影响

在辐射时间为1. 5h, 微波功率为528W 时, 用5%NaOH 溶液调节壳聚糖溶液的pH 值, 在不同的pH值下对壳聚糖进行降解, 测定溶液的脱乙酰度及相对分子质量, 其结果如表4 所示。 PH值 相对分子质量 脱乙酰度

1.63 84.5

2.30 62.7

表4 pH 值对壳聚糖降解性能的影响

4.28 5.50 7.27 7.42 7.97 9.48 10.00 13.6 40.1

11.8

2.03

2.66

3.37

14.3

20.7

26.9

100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

由表2 可见, 在酸性条件下,由于壳聚糖分子中大部分氨基与H+ 结合生成R- NH3+缺电子体系,而壳聚糖的降解反应多发生在有未结合H+ 的自由氨基的糖单元的B- 1, 4 苷键上, 所以其降解速度较慢。当pH 值为7~ 8 时, 壳聚糖中自由氨基较多, 其降解速度最高, 相对分子质量最小, 可达3000 以下, 这符合医药工业中壳聚糖作抗肿瘤制剂、降血脂药物的要求。 2. 4 pH 值为7~ 8 时反应时间对降解的影响

为缩短反应时间, 降低能耗, 我们对pH= 7-8 时辐射时间对降解性能的影响又进行了一些研究, 其结果见表5。

表5 pH 值为7- 8 时反应时间对壳聚糖降解性能的影响 t/min 18 30 60

90

pH值 相对分子质量

7.32 74.3

7.41 9.19

7.26 5.37

7.36 2.45

由表3 可见, 在反应时间小于90min 时, 即使在pH = 7-8 范围内其相对分子质量也难以达到3000以下, 所以, 时间对于壳聚糖的微波降解是较为关键的因素, 取反应时间仍为90min。 2. 5 微波促进壳聚糖降解机理的探讨

微波是频率为300MHz-300GHz 的电磁波, 它具有内部加热、快速加热、选择性加热和节能、环保等优点。其波长在1m-1mm 之间, 对于有机物的碳链结构能进行整体的穿透, 将能量迅速传到反应物的各个官能团上。其加热是由分子自身运动引起的, 是内部加热, 因此受热体系温度均匀。壳聚糖分子中带有羟基、氨基等极性基团, 由于分子内电荷分布不均匀, 在微波场中能迅速吸收电磁波的能量, 通过分子偶极作用和分子的高速振动产生热效应, 使得壳聚糖中的酰胺键和B- 1, 4 糖苷键迅速获得能量, 发生水解或降解, 与传统的热传导和热对流进行的有机反应相比其机理和结果是不同的。

3 结论

(1) 利用微波辐射法来制备低分子量的水溶性壳聚糖, 较常规的酸解法和氧化降解法操作简便、时间短、能耗低、污染小、重现性好、产品外观好, 是值得关注的新方法。

(2)通过用响应面法要得到脱乙酰度为100%, 相对分子质量小于3000 的具有良好生物活性的低聚壳聚糖, 降解时的最佳条件为： pH 值在7.6, 反应时间为1. 5h, 微波功率为528W

(3) 在pH 值在7.6, 反应时间为1.5h, 微波功率为528W时，通过试验验证得到脱乙酰度为99%, 相对分子质量小于3000 的具有良好生物活性的低聚壳聚糖。

参考文献

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[7] 陈鲁生, 周武, 姜云生. 壳聚糖粘均分子量的测定. （J）化学通报, 1996, ( 4) ： 9~ 57.

致谢

行文至此，我的这篇论文已接近尾声；岁月如梭，我四年的大学时光也即将敲响结束的钟声。离别在即，站在人生的又一个转折点上，心中难免思绪万千，一种感恩之情油然而生。陈老师为我提供了良好的实验条件，在撰写论文等方面提供了很多专业性的指导。陈老师渊博的学识、严谨的治学态度、精益求精的工作作风和诲人不倦的高尚师德，都将深深地感染和激励着我。在实验室时光里，陈老师不仅在学业上给我以悉心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向陈老师致以诚挚的感谢！

感谢为这篇论文的完成付出了辛勤劳动和心血的同学，他们在实验过程中团结合作、认真严谨、不畏艰苦，给了我极大的帮助。

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本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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