一种含有机酸盐的壳聚糖季铵盐及其制备方法和应用

摘要

本发明涉及海洋化工工程技术领域，具体涉及一种含有机酸盐的壳聚糖季铵盐及其制备方法和应用，以壳聚糖、3‑氯‑2‑羟丙基三甲基氯化铵、氢氧化钠、异丙醇、没食子酸、咖啡酸以及抗坏血酸为原料，首先壳聚糖分散于异丙醇中溶胀，室温搅拌4小时，加入3‑氯‑2‑羟丙基三甲基氯化铵与氢氧化钠溶液，继续反应12小时，然后用适量乙醇沉淀，得到壳聚糖季铵盐。最后将壳聚糖季铵盐溶入水中，与有机酸盐进行离子交换，得到最终产物。本发明的优点是增加了衍生物中的活性基团，活性好，制备过程简单，副反应少，且所用材料成本低。经研究证明，衍生物水溶性良好，具有很好的抗氧化活性，在医药、功能食品保健，特别是化妆品行业都有广大应用价值。

权利要求

1.一种含有机酸盐的壳聚糖季铵盐，其特征在于：所述的含有机酸盐的壳聚糖季铵盐应用于功能食品保健、化妆品领域，含有机酸盐的壳聚糖季铵盐的结构式如下：其中n的平均取值范围是300‑900。

2.如权利要求1所述的含有机酸盐的壳聚糖季铵盐的制备方法，其特征在于，具体制备方法如下：

(1)称取一定量的壳聚糖分散于一定体积的异丙醇中，室温下溶胀反应4小时，依次加入3‑氯‑2‑羟丙基三甲基氯化铵溶液、氢氧化钠溶液，于75℃条件下反应10‑12小时；然后加入适量无水乙醇沉淀，并用85％乙醇洗涤抽滤得到滤饼，65℃烘干至恒重，即得到壳聚糖季铵盐；

(2)将所得壳聚糖季铵盐溶于去离子水中，室温下搅拌1小时至充分溶解，将所述充分溶解壳聚糖季铵盐转移至截留分子量为500的透析袋中，在一定浓度的有机酸盐溶液中透析12小时，然后去掉有机酸盐溶液，在蒸馏水中透析24小时，冷冻干燥，即得到含有机酸盐的壳聚糖季铵盐。

3.如权利要求2所述的含有机酸盐的壳聚糖季铵盐的制备方法，其特征在于：所述有机酸盐溶液为没食子酸钠溶液。

4.如权利要求2所述的含有机酸盐的壳聚糖季铵盐的制备方法，其特征在于，上述步骤(1)所述壳聚糖、异丙醇、3‑氯‑2‑羟丙基三甲基氯化铵、氢氧化钠的用量比例为：每1‑1.5g壳聚糖，使用异丙醇20‑40mL、3‑氯‑2‑羟丙基三甲基氯化铵6‑12ml、氢氧化钠1‑1.5g。

5.如权利要求2所述的含有机酸盐的壳聚糖季铵盐的制备方法，其特征在于，上述步骤(2)所述壳聚糖季铵盐、有机酸盐的用量为：壳聚糖季铵盐1‑1.5g，有机酸盐1.5g‑4.5g。

说明书

一种含有机酸盐的壳聚糖季铵盐及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明涉及海洋化工工程技术领域，具体涉及一种含有机酸盐的壳聚糖季铵盐及其制备方法和应用，可应用于医药、功能食品保健、化妆品等领域。

背景技术

[0002] 壳聚糖(CTS)是甲壳素脱乙酰度达到50％以上的天然高分子化合物,不但保持了甲壳素的生物相容性,而且应用性能比甲壳素明显改善。但由于壳聚糖只能溶于如乙酸等
少数有机溶剂和pH<4的水中,为其广泛的应用带来了限制,因此对壳聚糖进行化学改性以
改善其溶解性和拓宽其应用范围十分必要。壳聚糖季铵盐具有比壳聚糖更好的生物活性，
且极大的提升了壳聚糖的水溶性。目前一般所涉及到的壳聚糖季铵盐具有的阴离子为碘离
子或氯离子，这两种离子对壳聚糖季铵盐的生物活性影响较小。

[0003] 在壳聚糖分子中引入羟丙基三甲基氯化铵基团,制备N上取代的羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖(壳聚糖季铵盐),羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖(壳聚糖季铵盐)中氯离子可以换
成具有与壳聚糖季铵盐生物活性相近的其他阴离子基团，使得同一个化合物中阴阳离子都
具有一定的生物活性，根据活性叠加原理，具有相同或相近生物活性的壳聚糖季铵盐阳离
子与有机酸盐离子形成的盐，具有更高的生物活性。

[0004] 抗氧化是指抗氧化自由基的简称。科学研究表明，癌症、衰老或其它疾病大都与过量自由基的产生有关联。研究抗氧化可以有效克服其所带来的危害，所以抗氧化被保健品、
化妆品企业列为主要的研发方向之一，也是市场最重要的功能性诉求之一。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种抗氧化活性好的含有机酸盐的壳聚糖季铵盐的制备方法和应用。

[0006] 具体技术方案如下：

[0007] 一种含有机酸盐的壳聚糖季铵盐，含有机酸盐的壳聚糖季铵盐的结构式如下：

[0008]

[0009] 其中n的平均取值范围是300‑900。

[0010] 所述的含有机酸盐的壳聚糖季铵盐可应用于医药、功能食品保健、化妆品领域。

[0011] 所述的含有机酸盐的壳聚糖季铵盐的制备方法，其特征在于：以壳聚糖、3‑氯‑2‑羟丙基三甲基氯化铵、氢氧化钠、异丙醇、没食子酸、咖啡酸以及抗坏血酸为原料，具体制备
方法如下：

[0012] (1)称取一定量的壳聚糖分散于一定体积的异丙醇中，室温下溶胀反应4小时，依次加入3‑氯‑2‑羟丙基三甲基氯化铵溶液、氢氧化钠溶液，于75℃条件下反应10‑12小时；然
后加入适量无水乙醇沉淀，并用85％乙醇洗涤抽滤得到滤饼，65℃烘干至恒重，即得到壳聚
糖季铵盐；

[0013] (2)将所得壳聚糖季铵盐溶于去离子水中，室温下搅拌1小时至充分溶解，将所述充分溶解壳聚糖季铵盐转移至截留分子量为500的透析袋中，在一定浓度的有机酸盐溶液
中透析12小时，然后去掉有机酸盐溶液，在蒸馏水中透析24小时，冷冻干燥，即得到含有机
酸盐的壳聚糖季铵盐。

[0014] 所述有机酸盐溶液分别为没食子酸钠溶液、咖啡酸钠溶液以及抗坏血酸钠溶液。

[0015] 上述步骤(1)所述壳聚糖、异丙醇、3‑氯‑2‑羟丙基三甲基氯化铵、氢氧化钠的用量比例为：每1‑1.5g壳聚糖，使用异丙醇20‑40mL、3‑氯‑2‑羟丙基三甲基氯化铵6‑12ml、氢氧
化钠1‑1.5g。

[0016] 上述步骤(2)所述壳聚糖季铵盐、有机酸盐的用量为：壳聚糖季铵盐1‑1.5g，有机酸盐1.5g‑4.5g。

[0017] 与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：

[0018] (1)科学研究表明，癌症、衰老或其它疾病大都与过量自由基的产生有关联。人体在不可避免地产生自由基的同时，也在自然产生着抵抗自由基的抗氧化物质，以抵消自由
基对人体细胞的氧化攻击。自由基可以被抗氧化剂清除，因此抗氧化作用至关重要。本发明
最终产物具有很好的抗氧化活性，研究表明含有机酸盐的壳聚糖季铵盐的抗氧化活性明显
高于壳聚糖和壳聚糖季铵盐，其良好的抗氧化活性决定了它在医药、功能食品保健，特别是
化妆品行业都有广大应用价值。

[0019] (2)壳聚糖不溶于水，经过化学改性，所述衍生物水溶性良好，应用前景更加广泛。衍生物水溶性良好，具有很好的抗氧化活性，在医药、功能食品保健，特别是化妆品行业都
有广大应用价值。

[0020] (3)所述衍生物制备过程简单，副反应少，所用材料成本低。与一般情况下碘甲烷合成壳聚糖季铵盐相比，本发明所用3‑氯‑2‑羟丙基三甲基氯化铵制备壳聚糖季铵盐的制
备过程简单，所用材料成本低，同时衍生物产率高，且抗氧化活性好，具备大规模制备的技
术与经济可行性。

[0021] 说明书附图

[0022] 图1为壳聚糖的红外光谱图。

[0023] 图2为本发明实施例1提供壳聚糖季铵盐的红外光谱图；

[0024] 图3为本发明实施例1提供含没食子酸的壳聚糖季铵盐的红外光谱图；

[0025] 图4为本发明实施例2提供含咖啡酸的壳聚糖季铵盐的红外光谱图；

[0026] 图5为本发明实施例3提供含抗坏血酸的壳聚糖季铵盐的红外光谱图。

具体实施方式

[0027] 实施例1

[0028]

[0029] 含没食子酸的壳聚糖季铵盐的结构式如式(1)，其中n的平均取值范围是300‑900。

[0030] 壳聚糖季铵盐的制备：以壳聚糖、3‑氯‑2‑羟丙基三甲基氯化铵、氢氧化钠、异丙醇以及卤代乙酸类化合物为原料，取1g壳聚糖分散于20mL异丙醇中溶胀，室温条件搅拌4小
时，依次加入3‑氯‑2‑羟丙基三甲基氯化铵6mL、氢氧化钠溶液1g，75℃条件下继续反应12小
时，然后用适量乙醇沉淀、洗涤、65℃条件下烘干，得到壳聚糖季铵盐。

[0031] 所述壳聚糖季铵盐1g溶于水中，在100mL1.5％的没食子酸钠溶液中透析12小时，然后去掉没食子酸钠溶液，在蒸馏水中透析24h，浓缩后冷冻干燥，得到含没食子酸的壳聚
糖季铵盐。

[0032] 图2为本发明实施例1提供壳聚糖季铵盐的红外光谱图，从图2可知，与壳聚糖原料(参见图1)相比，壳聚糖季铵盐在1478cm‑1处以及1420cm‑1两处出现了季铵盐的振动吸收
峰，以上分析数据，证明壳聚糖季铵盐合成。

[0033] 图3为本发明实施例1提供含没食子酸的壳聚糖季铵盐的红外光谱图，从图3处知，1478cm‑1处振动吸收峰依然还在，且在1550cm‑1处以及1500cm‑1出现没食子酸中苯环的振
动吸收峰，由此证明没食子酸阴离子交换壳聚糖季铵盐中氯离子成功。

[0034] 实施例2

[0035]

[0036] 含咖啡酸的壳聚糖季铵盐的结构式如式(2)，其中n的平均取值范围是300‑900。

[0037] 与实施例1不同之处在于：

[0038] 以壳聚糖、3‑氯‑2‑羟丙基三甲基氯化铵、氢氧化钠、异丙醇以等化合物为原料，取1.2g壳聚糖分散于30mL异丙醇中溶胀，室温条件搅拌4小时，依次加入3‑氯‑2‑羟丙基三甲
基氯化铵9mL、氢氧化钠溶液1.2g，75℃条件下继续反应12小时，然后用适量乙醇沉淀、洗
涤，烘干得到壳聚糖季铵盐。

[0039] 所述壳聚糖季铵盐1.2g溶于20mL蒸馏水中，在100mL3％的咖啡酸钠溶液中透析12小时，然后去掉咖啡酸钠溶液，在蒸馏水中透析24h，浓缩后冷冻干燥，得到含咖啡酸的壳聚
糖季铵盐。

[0040] 图4为本发明实施例2提供含咖啡酸的壳聚糖季铵盐的红外光谱图，从图4可知，1478cm‑1处振动吸收峰依然还在，且在1545cm‑1处出现咖啡酸中芳香环的振动吸收峰，由
此证明咖啡酸根阴离子交换壳聚糖季铵盐中氯离子成功。

[0041] 实施例3

[0042]

[0043] 含抗坏血酸的壳聚糖季铵盐的结构式如式(3)，其中n的平均取值范围是300‑900。

[0044] 与实施例1不同之处在于：

[0045] 以壳聚糖、3‑氯‑2‑羟丙基三甲基氯化铵、氢氧化钠、异丙醇以等化合物为原料，取1.5g壳聚糖分散于40mL异丙醇中溶胀，室温条件搅拌4小时，依次加入3‑氯‑2‑羟丙基三甲
基氯化铵12mL、氢氧化钠溶液1.5g，75℃条件下继续反应12小时，然后用适量乙醇沉淀、洗
涤，得到壳聚糖季铵盐。

[0046] 所述壳聚糖季铵盐1.5g溶于20mL蒸馏水中，在100mL4.5％的抗坏血酸钠溶液中透析12小时，然后去掉抗坏血酸钠溶液，在蒸馏水中透析24h，浓缩后冷冻干燥，得到含抗坏血
酸的壳聚糖季铵盐。

[0047] 图5为本发明实施例3提供含抗坏血酸的壳聚糖季铵盐的红外光谱图，从图5可知，1478cm‑1处振动吸收峰依然还在，分别在1719cm‑1和756cm‑1处出现了抗坏血酸根阴离子
中内脂和碳碳双键的振动吸收峰，由此可证明抗坏血酸根阴离子交换壳聚糖季铵盐中氯离
子成功。

[0048] 应用例

[0049] 抗氧化活性测定

[0050] (1)清除超氧阴离子抗氧化能力的测定：分别测定壳聚糖、壳聚糖季铵盐、含没食子酸的壳聚糖季铵盐、含咖啡酸的壳聚糖季铵盐、含抗坏血酸的壳聚糖季铵盐的清除超氧
阴离子能力并做对比(表1)：将实施例中实验用壳聚糖、壳聚糖季铵盐、含没食子酸的壳聚
糖季铵盐、含咖啡酸的壳聚糖季铵盐、含抗坏血酸的壳聚糖季铵盐真空冷冻干燥至恒重后，
分别用Tris‑HCl缓冲溶液(1.9382g Tris+0.8mL浓HCl，加水定容至1000mL)配制浓度为
0.2、0.4、0.8、1.6、3.2mg/mL的溶液。取1.5mL不同浓度的样品溶液，1.5mL Tris‑HCl缓冲溶
液、0.5ml NADH(468μM)，然后在反应液中加入0.5mL PMS(60μM)，在试管中混匀后，样品的
最终浓度为0.1、0.2、0.4、0.8、1.6mg/mL，室温下静置5min，在560nm处测定吸光度，空白组
0.5mL Tris‑HCl缓冲溶液代替NADH(注：被测样品均测三次，取平均值)。

[0051] 清除超氧阴离子能力(％)＝[(A空白‑A样品)/A空白]×100

[0052] 其中A空白：空白组吸光度A样品：样本组吸光度

[0053] 清除超氧阴离子抗氧化能力的测定结果如表(1)所示：

[0054] 表1壳聚糖、壳聚糖季铵盐、含有机酸壳聚糖季铵盐的清除超氧阴离子能力(％)

[0055]

[0056] (2)清除清除羟基自由基抗氧化能力的测定：将壳聚糖以及壳聚糖衍生物冻干至恒重后，各准确称量60mg，加入6mL 2％乙酸水溶液溶解，配制成浓度为10mg/mL的样品母
液。羟自由基清除实验：分别量取11.3、22.5、45、90、180μL的样品母液于试管中，加水至
1mL。然后依次加入0.5mL EDTA‑Fe溶液、1mL磷酸缓冲液、1mL番红花红T溶液以及1mL过氧化
氢溶液。样品溶液的终浓度分别为0.025mg/mL、0.05mg/mL、0.1mg/mL、0.2mg/mL、0.4mg/mL。
同时，用1mL去离子水代替样品作为空白组，用1mL去离子水和1mL磷酸缓冲液代替样品和过
氧化氢溶液作为对照组。反应体系加塞摇晃均匀后，于37℃水浴中反应30min。反应结束后，
放入冰水中淬灭反应，在520nm波长处测试记录4.5mL反应液的吸光度。样品的羟自由基清
除能力计算式如下：

[0057] 清除率(％)＝(A样品‑B空白)/(C对照‑B空白)×100

[0058] 其中B空白：空白组吸光度，A样品：样本组吸光度，C对照：对照组吸光度。

[0059] 清除羟基自由基抗氧化能力的测定结果如表2所示：

[0060] 表2壳聚糖、壳聚糖季铵盐、含有机酸壳聚糖季铵盐的清除羟

[0061] 基自由基能力(％)

[0062]

[0063] 结果表明，本发明所合成的含有机酸盐壳聚糖季铵盐与壳聚糖、壳聚糖季铵盐清除超氧阴离子能力如表1所示，清除羟基自由基抗氧化活性如表2所示。由于有机酸盐具有
较强的抗氧化能力，因此通过阴离子交换，将有机酸根离子引入到壳聚糖季铵盐中，得到抗
氧化能力较强的含有机酸盐壳聚糖季铵盐，实验结果表明，没食子酸壳聚糖季铵盐、咖啡酸
壳聚糖季铵盐以及抗坏血酸壳聚糖季铵盐的清除羟自由基抗氧化活性十分好，且衍生物水
溶性良好，在医药、功能食品保健，特别是化妆品行业都有广大应用价值。