殼聚糖季銨鹽的制備方法和應用

時間：2023-03-24 16:01:49來源：food欄目：食品快速檢測閱讀：

殼聚糖季銨鹽的制備方法和應用

[db:作者] / 2022-12-30 00:00

殼聚糖季銨鹽

[制備方法]殼聚糖季銨鹽除直接溶于水外，還能與某些有機溶劑以任意比例混合，如將10%的殼聚糖羥丙基三甲氯化銨溶液與乙醇、丙二醇、甘油以任意比例混合，均未觀察到沉淀或渾濁現象發生。羥丙基三甲基氯化銨與殼聚糖反應制得的殼聚糖季銨鹽，與椰油酰胺，甜菜堿的配位性良好，可用作陽離子表面活性劑。

用縮水甘油三甲基氯化銨對殼聚糖進行化學結構修飾，可在殼聚糖分子中引入季銨鹽基團，制得殼聚糖季銨鹽，反應式為：

稱取--定量的殼聚糖置于三頸燒瓶中，加入異丙醇，水浴加熱，攪拌下升溫至80～90℃，再加入2，3-環氧丙基三甲基氯化銨(EPTAC)水溶液，恒溫攪拌反應8～9h，產物經過濾、洗滌、抽濾、干燥后，儲存待測。將合成的樣品用乙醇溶液在索氏提取器中抽提1天，于70～80℃烘箱中干燥得到精制產物。

此外，用環氧類季銨鹽的反應活性向殼聚糖的—NH2基上引入親水性強的季銨鹽基團，制備N-羧丙基三甲基季銨化殼聚糖。

[應用]季銨化殼聚糖可應用于醫藥領域、油田污水和煉油廢水處理等領域。

(1)醫藥領域

具有濃縮DNA和有效基因傳遞作用。三甲基化的殼聚糖(TMO)能夠濃縮DNA，并與RSV-a3熒光素酶質粒DNA自動形成大小在200～500nm的殼聚糖復合物。DOTAP{N-[1-(2，3-二油酰)丙基]-N，N，N-三甲基硫酸銨}脂復合物可轉染COS-1細胞，但比DOTAP-DNA脂復合物范圍小。季銨鹽殼聚糖低聚體衍生物比低聚體殼聚糖轉染COS-1細胞效果好。胎牛血清(FCS)的存在不影響殼聚糖復合物的轉染性，但降低DOTAP DNA 復合物的轉染性。在殼聚糖低聚體存在時，細胞100%存活，而經DOTAP處理過的細胞的生存率在COS-1和Caco-2兩種細胞系中降低到大約50%。

DOTAP-DNA脂復合物和殼聚糖復合物在Caco-2細胞培養基中轉染效能降低，然而季銨化殼聚糖低聚體優于DOTAP。二者在Caco-2細胞的生存能力與COS-1相似。因此，三甲基化殼聚糖DNA復合物可作為一種基因傳遞帶菌者。

(2)油田污水和煉油廢水處理

油田污水和煉油廢水中往往含有大量的懸浮物、膠體、乳化油珠及細菌。葉筠等采用5mg/L殼聚糖季銨鹽在皂土助凝下對煉油廢水進行處理，取得較好的效果。殼聚糖季銨鹽是一種陽離子型有機高分子化合物，在絮凝中起到吸附架橋作用，同時具有一定的破乳功能。另外，季銨根離子帶正電荷而具有強陽離子性，可與許多細菌之間形成電價鍵，在其細胞壁上產生應力，導致溶菌作用，而使細菌死亡；其正電性還可使蛋白質變性，破壞細菌細胞壁的可滲透性，使維持細菌生命的養分攝入量降低而抑制其繁殖生長，甚至死亡。

苯酚是一種重要的工業化學試劑，具有揮發性，可造成空氣污染。當含有力甲酚的蒸氣與涂有酪氨酸酶的殼聚糖膜接觸，可發現蒸氣中無甲酚，并且紫外吸收發生明顯的變化。

因而，酪氨酸酶殼聚糖膜可用于檢測和除去苯酚蒸氣。

煉油廢水(取自煉油廠水處理車間的調節池中)主要來自于重柴油脫水、各個車間的循環用水(由于管道的跑冒滴漏而含有一定量的油污)、設備容器清洗水以及涼水塔和鍋爐排污、蒸汽凝結水。廢水呈藍黑色，含油，并有H2S的臭味，其主要性質見表3-72。

表3-72 煉油廢水的性質

由試驗可知，殼聚糖季銨鹽在皂土的助凝作用下，僅加入5mg/L的殼聚糖季銨鹽溶液時即可達到極好的絮凝效果，剩余濁度可低達2NTU以下，濁度去除率為99.1%，且絮體粗大，沉速極快，絮體含水率極低，并測得除濁率最高的水樣的剩余含油量僅為1.4mg/L，含油去除率可達97.4%。下面利用PAC和殼聚糖分別對煉油廢水進行絮凝實驗，結果見表3-73，通過對比進一步證明了殼聚糖季銨鹽對煉油廢水具有極好的絮凝效果。

表3-73 不同絮凝劑處理煉油廢水的效果

殼聚糖季銨鹽屬于陽離子型有機高分子化合物，絮凝中主要起到吸附架橋作用。同時，季銨鹽類物質屬陽離子型表面活性劑，有一定的破乳功能，有利于油水分離。但是這些作用都不十分強烈，絮體較小。因此，單純用殼聚糖季銨鹽進行絮凝處理的效果并不十分好，處理后有細小顆粒懸浮。

在煉油廢水中加入皂土后再進行絮凝其效果顯著提高，原因為：第一，皂土具有很強的吸附性能，有利于其對水體中油的大量吸附；第二，皂土在水體中呈負電性，而殼聚糖季銨鹽為陽離子型絮凝劑，二者接觸時由于靜電吸引和電性中和作用而脫穩凝聚，并形成較大的絮體而沉降；第三，殼聚糖季銨鹽在絮凝皂土時形成的沉降絮體呈蜂窩網狀結構，在下沉過程中起到沉淀網捕作用。

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