酶法合成芥酸海藻糖酯的分離純化與表征(完整版)實(shí)用資料

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酶法合成芥酸海藻糖酯的分離純化與表征酶法合成芥酸海藻糖酯的分離純化與表征（完整版）實(shí)用資料(可以直接使用，可編輯完整版實(shí)用資料，歡迎下載）王海霞1,2，李舒生1,2，賈承勝*1,2，張曉鳴1,2，馮骉1,2(1.食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江南大學(xué),江蘇無(wú)錫214122;2.江南大學(xué)食品學(xué)院,江蘇無(wú)錫214122)摘要：脂肪酶催化合成芥酸海藻糖酯產(chǎn)物中可能存在單酯和二酯。采用薄層層析(TLC)和硅膠柱層析分離純化反應(yīng)完成液，然后用高效液相色譜(HPLC)、液質(zhì)譜(HPLC-MS)和核磁共振(NMR)法鑒定了純化組分的分子結(jié)構(gòu)。TLC分離芥酸海藻糖酯的最佳條件：點(diǎn)樣量2μl，以氯仿/甲醇(4:1,V/V)展開約30min，然后用5%硫酸乙醇溶液噴霧、120℃顯色20min。硅膠柱層析分離芥酸海藻糖酯的適宜條件：5ml反應(yīng)液上12mm×600mm硅膠(100～200目)層析柱，流動(dòng)相為氯仿/甲醇(4:1,V/V)，流速80ml/h，按1管/200s收集洗出液。兩種分離組分分別為6'-O-芥酸海藻糖酯和6,6'-關(guān)鍵詞：芥酸海藻糖酯；芥酸海藻糖二酯；薄層層析；硅膠柱層析EnzymaticSynthesis,SeparationandCharacterizationofErucoylTrehalosesWANGHai-Xia1,2,LIShu-sheng1,2,JIACheng-sheng*1,2,ZHANGXiao-ming1,2,FENGBiao1,2(1.StateKeyLaboratoryofFoodScienceandTechnology,JiangnanUniversity,Wuxi214122,China;2.SchoolofFoodScienceandTechnology,JiangnanUniversity,Wuxi214122,China)Abstract:Erucoyltrehaloseswhichweresynthesizedusingimmobilizedlipasemaycontainmonoesteranddiester.Thereactionmixturewereseparatedandpurifiedbythethinlayerchromatography(TLC)andsilicagelcolumnchromatography,thenthepurifiedproductswereanalyzedbyHPLC,HPLC-MS,andNMR.TheoptimumconditionsforTLCwereconfirmed:2μlofthereactionmixturewereappliedtosilicagelGplates,developedbychloroformmethanol(4:1,V/V),andthendetectedbysprayingwith5%ofsulfuricacidinethanolandheatedat120oCfor20min.Theoptimumconditionsforsilicagelcolumnchromatographywere:5mlofthereactionmixturewasappliedto12mm×600mmsilicagelcolumn(100～200mesh)andchloroform-methanol(4:1,V/V)wasusedasmobilephase,whoseflowratewas80ml/h,theeluentof1tube/200swascollected.Thepurifiedproductswere6'-O-erucoyltrehalosesand6,Keywords：erucoyltrehaloses,dierucoyltrehaloses,TLC,silicagelchromatography基金項(xiàng)目:江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(BK2021100)；國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目(2006AA10Z312)。*通訊作者:賈承勝(1968-)，男，安徽太湖人，理學(xué)博士，副教授，主要從事食品化學(xué)研究。Email:chshjia@海藻糖是由兩個(gè)葡萄糖分子以α,α,1,1-糖苷鍵構(gòu)成的非還原性糖，廣泛存在于自然界中許多動(dòng)植物和微生物體內(nèi)[1,2]，隨著工業(yè)化海藻糖年產(chǎn)量的不斷增加，其低甜度、穩(wěn)定性、安全性、抗腐蝕性，抗腫瘤活性等獨(dú)特的生物學(xué)性質(zhì)為人日漸重視[3,4]，在食品、化工、醫(yī)藥、化妝品工業(yè)中的應(yīng)用日趨廣泛[4,5]。市場(chǎng)的需求和發(fā)展推動(dòng)其應(yīng)用范圍的拓展和技術(shù)的革新。近年來(lái)，各類海藻糖衍生物產(chǎn)品不斷上市，其中，海藻糖酯在食品加工中具有很多優(yōu)越性質(zhì)，深受市場(chǎng)青睞，因而被大量研究和制備[4,8]。目前，糖酯類非離子型表面活性劑的合成多采用化學(xué)法，但化學(xué)法常伴隨副反應(yīng)，產(chǎn)物成分復(fù)雜，而酶法反應(yīng)條件溫和、立體選擇性強(qiáng)、產(chǎn)物分離純化簡(jiǎn)單，應(yīng)用前景較之廣闊[6-9]。盡管市場(chǎng)上已出現(xiàn)工業(yè)化的飽和脂肪酸糖酯，但有關(guān)海藻糖不飽和酸酯的合成卻鮮有報(bào)道，尤其是海藻糖長(zhǎng)鏈不飽和脂肪酸酯的制備還未見(jiàn)報(bào)道。芥酸是順式-13-二十二碳烯酸，芥酸海藻糖酯酶促合成反應(yīng)產(chǎn)物是芥酸海藻糖單酯、二酯和多酯的混和物，故產(chǎn)物的有效分離是制備不同酯化度的芥酸海藻糖酯的基礎(chǔ)。薄層層析法(TLC)具有分離能力強(qiáng)、快速、靈敏度高和顯色方便等優(yōu)點(diǎn)，適用于多組分、含量少的復(fù)雜樣品分析，但不能連續(xù)操作。硅膠柱層析既具有TLC分離的優(yōu)點(diǎn)，又能適用于較大量樣品的連續(xù)分離和純化。本實(shí)驗(yàn)首先探索TLC分離海藻糖糖芥酸酯的最佳條件，并將之應(yīng)用于產(chǎn)物的硅膠柱層析分離，然后用高效液相色譜、質(zhì)譜、紅外光譜和核磁共振對(duì)其純度和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析表征，為規(guī)?；a(chǎn)和研究提供理論依據(jù)。1材料與方法1.1原料和試劑固定化脂肪酶(Novozym435)：諾維信（中國(guó)）生物技術(shù)；1/16″分子篩（3A）：上海恒業(yè)分子篩；硅膠G(分析純)：青島海洋化工廠；海藻糖：日本林原株式會(huì)社；芥酸：四川西普化工股份；叔丁醇、三氯甲烷、甲醇(分析純，色譜純)和硅膠(分析純，柱層析用)：中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)上海化學(xué)試劑公司。1.2儀器SHZ-88型臺(tái)式水浴恒溫振蕩器：江蘇太倉(cāng)市實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠；擴(kuò)口層析柱：上海錦華層析設(shè)備廠；Waters1525高效液相色譜儀和Waters2420蒸發(fā)光散射檢測(cè)器：Waters中國(guó)；Agilent1100型高效液相色譜儀：美國(guó)Agilent公司；WATERSMALDISYNAPTQ-TOFMS型質(zhì)譜儀：美國(guó)Waters公司；AVANCEIII400MHz核磁共振儀：瑞士Bruker公司。1.3實(shí)驗(yàn)方法1.3.1芥酸海藻糖酯的脂肪酶催化合成方法取1.5mmol海藻糖、6mmol芥酸、8g3A1/16分子篩、1.5g脂肪酶和100ml叔丁醇于具塞試劑瓶中55℃下水浴振蕩(1501.3.2芥酸海藻糖酯的薄層層析(TLC)分離方法將硅膠G用約3倍質(zhì)量的水調(diào)成均勻的糊狀，倒于60mm×120mm層析板上，制成厚度約2mm的均勻的薄板，自然晾干后110℃活化1h，置于干燥器中備用。用10μl微量進(jìn)樣器取5μl反應(yīng)液或直接用點(diǎn)樣毛細(xì)管取反應(yīng)液點(diǎn)于薄板的近底端。用三氯甲烷/甲醇(8:1或4:1，V/V)展開15min，然后用1.3.3芥酸海藻糖酯的芥酸海藻糖酯酶促反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)液用濾紙過(guò)濾，除去其中的分子篩和酶(均回收)，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器將溶劑叔丁醇蒸干，加入5ml三氯甲烷溶解后上硅膠層析柱(硅膠100～200目，12×600mm玻璃柱)分離。流動(dòng)相為三氯甲烷/甲醇(4:1,V/V)，流速為80ml/h，按1管/200s收集洗出液。洗出液經(jīng)TLC檢測(cè)后，分段收集相應(yīng)組分。將收集的組分旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去洗脫劑，所得固體產(chǎn)品放入1.3.4芥酸海藻糖酯將約1.0mg樣品或0.5ml反應(yīng)液，溶于10ml色譜甲醇中，用0.45μm的濾膜過(guò)濾后，取10μl濾液上色譜柱分析。色譜條件：ZorbaxSB-C18(5μm,250mm×4.6mmi.d)色譜柱，流動(dòng)相為甲醇：正己烷(90:10，V/V)，流速1.0ml/min，柱溫30℃，漂移管溫度40℃，檢測(cè)器ELSD1.3.5芥酸海藻糖酯樣品的IR光譜采用TMS法，掃描64次，分辨率為4cm1.3.6芥酸海藻糖酯樣品用色譜純甲醇溶解，然后進(jìn)行HPLC-MS分析。質(zhì)譜條件：離子方式為ESI+；毛細(xì)管電壓為3.5kV；錐孔電壓為20V；離子源溫度為100℃；脫溶劑溫度為250℃；質(zhì)量范圍為50～1000m/z；光電倍增器電壓為700V；分析真空度為2.6×10-5mBar；以N2為載氣，氣體流速為50l/h。色譜條件：檢測(cè)器：WATERSACQUITYPDA；分析柱：BEHC182.1×100mm1.7μm；流動(dòng)相：純甲醇；柱溫：45oC；檢測(cè)波長(zhǎng)：200-750nm；流速：0.3ml/min；進(jìn)樣量：51.3.7芥酸海藻糖酯以四甲基硅為內(nèi)標(biāo)、氘代甲醇為溶劑，1HNMR和13CNMR在40℃分別采用400MHz和100MHz2結(jié)果與討論2.1芥酸海藻糖酯的TLC分離影響TLC分離效果的因素主要有展開劑的極性、吸附劑的活性和被分離物質(zhì)的極性。待分離組分芥酸海藻糖酯的極性和硅膠的吸附能力都是恒定的，因此主要通過(guò)改變展開劑的極性來(lái)提高組分的分離效果。不同展開劑對(duì)芥酸海藻糖單酯和二酯的TLC比移值(Rf)的影響見(jiàn)表1。表1展開劑組成對(duì)芥酸海藻糖酯比移值的影響Tab.1EffectofdevelopingsolventontheRfvaluesofTLCforerucoyltrehaloses糖酯Rf氯仿/甲醇(8:1,V/V)氯仿/甲醇(4:1,V/V)芥酸海藻糖單酯0.120.40芥酸海藻糖二酯0.550.95由表1可知，改變展開劑的組成可改變組分的比移值，這是由于芥酸海藻糖單酯和二酯分子的極性不同導(dǎo)致在氯仿和甲醇的溶解度不同，從而具有不同的分配系數(shù)。可知，當(dāng)氯仿與甲醇的體積比為8:1時(shí)，芥酸海藻糖單酯和二酯的Rf分別為0.12和0.55，而在4:1時(shí)，芥酸海藻糖單酯和二酯的Rf分別為0.40和0.95，差異都非常明顯，即該兩種展開劑組成都可將芥酸海藻糖單酯和二酯明顯地分離。2.2芥酸海藻糖酯的柱層析分離TLC分離方法不能適用于較大批量物料的分離和產(chǎn)品的制備。柱層析的分離原理與TLC相同，用薄層層析法探索柱層析分離純化條件，是實(shí)驗(yàn)室的常規(guī)方法。柱層析采用溶劑洗脫的方式對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分離純化，可對(duì)物料進(jìn)行連續(xù)化分離來(lái)制備較大量的不同酯化度的芥酸海藻糖酯。由于采用薄層層析法對(duì)產(chǎn)物芥酸海藻糖酯進(jìn)行分離分析時(shí)，在所選用的展開條件下獲得了較好的分離效果，因此，將薄層層析分離條件應(yīng)用于硅膠柱層析進(jìn)行制備柱分離，以獲得分離和制備芥酸海藻糖單酯和二酯的目的。硅膠柱層析分離芥酸海藻糖酯的結(jié)果圖1。圖1表明，硅膠柱層析能將反應(yīng)混合物分離成a,b,c,d四個(gè)組分，依次為：芥酸、二酯、單酯和海藻糖。00102030405060管數(shù)abcd圖1芥酸海藻糖酯硅膠柱層析分離Fig.1Seperationoferucoyltrehalosesonsilicagelcolumn2.3芥酸海藻糖酯的HPLC在叔丁醇中脂肪酶催化合成芥酸海藻糖酯的反應(yīng)液和柱層析分離的二酯的HPLC圖分別為圖2(a)和圖2(b)。由圖2(a)可知，芥酸海藻糖酯的酶催化合成反應(yīng)液中主要含有單酯（2.8min）和未反應(yīng)的原料海藻糖（2.0min）和芥酸（4.5min），由于反應(yīng)中芥酸過(guò)量，含量較多，而生成二酯的含量較少，在液相圖中未出峰。(a)反應(yīng)液的HPLC圖譜(b)硅膠柱分離二酯組分b的HPLC圖譜圖2反應(yīng)液和硅膠柱分離的二酯組分的HPLC圖譜Fig.2HPLCofreactionmixtureanddiestercomponentseparatedbysilicagelcolumnchromatography2.4芥酸海藻糖酯的IR芥酸海藻糖單酯的紅外圖譜如圖3(a)所示，3364.25cm-1的寬峰為O-H鍵的伸縮振動(dòng)(νO-H)吸收峰，2923.29cm-1和2853.00cm-1分別為C-H的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)(νas)和對(duì)稱伸縮振動(dòng)(νs)吸收峰，1718.11cm-1處的強(qiáng)吸收峰為羰基的振動(dòng)吸收(νC=O)，是酯的特征吸收峰，～1100cm-1為C-O的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)(νC-O-C)吸收峰。芥酸海藻糖二酯的紅外圖譜如圖3(b)所示，同樣，3393.93cm-1為O-H的伸縮振動(dòng)吸收峰，2922.52cm-1和2852.60cm-1分別為C-H的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)和對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰，1152.94cm-1和1082.07(a)芥酸海藻糖單酯的IR圖譜(b)芥酸海藻糖二酯的IR圖譜圖3芥酸海藻糖單酯和二酯的IR圖譜Fig.3IRspectraofmonoerucoyltrehaloseanddierucoyltrehalose2.5芥酸海藻糖酯的(HPLC-MS)將柱層析分離組分芥酸海藻糖二酯和芥酸海藻糖單酯進(jìn)行HPLC-MS分析，質(zhì)譜圖見(jiàn)4和5。圖4中出現(xiàn)的[M+Na]+的質(zhì)譜信號(hào)峰為685.4，所對(duì)應(yīng)的M值與芥酸海藻糖單酯的分子量662相符合，該組分確證為芥酸海藻糖單酯。圖5中出現(xiàn)的[M+Na]+的質(zhì)譜信號(hào)峰分別為1005.6591，所對(duì)應(yīng)的M值與芥酸海藻糖二酯的分子量想符合，因此該組分確證為芥酸海藻糖二酯。圖4芥酸海藻糖單酯的質(zhì)譜圖Fig.4MSspectraofmonoerucoyltrehalose圖5硅膠柱分離組分芥酸海藻糖二酯b的質(zhì)譜圖Fig.5MSspectraofdierucoyltrehalose2.6芥酸海藻糖酯的NMR6-O-芥酸海藻糖酯:1HNMR(δ,ppm)5.34(2H,m),5.10(1H,d,J=3.6Hz,),5.07(1H,d,J=3.6Hz),4.37(1H,dd,J=12.0,2.4Hz),4.20(1H,dd,J=12.0,5.6Hz),4.04-4.00(1H,m),3.84-3.76(4H,m),3.67(1H,dd,J=12.0,5.6Hz),3.49(1H,t,J=4.0Hz),3.46(1H,t,J=4.0Hz),3.35(2H,m),2.34(2H,t,J=7.4Hz),2.03(4H,m),1.62(2H,m),1.30(28H,m,),0.90(3H,t,J=6.8Hz);13CNMR(δ,ppm)174.32,129.78,129.71,94.23,94.12,73.73,73.55,72.73,72.17,72.11,70.97,70.89,70.42,63.36,61.61,33.98,31.90,29.68,29.55,29.46,29.42,29.26,29.22,29.17,29.05,6,6'-di-O-芥酸海藻糖二酯:1HNMR(δ,ppm)5.39-5.31(4H,m),5.05(2H,d,J=3.7Hz),4.37(2H,dd,J=11.8,2.0Hz),4.20(2H,dd,J=11.8,5.4Hz),4.04-4.00(2H,m),3.77(2H,t,J=9.3Hz),3.47(2H,dd,J=9.7,3.8Hz),3.35(2H,m),2.34(4H,t,J=7.4Hz),2.03(8H,m),1.63(4H,m),1.33-1.29(56H,m),0.90(6H,t,J=6.9Hz);13CNMR(δ3結(jié)語(yǔ)芥酸海藻糖酯酶法合成反應(yīng)液的TLC分析條件為：點(diǎn)樣量2μl，以氯仿/甲醇(4:1,V/V)展開約30min，用5%硫酸乙醇溶液噴霧，120℃顯色20min；硅膠柱分析芥酸海藻糖酯的最佳條件為：5ml反應(yīng)液上12mm×600mm硅膠(100～200目)層析柱，流動(dòng)相為氯仿/甲醇(4:1,V/V)，流速80ml/h，按1管/200s收集洗出液，收集到的組分依次為：芥酸、二酯、單酯和海藻糖。通過(guò)采用HPLC-MS和NMR對(duì)硅膠柱分離得到的兩種產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定，確定兩種產(chǎn)物分別為6'-O-芥酸海藻糖酯和6,6'-參考文獻(xiàn)(References):[1]彭亞鋒,周耀斌,李勤,等.海藻糖的特性及其應(yīng)用[J].中國(guó)食品添加劑,2021(1):65-69.PENGYa-feng,ZHOUYao-bin,LiQing,etal.Applicationprospectoftrehalose[J].Chinafoodadditives,2021(1):65-69.[2]WuCF,TsungHC,ZhangWJ,etal.Improvedcryopreservationofhumanembryonicstemcellswithtrehalose[J].ReprodBiomedOnline,2005,11(6):733-739.[3]GancedoCarlos,FloresCarmen-Lisset.Theimportanceofafunctionaltrehalosebiosyntheticpathwayforthelifeofyeastsandfungi[J].FEMSYeastResearch,2004,4(4-5):351-359.[4]FilipaS.Cardoso,PaulaGaspar,JeroenHugenholtz,etal.Enhancementoftrehaloseproductionindairypropionibacteriathroughmanipulationofenvironmentalconditions[J].InternationalJournalofFoodMicrobiology,2004,91(2):195-204.[5]TarekEl-Bashiti,HalukHamamc?,HüseyinA.Biochemicalanalysisoftrehaloseanditsmetabolizingenzymesinwheatunderabioticstressconditions.PlantScience[J].2005,169(1):47-54.[6]孫月娥,夏文水,陳潔.非水相酶法合成亞油酸海藻糖單酯工藝的研究[J].食品與機(jī)械,2021,25(3):5-9.SUNYue-e,XIAWen-shui,CHENJie.Lipase-catalyzedsynthesisofmonolinoleoyltrehaloseinnon-aqueousmedia[J].FoodandMachinery,2021,25(3):5-9.[7]ChenJie,KimuraYukitaka,AdachiShuji.Synthesisoflinoleoyldisaccharidesthroughlipase-catalyzedcondensationandtheirsurfaceactivities[J].JournalofBioscienceandbioengineering,2005,100(3):274–279.[8]RakuM,KitagawaH,ShimakawaY,etal.Enzymaticsynthesisoftrehaloseestershavinglipophilicity[J].JournalofBiotechnology,2003,100(3):203-208.[9]劉巧瑜,賈承勝,蔣平平.麥芽糖月桂酸酯的分離純化與結(jié)構(gòu)鑒定[J].食品科學(xué),2007,28(10):464-467.LIUQiao-yu,JIACheng-sheng,JIANGPing-ping.Separation,purificationandidentificationoflauroylmaltoses.FoodScience,2007,28,(10):464-467.氣液分離器(b)第26卷第4期高分子材料科學(xué)與工程Vol.26,No.42021年4月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGApr.2021兩種海藻酸鈣膜的制備及吸水性能郝曉麗,夏延致,王兵兵,紀(jì)全,孔慶山,隋坤艷(青島大學(xué)纖維新材料與現(xiàn)代紡織國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地,山東青島266071摘要:分別采用冷凍干燥法和自然晾干法制備海藻酸鈣膜材料,考察比較了兩種海藻酸鈣膜材料的形貌及吸水性能。海藻酸鈣自然晾干膜為無(wú)色透明膜,凍干膜為白色海綿膜,且凍干膜與晾干膜相比具有開放、貫通的多孔結(jié)構(gòu),其孔徑介于100Lm~200Lm之間。海藻酸鈉質(zhì)量百分比含量為2%時(shí),晾干膜和凍干膜對(duì)蒸餾水的吸水率分別為78.7%和985.0%,經(jīng)3500r/min離心3min后保水率分別為42.5%和81.8%,兩膜材料均具有較好的重復(fù)使用性能,其中反復(fù)吸水2放水4次后凍干膜的吸水率仍高達(dá)869.4%。關(guān)鍵詞:海藻酸鈣;冷凍干燥;多孔膜;吸水性能收稿日期:2021207221基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50673046海藻酸鈉是從海帶等褐藻中提取的一種天然多糖,是由a2L2古羅糖醛酸和B2D2甘露糖醛酸經(jīng)a(1-4糖苷鍵構(gòu)成的一種無(wú)規(guī)線型嵌段共聚物[1]。作為一種聚陰離子電解質(zhì),海藻酸鈉分子鏈中含有大量游離的羧基和羥基,與金屬離子有較強(qiáng)的絡(luò)合能力,能夠通過(guò)絡(luò)合及離子交換,與Ca2+等多價(jià)金屬陽(yáng)離子形成穩(wěn)定的螯合物,海藻酸鈣的/蛋2盒0結(jié)構(gòu)模型[2]。鑒于海藻酸鹽類良好的成膜性、安全性和可降解性能,其在食品、醫(yī)藥、紡織印染等眾多領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用[3~5]。近年來(lái),海藻酸鹽在醫(yī)用敷料、細(xì)胞培養(yǎng)、釋控載體及水處理等領(lǐng)域的應(yīng)用研究已成為熱點(diǎn)課題,為了提高吸水及吸附性能、增加比表面積和利于細(xì)胞組織附著,通常要求高分子膜材料具有開放的多孔結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)提及的多孔膜的常規(guī)制備方法主要有相轉(zhuǎn)化法、溶膠2凝膠法、模板浸出法和冷凍干燥法等[6~9]。本文采用自然晾干和冷凍干燥方法制備了兩種海藻酸鈣膜材料,探討比較了兩種膜材料的形貌特征及吸水保水性能,為海藻酸鹽多孔膜材料在醫(yī)用敷料等方面應(yīng)用提供有力依據(jù)。1實(shí)驗(yàn)部分1.1材料與儀器LGJ212型冷凍干燥機(jī):北京松源華興科技發(fā)展有限公司;JSM26390LV掃描電鏡:日本JEOL公司;AnkeTDL240B型離心機(jī):上海安亭科學(xué)儀器廠;海藻酸鈉:青島明月海藻集團(tuán),食品級(jí);其它化學(xué)試劑均為分析純,所用水為蒸餾水。1.2海藻酸鈣晾干膜的制備配制質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%的海藻酸鈉水溶液,靜置24h消泡備用。稱取一定量海藻酸鈉溶液澆鑄于培養(yǎng)皿中,室溫(約20e下自然晾干成膜,經(jīng)5%氯化鈣充分交聯(lián),蒸餾水多次沖洗后,干燥得海藻酸鈣晾干膜。1.3海藻酸鈣凍干膜的制備稱取一定量經(jīng)消泡的2%海藻酸鈉溶液澆鑄于培養(yǎng)皿中,低溫(-5e下經(jīng)預(yù)凍成型,待試樣完全凍結(jié)后放到真空冷凍干燥箱中,-55e抽真空冷凍干燥得到海藻酸鈉多孔膜。經(jīng)5%氯化鈣充分交聯(lián),蒸餾水多次沖洗,干燥得海藻酸鈣凍干膜。1.4掃描電子顯微鏡分析(SEMJSM26390LV型掃描電鏡觀測(cè)海藻酸鈣膜的表面形貌,掃描樣品經(jīng)噴金處理,掃描電壓為2021kV。1.5吸水率測(cè)試裁取1cm@1cm的膜材料,稱干質(zhì)量為Md(g,浸入蒸餾水中24h后取出,濾紙迅速吸去表面水分,稱濕質(zhì)量為Mw(g,吸水率按式(1計(jì)算:吸水率=Mw-MdMd(11.6保水率測(cè)試吸水率測(cè)試后的樣品放入離心管內(nèi),經(jīng)3500r/min離心3min后取出,稱量為Mh(g。保水率按式(2計(jì)算:保水率=Mh-MdMd(21.7重復(fù)使用率評(píng)價(jià)重復(fù)使用率指樣品放水后重復(fù)吸水的能力,即將吸水率測(cè)試后的試樣干燥至恒量,重復(fù)1.5節(jié)的吸水率測(cè)試。2結(jié)果與討論2.1膜材料的形貌分析Fig.1為海藻酸鹽膜材料的外觀照片,采用自然晾干法制備的海藻酸鈉膜(a為光滑的透明薄膜,交聯(lián)后的海藻酸鈣膜(b表面有一定程度的褶皺,手觸感覺(jué)較脆。采用冷凍干燥法制備過(guò)程中,低溫預(yù)凍時(shí)聚合物高分子鏈周圍的水冷卻成冰,冷凍干燥時(shí)直接升華形成孔洞結(jié)構(gòu)。所得的海藻酸鈉凍干膜(c為白色或乳白色的多孔海綿,表面較為平整,手觸感覺(jué)富有彈性,柔韌性較好,交聯(lián)后的海藻酸鈣膜(d變薄,為更為致密的多孔海綿。Fig.1Photographsofmembranesa:normal2driedsodiumalginate;b:normal2driedcalciumalginate;c:freeze2driedsodiumalginate;d:freeze2driedcalciumalginate海藻酸鈣凍干膜的掃描電鏡照片如Fig.2所示,膜材料表面為致密的不規(guī)則多孔狀結(jié)構(gòu),孔的形狀以圓形或橢圓形為主,孔隙相互貫通,孔徑介于100Lm~200Lm之間。多孔結(jié)構(gòu)可為水分子進(jìn)出提供通道,提示該海綿狀凍干膜材料具有較高的吸水保水性能。Fig.2SEMphotosoffreeze2driedmembranea:transversalcross2section;b:pores2.2膜材料的吸水和保水性能高分子膜材料應(yīng)用于醫(yī)用敷料和水處理材料時(shí),通常要求具有較好的吸水性能。海藻酸鈉濃度為2%時(shí),兩種膜材料對(duì)蒸餾水的吸水率和保水率結(jié)果見(jiàn)Tab.1。海藻酸鈣凍干多孔膜對(duì)蒸餾水表現(xiàn)出了優(yōu)異吸水和保水性能。究其原因,吸水率和保水率的大小與高分子膜材料的結(jié)構(gòu)形態(tài)密切相關(guān)。自然晾干法制備的膜表面有褶皺現(xiàn)象,膜較為致密,通透性較差,影響水分子的進(jìn)入,故吸水率相對(duì)較低。冷凍干燥法所得的膜具有均勻、開放的多孔結(jié)構(gòu),利于水分子擴(kuò)散充滿孔洞,故吸水率高達(dá)985.0%。經(jīng)3500r/min離心3min后,凝膠網(wǎng)絡(luò)收縮,材料表面及內(nèi)部大部分水分被排出,與晾干膜相比,凍干膜由于具有致密的多孔結(jié)構(gòu),離心后膜內(nèi)部的孔洞仍能夠/儲(chǔ)存0較多的水分,保水率達(dá)81.8%。Tab.1ThewaterabsorbencyandwaterretentionrateofmembranesSampleWaterabsorbency(%Waterretentionrate(%Normal2dried985.081.82.3膜材料的重復(fù)使用率評(píng)價(jià)Fig.3為兩種膜材料在蒸餾水中重復(fù)使用后的吸水率測(cè)試結(jié)果。兩種膜材料經(jīng)過(guò)烘干放水后的吸水率有所下降,且吸水率的大小與烘干次數(shù)呈負(fù)相關(guān),這是因?yàn)榻?jīng)過(guò)烘干放水,會(huì)破壞凝膠膜材料的原始形態(tài),使凝膠膜發(fā)生收縮,特別是凍干法制備的膜材料,其孔洞會(huì)發(fā)生坍塌或粘連,最初開放的孔洞會(huì)部分封閉起來(lái)。盡管如此,兩種膜材料反復(fù)吸水2放水4次后吸水率仍144高分子材料科學(xué)與工程2021年較高。Fig.3Reusablepropertyofmembranesa:normal2dried;b:freeze2dried3結(jié)論分別采用自然晾干法和冷凍干燥法制備了兩種海藻酸鈣膜材料。其中晾干膜為透明致密膜;凍干膜為多孔海綿狀,孔的連通性好且孔徑尺寸分布均勻。海藻酸鈣凍干膜的吸水保水性能和重復(fù)使用性能皆優(yōu)于晾干膜,在生物醫(yī)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn):[1]WINDHUEST,BORCHARDW.Effectofacetylationonphysiochemicalpropertiesofbacterialandalgalalginatesinphysiologicalsodiumchloridesolutionsinvestigatedwithlightscatteringtechniques[J].Carbohydr.Polym.,2003,52:47252.[2]BRACCINII,PEREZS.MolecularbasisofCa2+2inducedgelationinalginatesandpectins:theegg2boxmodelrevisited[J].Biomacromolecules,2001,2(4:108921096.[3]何淑蘭,尹玉姬,張敏,等.組織工程用海藻酸鹽水凝膠的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展,2004,23(11:117421178.HESL,YINYJ,ZHANGM,etal.Researchadvancesonsodiumalginatehydrogelsfortissueengineering[J].ChemicalIndustryandEngineeringProgress,2004,23(11:1174-1178.[4]張小紅,崔英德,潘湛昌.聚丙烯酸/海藻酸鈉高吸水性樹脂的制備及生物降解性能[J].化工學(xué)報(bào),2005,6(6:113421137.ZHANGXH,CUIYD,PANSC.Preparationandbiodegradabilityofacrylicacid/sodiumpolymannuronatesuper2absorbent[J].JournalofChemicalIndustryandEngineering,2005,6(6:113421137.[5]NUSSINOVITCHA,VELEZ2SILVESTRER,PELEGM.Compressivecharacteristicsoffree2driedagarandalginategelsponges[J].Biotechnol.Prog.,1993,9(1:1012104.[6]LEESB,KIMYH,CHONGMS,etal.Studyofgelatin2containingartificialskinV:fabricationofgelatinscaffoldsusingasalt2leachingmethod[J].Biomaterials,2005,26:1961.[7]JINSM,LICZ.Structureandpropertiesofbilayerchitosan2gelatinscaffolds[J].Biomaterials,2002,24:106721071.[8]RATNERBD,HOFFMANAS,SCHOENFJ,etal.Biomaterialsscience:anintroductiontomaterialsinmedicine[M].SanDiego:AcademicPress,2004:218.[9]YOSHIKAWATI.BoneregenerationbygraftingofanautogenousPreparationandPerformanceofTwoKindsofCalciumAlginateMembranesHAOXiao2li,XIAYan2zhi,WANGBing2bing,JIQuan,KONGQing2shan,SUIKun2yan(StateKeyLaboratoryCultivatingBaseofAdvancedFiberMaterialsandModernTextile,QingdaoUniversity,Qingdao266071,ChinaABSTRACT:TwokindsofCalciumalginatemembraneswereobtainedbynormal2driedandfreeze2driedmethodsrespectively.Typicalmorphologiesandpropertieswereevaluated,includingscanningelectronmicroscopy,waterabsorptionrate,retentionrateandrepeatability.Resultsshowthatthenormal2driedmembraneiscolorlessandtransparentmembraneandthefreeze2driedmembraneiswhitesponge.Thefreeze2driedmembranepossessesinterconnectedanduniformporestructure,whoseaverageporesizeis100Lm~200Lm.Theabsorbencyofthenormal2driedmembraneandfreeze2driedmembraneindistilledwateris78.7%and985.0%,andthewaterretentivenessis42.5%and81.8%when3500r/minfor3minutes.Twokindsofmembranesbothcanberepeatedlyutilized.Theabsorbencyoffreeze2driedmembranekeepsstill869.4%asrepeated4times.Keywords:calciumalginate;freeze2drying;porousmembrane;waterabsorbency145第4期郝曉麗等:兩種海藻酸鈣膜的制備及吸水性能1.Yeong-BinYang文章中給出的的幾何剛度矩陣（推導(dǎo)時(shí)忽略了軸向應(yīng)變中的項(xiàng)）：uxAuyAuzAθxAθyAθzAuxBuyBuzBθxBθyBθzBMzA/l2+MzB/l2-MyA/l2-MyB/l2-MzA/l2-MzB/l2MyA/l2+MyB/l26FxB/5l1.1MyA/l-MyB/10lMxB/lFxB/10-MzA/l2-MzB/l2-6FxB/5l-MyA/10l+1.1MyB/l-MxB/lFxB/10MyA/10-MyB/106FxB/5l1.1MzA/l-MzB/10l-FxB/10MxB/lMyA/l2+MyB/l2-6FxB/5l-MzA/10l+1.1MzB/l-FxB/10-MxB/lMzA/10-MzB/106/5lMzA/10+MzB/5-MyA/10-MyB/5-1.1MyA/l+MyB/10l-1.1MzA/l+MzB/10l-6/5l-MzA/5-MzB/10MyA/5+MyB/10/10/102FxBl/15-MxB/lFxB/10-MzA/10-MzB/5-FxBl/30MxB/2-MzAl/10+MzBl/30MzAl/302FxBl/15-FxB/10-MxB/lMyA/10+MyB/5-MxB/2-FxBl/30MyAl/10-MyBl/30-MyAl/30MzA/l2+MzB/l2-MyA/l2-MyB/l26FxB/5lMyA/10l-1.1MyB/lMxB/l-FxB/10-MyA/10MyB/106FxB/5lMzA/10l-1.1MzB/lFxB/10MxB/l-MzA/10MzB/106/5lMzA/5+MzB/10-MyA/5-MyB/10-/10-/10(SYMMETRICAL2FxBl/15-MzBl/30-MzAl/30+MzBl/102FxBl/15MyBl/30MyAl/30-MyBl/102/15-/302/15表中=Fx(Iy+Iz/A為Wagner系數(shù)。2.AuraConci文章中給出的完整幾何剛度矩陣（推導(dǎo)時(shí)考慮了軸向應(yīng)變中的項(xiàng)）：uxAuyAuzAθxAθyAθzAuxBuyBuzBθxBθyBθzBFxB/l-(BA+BB/l2-MyA/l-MzA/l-FxB/l(BA+BB/l2-MyB/l-MzB/l-BA/l-BB/l12FxBIz/Al3+6FxB/5l1.1MyA/l-MyB/10lMxB/l6FxBIz/Al2+FxB/10-6FxB/5l-12FxBIz/Al3-MyA/10l+1.1MyB/l-MxB/l6FxBIz/Al2+FxB/10MyA/10-MyB/1012FxBIy/Al3+6FxB/5l1.1MzA/l-MzB/10l-FxB/10-6FxBIy/Al2MxB/l-6FxB/5l-12FxBIy/Al3-MzA/10l+1.1MzB/l-FxB/10-6FxBIy/Al2-MxB/lMzA/10-MzB/1012FxBCw/Al3+6/5lMzA/10+MzB/5-MyA/10-MyB/5BA/l2+BB/l2-1.1MyA/l+MyB/10l-1.1MzA/l+MzB/10l-6/5l-12FxBCw/Al3-MzA/5-MzB/10MyA/5+MyB/106FxBCw/Al2+/106FxBCw/Al2+/102FxBl/15+4FxBIy/Al(2α-1·MxB/2MyA/l-MxB/l6FxBIy/Al2+FxB/10-MzA/10-MzB/52FxBIy/Al-FxBl/30MxB/2-MzAl/10+MzBl/30MzAl/302FxBl/15+4FxBIz/AlMzA/l-FxB/10-6FxBIz/Al2-MxB/lMyA/10+MyB/5-MxB/22FxBIz/Al-FxBl/30MyAl/10-MyBl/30-MyAl/30FxB/l-(BA+BB/l2MyB/lMzB/lBA/lBB/l12FxBIz/Al3+6FxB/5lMyA/10l-1.1MyB/lMxB/l-FxB/10-6FxBIz/Al2-MyA/10MyB/1012FxBIy/Al3+6FxB/5lMzA/10l-1.1MzB/l6FxBIy/Al2+FxB/10MxB/l-MzA/10MzB/1012FxBCw/Al3+6/5lMzA/5+MzB/10-MyA/5-MyB/10-/10-6FxBCw/Al2-/10-6FxBCw/Al2(SYMMETRICAL2FxBl/15+4FxBIy/Al(1-2α·MxB/2-MzBl/30-MzAl/30+MzBl/102FxBl/15+4FxBIz/AlMyBl/30MyAl/30-MyBl/102/15+4FxBCw/Al2FxBCw/Al-/302/15+4FxBCw/Al表中=Fx(Iy+Iz/A為Wagner系數(shù)；Cw為截面翹曲常數(shù)；BA、BB為單元A端和B端的雙力矩。有機(jī)硅改性水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液的制備及性能□高明志1,鮑俊杰2,許戈文2(1.安徽省阜陽(yáng)市中心化驗(yàn)室,安徽阜陽(yáng)236032;2.安徽大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,合肥230039摘要:采用種子乳液聚合方法合成了具有核殼結(jié)構(gòu)的有機(jī)硅改性水性聚氨酯-丙烯酸酯復(fù)合乳液,TEM測(cè)試結(jié)果表明,該乳液具有核殼結(jié)構(gòu)。通過(guò)共混與共聚體系衰減全反射紅外光譜(ATR-FTIR的比較及表面光電子能譜(ESCA研究證實(shí)有機(jī)硅鏈段已被化學(xué)鍵入聚氨酯-丙烯酸酯分子鏈中,且硅氧烷鏈段有表面富集的傾向。表面水接觸角及耐水性測(cè)試結(jié)果表明,隨著有機(jī)硅含量的增加膠膜的水接觸角增大,耐水性提高。關(guān)鍵詞:聚氨酯;丙烯酸酯;烷羥基聚二甲基硅氧烷;水接觸角;核殼結(jié)構(gòu)中圖分類號(hào):TQ630.4+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-2556(202101-0-04PreparationandPropertyofSilicone-modi?edWaterbornePolyurethane-acrylateEmulsionGaoMingzhi1,BaoJunjie2,XuGewen2(1.FuyangCentralLaboratoryofAnhuiProvince,Fuyang236032,AnhuiProvince;2.CollegeofChemistryandChemicalEngineering,AnhuiUniversity,Hefei230039,AnhuiProvinceAbstract:Usingseedemulsionpolymerizationmethod,wehavepreparedsiliconemodifiedwaterborneacrylatehybridemulsionofcore-shellstructure.TEMtestresultshavecon?rmedthecore-shellstructure.ComparativelyanalyzingtheblendingandcopolymerizationsystembyATR-FTIRandESCA,itisveri?edthatsiliconesegmentshavebeenchemicallybondedtopolyurethane-acrylatemolecularchain,andthesiliconesegmentsareinclinedtoenrichinthesurface.Testingthesurfacewatercontactangleandwaterresistanceshowsthat,withtheincreaseofsiliconecontent,thewatercontactangleof?lmincreasesandthewaterresistanceisimproved.Keywords:polyurethane,acrylate,hydroxyalkylpolydimethylsiloxane,watercontactangle,core-shellstructure0前言水性聚氨酯-聚丙烯酸酯(PUA復(fù)合乳液是以水替代有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)發(fā)展起來(lái)的改性高分子材料。它具有聚氨酯的耐磨損、可裁剪和聚丙烯酸酯的硬度高、耐候性好等特性,及使用安全、無(wú)毒、無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。因此,被譽(yù)為“第三代水性聚氨酯”。而聚硅氧烷有著優(yōu)異的耐候性及疏水性,因此長(zhǎng)期以來(lái),人們一直試圖將聚氨酯與聚硅氧烷加以復(fù)合并水性化,以期獲得性能優(yōu)異的綠色環(huán)保型改性聚氨酯材料。目前有機(jī)硅改性聚氨酯乳液的研究,多以羥基硅油為原料,由于羥基硅油與—NCO形成的Si—O—C鍵易于水解[1],所以得到的乳液穩(wěn)定性較差。本文以烷羥基硅油替代羥基硅油,采用先殼后核的種子乳液聚合法合成了穩(wěn)定的有機(jī)硅改性的聚氨酯-丙烯酸酯乳液,通過(guò)共聚與共混體系表面紅外光譜的比較及表面光電子能譜對(duì)其進(jìn)行了表征,探討了材料的水接觸角與有機(jī)硅含量之間的關(guān)系及有機(jī)硅氧烷的引入對(duì)材料的表面性能及耐水性產(chǎn)生的影響。以看出,在1258cm-1(Si—CH3中—CH3對(duì)稱變形振動(dòng)、805cm-1(Si—C伸縮及Si—CH3中—CH3平面搖擺振動(dòng)附近出現(xiàn)PUA譜圖中所沒(méi)有的硅氧烷特征吸收峰,1072cm-1(硅氧烷的Si—O伸縮振動(dòng)特征吸收峰處的吸收峰相對(duì)PUA而言明顯增強(qiáng),這說(shuō)明HTPS與聚氨酯發(fā)生了反應(yīng)。未經(jīng)處理的PUS8膠膜與處理過(guò)的wPUS8膠膜的譜圖幾乎完全相同,則說(shuō)明了體系中HTPS與二異氰酸酯反應(yīng)完全[2]。另外,通過(guò)PUS8和rPUS8譜圖的比較不難發(fā)現(xiàn),在PUS8譜圖中表征硅氧烷的1258cm-1、805cm-1、1072cm-1處的吸收峰強(qiáng)于rPUS8譜中的相應(yīng)吸收峰。這說(shuō)明在聚合物固化過(guò)程中,發(fā)生了低表面能鏈段有機(jī)硅的向外擇優(yōu)取向[3-4]。另外,PUS8及wPUS8在2965cm-1甲基不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰強(qiáng)于2923cm-1處亞甲基不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰,而在PUA和rPUS8譜圖中則恰好相反,這可能也是由于硅氧烷鏈段的表面富集導(dǎo)致表層甲基濃度增大所致。2.3表面光電子能譜測(cè)試結(jié)果分析圖3是有機(jī)硅改性聚氨酯膠膜的ESCA譜圖,其中Si元素2p峰和2s峰的存在進(jìn)一步說(shuō)明了在聚合過(guò)程中聚硅氧烷二元醇和二異氰酸酯發(fā)生了反應(yīng),作為軟段鍵合到了聚氨酯鏈上。圖4為在不同發(fā)射角下所測(cè)得的Si原子含量(發(fā)射角與測(cè)試深度成正比,由圖4可知,膠膜表面硅原子的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論計(jì)算值(bulk,且隨著發(fā)射角的增大,Si原子的分析含量降低,即在PUAS膠膜中Si原子呈梯度分布,這顯然是聚合物固化過(guò)程中,低表3500300025002000PUArPUAS8wPUAS8PUAS8波數(shù)/cm-1透過(guò)率/%1