陽離子聚葡萄糖的制備及對膽汁酸的吸附性能研究

羅儒顯，李俐敏，胡賓

（五邑大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，廣東江門529020）

陽離子聚葡萄糖的制備及對膽汁酸的吸附性能研究

羅儒顯，李俐敏*，胡賓

（五邑大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，廣東江門529020）

以水溶性膳食纖維聚葡萄糖為原料和3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨（QA-188）為陽離子醚化劑，合成陽離子聚葡萄糖，然后將其與膽汁酸進(jìn)行吸附反應(yīng)，并探討了影響陽離子聚葡萄糖改性反應(yīng)的因素及改性前后聚葡萄糖對膽汁酸的吸附性能的對比。結(jié)果表明：（1）用IR表征目標(biāo)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，證實合成了陽離子聚葡萄糖；（2）陽離子聚葡萄糖改性反應(yīng)的最佳條件為：聚葡萄糖∶醚化劑=40∶9（質(zhì)量比），反應(yīng)溫度為60℃，pH為9～10，反應(yīng)時間為3 h；（3）無論改性前后，隨著聚葡萄糖用量增加，吸附率均呈先上升后下降趨勢，達(dá)到一定程度時，其用量對吸附率影響不大。改性后的聚葡萄糖對膽汁酸的吸附率相對于改性前的聚葡萄糖有明顯的提高。

聚葡萄糖；3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨；膽汁酸；陽離子聚葡萄糖

聚葡萄糖（polydextrose）是一種水溶性膳食纖維［1］，通過葡萄糖、山梨醇、檸檬酸熱聚合生成的，以1，6-糖苷鍵為主，平均分子量大于3 200，平均聚合度大于20［2］，分子結(jié)構(gòu)見圖1。

聚葡萄糖有潤腸通便，調(diào)節(jié)血脂，降低膽固醇，調(diào)節(jié)血糖，改善腸道益生元等功用［3］。目前研究發(fā)現(xiàn)，動脈粥樣硬化、靜脈血栓形成及膽石癥與高膽固醇血癥有密切的相關(guān)性。食用含膳食纖維的食品是降低膽固醇的一個重要方式，因為它有結(jié)合膽汁酸的潛能。但天然的膳食纖維對膽汁酸的結(jié)合率不高［4］，對其引入陽離子基團，可大大增強其生物活性，提高與膽汁酸的結(jié)合率。

圖1　聚葡萄糖的分子結(jié)構(gòu)Fig.1The molecular structure of polydextrose

本試驗是采用陽離子醚化劑QA-188對聚葡萄糖進(jìn)行化學(xué)改性，并使其與陰離子化的膽汁酸進(jìn)行吸附反應(yīng)，測定并對比改性前后的聚葡萄糖對膽汁酸的吸附率。

1試驗部分

1.1原料與試劑

聚葡萄糖（食品級）：鄭州康之源化工產(chǎn)品有限公司；QA-188，3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨（68%）：Degussa-Hüls Corporation；氫氧化鈉（AR）：汕頭市西隴化工有限公司；無水乙醇（AR）：廣州番禺力強化工廠；95%乙醇：天津市大茂化學(xué)試劑廠；新鮮豬膽：江門肉聯(lián)廠；溴甲酚綠-甲基紅混合指示劑；酚酞。

1.2儀器

多功能油、水浴鍋、SHZ-DⅢ循環(huán)水真空泵：鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；7J-1A精密增力電動攪拌器：常州澳華儀器有限公司；DHG-9053A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海精密實驗設(shè)備有限公司；電爐溫度控制器：長沙實驗電爐廠；TC-15套式恒溫器：海寧市新華醫(yī)療器械廠；PHS-3C PH計：上海精科；JA1023A電子天平：上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.3陽離子聚葡萄糖的制備

1.3.1陽離子醚化劑的環(huán)化成醚反應(yīng)

將5 g QA-188和50 mL無水乙醇加入到裝有攪拌器、溫度計的250 mL三口燒瓶中，在40℃左右、pH為8～9條件下反應(yīng)1 h，冷卻，抽濾得濾液，即2，3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨（簡稱ETA），反應(yīng)如下：

1.3.2開環(huán)加成反應(yīng)

將20 g聚葡萄糖、ETA置于裝有溫度計，攪拌器的250 mL三口燒瓶中，在60℃、pH為9～10條件下反應(yīng)約3 h，冷卻后用濃鹽酸調(diào)pH為7，抽濾，洗滌，烘干，得白色固體粉末，反應(yīng)如下：

1.3.3取代度（DS）的計算

采用半微量凱式定氮法來計算產(chǎn)物陽離子聚葡萄糖的含氮量，進(jìn)而計算陽離子取代度，方法參考文獻(xiàn)［5］。

1.4膽汁酸的提?。?-7］

將新鮮的豬膽汁與氫氧化鈉進(jìn)行皂化反應(yīng)，經(jīng)過抽濾、酸化、洗滌、脫色、干燥等過程，得到淡棕黃色的豬膽汁酸粉末。采用滴定法對其分子量、穩(wěn)定性等性質(zhì)進(jìn)行測定。

1.5對膽汁酸的吸附性能測定

1.5.1膽汁酸的陰離子化

將膽汁酸粉末溶于NaOH的乙醇溶液，溶液的pH控制在6.5～9.0，反應(yīng)式為：

1.5.2吸附反應(yīng)

將陽離子化的聚葡萄糖與陰離子化的膽汁酸在37℃～38℃進(jìn)行吸附反應(yīng)，3 h后進(jìn)行抽濾。測定剩余膽汁酸的含量，同時計算聚葡萄糖對膽汁酸的吸附率。吸附率η公式如下：

式中：Δm為吸附前后膽汁酸的質(zhì)量差，g；mB為陽離子聚葡萄糖的質(zhì)量，g。

2結(jié)果與分析

2.1醚化劑用量對產(chǎn)物陽離子取代度的影響

醚化劑用量對產(chǎn)物陽離子取代度的影響見圖2。

圖2　陽離子聚葡萄糖的DS與QA-188用量的關(guān)系Fig.2The relationship between the DS of cation polydextrose and the amount of QA-188

從圖2可以看出，在其他條件不變的情況下，產(chǎn)物陽離子取代度在一定的范圍內(nèi)隨著QA-188的用量的增加而明顯上升，QA-188的用量達(dá)到4.5g時取代度最大，之后沒有明顯的變化。從節(jié)約原料的角度考慮，聚葡萄糖與季銨鹽的質(zhì)量比大約為40∶9時為最佳。

2.2反應(yīng)溫度對產(chǎn)物陽離子取代度的影響

反應(yīng)溫度對產(chǎn)物陽離子取代度的影響見圖3。

圖3　陽離子聚葡萄糖的DS與反應(yīng)溫度的關(guān)系Fig.3The relationship between the DS of cation polydextrose and the reaction temperature

由圖3可知，在其他條件不變的情況下，反應(yīng)溫度對產(chǎn)物陽離子取代度影響比較大，隨著溫度的升高，取代度有明顯的提高，在溫度為60℃時，取代度達(dá)最大值。

2.3pH對產(chǎn)物陽離子取代度的影響

pH對產(chǎn)物陽離子取代度的影響見圖4。

圖4　陽離子聚葡萄糖的DS與pH的關(guān)系Fig.4The relationship between the DS of cation polydextrose and the pH

從圖4可以看出，在其他條件不變的情況下，在一定的范圍內(nèi)，隨著pH增大，取代度相應(yīng)的增加，在pH為10時，取代度最大，所以改性反應(yīng)的最佳pH為10。2.4反應(yīng)時間對產(chǎn)物陽離子取代度和產(chǎn)物對膽汁酸的吸附率的影響

反應(yīng)時間對產(chǎn)物陽離子取代度以及產(chǎn)物對膽汁酸吸附率的影響見圖5。

由圖5可知，在其他條件不變的情況下，產(chǎn)物陽離子取代度和產(chǎn)物對膽汁酸的吸附率都隨著反應(yīng)時間的進(jìn)行呈上升趨勢，3 h后達(dá)到最大值，所以改性反應(yīng)的最佳反應(yīng)時間為3 h。

圖5　陽離子聚葡萄糖的DS、對膽汁酸的吸附率與反應(yīng)時間的關(guān)系Fig.5The relationship between the DS of cation polydextrose，the adsorption rate of bile acid and the time

2.5改性前后聚葡萄糖的用量對膽汁酸的吸附率的影響

改性前后聚葡萄糖的用量對膽汁酸吸附率的影響見圖6。

圖6　改性前后的聚葡萄糖的用量與吸附率的關(guān)系Fig.6The relationship between the amount of polydextrose and adsorption rate before and after modification

從圖6可以看出，無論是改性前還是改性后，聚葡萄糖的用量達(dá)到一定程度后，對吸附率都幾乎不再有影響，改性后的聚葡萄糖相對于改性前的，對膽汁酸的吸附率有非常明顯的提高，說明試驗結(jié)果達(dá)到預(yù)期的效果。

2.6紅外光譜表征

對改性前后的聚葡萄糖進(jìn)行紅外表征，對比圖譜見圖7、圖8。

由圖7、圖8可知，聚葡萄糖在改性前后，紅外譜圖的基本骨架沒有發(fā)生根本性的改變，即糖的骨架和連接方式?jīng)]有改變［8］。圖中3 700 cm-1～3 000 cm-1（強寬峰）是分子間和分子內(nèi)羥基形成的振動吸收；2 930 cm-1～2 880cm-1是C-H鍵伸展振動吸收；1200cm-1～1000cm-1是C-O-C醚鍵不對稱伸縮振動吸收的累加；圖7中在1 433 cm-1有弱的吸收峰，圖8中1 629 cm-1為結(jié)合水峰；1 458 cm-1為季銨鹽中-N（CH3）3的變形振動吸收峰，和圖7對比有明顯的移動，且峰變得尖銳，表明陽離子化已合成。

圖7　未改性聚葡萄糖的IR圖譜Fig.7The IR spectrum of unmodified polydextrose

圖8　改性聚葡萄糖的IR圖譜Fig.8The IR spectrum of modified polydextrose

3結(jié)論

1）將水溶性膳食纖維聚葡萄糖和QA-188進(jìn)行環(huán)化成醚、開環(huán)加成反應(yīng)合成出陽離子聚葡萄糖，用IR證實合成產(chǎn)物為預(yù)期的目標(biāo)產(chǎn)物，其改性反應(yīng)的最佳條件：水溶性膳食纖維聚葡萄糖與QA-188的質(zhì)量比為40∶9，溫度為60℃，pH為9～10，反應(yīng)時間為3 h。

2）無論改性前后，隨著聚葡萄糖用量增加，吸附率均呈先上升后下降趨勢，達(dá)到一定程度時，其用量對吸附率影響不大。改性后的聚葡萄糖對膽汁酸的吸附率相對于改性前的聚葡萄糖有明顯的提高。

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The Preparation of Cation Polydextrose and the Adsorption Properties Study of Bile Acids

LUO Ru-xian，LI Li-min*，HU Bin
（School of Chemical and Environmental Engineering，Wuyi University，Jiangmen 529020，Guangdong，China）

Cationic polydextrose was prepared with a quaternary ammonium salt 3-chloro-2-hydroxypropyl trimethyl ammonium chloride（QA-188）as cationic etherifying agent，polydextrose in soluble dietary fiber as raw material，ethanol as solvent，let the product adsorption reaction with bile acid，the reaction of the factors discussed and compared before and after modification of polydextrose on bile acid adsorption.The results showed that：（1）Characterization confirmed by FTIR to obtain Cation polydextrose；（2）Product by measuring the degree of cationic substitution，optimum reaction conditions were∶m（polydextrose）∶m（etherifying agent）= 40∶9，reaction temperature about 60℃，pH 9 to 10 and the reaction time 3 h；（3）With the increased use of polydextrose，adsorption rate increased at first and then reduced，to a certain extent，the amount of adsorption rate has little effect.bile acids adsorption rate polydextrose modified has a very significant increase relative to the polydextrose unmodified.

Polydextrose；3-chloro-2-hydroxypropyl trimethyl ammonium chloride；bile acid；cation polydextrose

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.16.010

2014-02-25

羅儒顯（1967—），男（漢），副教授，博士，主要從事精細(xì)化學(xué)品的研究與應(yīng)用。

李俐敏（1987—），女（漢），在讀研究生，主要從事精細(xì)化學(xué)品的研究與應(yīng)用。