殼聚糖季銨鹽的制備方法和應(yīng)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(yīng)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(jī)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(xiàn)象發(fā)生。羥丙基三甲基氯化銨與殼聚糖反應(yīng)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(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)修飾，可在殼聚糖分子中引入季銨鹽基團(tuán)，制得殼聚糖季銨鹽，反應(yīng)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(huán)氧丙基三甲基氯化銨(EPTAC)水溶液，恒溫攪拌反應(yīng)8～9h，產(chǎn)物經(jīng)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(chǎn)物。

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

[應(yīng)用]季銨化殼聚糖可應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域、油田污水和煉油廢水處理等領(lǐng)域。

(1)醫(yī)藥領(lǐng)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(zhì)粒DNA自動形成大小在200～500nm的殼聚糖復(fù)合物。DOTAP{N-[1-(2，3-二油酰)丙基]-N，N，N-三甲基硫酸銨}脂復(fù)合物可轉(zhuǎn)染COS-1細(xì)胞，但比DOTAP-DNA脂復(fù)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(zhuǎn)染COS-1細(xì)胞效果好。胎牛血清(FCS)的存在不影響殼聚糖復(fù)合物的轉(zhuǎn)染性，但降低DOTAP DNA 復(fù)合物的轉(zhuǎn)染性。在殼聚糖低聚體存在時，細(xì)胞100%存活，而經(jīng)DOTAP處理過的細(xì)胞的生存率在COS-1和Caco-2兩種細(xì)胞系中降低到大約50%。

DOTAP-DNA脂復(fù)合物和殼聚糖復(fù)合物在Caco-2細(xì)胞培養(yǎng)基中轉(zhuǎn)染效能降低，然而季銨化殼聚糖低聚體優(yōu)于DOTAP。二者在Caco-2細(xì)胞的生存能力與COS-1相似。因此，三甲基化殼聚糖DNA復(fù)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(xì)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(jìn)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(jī)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(qiáng)陽離子性，可與許多細(xì)菌之間形成電價鍵，在其細(xì)胞壁上產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致溶菌作用，而使細(xì)菌死亡；其正電性還可使蛋白質(zhì)變性，破壞細(xì)菌細(xì)胞壁的可滲透性，使維持細(xì)菌生命的養(yǎng)分?jǐn)z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(yè)化學(xué)試劑，具有揮發(fā)性，可造成空氣污染。當(dāng)含有力甲酚的蒸氣與涂有酪氨酸酶的殼聚糖膜接觸，可發(fā)現(xiàn)蒸氣中無甲酚，并且紫外吸收發(fā)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(diào)節(jié)池中)主要來自于重柴油脫水、各個車間的循環(huán)用水(由于管道的跑冒滴漏而含有一定量的油污)、設(shè)備容器清洗水以及涼水塔和鍋爐排污、蒸汽凝結(jié)水。廢水呈藍(lán)黑色，含油，并有H2S的臭味，其主要性質(zhì)見表3-72。

表3-72 煉油廢水的性質(zhì)

由試驗(yàn)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(dá)到極好的絮凝效果，剩余濁度可低達(dá)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(dá)97.4%。下面利用PAC和殼聚糖分別對煉油廢水進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表3-73，通過對比進(jìn)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(jī)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(zhì)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(qiáng)烈，絮體較小。因此，單純用殼聚糖季銨鹽進(jìn)行絮凝處理的效果并不十分好，處理后有細(xì)小顆粒懸浮。

在煉油廢水中加入皂土后再進(jìn)行絮凝其效果顯著提高，原因?yàn)椋旱谝唬硗辆哂泻軓?qiáng)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(fù)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(wěn)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?xí)r形成的沉降絮體呈蜂窩網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在下沉過程中起到沉淀網(wǎng)捕作用。

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