本發(fā)明涉及一種水溶性殼聚糖，尤其是分子量可控的水溶性羧甲基殼聚糖，具有良好的保濕性、吸水性、抑菌性可作為化妝品原料。
背景技術(shù)：
1.甲殼素，(C8H13O5N)n，又稱幾丁質(zhì)，英文名Chitin。1811年法國學(xué)者布拉克諾(Braconno)發(fā)現(xiàn)，1823年由歐吉爾(Odier)從甲殼動(dòng)物外殼中提取。淡米黃色至白色，溶于濃鹽酸/磷酸/硫酸/乙酸,不溶于堿及其它有機(jī)溶劑,也不溶于水。甲殼質(zhì)的脫乙?；苌?Chitosan derivatives)殼聚糖(chitosan)不溶于水，可溶于部分稀酸。它是一種線型的高分子多糖，即天然的中性粘多糖，若經(jīng)濃堿處理去掉乙酰基即得脫乙酰殼多糖。它的化學(xué)名稱為(1，4)-2-氨基-2-脫氧-β-D-葡萄糖，或簡(jiǎn)稱聚胺基葡萄糖。這種殼聚糖由于它的大分子結(jié)構(gòu)中存在大量氨基，從而大大改善了甲殼素的溶解性和化學(xué)活性，因此使它在醫(yī)療、營養(yǎng)和保健等方面具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。甲殼素是地球上存量極為豐富的一種自然資源，也是自然界中迄今為止被發(fā)現(xiàn)的唯一帶正電荷的動(dòng)物纖維素。由于它的分子結(jié)構(gòu)中帶有不飽和的陽離子基團(tuán)，因而對(duì)帶負(fù)電荷的各類有害物質(zhì)具有強(qiáng)大的吸附作用。同樣它也能清除人體內(nèi)的"垃圾"，達(dá)到預(yù)防疾病、延年益壽的目的。由于甲殼素具有這種獨(dú)特功能，它被歐美科學(xué)家譽(yù)為和蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、維生素、礦物質(zhì)同等重要的人體第六生命要素。
2.羧甲基殼聚糖是一種重要的水溶性甲殼素衍生物，可用作化妝品的保濕劑、果蔬的保鮮劑、植物生長促進(jìn)劑及藥物輔劑等。羧甲基殼聚糖也可像羧甲基甲殼素的制備那樣，在堿的存在下用氯乙酸與之反應(yīng)而得到，但羧甲基甲殼素的羧甲基是在糖殘基的C6-OH上發(fā)生取代。殼聚糖的情況則要復(fù)雜-些，羧甲基既會(huì)在-OH上發(fā)生取代，也會(huì)在-NH上發(fā)生取代，生成O-羧甲基和N-羧甲基殼聚糖，對(duì)于C6-OH與C2--NH來說，在堿性條件下羧甲基在羥基上的取代活性要高于氨基，因此，當(dāng)取代度小于1時(shí)，羧甲基的取代主要是在羥基上而不是氨基上，只有取代度接近1和高于1時(shí)，才會(huì)同時(shí)在氨基上發(fā)生羧甲基取代，形成O,N-羧甲基殼聚糖。
3.以往的研究都是針對(duì)如何制備羧甲基殼聚糖，比如有氯乙酸法，乙醛酸法等制備方法。而沒有能夠控制分子量的范圍，研究分子量變化對(duì)羧甲基殼聚糖的保濕性、吸水性及抑菌性的影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種分子量可控的水溶性羧甲基殼聚糖的制備方法及應(yīng)用。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了如下技術(shù)方案：
一種分子量可控的水溶性羧甲基殼聚糖的制備方法，包括如下步驟：
S1將甲殼素研磨，溶解于10倍體積的40％NaOH溶液中，放于微波反應(yīng)器中，在功率400w下，30度加熱反應(yīng)20分鐘，反應(yīng)結(jié)束后用鹽酸調(diào)至中性，加入5倍體積的乙醇，析出白色固體，烘干得到殼聚糖；
S2將上述殼聚糖溶解于30％NaOH溶液中，加入與殼聚糖等質(zhì)量的氯乙酸，該氯乙酸溶于5倍質(zhì)量的異丙醇中，攪拌均勻，放于微波反應(yīng)器中，在功率600w下，25度反應(yīng)60分鐘，反應(yīng)結(jié)束用鹽酸調(diào)至中性，低溫析出白色粉末固體，烘干得到羧甲基殼聚糖；
S3將上述羧甲基殼聚糖溶于10％雙氧水溶液中，放于微波反應(yīng)器中，在功率400w-800w下，30-60度反應(yīng)10-20分鐘，反應(yīng)結(jié)束后將濾液用超濾膜超濾，得到羧甲基殼聚糖，然后加入5倍體積乙醇，析出白色固體，干燥得溶于水的羧甲基殼聚糖。
進(jìn)一步的，所述步驟S1中，采用1mol/L的鹽酸將反應(yīng)結(jié)束后的溶液調(diào)至中性。
進(jìn)一步的，所述步驟S2中，采用1mol/L的鹽酸將反應(yīng)結(jié)束后的溶液調(diào)至中性。
進(jìn)一步的，所述步驟S3中，采用分子量為5萬、1萬、5千的超濾膜對(duì)反應(yīng)結(jié)束后的濾液進(jìn)行超濾。
本發(fā)明還公開了一種分子量可控的水溶性羧甲基殼聚糖的應(yīng)用，將所述水溶性羧甲基殼聚糖作為化妝品原材料的吸濕劑、保濕劑以及抑菌劑。
本發(fā)明公開的一種分子量可控的水溶性羧甲基殼聚糖的制備方法及其應(yīng)用，具有以下有益效果：
通過本發(fā)明方法制備的羧甲基殼聚糖，能夠?qū)崿F(xiàn)分子量可控，并且根據(jù)分子量的變化，將其應(yīng)用于化妝品領(lǐng)域作為吸濕劑、保濕劑和抑菌劑，具有良好的吸濕、保濕、抑菌效果。
具體實(shí)施方式
下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
一種分子量可控的水溶性羧甲基殼聚糖的制備方法，包括如下步驟：
S1將甲殼素研磨，溶解于10倍體積的40％NaOH溶液中，放于微波反應(yīng)器中，在功率400w下，30度加熱反應(yīng)20分鐘，反應(yīng)結(jié)束后用鹽酸調(diào)至中性，加入5倍體積的乙醇，析出白色固體，烘干得到殼聚糖；
S2將上述殼聚糖溶解于30％NaOH溶液中，加入與殼聚糖等質(zhì)量的氯乙酸，該氯乙酸溶于5倍質(zhì)量的異丙醇中，攪拌均勻，放于微波反應(yīng)器中，在功率600w下，25度反應(yīng)60分鐘，反應(yīng)結(jié)束用鹽酸調(diào)至中性，低溫析出白色粉末固體，烘干得到羧甲基殼聚糖；
S3將上述羧甲基殼聚糖溶于10％雙氧水溶液中，放于微波反應(yīng)器中，在功率400w-800w下，30-60度反應(yīng)10-20分鐘，反應(yīng)結(jié)束后將濾液用超濾膜超濾，得到羧甲基殼聚糖，然后加入5倍體積乙醇，析出白色固體，干燥得溶于水的羧甲基殼聚糖。
實(shí)施例1
一種分子量可控的水溶性羧甲基殼聚糖的制備方法，包括如下步驟：
S1將100g甲殼素研磨，溶解于1L的40％NaOH溶液中，放于微波反應(yīng)器中，在功率400w下，30度加熱反應(yīng)20分鐘，反應(yīng)結(jié)束后用1mol/L鹽酸調(diào)至中性，加入5倍體積的乙醇，析出白色固體，烘干得到殼聚糖；
S2將上述殼聚糖溶解于30％NaOH溶液中，加入與殼聚糖等質(zhì)量的氯乙酸，該氯乙酸溶于5倍質(zhì)量的異丙醇中，攪拌均勻，放于微波反應(yīng)器中，在功率600w下，25度反應(yīng)60分鐘，反應(yīng)結(jié)束用1mol/L鹽酸調(diào)至中性，低溫析出白色粉末固體，烘干得到羧甲基殼聚糖；
S3將上述羧甲基殼聚糖溶于10％雙氧水溶液中，放于微波反應(yīng)器中，在功率400w下，30度反應(yīng)10分鐘，反應(yīng)結(jié)束后將濾液用分子量為5萬、1萬、5千的超濾膜超濾，得到不同分子量范圍的羧甲基殼聚糖。然后加入5倍體積乙醇，析出白色固體，干燥得溶于水的羧甲基殼聚糖。見表一：表一是不同分子量范圍的羧甲基殼聚糖的質(zhì)量。其中A是通過50KDa的膜未通過10KDa膜的組分，B是通過10KDa膜未通過5KDa膜的組分，C是通過5KDa的組分。
表一：
實(shí)施例2
一種分子量可控的水溶性羧甲基殼聚糖的制備方法，包括如下步驟：
S1將100g甲殼素研磨，溶解于1L的40％NaOH溶液中，放于微波反應(yīng)器中，在功率400w下，30度加熱反應(yīng)20分鐘，反應(yīng)結(jié)束后用1mol/L鹽酸調(diào)至中性，加入5倍體積的乙醇，析出白色固體，烘干得到殼聚糖；
S2將上述殼聚糖溶解于30％NaOH溶液中，加入與殼聚糖等質(zhì)量的氯乙酸，該氯乙酸溶于5倍質(zhì)量的異丙醇中，攪拌均勻，放于微波反應(yīng)器中，在功率600w下，25度反應(yīng)60分鐘，反應(yīng)結(jié)束用1mol/L鹽酸調(diào)至中性，低溫析出白色粉末固體，烘干得到羧甲基殼聚糖；
S3將上述羧甲基殼聚糖溶于10％雙氧水溶液中，放于微波反應(yīng)器中，在功率600w下，50度反應(yīng)10分鐘，反應(yīng)結(jié)束后將濾液用分子量為5萬、1萬、5千的超濾膜超濾，得到不同分子量范圍的羧甲基殼聚糖。然后加入5倍體積乙醇，析出白色固體，干燥得溶于水的羧甲基殼聚糖。見表二：表二是不同分子量范圍的羧甲基殼聚糖的質(zhì)量。其中D是通過50KDa的膜未通過10KDa膜的組分，E是通過10KDa膜未通過5KDa膜的組分，F(xiàn)是通過5KDa的組分。然后加入5倍體積乙醇，析出白色固體，干燥得溶于水的羧甲基殼聚糖。
表二：
實(shí)施例3
一種分子量可控的水溶性羧甲基殼聚糖的制備方法，包括如下步驟：
S1將100g甲殼素研磨，溶解于1L的40％NaOH溶液中，放于微波反應(yīng)器中，在功率400w下，30度加熱反應(yīng)20分鐘，反應(yīng)結(jié)束后用1mol/L鹽酸調(diào)至中性，加入5倍體積的乙醇，析出白色固體，烘干得到殼聚糖；
S2將上述殼聚糖溶解于30％NaOH溶液中，加入與殼聚糖等質(zhì)量的氯乙酸，該氯乙酸溶于5倍質(zhì)量的異丙醇中，攪拌均勻，放于微波反應(yīng)器中，在功率600w下，25度反應(yīng)60分鐘，反應(yīng)結(jié)束用1mol/L鹽酸調(diào)至中性，低溫析出白色粉末固體，烘干得到羧甲基殼聚糖；
S3將上述羧甲基殼聚糖溶于10％雙氧水溶液中，放于微波反應(yīng)器中，在功率800w下，60度反應(yīng)20分鐘，反應(yīng)結(jié)束后將濾液用分子量為5萬、1萬、5千的超濾膜超濾，得到不同分子量范圍的羧甲基殼聚糖。然后加入5倍體積乙醇，析出白色固體，干燥得溶于水的羧甲基殼聚糖。見表三：表三是不同分子量范圍的羧甲基殼聚糖的質(zhì)量。其中G是通過50KDa的膜未通過10KDa膜的組分，H是通過10KDa膜未通過5KDa膜的組分，I是通過5KDa的組分。然后加入5倍體積乙醇，析出白色固體，干燥得溶于水的羧甲基殼聚糖。
表三：
本發(fā)明對(duì)制備的樣品進(jìn)行了吸濕性測(cè)定、保濕性測(cè)定和抑菌性測(cè)定：
吸濕性測(cè)定：
將樣品干燥，各取兩份，準(zhǔn)確稱重1g，放置于直徑3cm的稱量瓶中，再將稱量瓶分別置于兩個(gè)干燥器內(nèi)，一個(gè)內(nèi)置飽和硫酸銨水溶液(RH＝82％)，另一個(gè)內(nèi)置飽和碳酸鈉水溶液(RH＝43％)，放置12h,24h,48h后稱重。根據(jù)公式A＝(w-1)/1％，計(jì)算吸濕率，其中w為樣品吸濕后的質(zhì)量。
對(duì)比樣為甘油，透明質(zhì)酸鈉，均為市售，分析純。
保濕性測(cè)定：
將樣品干燥，各取兩份，準(zhǔn)確稱重1g，放置于直徑3cm的稱量瓶中，各加入0.1g去離子水，分別置于兩個(gè)干燥器內(nèi)，一個(gè)內(nèi)置飽和碳酸鈉水溶液(RH＝43％)，另一個(gè)內(nèi)置干硅膠(RH＝10％)，放置12h,24h,48h后稱重。根據(jù)公式B＝H/0.1％，計(jì)算保濕率，其中H為樣品剩余水質(zhì)量。
對(duì)比樣為甘油，透明質(zhì)酸鈉。
表四為本發(fā)明樣品與對(duì)比樣的吸濕性、保濕性對(duì)比結(jié)果。
表四：
從吸濕性實(shí)驗(yàn)可以看到，無論在低濕度環(huán)境(RH＝43％)，還是高濕度環(huán)境(RH＝82％)，制備的不同分子量的羧甲基殼聚糖都有較高的吸濕性，隨著分子量的降低，其吸濕性有所下降，但優(yōu)于透明質(zhì)酸鈉和甘油。
從保濕性實(shí)驗(yàn)看出，在濕度(RH＝43％)的環(huán)境下，不同分子量的羧甲基殼聚糖均表現(xiàn)出良好的保濕性，且優(yōu)于透明質(zhì)酸鈉和甘油。在相對(duì)濕度較小(RH＝10％)的硅膠干燥器中，12小時(shí)檢測(cè)樣品都失水很快，24小時(shí)以后趨于平衡，失水很少。但同樣優(yōu)于透明質(zhì)酸鈉和甘油。
抑菌性測(cè)定：
抑菌溶液的制備：將不同分子量范圍的羧甲基殼聚糖樣品溶于1％的乙酸溶液中制成濃度為0.1％(w/v)的抑菌劑溶液備用。
初始菌液的制備：將活化好的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的菌液用生理鹽水稀釋至濃度107CFU/ml，作為初始菌液。
抑菌性的測(cè)定：通過濾紙片抑菌圈法初步判定樣品的抑菌作用強(qiáng)弱。取直徑10mm的圓形濾紙片，在抑菌液中浸泡，將0.1ml的菌懸液均勻涂布在平板培養(yǎng)基表面，將浸泡過的濾紙片置于培養(yǎng)基上。細(xì)菌37℃培養(yǎng)24小時(shí)，真菌28℃培養(yǎng)72小時(shí)，測(cè)量抑菌圈的直徑，重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次取平均值。
見表五，表五為不同分子量羧甲基殼聚糖抑菌圈直徑(mm)
表五：
由表五可以看出不同分子量的羧甲基殼聚糖對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均有良好的抑制作用，隨著分子量的降低，抑菌作用增強(qiáng)，說明分子量越小，越增加與水相中微生物接觸面積，分子量越大，增加了抑菌基團(tuán)周圍的空間位阻。
鑒于本發(fā)明樣品優(yōu)良的吸濕性、保濕性和抑菌性，本發(fā)明還公開了一種分子量可控的水溶性羧甲基殼聚糖的應(yīng)用，將所述水溶性羧甲基殼聚糖作為化妝品原材料的吸濕劑、保濕劑以及抑菌劑。
相比背景技術(shù)中介紹的內(nèi)容，通過本發(fā)明方法制備的羧甲基殼聚糖，能夠?qū)崿F(xiàn)分子量可控，并且根據(jù)分子量的變化，將其應(yīng)用于化妝品領(lǐng)域作為吸濕劑、保濕劑和抑菌劑，具有良好的吸濕、保濕、抑菌效果。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，而非對(duì)其限制；應(yīng)當(dāng)指出，盡管參照上述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，其依然可以對(duì)上述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或?qū)ζ渲胁糠只蛘呷考夹g(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改和替換，并不使相應(yīng)的技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。