响应面法优化超声波环境中壳聚糖的降解性研究毕业设计论文

2013届本科毕业论文论文题目响应面法优化超声波环境中壳聚糖降解性的研究学生姓名：****所在系别：********所学专业：***********导师姓名：******完成时间：2013年5月摘要：应用超声波辐射分别研究了甲壳素在水中和乙醇介质中脱乙酰反应，及在超声波环境中超声波对壳聚糖在乙酸溶液中降解的强化作用，并将其与无超声波辐射下甲壳素的脱乙酰反应进行了对比，结果表明：在水中和乙醇2种介质中超声波可以促进反应，在较低温度（45℃）的反应温度下即可提高产品脱乙酰度和粘度，超声波对水介质中的脱乙酰反应作用比在乙醇中更加显著，在水中反应6h，脱乙酰度可高达98.2%。通过响应面法研究了超声波作用温度，作用强度，作用频率和作用时间等4因素对壳聚糖溶解性的显著影响。在4个影响壳聚糖降解的超声作用因素中，影响度最大的是超声作用强度，其次为作用频率、作用温度和作用时间。经响应面法处理数据，得出在超声波环境中壳聚糖溶解性的最佳的作用系数为：最佳作用温度为56.25℃，最佳作用功率为97.43W，最佳作用频率为19.81KHZ，最佳作用时间为53.75min。关键词：超声波，壳聚糖，乙醇，脱乙酰度，粘度ResponseSurfaceMethodToOptimizeTheUltrasonicEnvironmentinTheprocessOfSolubilityOfChitosan*******AbstractTheultrasonicradiationwereappliedtoinvestigatingdeacetylationofchitininthemediumofwaterandethanol,andtheultrasonicwaveintheultrasonicenvironmentdegradationofchitosaninaceticacidsolutionstrengtheningeffect,(andthedegradationstrengtheningfunctionoftheultrasonicwaveinultrasinicenvironmenttothechitosanintheaceticacidAndthencomparedwiththeultrasonicradiationchitindeacetylationthereactionwere,resultsshowthat:theultrasonicwavescanpromotethereactionmediuminwaterandethanol,soimprovingthedegreeofdeacetylationandaviscosityinthelowertemperature(45℃)reactiontemperature,butthereactioneffectintheultrasonicofftheaqueousmediumacetylationismoreobviousthaninethanol,6hreactioninwater,upto98.2%degreeofdeacetylation.Withthehelpoftheresponsesurfacemethod,thewriterhaveresearchedthetemperature,intensity,rateandtimeoftheultrasonicandwhatinfluencetheyhaveforchitosansolubeness.Thefourchitosandegradationultrasoundfactors,themaximumdegreeofinfluenceofultrasonicintensity,followedbytheroleoffrequency,theroleoftemperatureandtime.Responsesurfacemethodologyprocessthedataobtainedintheultrasonicenvironmentchitosansolubilitycoefficientofaction:thebestroleoftemperatureis56.25°C,thebestroleofpoweris97.43W,thebestrolefrequencis19.81KHZ,theoptimaldurationofactionis53.75min.Keywords:ultrasonic,chitosan,ethanol,Thedeacelationdegree,viscosity目录引言...............................................................................................................................11材料与方法................................................................................................................21.1实验材料和仪器.................................................................................................21.2超声波环境中制备壳聚糖.................................................................................21.2.1甲壳素的脱乙酰反应.................................................................................21.2.2壳聚糖特性粘度的测定............................................................................21.3响应面法优化超声波对壳聚糖在乙酸溶液中的降解作用............................21.3.1超声波的作用温度、作用功率、作用频率和作用时间等4个作用因素的响应面试验...............................................................................................................21.3.2各主要超声作用因素对壳聚糖粘度变化的影响......................................22结果与分析...............................................................................................................32.1超声波对甲壳素在不同介质中脱乙酰度的影响.............................................32.2超声波对壳聚糖在不同介质中粘度的影响.....................................................32.2.1在不同反应介质中，超声波对特性粘度的影响......................................32.2.2超声波对壳聚糖粘度影响的分析..............................................................42.3各因素对超声波环境中壳聚糖溶解性的影响.................................................42.3.1各主要超声作用因素对壳聚糖粘度的影响..............................................42.3.2各主要超声作用因素对壳聚糖粘度的影响实验结果..............................52.3.3各主要超声作用因素对壳聚糖粘度的影响实验结果分析......................62.4用响应面法来分析壳聚糖在乙酸溶液中溶解性的试验数据.........................83小结.........................................................................................................................9参考文献.....................................................................................................................10致谢词.........................................................................................................................101引言壳聚糖，又称脱乙酰甲壳素、甲壳胺，是对甲壳素进行一定程度的脱乙酰而得到的。而甲壳素，又名甲壳质，几丁质，它大量存在于海洋节肢动物，如虾、蟹的甲壳之中，也存在于菌类、昆虫类、藻类细胞膜和高等植物的细胞壁中，如酵母，真菌细胞中，分布极其广泛，是自然界第二大纤维来源。由于甲壳素分子内和分子间的氢键相互作用，形成了有序的分子结构，溶解性能很差，极大地限制了它的应用[1]。甲壳素经脱乙酰化处理的产物壳聚糖，由于其分子结构中有大量游离氨基酸的存在，溶解性能大大增强，具有一些独特的物化性质和生理功能，例如免疫活性，抑菌活性，壳聚糖具有增强抗肿瘤药物作用，对胆固醇代谢调节作用广泛应用于纺织、医药、造纸、化妆品、食品工业、水处理和生物技术等领域[2。]尤其是在食品领域更是得到了广泛的应用：液体处理剂，包括澄清糖汁，净化糖蜜，酒类除浊，果汁的澄清，果汁脱酸，防止酸沉淀，食品加工废水的处理，生物大分子的回收；添加剂，包括组织形成剂，增稠剂，制品凝固剂，可食薄膜；功能食品，包括减肥食品，用壳聚糖的油酸盐可制作色拉调味料等[3]。但是由于甲壳素分子中强氢健的作用，脱乙酰需要在高浓度的碱液中长时间作用，而且所得产品的脱乙酰度不高，粘度往往也较低，影响了产品的生产和应用。不少人对此进行了一些有益的探讨，如采用溶解沉淀法、醇介质法、微波法等，取得了一定的成效。采用超声波技术制备壳聚糖的研究目前较少，因此，我们根据甲壳素的结构和超声波的作用原理，在不同反应介质进行了甲壳素超声波脱乙酰反应的研究探索，并与常规的脱乙酰技术进行了对比。壳聚糖的溶解性很差，只在酸性溶液中缓慢溶解。这一点在很大程度上限制了壳聚糖的使用。增加壳聚糖溶解性的途径有两个：一是调整其脱乙酰度，另一个是降低分子量[4]。目前降低分子量主要采用酶降解法和化学降解法。本试验的目的是考查超声辐射是否能显著促进壳聚糖在乙酸溶液中的降解，拟研究出一种经济环保的提高壳聚糖降解性的工艺。21材料与方法1.1实验材料和仪器实验材料及仪器有乙醇(95V/V)，为化学纯试剂，甲壳素，氢氧化钠，浓盐酸、冰醋酸等均为分析纯试剂，恒温槽，HS6150超声清洗机(功率范围：0～250W，频率范围：14kHz～22kHz)作为超声波幅射声源；RN50-1型落球式粘度计(落球密度为Q=s8.27476g/cm3，直径（d=0.3213cm)10%乙酸：由浓度为36%的市售乙酸稀释得到，电子称，普通秒表。1.2超声波环境中制备壳聚糖1.2.1甲壳素的脱乙酰反应超声场中甲壳素脱乙酰反应。将甲壳素烘干