全 文 ：　 核 农 学 报　 ２０１４，２８（１２）：２２２３ ～ ２２２９
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ
收稿日期：２０１３⁃１１⁃２６　 接受日期：２０１４⁃０５⁃２４
基金项目：浙江省重大科技专项（２００９Ｃ０３０１７⁃３），宁波市自然科学基金项目（２０１３Ａ６１０１５６），“水产”浙江省重中之重学科开放基金项目
（ｘｋｚｓｃ１４２６）
作者简介：徐祥浩，男，主要从事食品生物技术研究 Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｘｘｈ９３０９７０４４１＠ １２６． ｃｏｍ
通讯作者：李和生，男，教授，主要从事食品资源利用研究。 Ｅｍａｉｌ： ｌｉｈｅｓｈｅｎｇ＠ ｎｂｕ． ｅｄｕ． ｃｎ
文章编号：１０００⁃８５５１（２０１４）１２⁃２２２３⁃０７
壳聚糖改性山梨酸壳聚糖酯的工艺条件研究
徐祥浩　 李和生　 刘　 漫　 邓　 月
（宁波大学海洋学院，浙江 宁波　 ３１５２１１）
摘　 要：以壳聚糖和山梨酰氯为主要原料，以山梨酸壳聚糖酯得率为指标，运用酰氯法研究山梨酸壳聚糖
酯的制备工艺，在单因素试验基础上，以反应时间、反应温度、山梨酰氯与氨基葡萄糖残基摩尔比 ３ 个因
素，运用三因素三水平响应面分析法优化山梨酸壳聚糖酯的制备工艺。 响应面优化结果表明，山梨酸壳
聚糖酯的最佳制备工艺条件为：反应时间 ３􀆰 １１ｈ，反应温度 ３０􀆰 ０４℃，山梨酰氯与氨基葡萄糖残基摩尔比
２􀆰 ９２∶ １，山梨酸壳聚糖酯的得率可达 ６１􀆰 ７％ 。 验证试验中产物得率为 ５７􀆰 ４％ ，表明验证试验结果与理
论模型预测结果相符。 这为低成本、规模化合成壳聚糖山梨酸酯提供基础研究数据，为壳聚糖的应用开
拓一条新的途径。
关键词：壳聚糖；山梨酰氯；山梨酸壳聚糖酯；响应面法
ＤＯＩ：１０􀆰 １１８６９ ／ ｊ． ｉｓｓｎ． １００⁃８５５１􀆰 ２０１４􀆰 １２． ２２２３
　 　 壳聚糖（ ｃｈｉｔｏｓａｎ）是一种由氨基葡萄糖和 Ｎ⁃乙
酰氨基葡萄糖通过 β － １，４ －糖苷键连接而成的天然
高分子化合物。 它具有良好的生物相溶性及生物降
解性，有着降低胆固醇、预防及控制高血压、促进伤
口愈合、抑制微生物生长繁殖等多种生理活性［１ － ４］ 。
在壳聚糖所有生理活性中，对抑菌活性的研究较多。
刘楠等［５］对壳聚糖抑菌性能的研究进展进行了阐
述；荆迎军等［６］在研究壳聚糖抑菌活性的基础上，并
对壳聚糖的抑菌机理进行了深入分析；Ｃｒｕｚ⁃Ｒｏｍｅｒｏ
等［７］也对壳聚糖的抑菌性能进行了研究。 此外，壳
聚糖还能减轻辐照猪肉的异味［８］ ，对沙糖桔、圣女果
和金桔也有保鲜作用［９］ 。
虽然壳聚糖有着上述多种生物活性，但是壳聚糖
较难溶解于水中，但较易溶解在酸性溶液中，这极大地
限制了壳聚糖的应用。 为扩大壳聚糖的应用范围，很
多研究人员试图在保留壳聚糖原有活性的基础上，向
壳聚糖分子中引入新的官能团，合适的官能团不仅能
增加壳聚糖在水中的溶解度，而且能使壳聚糖的抗菌、
降低胆固醇等的活性显著提高［１０ － １１］。 一些研究人员
就成功将苯甲酸［１２］、对羟基苯甲酸［１３］、水杨酸［１４］、山
梨酸［１５］等化合物引入到壳聚糖分子中，合成了一系列
壳聚糖衍生物；Ｉｎｂａｒａｊ等［１６］也成功将乙二醇引入到壳
聚糖分子中，并对衍生物的抗菌活性进行了研究。 该
试验表明，同壳聚糖相比，这一系列壳聚糖衍生物的抗
菌活性都有了很大程度的提高。
目前，关于壳聚糖改性方面的研究比较多，主要有
壳聚糖的烷基化改性、酰基化改性以及醚化改性
等［１７］，而壳聚糖的酯化改性却研究的相对较少。 另外
在壳聚糖的酯化改性研究中，通常以硫酸、磷酸等无机
酸为酯化剂，有机酸却运用的非常少。 山梨酸作为一
种常见的有机酸，其防腐抗菌能力强，并且作为一种不
饱和脂肪酸进入人体后，参与人体的新陈代谢过程，代
谢产物为二氧化碳和水，是一种国际公认安全的防腐
剂，将其引入到壳聚糖分子中，可制备出一种更加安全
高效的壳聚糖基食品防腐剂，并运用响应面法优化山
梨酸壳聚糖酯的制备工艺条件，为壳聚糖的应用开拓
一条新的途径。
１　 材料和仪器
１􀆰 １　 材料与试剂
壳聚糖（脱乙酰度 ＝ ９０％ ，分子质量≈３ ×１０５），购
３２２２
核　 农　 学　 报 ２８ 卷
于国药集团化学试剂有限公司；山梨酸（ＣＰ），购于国
药集团化学试剂有限公司。
试剂：甲烷磺酸、二氯亚砜（ ＳＯＣｌ２ ）、二甲基甲酰
胺（ＤＭＦ）、丙酮（ＣＰ）、乙醇（ＣＰ）、氢氧化钠（ＣＰ）、氨
水（ＣＰ），上述试剂均购于国药集团化学试剂有限公
司。
１􀆰 ２　 仪器与设备
７９４８０ 型真空冷冻干燥机，美国 Ｌａｂｃｏｎｃｏ 公司；
ＥＮ⁃ＳＯＲ２７ 型红外光谱仪，德国 Ｂｒｕｋｅｒ 公司； ＴＧ１６⁃
ＷＳ 高速台式离心机，长沙湘仪离心机仪器有限公司；
ＰＢ⁃１０ 酸度计，北京赛多利斯科学仪器有限公司；ＳＨＺ⁃
Ｄ循环水式真空泵，巩义市英峪予华仪器厂。
２　 试验方法
２􀆰 １　 山梨酸壳聚糖酯的制备工艺
２􀆰 １􀆰 １　 山梨酰氯的制备　 称取一定量的山梨酸置于
三口烧瓶中，加入 ＳＯＣｌ２ 及几滴 ＤＭＦ。 在 ８０℃条件下
回流 ３ ｈ。 反应尾气先用 ＣａＣｌ２ 干燥管干燥，后用 ３０％
ＮａＯＨ溶液吸收，不产生尾气表明反应结束。 待反应
液冷却至室温，将反应液进行减压蒸馏以除去未反应
完的 ＳＯＣｌ２，再升温至 １６０℃蒸馏得油状液体为山梨酰
氯（待用）。
图 １　 山梨酸壳聚糖酯的合成路线
Ｆｉｇ． １　 Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｒｏｕｔｅ ｏｆ ｓｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ ｃｈｉｔｏｓａｎ ｅｓｔｅｒ
２􀆰 １􀆰 ２　 山梨酸壳聚糖酯的制备　 取一定量甲烷磺酸
于烧杯中，加入一定量的壳聚糖，将其置于磁力搅拌器
上搅拌均匀。 向反应液中加入山梨酰氯，静置一段时
间。 将反应液于 － ２０℃条件下冷冻过夜。 解冻，向反
应液中加入丙酮以沉淀产物，抽滤，用去离子水溶解沉
淀，并用 １ ｍｏｌ·Ｌ － １氨水溶液调 ｐＨ 值至 ７􀆰 ０，析出沉
淀，待沉淀全部析出后，抽滤；用乙醇索氏抽提产物
８ｈ，真空冷冻干燥，所得淡黄色固体即为山梨酸壳聚糖
酯。 具体合成路线见图 １。
２􀆰 ２　 山梨酸壳聚糖酯得率的测定
山梨酸壳聚糖酯经纯化、真空冷冻干燥后，准确称
量产物重量，采用下面公式计算产物得率［１８］：
山梨酸壳聚糖酯得率 ＝
山梨酸壳聚糖酯生成摩尔数
壳聚糖进料摩尔数
× １００％
注：上式中，由于壳聚糖为一种以氨基葡萄糖残基
（Ｃ６Ｈ１１ＮＯ４）为单元的多聚物，其分子量大小不一，因
此本文中均以氨基葡萄糖残基为底物计，在计算壳聚
糖进料摩尔数时，是以壳聚糖的质量除以氨基葡萄糖
残基的分子量（Ｍ ＝ １６１ ｇ·ｍｏｌ － １）。 同理，在计算山梨
酸壳聚糖酯生成摩尔数时，是以生成物的质量除以氨
基葡萄糖残基加上两个山梨酰氯分子减去两个氯化氢
分子的分子量（１６１ ＋ １３０􀆰 ５ ＋ １３０􀆰 ５ － ３６􀆰 ５ － ３６􀆰 ５ ＝
３４９ ｇ·ｍｏｌ － １）。 上述计算方法虽不能代表两种物质的
真实摩尔数，但却不会影响得率结果的计算。
２􀆰 ３　 工艺参数的单因素试验
为确定各工艺参数对山梨酸壳聚糖酯得率的影
响，并为响应曲面优化法试验中确定各因素与水平提
供参考依据。 选取反应时间、反应温度和山梨酰氯与
氨基葡萄糖残基摩尔比等 ３ 个因素分别进行单因素试
验，具体方案设计为：
反应时间：测定反应时间分别为 １、２、３、４、５ｈ 的山
梨酸壳聚糖酯得率；
反应温度：测定反应温度分别为 ５、１５、２５、３５ 及
４５℃时的山梨酸壳聚糖酯得率；
山梨酰氯与氨基葡萄糖残基摩尔比：测定摩尔比
分别为 ２∶ １、３∶ １、４∶ １、５∶ １、６∶ １时的山梨酸壳聚糖酯得
率。
２􀆰 ４　 响应面试验
采用 Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｘｐｅｒｔ ８􀆰 ００ 软件， 并依据 Ｂｏｘ⁃
Ｂｅｈｎｋｅｎ设计原理，以山梨酸壳聚糖酯得率为响应值
４２２２
　 １２ 期 壳聚糖改性山梨酸壳聚糖酯的工艺条件研究
（Ｙ），选取反应时间（Ｘ１）、反应温度（Ｘ２）、山梨酰氯与
氨基葡萄糖残基摩尔比（Ｘ３）这 ３ 个因素在 ３ 个水平
上进行响应曲面试验［１９］。 共计 １７ 组试验，其中 ４ 个
为中心点。 因素水平编码见表 １。
表 １　 响应曲面试验设计因素水平表
Ｔａｂｌｅ １　 Ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｃｏｄｅｄ ｌｅｖｅｌｓ ｉｎ
ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ
因素
Ｆａｃｔｏｒ
水平 Ｌｅｖｅｌ
－ １ ０ １
Ｘ１ ／ ｈ ２ ３ ４
Ｘ２ ／ ℃ １５ ２５ ３５
Ｘ３ － ２∶ １ － ３∶ １ ４∶ １
２􀆰 ５　 数据统计分析
应用 ＳＡＳ ８􀆰 １ 软件和 Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｘｐｅｒｔ ８􀆰 ００ 软件分
析试验数据。
２􀆰 ６　 壳聚糖山梨酸酯的红外光谱分析
称取 ２ｍｇ 经纯化、真空冷冻干燥后的样品，经溴
化钾压片后，用红外光谱仪测定产物的红外光谱，扫描
范围为 ４ ０００ ～ ４００ｃｍ － １。
３　 结果与分析
３􀆰 １　 单因素试验结果
３􀆰 １􀆰 １　 反应时间对山梨酸壳聚糖酯得率的影响　 反
应温度为 ２５℃，山梨酰氯与氨基葡萄糖残基摩尔比为
３∶ １，分别研究不同反应时间（１、２、３、４、５ｈ）对山梨酸
壳聚糖酯得率的影响。 试验结果图 ２ 所示。
图 ２　 反应时间对壳聚糖山梨酸酯得率的影响
Ｆｉｇ． ２　 Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ
ｏｆ ｓｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ ｃｈｉｔｏｓａｎ ｅｓｔｅｒ
随着反应时间的延长，山梨酸壳聚糖酯的得率先
升高后趋于稳定，当反应时间在 ３ｈ左右时，得率最大。
这主要是因为当反应时间在 １ ～ ３ｈ 时，随着时间的增
加，产物不断积累。 当反应时间超过 ３ｈ 后，反应达到
平衡，山梨酸壳聚糖酯生成的速率等于水解的速
率［２０ － ２３］，以至于山梨酸壳聚糖酯的得率趋于稳定。 通
过以上分析，现初步选定反应时间 ３ｈ为较适宜条件。
３􀆰 １􀆰 ２　 反应温度对山梨酸壳聚糖酯得率的影响　 反
应时间为 ３ｈ，山梨酰氯与氨基葡萄糖残基摩尔比为
３∶ １，分别研究不同反应温度（５、１５、２５、３５、４５℃）对山
梨酸壳聚糖酯得率的影响。 试验结果图 ３ 所示。
图 ３　 反应温度对壳聚糖山梨酸酯得率的影响
Ｆｉｇ ３　 Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ
ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｓｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ ｃｈｉｔｏｓａｎ ｅｓｔｅｒ
在 ５ ～ ２５℃范围内，随着反应温度的升高，山梨酸
壳聚糖酯的得率迅速升高，在 ５℃时，山梨酸壳聚糖酯
的得率很低，这主要是因为在该温度条件下，甲烷磺酸
的粘度较大，阻碍了反应的进行，随着温度的逐渐升
高，甲烷磺酸的粘度逐渐降低，有利于反应的进行。 当
温度在 ２５℃左右时，山梨酸壳聚糖酯得率取得最大
值，之后随着温度的升高，山梨酸壳聚糖酯得率反而下
降，这是因为随着温度的升高，新生成的酯键在酸性条
件下的水解速率也随着增加［２４ － ２５］。 通过以上分析，现
初步选定反应温度 ２５℃为较适宜条件。
３􀆰 １􀆰 ３　 山梨酰氯与氨基葡萄糖残基摩尔比对山梨酸
壳聚糖酯得率的影响　 反应时间 ３ｈ，反应温度 ２５℃，
分别研究不同山梨酰氯与氨基葡萄糖残基摩尔比（２∶
１、３∶ １、４∶ １、５∶ １、６∶ １）对山梨酸壳聚糖酯得率的影响。
试验结果图 ４ 所示。
当山梨酰氯与氨基葡萄糖残基摩尔比由 ２∶ １上升
至 ３∶ １时，得率由 ４２％上升至 ５４％ ，但随着反应物配
比的继续增加，产物得率并无太大变化，一方面由于本
反应为可逆反应，反应不可能进行彻底，另一方面与壳
聚糖自身的结构也有关系，其空间位阻效应使得取代
度很难进一步提高。 通过以上分析，现初步选定反应
物摩尔比 ３∶ １为较适宜条件。
５２２２
核　 农　 学　 报 ２８ 卷
图 ４　 反应物摩尔比对壳聚糖山梨
酸酯得率的影响
Ｆｉｇ． ４　 Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｒｅａｃｔａｎｔ ｒａｔｉｏｓ ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ
ｏｆ ｓｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ ｃｈｉｔｏｓａｎ ｅｓｔｅｒ
３􀆰 ２　 响应面优化试验
表 ２　 响应面分析方案及试验结果
Ｔａｂｌｅ ２　 Ｐｒｏｇｒａｍ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ
试验号
Ｔｅｓｔ ｎｕｍｂｅｒ
反应时间 Ｘ１
Ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ／ ｈ
反应温度 Ｘ２
Ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ／ ℃
反应物比例 Ｘ３
Ｒａｃｔａｎｔ ｒａｔｉｏｓ
壳聚糖山梨酸酯得率 Ｙ
Ｙｉｅｌｄ ／ ％
１ ３ ２５ ３ ０􀆰 ６０１８
２ ４ ２５ ２ ０􀆰 ４８５６
３ ２ ２５ ４ ０􀆰 ４１８４
４ ３ １５ ２ ０􀆰 ３３０６
５ ２ １５ ３ ０􀆰 ３４１６
６ ２ ３５ ３ ０􀆰 ５４３０
７ ３ ２５ ３ ０􀆰 ５８０１
８ ３ ３５ ４ ０􀆰 ４８４０
９ ４ １５ ３ ０􀆰 ３８２２
１０ ４ ２５ ４ ０􀆰 ４５２３
１１ ３ ２５ ３ ０􀆰 ５８３８
１２ ３ １５ ４ ０􀆰 ３０８９
１３ ３ ２５ ３ ０􀆰 ６０１９
１４ ３ ３５ ２ ０􀆰 ５１７５
１５ ２ ２５ ２ ０􀆰 ４３３４
１６ ４ ３５ ３ ０􀆰 ５４３３
１７ ３ ２５ ３ ０􀆰 ５９８１
３􀆰 ２􀆰 １　 Ｂｏｘ⁃Ｂｅｈｎｋｅｎ试验设计结果及数据方差分析　
Ｂｏｘ⁃Ｂｅｈｎｋｅｎ试验设计及结果如表 ２ 所示。 对相关数
据进行二元多次回归分析，得到拟合方程为：Ｙ ＝ ０􀆰 ５９
＋ ０􀆰 ０１６Ｘ１ ＋ ０􀆰 ０９１Ｘ２ － ０􀆰 ０１３Ｘ３ － ０􀆰 ０１０Ｘ１Ｘ２ － ４􀆰 ５７５
× １０ － ３Ｘ１Ｘ３ － ２􀆰 ９５０ × １０ － ３Ｘ２Ｘ３ － ０􀆰 ０５２ Ｘ１ ２ － ０􀆰 ０８９
Ｘ２ ２ － ０􀆰 ０９４ Ｘ３ ２。
　 　 方差分析及显著性检验结果见表 ３。 由表 ３ 可
知，二次响应面回归模型的 Ｐ ＜ ０􀆰 ０００１，Ｒ２ ＝ ０􀆰 ９９５７，
调整决定系数 ＲＡｄｊ２ ＝ ０􀆰 ９９０２，因此该模型能解释
９９􀆰 ０２％的响应值变化情况，该模型有着较好的拟合
度，用该模型进行数据分析所引起的误差较小，自变量
与响应值之间线性关系显著，将其用于山梨酸壳聚糖
酯合成的研究中是比较可靠的。 另外，由表 ３ 可知，该
模型的失拟项不显著（Ｐ ＝ ０􀆰 ８１ ＞ ０􀆰 ０５），表明该模型
具有较强的稳定性，能够较好地反映各参数条件对山
梨酸壳聚糖酯得率的影响。
　 　 由表 ３ 可知，在制备山梨酸壳聚糖酯的各工艺参
数中，影响山梨酸壳聚糖酯得率的因素顺序为：反应温
度 ＞反应时间 ＞山梨酰氯与氨基葡萄糖残基摩尔比；
其中反应时间（Ｘ１）、反应温度（Ｘ２）、山梨酰氯与氨基
葡萄糖残基摩尔比（Ｘ３）３ 个工艺参数均达到极显著水
平（Ｐ ＜ ０􀆰 ０１）。
３􀆰 ２􀆰 ２　 响应面分析　 通过响应面三维图，能够非常直
观的反映出各工艺参数间的交互作用对响应值 Ｙ 的
影响，从而确定最佳的工艺参数范围。 各工艺参数间
的交互作用对山梨酸壳聚糖酯得率的影响如图 ５ －图
７ 所示。 从图中可以看出，得率在以上参数所选范围
内存在极值。
６２２２
　 １２ 期 壳聚糖改性山梨酸壳聚糖酯的工艺条件研究
表 ３　 回归模型方差及显著性分析
Ｔａｂｌｅ ３　 Ｔｈｅ Ｖａｒｉａｎｃｅ ａｎｄ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｔｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｄｅｌ
变异来源
Ｓｏｕｒｃｅｓ ｏｆ ｖａｒｉａｔｉｏｎ
平方和
ＳＳ
自由度
ｄｆ
均方和
ＭＳ
Ｆ值
Ｆ ｖａｌｕｅ
Ｐ值
Ｐ ｖａｌｕｅ
显著性
Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ
模型 ０􀆰 １６０ ９ ０􀆰 ０１８ １８０􀆰 ５６ ＜ ０􀆰 ０００１ ∗∗
Ｘ１ ２􀆰 ０１６ × １０ － ３ １ ２􀆰 ０１６ × １０ － ３ ２０􀆰 ４６ ０􀆰 ００２７ ∗∗
Ｘ２ ０􀆰 ０６６ １ ０􀆰 ０６６ ６６５􀆰 ８４ ＜ ０􀆰 ０００１ ∗∗
Ｘ３ ０􀆰 ３３９ × １０ － ３ １ ０􀆰 ３３９ × １０ － ３ １３􀆰 ５９ ０􀆰 ００７８ ∗∗
Ｘ１ Ｘ２ ４􀆰 ０６０ × １０ － ４ １ ４􀆰 ０６０ × １０ － ４ ４􀆰 １２ ０􀆰 ０８１９
Ｘ１ Ｘ３ ８􀆰 ３７２ × １０ － ５ １ ８􀆰 ３７２ × １０ － ５ ０􀆰 ８５ ０􀆰 ３８７４
Ｘ２ Ｘ３ ３􀆰 ４８１ × １０ － ５ １ ３􀆰 ４８１ × １０ － ５ ０􀆰 ３５ ０􀆰 ５７１０
Ｘ１ ２ ０􀆰 ０１１ １ ０􀆰 ０１１ １１４􀆰 ３９ ＜ ０􀆰 ０００１ ∗∗
Ｘ２ ２ ０􀆰 ０３３ １ ０􀆰 ０３３ ３３７􀆰 ８１ ＜ ０􀆰 ０００１ ∗∗
Ｘ３ ２ ０􀆰 ０３７ １ ０􀆰 ０３７ ３７７􀆰 ６７ ＜ ０􀆰 ０００１ ∗∗
残差项 ６􀆰 ８９８ × １０ － ４ ７ ９􀆰 ８５４ × １０ － ５
失拟项 ２􀆰 ６１４ × １０ － ４ ３ ８􀆰 ７１２ × １０ － ５ ０􀆰 ８１ ０􀆰 ８１
误差项 ４􀆰 ２８４ × １０ － ４ ４ １􀆰 ０７１ × １０ － ４
总变异 ０􀆰 １６０ １６
Ｒ２ ＝ ０􀆰 ９９５７ ＲＡｄｊ ２ ＝ ０􀆰 ９９０２
　 　 注：∗表示显著（Ｐ ＜ ０􀆰 ０５）；∗∗表示极显著（Ｐ ＜ ０􀆰 ０１）。
　 　 Ｎｏｔｅ： ∗∗ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ａｔ ０􀆰 ０５ ｌｅｖｅｌ．
图 ５　 时间和温度对壳聚糖山梨酸酯得率的影响
Ｆｉｇ． ５　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｓｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ ｃｈｉｔｏｓａｎ ｅｓｔｅｒ
　 　 由图 ５ 中可知，反应时间和反应温度对山梨酸壳
聚糖酯得率的影响呈抛物线型，即随着反应时间和温
度的增加，山梨酸壳聚糖酯的得率呈现先升高后下降
的趋势，这可能是因为反应时间长，温度高反而使新生
成的酯键水解速率加快。 图 ５ ～图 ７ 表明反应时间、
反应温度、反应物摩尔比的编码值均在 ０ 左右，山梨酸
图 ６　 时间和比例对壳聚糖山梨酸酯得率的影响
Ｆｉｇ． ６　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ
ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｓｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ ｃｈｉｔｏｓａｎ ｅｓｔｅｒ
壳聚糖酯的得率最高［２０］。
由 Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｘｐｅｒｔ ８􀆰 ００软件的岭脊分析得山梨酸壳
聚糖酯的最佳制备工艺参数为：反应时间 ３􀆰 １１ｈ，反应温
度 ３０􀆰 ０４℃，山梨酰氯与氨基葡萄糖残基摩尔比 ２􀆰 ９２∶ １，
在此反应条件下，山梨酸壳聚糖酯的得率可达 ６１􀆰 ７％。
３􀆰 ２􀆰 ３　 验证试验　 为了检验响应面试验设计的可靠
７２２２
核　 农　 学　 报 ２８ 卷
图 ７　 温度和比例对壳聚糖山梨酸酯得率的影响
Ｆｉｇ． ７　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ
ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｓｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ ｃｈｉｔｏｓａｎ ｅｓｔｅｒ
性，根据最优制备条件进行重复试验。 为方便实验，工
艺参数定为反应时间 ３􀆰 １ｈ；反应温度 ３０℃； 反应物配
比 ２􀆰 ９∶ １。 平行试验 ３ 次，结果取平均值。 实际测得山
梨酸壳聚糖酯的得率为 ５７􀆰 ４％ ，比理论值 ６１􀆰 ７％低
４􀆰 ３％ 。 可见该模型能较好地预测山梨酸壳聚糖酯制
备的实际情况。
３􀆰 ２􀆰 ４　 红外光谱分析　 壳聚糖及山梨酸壳聚糖酯的
红外光谱图见图 ８、图 ９，３ ４００ ｃｍ － １左右处的宽吸收
峰是壳聚糖分子氨基所形成氢键的振动吸收，改性前
后该吸收峰均存在，说明在甲烷磺酸的保护下，氨基得
到了较好的保护。 与壳聚糖红外图谱相比，山梨酸壳
聚糖酯的红外图谱在 １ ７０３ ｃｍ － １处出现了一个新的吸
收峰，该吸收峰为不饱和羰基的伸缩振动峰；１ ６３９
ｃｍ － １处的新峰则为山梨酰氯分子中 Ｃ ＝ Ｃ 键的特征吸
收峰。 由此可见，山梨酰氯与壳聚糖发生了反应并形
成了一个新的酯键。
４　 结论
通过单因素试验，初步判定制备山梨酸壳聚糖酯
的最佳反应时间为 ３ｈ，最佳反应温度为 ２５℃，最佳反
应物比例为 ３∶ １。
选用反应时间、反应温度、山梨酰氯与氨基葡萄糖
残基摩尔比 ３ 个因素对山梨酸壳聚糖酯的制备进行中
心组合试验设计和响应面分析优化。 响应面优化结果
表明最佳制备工艺为：反应时间 ３􀆰 １１ｈ，反应温度
３０􀆰 ０４℃，山梨酰氯与氨基葡萄糖残基摩尔比 ２􀆰 ９２∶ １，
图 ８　 壳聚糖红外光谱图
Ｆｉｇ． ８　 ＦＴＩＲ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ｃｈｉｔｏｓａｎ
图 ９　 壳聚糖山梨酸酯红外光谱图
Ｆｉｇ． ９　 ＦＴＩＲ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ｓｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ ｃｈｉｔｏｓａｎ ｅｓｔｅｒ
山梨酸壳聚糖酯得率可达 ６１􀆰 ７％ 。
在验证试验中，控制反应时间为 ３􀆰 １ｈ，反应温度
为 ３０℃， 反应物配比为 ２􀆰 ９ ∶ １，此时山梨酸壳聚糖酯
的得率为 ５７􀆰 ４％ ，同预测值接近，进一步说明响应面
优化试验设计的可靠性。
参考文献：
［ １ ］ 　 季君晖， 李红梅． 壳聚糖吸附胆固醇的研究［Ｊ］ ． 天然产物研究
与开发， １９９９， １１（６）：５４ － ５７
［ ２ ］　 高奋． 载 ＡＣＥｓｈＲＮＡ⁃ＰＥＧ壳聚糖纳米粒的制备以及对自发性高
血压大鼠的治疗作用［Ｄ］． 太原：山西医科大学， ２００９：１８ － ２５
［ ３ ］　 赵明， 邓春梅． 壳聚糖 － 明胶海绵促进伤口愈合的实验研究
［Ｊ］ ． 中国现代医学杂志， ２００６， １６（１８）： ２７３８ － ２７４０
［ ４ ］　 赵希荣， 夏文水． 壳聚糖的抗菌防腐活性及其在食品保藏中的
应用［Ｊ］ ． 食品研究与开发， ２００６， ２７（２）： １５７ － １６０
［ ５ ］　 刘楠，陈西广． 壳聚糖抑菌性能研究进展［Ｊ］ ． 海洋科学， ２００５，
２９（１０）： ９０ － ９２
［ ６ ］　 荆迎军， 郝友进． 壳聚糖的抑菌活性分析及其抑菌机理的研究
［Ｊ］ ． 中国抗生素杂志， ２００６， ３１（６）： ３６１ － ３６５
［ ７ ］　 Ｃｒｕｚ⁃Ｒｏｍｅｒｏ Ｍ Ｃ． Ａｎｔｉｍｉｃｒｏｂｉａｌ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｃｈｉｔｏｓａｎ ｏｒｇａｎｉｃ ａｃｉｄｓ
８２２２
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ
２０１４，２８（１２）：２２２３ ～ ２２２９
ａｎｄ ｎａｎｏｓｉｚｅｄ ｓｏｌｕｂｉｌｉｓａｔｅｓ ｆｏｒ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｕｓｅ ｉｎ ｓｍａｒｔ ａｎｔｉｍｉｃｒｏｂｉａｌｌｙ
ａｃｔｉｖｅ ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｆｏｒ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｆｏｏｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ． ［Ｊ］ ． Ｆｏｏｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ，
２０１３， １７（３４）： ３９３ － ３９７
［ ８ ］　 耿胜荣， 程薇． 抗氧化剂及壳聚糖对减轻辐照猪肉异味的影响
［Ｊ］ ． 核农学报， ２００６， ２０（６）： ５０８ － ５１０
［ ９ ］　 陈浩，高鹏． 辐照降解壳聚糖涂膜对沙糖桔、圣女果和金桔的保
鲜作用［Ｊ］ ． 核农学报， ２００８， ２２（５）： ６４０ － ６４４
［１０］　 韩永萍， 卢晶， 张欢， 林强． ＤＣＣ 缩合酯化法合成水杨酸低聚
壳聚糖酯及抑菌性研究［ Ｊ］ ． 化学世界， ２０１１， １８（３）： １５５ －
１５８
［１１］　 来水利， 王克玲． 壳聚糖及其衍生物的降血脂作用机理［Ｊ］ ． 日
用化学品科学， ２００８， ３１（１０）： ３０ － ３２
［１２］　 于沛沛． 苯甲酸壳聚糖酯的合成及其抑菌性能研究［Ｄ］． 无锡：
江南大学，２００９
［１３］　 赵希荣， 夏文水． 对羟基苯甲酸壳聚糖酯的抑菌活性研究［ Ｊ］ ．
食品科学， ２００７， ２８（２）： ７８ － ８３
［１４］　 韩永萍， 卢晶， 张欢， 林强． ＤＣＣ 缩合酯化法合成水杨酸低聚
壳聚糖酯及抑菌性研究［Ｊ］ ． 化学世界， ２０１１， ９（３）： １５５ － １５８
［１５］　 金晓晓， 王江涛， 白洁． 山梨酰壳聚糖的制备和抗菌活性［ Ｊ］ ．
食品工业科技， ２００９， ７（４）： １０３ － １０５．
［１６］ 　 Ｉｎｂａｒａｊ Ｂ Ｓ， Ｔｓａｉ Ｔ Ｙ， Ｃｈｅｎ Ｂ Ｈ． Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ， ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ
ａｎｔｉｂａｃｔｅｒｉａｌ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｓｕｐｅｒ ｐａｒａｍａｇｎｅｔｉｃ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｍｏｄｉｆｉｅｄ
ｗｉｔｈ ｇｌｙｃｏｌ ｃｈｉｔｏｓａｎ ［ Ｊ］ ． Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ２０１２， １３（１）：１５００２ － １５００９
［１７］ 　 杜娜， 郭英， 郝卓丽． 甲壳素和壳聚糖的化学改性方法研究
［Ｊ］ ． 河北化工， ２００７， ３０（１２）： １０ － １１
［１８］　 于沛沛， 夏文水． 苯甲酸壳聚糖酯的合成及抑菌性能研究［ Ｊ］ ．
食品与机械， ２０１１， ２７（５）： １１５ － １１９
［１９］　 袁海娜， 尤玉如． 响应面设计优化西兰花种子异硫氰酸酯制备
技术［Ｊ］ ． 中国食品学报， ２０１０， １０（４）： １７８ － １８６
［２０］　 张丽媛， 李和生． 响应面法优化金乌贼眼透明质酸的提取工艺
［Ｊ］ ． 食品科学， ２０１１， ３２（２２）： １１４ － １１８
［２１］　 朱鸣岗，张其震，王大庆，等． 热致型胆甾酯液晶的合成与表征
［Ｊ］ ． 山东化工， ２００２， ３１（２）：１ － ３
［２２］　 王培义，闫铨钊，赵金风．胆甾醇乙酸酯的合成［ Ｊ］ ． 河南化工，
２００３，４（２）：１７ － １８
［２３］　 薄采颖，毕良武，王玉民，赵振东． ＤＣＣ及其在有机合成中的应用
［Ｊ］ ． 化工时刊， ２００７， ２１（１０）：４ － ６
［２４］　 Ｒａｓｔｏｇｉ Ｎ Ｋ， Ｒａｓｈｍｉ Ｋ Ｒ． Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ ｏｆ
ｍａｎｇｏ ｐｕｌｐ ｂｙ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ ［Ｊ］ ． Ｅｕｒｏｐｅａｎ
ＦｏｏｄＲｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， １９９９， ２０９（２５）： ５７ － ６２
［２５］　 Ｋａｍａｔｈ Ｇ Ｇ， Ｌａｎｉｅｒ Ｔ Ｃ， Ｆｏｅｇｅｄｉｎ Ｅ Ａ， Ｈａｍａｎｎ Ｄ Ｄ．
Ｎｏｎｄｉｓｕｌｆｉｄｅ ｃｏｖａｌｅｎｔ ｃｒｏｓｓ⁃ｌｉｎｋｉｎｇ ｏｆ ｍｙｏｓｉｎ ｈｅａｖｙ ｃｈａｉｎ ｉｎ
‘ ｓｅｔｔｉｎｇ ’ ｏｆ Ａｌａｓｋａ Ｐｏｌｌｏｃｋ ａｎｄ Ａｔｌａｎｔｉｃ ｃｒｏａｋｅｒ ｓｕｒｉｍ ［ Ｊ ］ ．
Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ Ｆｏｏｄ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， １９９２， １６（１） ： １５１ － １７２
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ Ｃｈｉｔｏｓａｎ Ｉｎｔｏ
Ｓｏｒｂｉｃ Ａｃｉｄ Ｃｈｉｔｏｓａｎ Ｅｓｔｅｒ
ＸＵ Ｘｉａｎｇ⁃ｈａｏ　 ＬＩ Ｈｅ⁃ｓｈｅｎｇ　 ＬＩＵ Ｍａｎ　 ＤＥＮＧ Ｙｕｅ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｒｉｎｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｎｉｎｇｂｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｎｉｎｇｂｏ， Ｚｈｅｊｉａｎｇ　 ３１５２１１）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｃｈｉｔｏｓａｎ ａｎｄ ｓｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ ｃｈｌｏｒｉｄｅ ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍａｔｅｒｉａｌ， ｗｉｔｈ ｓｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ ｃｈｉｔｏｓａｎ ｅｓｔｅｒ ｙｉｅｌｄ ａｓ ｔｈｅ
ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ． Ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ ｃｈｉｔｏｓａｎ ｅｓｔｅｒ ｂｙ ｃｈｌｏｒｉｄｅ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ⁃ｆａｃｔｏｒ
ｔｅｓｔ， ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ ｃｈｉｔｏｓａｎ ｅｓｔｅｒ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｓｏｒｂｉｃ
ａｃｉｄ ｃｈｉｔｏｓａｎ ｅｓｔｅｒ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ： ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ３􀆰 １１ｈ， ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ３０􀆰 ０４℃， ｒｅａｃｔａｎｔ ｒａｔｉｏｓ
２􀆰 ９２：１． Ｕｎｄｅｒ ｔｈｉｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｓｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ ｃｈｉｔｏｓａｎ ｅｓｔｅｒ ｗａｓ ｕｐ ｔｏ ６１􀆰 ７％ ． Ｉｎ ｔｈｅ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｔｅｓｔ， ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｗａｓ ５７􀆰 ４％ ， ｉｎ ｃｌｏｓｅ ａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ ｖａｌｕｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃｈｉｔｏｓａｎ； Ｓｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ ｃｈｌｏｒｉｄｅ； Ｓｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ ｃｈｉｔｏｓａｎ ｅｓｔｅｒ； Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ
９２２２