葡萄糖醛酸內酯制備和表征研究

房 媛，王 鄭

(陜西服裝工程學院，陜西咸陽 712046)

葡萄糖醛酸內酯是食品及化妝品的重要添加劑，也是保護肝臟的重要藥品，目前我國一般都采用硝酸氧化法來生產葡萄糖醛酸內酯，該種方法存在著很多缺點，例如，使用該種方法生產葡萄糖醛酸內酯的周期相對較長，且會對環境產生較大的污染，由此可見，硝酸氧化法并不能滿足目前我國在綠色發展方面的要求[1]。在另一方面，目前國內外學者對于葡萄糖醛酸內酯的制備研究相對較少。針對此問題，研究提出了一種新的葡萄糖醛酸內酯的制備方法，并對葡萄糖醛酸內酯進行表征研究，為推動葡萄糖醛酸內酯制備領域的發展奠定基礎。

1 實驗材料及儀器

在存在冰乙酸的狀況下，葡萄糖醛酸會發生縮合反應，該反應主要是葡萄糖醛酸內的-COOH和-OH發生脫水作用，進而產生葡萄糖醛酸內酯，該反應也可以被稱為內酯化反應，該反應的基本機理如圖1所示，反應的方程式如圖2所示[2]。

圖1 內脂化反應機理Fig.1 Reaction mechanism of internal fatliquation

圖2 內脂化反應方程式Fig.2 Reaction euqation of internal fatliquation

主要試劑：氧化淀粉水解液；冰乙酸，A.R.；醋酸酐，A.R.；無水乙醇,A.R.；氫氧化鈉,A.R.；濃鹽酸,A.R.；萘酚,A.R.；葡萄糖醛酸內酯標準品,優級純；酚酞,A.R.；柱層析硅膠,工業級；苯二甲酸氫鉀,A.R.。主要儀器：電子恒速攪拌機,JHs-1；酸度計,PB-10；電子天平,BS224S；電子分析天平,BSA224S；恒溫水浴鍋,HH-2；電熱鼓風干燥箱,101-1B；循環多用真空泵,SHB-3；旋轉蒸發儀,SENCO；快速純化制備色譜儀,CHEETAH MP200；傅立葉紅外變換光譜儀,VECTOR-22；核磁共振波譜儀,400 MHz；熔點儀,SGW X-4B。

2 實驗方法

2.1 葡萄糖醛酸內酯定量分析

研究中，使用酸堿滴定法對葡萄糖醛酸內酯含量進行測定，測定數據的處理方式為建立平行實驗組，并對平均值進行求解，在已知葡萄糖醛酸內酯質量的前提下，可以根據公式(1)對葡萄糖醛酸內酯的產率進行計算[5]。

(1)

式中:m——產品中葡萄糖醛酸內酯質量，mg；s——淀粉質量，g；Q——葡萄糖醛酸內酯產率，%。

葡萄糖醛酸內酯的純度可以根據公式(2)進行計算[6]。

(2)

式中：m——葡萄糖醛酸內酯的質量，mg；M——產品質量，mg；ω——葡萄糖酸內純度，%。

2.2 單因素實驗

對經過氧化以后的淀粉進行水解脫色，并對其進行發酵純化，最后進行減壓濃縮，濃縮到沒有水分流出為止，進行減壓濃縮的實驗條件為48 ℃～55 ℃，真空度小于0.09 MPa，經過減壓濃縮后就可以得到葡萄糖醛酸。

取3份葡萄糖醛酸分別放置于3個250 mL的燒瓶中，葡萄糖醛酸的質量為10 g，然后向3個燒瓶中分別添加相同量的冰乙酸，冰乙酸的添加量在5 mL～25 mL之間變動，每次的變動區間為5 mL，向三個燒瓶中分別添加相同量的醋酸酐，醋酸酐的添加量在5 mL～25 mL之間變動，每次的變動區間為5 mL，3個燒瓶分別在相同的溫度下進行反應，反應的時間也相同，反應時間基本維持在2 h～2.5 h之間，反應溫度在30 ℃～60 ℃之間變動，每次變動范圍為5 ℃，反應結束以后，將反應產物放置于蒸發儀中，對反應產物進行減壓蒸餾，減壓蒸餾以后得到的液體體積量是添加冰乙酸和醋酸酐體積的20%～23%，在減壓蒸餾結束以后，將產物放置于室溫中進行自然冷卻，自然冷卻的時間為1 h～2 h，通過自然冷卻和離心分離出多余的結晶物，使用無水乙醇對結晶物進行洗滌，此時就可以得到葡萄糖醛酸內酯的粗品，將產物放置于50 ℃～65 ℃的烘箱中對粗品進行干燥。

2.3 葡萄糖醛酸內酯粗品純化

對已經得到了葡萄糖醛酸內酯的粗品，在對葡萄糖醛酸內酯粗品進行純化的過程中，主要是以甲醇和去離子水作為純化過程的流動相，然后使用C18反向鍵膠柱對其進行梯度洗脫，在整個過程中檢測的波長設定為200 nm，在對其純化以后將收集到的樣品進行減壓旋蒸，然后將得到的樣品放置于50 ℃的烘箱中對其進行烘干，此時就可以得到實驗所需要的葡萄糖醛酸內酯。在得到葡萄糖醛酸內酯以后，就可以對其進行表征。

2.4 葡萄糖醛酸內酯表征方法

葡萄糖醛酸內酯的表征分五步進行，首先向葡萄糖醛酸內酯中加入一定量的α—萘酚，然后觀察葡萄糖醛酸內酯的顏色變化并對其進行記錄，第二步，對葡萄糖醛酸內酯的熔點進行測定，第三步，使用紅外光譜法，對葡萄糖醛酸內酯的光譜進行測試，在測試的過程中，波數設定為400 cm-1～4 000 cm-1，分辨率設置為4-1，進行紅外光譜掃描的次數設置為32次，第四步，將少量的葡萄糖醛酸內酯放置于0.5 mL的重水中，然后對其進行核磁共振，觀察葡萄糖醛酸內酯的氫譜變化以及碳譜變化，第五步，取少量的葡萄糖醛酸內酯將其濃度配置到1 mg/mL，然后對其色譜進行測定，在色譜測定的過程中，色譜柱設置為C18，溫度設定為3 ℃，流速設定為1 mL/min，進樣體積設定為20 μm，檢測波長設置為205 nm。

3 實驗結果分析

3.1 葡萄糖醛酸內酯制備結果分析

通過3組平行試驗可以得到，當葡萄糖醛酸濃縮物為10 mg時，添加20 mL的冰乙酸，10 mL的醋酸酐，將其放置在50 ℃的條件下進行反應，反應的時間在2 h～2.5 h之間，此時得到3組平行實驗的葡萄糖醛酸內酯的產率分別為16.6%、17.1%、17%，其平均值為16.9%，3組平行實驗的純度分別為77.2%、76.3%、76.9%，平均值為76.8%。然后使用研究所提出的葡萄糖醛酸內脂粗品純化方法對其進行純化，純化以后葡萄糖醛酸內酯的產率為14.17%，純度可以達到91.6%，因此，所提的葡萄糖醛酸內酯制備方法是一種較為先進的方法。

3.2 葡萄糖醛酸內酯表征結果分析

3.2.1 顯色實驗結果(圖3)

由圖3分析可以發現，試管中的液體出現了明顯的分層現象，從圖3(a)中可以明顯看出上層的液體呈現出紫色，同時液體中還含有少量的不溶物，液體的界面分層為深綠色，下層為透明色，對其進行久置以后，混合物中界面的綠色消失，同時上層的紫色逐漸加深，對其進行震蕩以后，分層現象仍然存在，同時上層液體呈現出了暗紫色，此現象和相關文獻中描述的現象一致證明，制備的產品為葡萄糖醛酸內酯。

圖3 顯色結果Fig.3 Color rendering results

3.2.2 物理分析(圖4)

通過對制備的葡萄糖醛酸內酯熔點進行測定，發現其熔點與標準品基本一致，但是還存在著一定的差別，這種差別主要是由產品中含有一定量的雜質所引起。

3.2.3 紅外分析

圖4 紅外譜圖(a：葡萄糖醛酸內脂標樣；b：葡萄糖醛酸內脂產品)Fig.4 Infraed spectrum

通過對葡萄糖醛酸內酯的紅外譜圖進行分析可以發現，制備的葡萄糖醛酸內酯的紅外譜圖變化情況與標準品基本一致，同時，兩個紅外譜圖的吸收峰位置基本吻合。但是此次研究所制備的葡萄糖醛酸內酯與標準品的透光率還是存在一定的差距，該差別主要是由于儀器以及人為因素等原因所造成的。

3.2.4 核磁共振分析(圖5)

圖5 葡萄糖醛酸內脂1H-NMR譜圖Fig.5 1H-NMR spectra of glucurolactone

核磁共振是對葡萄糖醛酸內酯進行表征的重要方法之一，該種方法不會對葡萄糖醛酸內酯產生破壞，同時，檢測之后的葡萄糖醛酸內酯還可以回收使用，為了得到糖醛酸內酯的基本結構，需要對其進行核磁共振。圖5為試驗所得到葡萄糖醛酸內酯的合成共振結果，通過圖5看出，在進行核磁共振的過程中，由于采用了重水作為溶劑，活潑氫產生了交換作用，進而使得羥基信號丟失，同時從圖5中還可以看出，葡萄糖醛酸內酯的雜峰數量相對較少，說明此次研究所制備的葡萄糖醛酸內酯純化效果相對較好。

3.2.5 色譜分析(圖6)

通過對圖6進行分析可以發現，標樣中在3.29 min時出現了強峰現象，在4.54 min時出現了小峰現象，通過對此次研究所制備葡萄糖醛酸內酯的光譜圖進行分析可以發現，其在3.29 min位置處出現了強峰現象，在4.55 min出現了小峰現象，在4.22 min和5.69 min處存在著小雜峰現象，此次研究所制備的葡萄糖醛酸內脂產品與標準樣要基本吻合。通過對圖6c圖分析，可以發現葡萄糖醛酸內脂粗品中存在著非常多的干擾峰，因此對葡萄糖醛酸內脂粗品進行純化十分重要。

圖6 葡萄糖醛酸內脂色譜圖(a：葡萄糖醛酸內脂標樣；b：葡萄糖醛酸內脂產品；c：葡萄糖醛酸內脂粗品)Fig.6 Chlomatogram of glucurolactone

3 結論

研究提出了一種葡萄糖醛酸內酯制備的新技術，首先對該種技術所需要的材料及儀器進行了介紹，然后對制備及純化過程進行了闡述，最后通過顯色試驗、物理分析、紅外分析、核磁共振分析以及色譜分析五種方式對該種技術所制備的葡萄糖醛酸內酯只進行了表征研究。通過研究發現，文章所提出的葡萄糖醛酸內酯制備及純化方法較為先進，其產率可以達到14.17%，純度可以達到91.6%，同時通過顯色試驗、物理分析、紅外分析、核磁共振分析以及色譜分析可以發現，此次研究提出的葡萄糖醛酸內酯制備及純化方法最終得到的樣品為葡萄糖醛酸內酯，其純度相對較好。