葡萄糖醛酸内酯制备和表征研究

房 媛，王 郑

(陕西服装工程学院，陕西咸阳 712046)

葡萄糖醛酸内酯是食品及化妆品的重要添加剂，也是保护肝脏的重要药品，目前我国一般都采用硝酸氧化法来生产葡萄糖醛酸内酯，该种方法存在着很多缺点，例如，使用该种方法生产葡萄糖醛酸内酯的周期相对较长，且会对环境产生较大的污染，由此可见，硝酸氧化法并不能满足目前我国在绿色发展方面的要求[1]。在另一方面，目前国内外学者对于葡萄糖醛酸内酯的制备研究相对较少。针对此问题，研究提出了一种新的葡萄糖醛酸内酯的制备方法，并对葡萄糖醛酸内酯进行表征研究，为推动葡萄糖醛酸内酯制备领域的发展奠定基础。

1 实验材料及仪器

在存在冰乙酸的状况下，葡萄糖醛酸会发生缩合反应，该反应主要是葡萄糖醛酸内的-COOH和-OH发生脱水作用，进而产生葡萄糖醛酸内酯，该反应也可以被称为内酯化反应，该反应的基本机理如图1所示，反应的方程式如图2所示[2]。

图1 内脂化反应机理Fig.1 Reaction mechanism of internal fatliquation

图2 内脂化反应方程式Fig.2 Reaction euqation of internal fatliquation

主要试剂：氧化淀粉水解液；冰乙酸，A.R.；醋酸酐，A.R.；无水乙醇,A.R.；氢氧化钠,A.R.；浓盐酸,A.R.；萘酚,A.R.；葡萄糖醛酸内酯标准品,优级纯；酚酞,A.R.；柱层析硅胶,工业级；苯二甲酸氢钾,A.R.。主要仪器：电子恒速搅拌机,JHs-1；酸度计,PB-10；电子天平,BS224S；电子分析天平,BSA224S；恒温水浴锅,HH-2；电热鼓风干燥箱,101-1B；循环多用真空泵,SHB-3；旋转蒸发仪,SENCO；快速纯化制备色谱仪,CHEETAH MP200；傅立叶红外变换光谱仪,VECTOR-22；核磁共振波谱仪,400 MHz；熔点仪,SGW X-4B。

2 实验方法

2.1 葡萄糖醛酸内酯定量分析

研究中，使用酸碱滴定法对葡萄糖醛酸内酯含量进行测定，测定数据的处理方式为建立平行实验组，并对平均值进行求解，在已知葡萄糖醛酸内酯质量的前提下，可以根据公式(1)对葡萄糖醛酸内酯的产率进行计算[5]。

(1)

式中:m——产品中葡萄糖醛酸内酯质量，mg；s——淀粉质量，g；Q——葡萄糖醛酸内酯产率，%。

葡萄糖醛酸内酯的纯度可以根据公式(2)进行计算[6]。

(2)

式中：m——葡萄糖醛酸内酯的质量，mg；M——产品质量，mg；ω——葡萄糖酸内纯度，%。

2.2 单因素实验

对经过氧化以后的淀粉进行水解脱色，并对其进行发酵纯化，最后进行减压浓缩，浓缩到没有水分流出为止，进行减压浓缩的实验条件为48 ℃～55 ℃，真空度小于0.09 MPa，经过减压浓缩后就可以得到葡萄糖醛酸。

取3份葡萄糖醛酸分别放置于3个250 mL的烧瓶中，葡萄糖醛酸的质量为10 g，然后向3个烧瓶中分别添加相同量的冰乙酸，冰乙酸的添加量在5 mL～25 mL之间变动，每次的变动区间为5 mL，向三个烧瓶中分别添加相同量的醋酸酐，醋酸酐的添加量在5 mL～25 mL之间变动，每次的变动区间为5 mL，3个烧瓶分别在相同的温度下进行反应，反应的时间也相同，反应时间基本维持在2 h～2.5 h之间，反应温度在30 ℃～60 ℃之间变动，每次变动范围为5 ℃，反应结束以后，将反应产物放置于蒸发仪中，对反应产物进行减压蒸馏，减压蒸馏以后得到的液体体积量是添加冰乙酸和醋酸酐体积的20%～23%，在减压蒸馏结束以后，将产物放置于室温中进行自然冷却，自然冷却的时间为1 h～2 h，通过自然冷却和离心分离出多余的结晶物，使用无水乙醇对结晶物进行洗涤，此时就可以得到葡萄糖醛酸内酯的粗品，将产物放置于50 ℃～65 ℃的烘箱中对粗品进行干燥。

2.3 葡萄糖醛酸内酯粗品纯化

对已经得到了葡萄糖醛酸内酯的粗品，在对葡萄糖醛酸内酯粗品进行纯化的过程中，主要是以甲醇和去离子水作为纯化过程的流动相，然后使用C18反向键胶柱对其进行梯度洗脱，在整个过程中检测的波长设定为200 nm，在对其纯化以后将收集到的样品进行减压旋蒸，然后将得到的样品放置于50 ℃的烘箱中对其进行烘干，此时就可以得到实验所需要的葡萄糖醛酸内酯。在得到葡萄糖醛酸内酯以后，就可以对其进行表征。

2.4 葡萄糖醛酸内酯表征方法

葡萄糖醛酸内酯的表征分五步进行，首先向葡萄糖醛酸内酯中加入一定量的α—萘酚，然后观察葡萄糖醛酸内酯的颜色变化并对其进行记录，第二步，对葡萄糖醛酸内酯的熔点进行测定，第三步，使用红外光谱法，对葡萄糖醛酸内酯的光谱进行测试，在测试的过程中，波数设定为400 cm-1～4 000 cm-1，分辨率设置为4-1，进行红外光谱扫描的次数设置为32次，第四步，将少量的葡萄糖醛酸内酯放置于0.5 mL的重水中，然后对其进行核磁共振，观察葡萄糖醛酸内酯的氢谱变化以及碳谱变化，第五步，取少量的葡萄糖醛酸内酯将其浓度配置到1 mg/mL，然后对其色谱进行测定，在色谱测定的过程中，色谱柱设置为C18，温度设定为3 ℃，流速设定为1 mL/min，进样体积设定为20 μm，检测波长设置为205 nm。

3 实验结果分析

3.1 葡萄糖醛酸内酯制备结果分析

通过3组平行试验可以得到，当葡萄糖醛酸浓缩物为10 mg时，添加20 mL的冰乙酸，10 mL的醋酸酐，将其放置在50 ℃的条件下进行反应，反应的时间在2 h～2.5 h之间，此时得到3组平行实验的葡萄糖醛酸内酯的产率分别为16.6%、17.1%、17%，其平均值为16.9%，3组平行实验的纯度分别为77.2%、76.3%、76.9%，平均值为76.8%。然后使用研究所提出的葡萄糖醛酸内脂粗品纯化方法对其进行纯化，纯化以后葡萄糖醛酸内酯的产率为14.17%，纯度可以达到91.6%，因此，所提的葡萄糖醛酸内酯制备方法是一种较为先进的方法。

3.2 葡萄糖醛酸内酯表征结果分析

3.2.1 显色实验结果(图3)

由图3分析可以发现，试管中的液体出现了明显的分层现象，从图3(a)中可以明显看出上层的液体呈现出紫色，同时液体中还含有少量的不溶物，液体的界面分层为深绿色，下层为透明色，对其进行久置以后，混合物中界面的绿色消失，同时上层的紫色逐渐加深，对其进行震荡以后，分层现象仍然存在，同时上层液体呈现出了暗紫色，此现象和相关文献中描述的现象一致证明，制备的产品为葡萄糖醛酸内酯。

图3 显色结果Fig.3 Color rendering results

3.2.2 物理分析(图4)

通过对制备的葡萄糖醛酸内酯熔点进行测定，发现其熔点与标准品基本一致，但是还存在着一定的差别，这种差别主要是由产品中含有一定量的杂质所引起。

3.2.3 红外分析

图4 红外谱图(a：葡萄糖醛酸内脂标样；b：葡萄糖醛酸内脂产品)Fig.4 Infraed spectrum

通过对葡萄糖醛酸内酯的红外谱图进行分析可以发现，制备的葡萄糖醛酸内酯的红外谱图变化情况与标准品基本一致，同时，两个红外谱图的吸收峰位置基本吻合。但是此次研究所制备的葡萄糖醛酸内酯与标准品的透光率还是存在一定的差距，该差别主要是由于仪器以及人为因素等原因所造成的。

3.2.4 核磁共振分析(图5)

图5 葡萄糖醛酸内脂1H-NMR谱图Fig.5 1H-NMR spectra of glucurolactone

核磁共振是对葡萄糖醛酸内酯进行表征的重要方法之一，该种方法不会对葡萄糖醛酸内酯产生破坏，同时，检测之后的葡萄糖醛酸内酯还可以回收使用，为了得到糖醛酸内酯的基本结构，需要对其进行核磁共振。图5为试验所得到葡萄糖醛酸内酯的合成共振结果，通过图5看出，在进行核磁共振的过程中，由于采用了重水作为溶剂，活泼氢产生了交换作用，进而使得羟基信号丢失，同时从图5中还可以看出，葡萄糖醛酸内酯的杂峰数量相对较少，说明此次研究所制备的葡萄糖醛酸内酯纯化效果相对较好。

3.2.5 色谱分析(图6)

通过对图6进行分析可以发现，标样中在3.29 min时出现了强峰现象，在4.54 min时出现了小峰现象，通过对此次研究所制备葡萄糖醛酸内酯的光谱图进行分析可以发现，其在3.29 min位置处出现了强峰现象，在4.55 min出现了小峰现象，在4.22 min和5.69 min处存在着小杂峰现象，此次研究所制备的葡萄糖醛酸内脂产品与标准样要基本吻合。通过对图6c图分析，可以发现葡萄糖醛酸内脂粗品中存在着非常多的干扰峰，因此对葡萄糖醛酸内脂粗品进行纯化十分重要。

图6 葡萄糖醛酸内脂色谱图(a：葡萄糖醛酸内脂标样；b：葡萄糖醛酸内脂产品；c：葡萄糖醛酸内脂粗品)Fig.6 Chlomatogram of glucurolactone

3 结论

研究提出了一种葡萄糖醛酸内酯制备的新技术，首先对该种技术所需要的材料及仪器进行了介绍，然后对制备及纯化过程进行了阐述，最后通过显色试验、物理分析、红外分析、核磁共振分析以及色谱分析五种方式对该种技术所制备的葡萄糖醛酸内酯只进行了表征研究。通过研究发现，文章所提出的葡萄糖醛酸内酯制备及纯化方法较为先进，其产率可以达到14.17%，纯度可以达到91.6%，同时通过显色试验、物理分析、红外分析、核磁共振分析以及色谱分析可以发现，此次研究提出的葡萄糖醛酸内酯制备及纯化方法最终得到的样品为葡萄糖醛酸内酯，其纯度相对较好。