羧甲基纤维素-壳聚糖水凝胶球的制备及性能
壳 聚 糖 质 量 比的增 大 ， 凝 胶 的 吸 水 溶 胀 率 增 加 ．在 Ｃ 水 ＭＣ与 Ｃ Ｓ质 量 比 为 １： ４时 制 备 的水 凝 胶 呈 规 则 球 状 ． 关 键 词 ： 聚 糖 ； 甲基 纤 维 素 ； 凝 胶 球 壳 羧 水
中 图 分 类 号 ： ４ ．８ Ｏ ６ ３ ３ 文献 标 志 码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ８ １ １ （０ １ ０ －０ ６ －０ １０ － ０ １ ２ １ ）６ ０ ５ ３
摘
要 ： 用 物 理 交 联 法 制 备 了 羧 甲基 纤 维 素 （ ＭＣ 一 聚 糖 （ Ｓ 共 混 水 凝 胶 球 ； 究 了 共 混 球 的 耐 酸 碱 性 、 采 Ｃ ）壳 ｃ） 研 溶
胀 性 及 对 亚 甲基 蓝 的 吸 附性 能 ．结 果 表 明 ， 凝 胶 球 在 弱 酸 和 弱 碱 中 具 有 一 定 的 稳 定 性 ； 着 羧 甲基 纤 维 素 与 水 随
第 ２ ２卷 第 ６ 期
２ １年 １ ０１ １月
化
学 研
究
中国 科技 核 心期 刊
ｈ ｙ＠ ｈ ｎ ． ｄ ． ｎ ｘｉ ｅｕ ｅ ｕ ｃ
ＣＨ ＥＭ Ｉ ＣＡ Ｉ Ｒ ＥＳＥＡ ＲＣＨ
羧 甲基 纤维 素－ 壳聚 糖 水凝 胶球 的制 备及 性 能
补朝阳
（ 乡学 院 化 学 与 化 工 系 ， 南 新 乡 ４ ３ ０ ） 新 河 ５ ０ ０
应 的羟基 和胺 基 ， 以与 甲醛 、 可 戊二 醛 、 环氧氯 丙烷 等交联 剂交 联制 备水凝 胶 材料 ＿ ．然 而 ， 述交 联 剂具 有 ２ ］ 上 毒性 ， 为减少 化学交 联剂 带来 的毒性 ， 究者 希望 不使用 交联 剂 ， 研 而通过 氢键 、 配位键 等 物理交 联方式 来形 成 水 凝胶 的交 联结构 ［ ．本 实验 以 Ｃ ３ ］ Ｓ和羧 甲基纤 维素 （ ＭＣ 为原 料 ， Ｃ ） 制备 了 Ｃ — ＭＣ水凝胶 球．考 察 了水 ＳＣ 凝胶 球 的吸水 溶胀性 、 量稳 定性 、 质 耐酸 碱性 以及对 染料 的 吸附性 能．
Ｐｒ ｐ ｒ ｔｏ ｎｄ ｐ ｏ ｅ ｔ ｆ ｃ ｒ ｏ ｙ ｅ ｘ ｍ ｔ ｌｃ ｌｕ ｏ ｅ ｃ ｔ ｓ ｎ ｈｙ ｒ ｇ ｌ ｈｉｏ ａ ｄ ｏ ｅ ｓ
ＢＵ Ｚｈａ — ａｎ ｏｙ ｇ
１ 实验 部 分
１ １ 仪 器和药 品 ． 壳 聚糖 （ ｓ ； 酸 ； 甲基 纤维 素 （ ＭＣ） 氢氧 化 钠 ；６ 乙酸 ； 冲试 剂 均 为市 售分 析 纯 或化 学 纯试 Ｃ ）盐 羧 Ｃ ； ３ 缓 剂 ．ＵＶ ２ ５ 一４ ０型紫外 可见 分光 光度计 （ 日本 岛津 公 司） ．
随着石 油资 源 日益 匮乏 与环境 问题 日益严 重 ， 以可 再 生 的生物 质 原料 替代 石 油基 化 工 原料 合成 新 型 高
分 子材料 越来 越受 到关 注．壳 聚糖 （ Ｓ 是产量 仅 次于纤 维素 的天 然高分 子化 合物 ， Ｃ） 已在 医药 、 品 、 食 化工 、 化 妆 品 、 处理 、 水 金属 提取及 回收 、 生化 和 生物 医学工 程等诸 多领 域得 到 了广泛 的应用口 ．Ｃ ］ Ｓ分 子 中含有 可 反
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｃａ ｂ ｙ ｅ ｈｙ ｃ ｌｕｌ ｅ ｃ ｔ ｓ ｎ （ ｒ ｏｘ ｍ ｔ ｌ ｅ ｌ ｏｓ — ｈｉｏ ａ ＣＭ Ｃ— ＣＳ） ｂ ｅ ｅ ｈ ｒ ｇｅ ｂａｌ ｒ ｒ ｐａ ｅ ｌ ｎｄ ｄ ｙｄ ｏ ｌ ｌｓ ｗｅ ｅ ｐ ｅ ｒ ｄ
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（ ｐ ｒｍｅ ｔ ｆ Ｃ ｅ ｓ ｙ ａ ｄ Ｃ ｅ ｃ ｌ ｎ ｉ ｅｒｎ ，Ｘｉｘ ａ ｇ Ｉ ｓｉ ｔ，Ｘｉｘ ａ ｇ ４ ３ ０ ， ｎ ｎ ｈ ｎ ） Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｈ ｍｉ ｒ ｎ ｈ ｍｉａ ｇ ｎ ｅ ｉｇ ｏ ｔ Ｅ ｎ ｉｎ ｎ ｔ ｕ ｅ ｔ ｎ ｉｎ ５ ０ ０ Ｈｅ ａ ，Ｃ ｉａ
羧甲基壳聚糖增强智能纳米复合水凝胶的制备及性能研究
羧甲基壳聚糖增强智能纳米复合水凝胶的制备及性能探究摘要：本探究以高分子聚丙烯酰胺(PAM)作为基础材料，利用生物材料羧甲基壳聚糖(CMC)和无机材料纳米氧化物作为增强剂，制备出一种新型的高强度、高稳定性的智能纳米复合水凝胶。
在不同的制备条件下对该复合水凝胶进行系统的物理、化学性质的分析与表征，结果表明复合水凝胶具有较高的吸水性能、机械强度、稳定性和智能响应性能，能够广泛应用于医学、生物、环境等领域。
关键词：羧甲基壳聚糖，纳米复合水凝胶，智能响应，稳定性，增强效果。
1. 前言水凝胶在现代生物、医学、环境和能源等领域广泛应用，然而传统的水凝胶在吸水性、机械强度、稳定性和响应性等方面存在一定的限制，制约了其应用。
因此，探究一种新型高性能的水凝胶具有重要的科学探究和应用价值。
2. 试验材料与方法2.1 试验材料聚丙烯酰胺(PAM)、羧甲基壳聚糖(CMC)、纳米氧化物、N,N-二甲基乙酰胺(DMAM)、甲醛等。
2.2 试验方法接受自由基聚合法和化学交联法相结合的方法制备智能纳米复合水凝胶，通过DMA、TGA、SEM、XRD等方法对其进行性能测试及形态表征，对吸水性能、机械强度、稳定性和智能响应性能进行有效的评估和分析。
3. 结果与谈论3.1 羧甲基壳聚糖对水凝胶性能的影响不同质量比下CMC与PAM的复合水凝胶产物比纯PAM凝胶的吸水性能、机械强度都有所提高，其中CMC质量为0.025g/gPAM、0.05g/gPAM、0.1g/gPAM的复合水凝胶吸水率比纯PAM凝胶增加了32.1%、41.5%、46.3%，机械强度比纯PAM凝胶增加了10.24%、16.12%、28.08%，因此CMC能有效地提高水凝胶的性能。
3.2 纳米氧化物对水凝胶性能的影响CMC/PAM复合水凝胶中添加不同质量比的纳米氧化物对水凝胶性能的影响不同，当纳米氧化物质量比为0.1g/gPAM时，水凝胶的吸水率最高，为2794.6%。
但是在机械强度方面，纳米氧化物的加入会使水凝胶的机械强度下降，需取得适当的添加量。
羧甲基壳聚糖明胶水凝胶
羧甲基壳聚糖明胶水凝胶
羧甲基壳聚糖明胶水凝胶是一种常见的材料，广泛应用于医药、食品和化妆品等领域。
它是由羧甲基壳聚糖和明胶水混合而成，具有独特的凝胶性质和优异的生物相容性。
羧甲基壳聚糖明胶水凝胶的制备过程相对简单。
首先，将羧甲基壳聚糖与明胶水按一定比例混合，搅拌均匀。
然后，将混合物倒入容器中，在适当的温度和湿度条件下进行凝胶化反应。
经过一段时间的静置，羧甲基壳聚糖明胶水逐渐形成坚实的凝胶体。
羧甲基壳聚糖明胶水凝胶具有良好的生物相容性，不会引起过敏反应或皮肤刺激。
这使得它在医药领域得到广泛应用。
例如，在创伤愈合方面，羧甲基壳聚糖明胶水凝胶可以作为一种创面敷料，促进伤口的愈合和再生。
它可以形成一层保护膜，防止感染和外界刺激，同时提供适当的湿润环境，有助于细胞的生长和修复。
羧甲基壳聚糖明胶水凝胶还可以应用于药物缓释系统的制备。
由于其多孔结构和较大的比表面积，它可以作为药物的载体，将药物包裹在内部，并控制药物的释放速率。
这种凝胶制剂可以延缓药物的释放，提高药物的生物利用度和疗效。
在食品和化妆品领域，羧甲基壳聚糖明胶水凝胶可以作为一种稳定剂和增稠剂。
它可以改善产品的质地和口感，增加其稳定性和延长其保质期。
在化妆品中，它还可以起到保湿和滋润的作用，使肌肤
更加柔软和光滑。
羧甲基壳聚糖明胶水凝胶作为一种多功能材料，在医药、食品和化妆品等领域发挥着重要的作用。
它的凝胶性质和生物相容性使其成为一种理想的材料选择，为各个领域的应用提供了新的解决方案。
羧甲基纤维素钠基水凝胶的制备及性能研究
羧甲基纤维素钠基水凝胶的制备及性能研究1.1水凝胶1.1.1 水凝胶的简介水凝胶（Hydrogel）是能大量吸收溶剂且具有一定溶胀性能的三维网络结构的凝胶。
水凝胶主要是由生物聚合物或聚电解质形成的结构，含有大量的滞留水，溶胀之后依然能够保持其原有的结构而不发生溶解。
水凝胶主要是以高分子为主体的网络体系，柔韧性很好，具有一定的形变恢复能力，不仅吸水能力强可以吸收大量的水分，而且也具有保持网格体系中水分不流失的能力。
束缚在凝胶网络中的水分，仍然可以自由活动。
水凝胶的这种结构与生物体的结构很相似，因此水凝胶在生物体中也有良好的相容性，同时水凝胶还有对外界环境中的刺激（如环境中的温度、溶液中的pH等）产生响应的特性，许多行业都曾开发过水凝胶来满足自身的需求，如工业、农业、医学等领域。
水凝胶凭借其优异的性能为其在各行各业的应用开辟了广阔的道路，与其相关的研究和开发以及销售都有长足的发展。
研究出性能更加优良，应用更加广泛的水凝胶材料日益成为人们关注的重点，其中对环境敏感型、超强吸水吸液速率型、耐盐型和高强度型水凝胶材料的研发得到人们的广泛关注。
1.1.2水凝胶的分类水凝胶根据所用合成材料的不同，可分为合成材料水凝胶和天然材料水凝胶。
天然材料是指存在于自然界自然形成的高分子物质，如纤维素、壳聚糖、淀粉、海藻酸等。
合成材料是通过化学反应合成出来的人工高分子物质如聚乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯氰等。
通过形成水凝胶交联方法的不同，可以将水凝胶分为了物理水凝胶和化学水凝胶。
物理凝胶是通过分子间的作用力，如静电作用力、离子键、氢键或者和链缠绕等方式构成三维空间结构的凝胶。
这类凝胶被称为假凝胶或热可逆凝胶，非永久性的。
加热可以使其水凝胶形态转换为溶液。
而化学交联是使用交联剂、引发剂，通过形成共价键的方式来构建凝胶的网格体系。
根据对外界反应程度，将水凝胶分为常态水凝胶和敏感型水凝胶。
常态水凝胶指的就是在外界环境的刺激下没有响应，不会改变本身的空间网状结构和理化性能。
水溶性羧甲基壳聚糖的制备及其应用
节至中性 , 用7 5 % 甲醇水溶液洗涤 "此方法的特
点是碱用量少 , 操作简单 , 可以制备质量均一的 产品 , 但反应介质较贵 "
2 .3梭 甲基壳聚糖梭化度测定方法
梭 甲基壳聚糖梭化度 , 梭化位置直接影响其
溶解性 ! 乳化性 ! 与金属的鳌合性 ! 吸湿和保湿 性等 "氯乙酸在碱性条件下与壳聚糖的C 6 一 OH 和 CZ 一 N HZ 均可发生取代反应 , 所以最终产物是各种 梭 甲基壳 聚糖的混合物统称N , O 一 梭 甲基壳 聚糖 (C ar boxym et hyl 一 ehi t osan , 简称N ,o 一 e M e ) "关于
. 3 .1电导滴定法 2
称取一定量的N , O一 C M C 溶于蒸馏水中 , 并加
入N aO H 标准溶液 , 转移至 电导池 中通N Z, 在 磁 力 搅拌 下用标 准盐 酸滴 定 同时测 定 电导 率 " 以标 准 盐酸的体 积与电导率作图 " 其梭化度( D S ) 计算式如
下:
D S= A x 0 . 203/ ( l+0 . 022B 一0. 8 OA ) 0
存在(一 C o o N a和一 coo H ) , 此计算式只适 用于梭 甲
基壳聚糖 完全 以R 一 C O O H 形式存在 "
误差 " 另外 , 此方法操作比较繁琐 " 2. . 3离子选择电极法 3
准确称取干燥的c M 一 e h it n 样 品1. i 3 9一 1. 5 9置
3 轻 甲基壳聚糖的应用
接块或戮稠 , 不利于传质进行 , 影响反应效果 " 反应结束后 , 产品是溶液状态 , 不能直接洗涤 , 需要用超滤膜透析除去小分子杂质 , 处理麻烦 "
羧甲基壳聚糖温敏凝胶的制备及其毒性实验
型号: BBGP 系列 倒置相差显微镜 CK 型 高速低温离心机
型号:1-15K 超净工作台
型号：YJ900 酶标仪 型号：550
来源 美国 Sigma 天津血液研究所
美国 Sigma 美国 Sigma 美国 Corning 上海仕博生物技术有限公司北京分公司
Received: 2010-06-30 Accepted: 2010-07-28
彭伟，穆玉.羧甲基壳聚糖温敏凝胶的制备及其毒性实验[J].中国组织工程研究与临床康复，2010，14(51):9591-9594. [ ]
Peng W, Mu Y.Preparation and cytotoxicity of carboxymethyl chitosan thermosensitive hydrogel. Zhongguo Zuzhi Gongcheng
Yanjiu yu Linchuang Kangfu. 2010;14(51):9591-9594.
收稿日期：2010-06-30 修回日期：2010-07-28 (20100630007/GW• Y)
ISSN 1673-8225 CN 21-1539/R CODEN: ZLKHAH
9591
彭伟，等. 羧甲基壳聚糖温敏凝胶的制备及其毒性实验
主要试剂与仪器：
试剂与仪器
β-甘油磷酸钠 DMEM 细胞培养基，
实验分组：实验组，分别制备50，10，2，0.4，0.08 倍的浸提液；阳性对照组，用纯铅材料，同样以 0.002 g/mL的标准配置；阴性对照组，含体积分数15% 胎牛血清DMEM培养基。
Department of Stomatology, North China Coal Medical University, Tangshan 063000, Hebei Province, China
羧甲基壳聚糖的性能及应用概况
羧甲基壳聚糖的性能及应用概况一、本文概述《羧甲基壳聚糖的性能及应用概况》这篇文章旨在全面介绍羧甲基壳聚糖（Carboxymethyl Chitosan，简称CMC）的基本性能及其在各个领域的应用情况。
羧甲基壳聚糖是一种由壳聚糖经过化学改性得到的水溶性多糖衍生物，具有良好的水溶性、生物相容性、生物可降解性和独特的物理化学性质。
由于其独特的性质，羧甲基壳聚糖在医药、食品、环保、农业和化妆品等多个领域得到了广泛应用。
本文将系统介绍羧甲基壳聚糖的基本性质、合成方法、改性技术，以及在不同领域中的应用实例和研究进展，以期为相关领域的研究人员和企业提供有价值的参考信息，推动羧甲基壳聚糖在各领域的应用和发展。
二、羧甲基壳聚糖的基本性质羧甲基壳聚糖（Carboxymethyl chitosan，简称CMC）是一种重要的壳聚糖衍生物，具有一系列独特的物理化学性质。
其最基本的性质源于其分子结构中的氨基和羧基官能团，这些官能团赋予了CMC出色的水溶性、离子交换能力和生物活性。
羧甲基壳聚糖的溶解性相较于未改性的壳聚糖有了显著提升。
由于羧甲基的引入，CMC在水中的溶解度大大增加，可以在广泛的pH值范围内溶解，这使得其在各种水溶液体系和生物应用中具有更大的灵活性。
CMC具有良好的离子交换能力。
其分子中的羧基可以发生电离，产生带有负电荷的离子，从而与带有正电荷的离子进行交换。
这种离子交换性质使得CMC在重金属离子吸附、水处理、药物载体等领域具有广泛的应用前景。
羧甲基壳聚糖还表现出良好的生物相容性和生物活性。
其分子结构中的氨基和羧基可以与生物体内的多种物质发生相互作用，如蛋白质、多糖、核酸等，从而显示出良好的生物相容性。
其生物活性使得CMC在生物医药、组织工程、生物传感器等领域具有潜在的应用价值。
羧甲基壳聚糖的基本性质使其在多个领域具有广泛的应用前景。
随着科学技术的不断发展，对CMC的研究和应用将会越来越深入，其在各个领域的应用也将不断拓展。
羧甲基壳聚糖明胶水凝胶
羧甲基壳聚糖明胶水凝胶
羧甲基壳聚糖明胶水凝胶是一种由羧甲基壳聚糖和明胶制成的水凝胶材料。
羧甲基壳聚糖是壳聚糖的一种衍生物，它是通过将壳聚糖进行羧甲基化反应得到的。
羧甲基壳聚糖具有良好的水溶性和生物相容性，常用于生物医学领域。
明胶是一种从动物结缔组织中提取的天然高分子物质，具有良好的生物相容性和可降解性。
将羧甲基壳聚糖和明胶混合在一起，可以形成一种水凝胶材料。
这种水凝胶具有一定的机械强度和弹性，可以作为生物医用材料使用，如用于组织工程、药物传递和伤口敷料等领域。
羧甲基壳聚糖明胶水凝胶的制备方法通常包括将羧甲基壳聚糖和明胶溶解在水中，然后通过物理或化学方法使其形成凝胶。
具体的制备方法可以根据不同的应用需求进行调整。
需要注意的是，羧甲基壳聚糖明胶水凝胶的性能和特性会受到多种因素的影响，如羧甲基壳聚糖和明胶的比例、制备方法、pH 值、离子强度等。
因此，在实际应用中需要根据具体情况进行优化和调整。
水凝胶的制备及其温度和pH敏感性研究
作者:王胜
学位授予单位:上海大学
1.期刊论文卢研.向鑫.唐燕春.马敬红.梁伯润.LU Yan.XIANG Xin.TANG Yan-chun.MA Jing-hong.LIANG Bo-run
聚N-异丙基丙烯酰胺/羧甲基壳聚糖纳米复合水凝胶制备及响应性能-东华大学学报(自然科学版)2007,33(1)
采用60Co-γ射线对羧甲基壳聚糖(CMCS)和N-异丙基丙烯酰胺敏感性的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)/CMCS半互穿网络水凝胶。该水凝胶将PNIPAAm温度敏感性的低临界溶解温度(LCST)由32℃提高到人体温度37℃以上,同时也大幅度提高了水凝胶的溶胀比;用考马斯亮蓝作为药物模型,研究了该共聚物水凝胶在不同温度下的药物释放性能。
实验结果如下:
1.制备的5个CMCH样品均具有良好的水溶性、相似的分子结构和较高的DS(1.12-
2.39),且与相应的原料壳聚糖相比,羧甲基化前后,脱乙酰度基本保持稳定。
2.5个CMCH样品均具有促进MEF细胞增殖的活性。用MTT-CVS检测细胞增殖的实验说明不同MW的CMCH对MEF细胞增殖的作用情况相似;CMCH样品(DD 70.3-79.9%,DS 1.12-1.26)促进MEF细胞增殖的最小浓度是50μg/ml。高DD的CMCH样品有较强的促进细胞增殖的能力,在DD从70.3%增至9
1.采用丙烯酸(AA)与NIPA共聚改变了水凝胶的LCST,其变化受介质PH值影响。网络中具有亲水性的CMCS长链在凝胶体积发生相变时,由于体积排斥作用和静电排斥作用使凝胶内部形成大的孔洞结构,作为疏水通道,从而使P(NIPA—co—AA)/CMCS水凝胶向应速度较快。
改性鸡肺、牛肺、猪肺明胶
江苏农业学报(ＪｉａｎｇｓｕＪ.ｏｆＡｇｒ.Ｓｃｉ.)ꎬ２０２４ꎬ４０(３):５５２￣５６１ｈｔｔｐ://ｊｓｎｙｘｂ.ｊａａｓ.ａｃ.ｃｎ李㊀良ꎬ黄春阳ꎬ王㊀哲ꎬ等.改性鸡肺㊁牛肺㊁猪肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶的制备及性能[Ｊ].江苏农业学报ꎬ２０２４ꎬ４０(３):５５２￣５６１.ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１０００￣４４４０.２０２４.０３.０１８改性鸡肺㊁牛肺㊁猪肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶的制备及性能李㊀良１ꎬ２ꎬ㊀黄春阳２ꎬ㊀王㊀哲２ꎬ３ꎬ㊀王灵娟２ꎬ３ꎬ㊀张新笑２ꎬ３ꎬ㊀邹㊀烨２ꎬ３ꎬ㊀徐为民１ꎬ２ꎬ３ꎬ㊀邵俊花１(１.沈阳农业大学食品学院ꎬ辽宁沈阳１１０８６６ꎻ２.江苏省农业科学院农产品加工研究所ꎬ江苏南京２１００１４ꎻ３.江苏大学食品与生物工程学院ꎬ江苏镇江２１２０１３)收稿日期:２０２２￣１２￣２６基金项目:国家现代农业(肉鸡)产业技术体系建设专项(ＣＡＲＳ￣４１)ꎻ江苏省重点研发计划(现代农业)项目(ＢＥ２０２０３０１)作者简介:李㊀良(１９９７－)ꎬ男ꎬ湖北十堰人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事畜禽产品加工研究ꎮ(Ｅ￣ｍａｉｌ)ｌｉｌｉａｎｇ３９３５＠１２６.ｃｏｍ通讯作者:邹㊀烨ꎬ(Ｅ￣ｍａｉｌ)ｚｏｕｙｅ＠ｊａａｓ.ａｃ.ｃｎꎻ邵俊花ꎬ(Ｅ￣ｍａｉｌ)ｓｈａｏ￣ｊｈ０２４＠１６３.ｃｏｍ㊀㊀摘要:㊀为提高畜禽养殖效益㊁实现高附加值的畜禽肺资源化利用ꎬ本研究以鸡肺㊁牛肺㊁猪肺及与羧甲基壳聚糖为原料ꎬ在鸡肺㊁牛肺㊁猪肺明胶制备及改性的基础上ꎬ将羧甲基壳聚糖分别与改性鸡肺㊁牛肺㊁猪肺明胶按１ʒ１㊁１ʒ２和２ʒ１体积比进行交联反应制备复合水凝胶ꎬ并进一步对复合水凝胶的关联度㊁凝胶强度㊁红外光谱㊁溶胀性㊁热变特征㊁微观结构及失水率等理化性质进行分析ꎮ结果表明ꎬ当羧甲基壳聚糖分别与改性鸡肺㊁牛肺㊁猪肺明胶按１ʒ２体积比时ꎬ配制得到的复合水凝胶性质最好ꎮ其中ꎬ羧甲基壳聚糖与改性牛肺明胶按１ʒ２体积比配制得到的复合水凝胶交联度㊁凝胶强度㊁孔隙率和失水率分别为４５ ４％㊁５ ２４Ｎ㊁６４ ５８％和８７ ６％ꎬ优于羧甲基壳聚糖分别与改性鸡肺明胶㊁改性猪肺明胶按１ʒ２体积比配制得到的复合水凝胶ꎮ本研究结果为畜禽肺的高附加值资源化利用提供了新思路ꎮ关键词:㊀改性畜禽肺明胶ꎻ羧甲基壳聚糖ꎻ水凝胶中图分类号:㊀ＴＱ４２７.２＋６㊀㊀㊀文献标识码:㊀Ａ㊀㊀㊀文章编号:㊀１０００￣４４４０(２０２４)０３￣０５５２￣１０Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｍｏｄｉｆｉｅｄｃｈｉｃｋｅｎꎬｂｏｖｉｎｅａｎｄｐｏｒｃｉｎｅｌｕｎｇｇｅｌａｔｉｎ/ｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌｃｈｉｔｏｓａｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｈｙｄｒｏｇｅｌｓＬＩＬｉａｎｇ１ꎬ２ꎬ㊀ＨＵＡＮＧＣｈｕｎ￣ｙａｎｇ２ꎬ㊀ＷＡＮＧＺｈｅ２ꎬ３ꎬ㊀ＷＡＮＧＬｉｎｇ￣ｊｕａｎ２ꎬ３ꎬ㊀ＺＨＡＮＧＸｉｎ￣ｘｉａｏ２ꎬ３ꎬ㊀ＺＯＵＹｅ２ꎬ３ꎬＸＵＷｅｉ￣ｍｉｎ１ꎬ２ꎬ３ꎬ㊀ＳＨＡＯＪｕｎ￣ｈｕａ１(１.ＦｏｏｄＳｃｉｅｎｃｅＣｏｌｌｅｇｅꎬＳｈｅｎｙａｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈｅｎｙａｎｇ１１０８６６ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＰｒｏｄｕｃｔｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇꎬＪｉａｎｇｓｕＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＮａｎｊｉｎｇ２１００１４ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＳｃｈｏｏｌｏｆＦｏｏｄａｎｄＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＺｈｅｎｊｉａｎｇ２１２０１３ꎬＣｈｉｎａ)㊀㊀Ａｂｓｔｒａｃｔ:㊀Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｌｉｖｅｓｔｏｃｋａｎｄｐｏｕｌｔｒｙｂｒｅｅｄｉｎｇａｎｄｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｒｅｓｏｕｒｃｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｖａｌｕｅ￣ａｄｄｅｄｌｉｖｅｓｔｏｃｋａｎｄｐｏｕｌｔｒｙｌｕｎｇꎬｔｈｉｓｓｔｕｄｙｕｓｅｄｃｈｉｃｋｅｎｌｕｎｇꎬｂｏｖｉｎｅｌｕｎｇꎬｐｉｇｌｕｎｇａｎｄｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌｃｈｉ￣ｔｏｓａｎａｓｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓ.Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｃｈｉｃｋｅｎｌｕｎｇꎬｂｏｖｉｎｅｌｕｎｇａｎｄｐｉｇｌｕｎｇｇｅｌａｔｉｎꎬｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌｃｈｉｔｏｓａｎｗａｓｃｒｏｓｓ￣ｌｉｎｋｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍｏｄｉｆｉｅｄｇｅｌａｔｉｎｏｆｃｈｉｃｋｅｎｌｕｎｇꎬｂｏｖｉｎｅｌｕｎｇａｎｄｐｉｇｌｕｎｇａｔ１ʒ１ꎬ１ʒ２ａｎｄ２ʒ１ｖｏｌｕｍｅｒａｔｉｏｓｔｏｐｒｅｐａｒｅｃｏｍｐｏｓ￣ｉｔｅｈｙｄｒｏｇｅｌｓ.Ｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｈｙｄｒｏｇｅｌꎬｓｕｃｈａｓｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅꎬｇｅｌｓｔｒｅｎｇｔｈꎬｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｕｍꎬｓｗｅｌｌｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｙꎬｔｈｅｒｍａｌ２５５ｃｈａｎｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓꎬｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｗａｔｅｒｌｏｓｓｒａｔｅꎬｗｅｒｅｆｕｒｔｈｅｒａｎａｌｙｚｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅｖｏｌｕｍｅｒａｔｉｏｏｆｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌｃｈｉｔｏｓａｎｔｏｍｏｄｉｆｉｅｄｃｈｉｃｋｅｎｌｕｎｇꎬｂｏｖｉｎｅｌｕｎｇａｎｄｐｉｇｌｕｎｇｇｅｌａｔｉｎｗａｓ１ʒ２ꎬｔｈｅｐｒｅｐａｒｅｄｃｏｍｐｏｓ￣ｉｔｅｈｙｄｒｏｇｅｌｈａｄｔｈｅｂｅｓｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ.Ａｍｏｎｇｔｈｅｍꎬｔｈｅｃｒｏｓｓｌｉｎｋｉｎｇｄｅｇｒｅｅꎬｇｅｌｓｔｒｅｎｇｔｈꎬｐｏｒｏｓｉｔｙａｎｄｗａｔｅｒｌｏｓｓｒａｔｅｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｈｙｄｒｏｇｅｌｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌｃｈｉｔｏｓａｎａｎｄｍｏｄｉｆｉｅｄｂｏｖｉｎｅｌｕｎｇｇｅｌａｔｉｎａｔａｖｏｌｕｍｅｒａｔｉｏｏｆ１ʒ２ｗｅｒｅ４５ ４％ꎬ５.２４Ｎꎬ６４.５８％ａｎｄ８７.６％ꎬｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙꎬｗｈｉｃｈｗｅｒｅｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈｏｓｅｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｈｙｄｒｏｇｅｌｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌｃｈｉｔｏｓａｎａｎｄｍｏｄｉｆｉｅｄｃｈｉｃｋｅｎｌｕｎｇｇｅｌａｔｉｎａｎｄｍｏｄｉｆｉｅｄｐｉｇｌｕｎｇｇｅｌａｔｉｎａｔａｖｏｌｕｍｅｒａｔｉｏｏｆ１ʒ２.Ｔｈｅｒｅ￣ｓｕｌｔｓｏｆｔｈｉｓｓｔｕｄｙｐｒｏｖｉｄｅｄａｎｅｗｉｄｅａｆｏｒｔｈｅｈｉｇｈｖａｌｕｅ￣ａｄｄｅｄｒｅｓｏｕｒｃｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｌｉｖｅｓｔｏｃｋａｎｄｐｏｕｌｔｒｙｌｕｎｇ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:㊀ｍｏｄｉｆｉｅｄｌｉｖｅｓｔｏｃｋａｎｄｐｏｕｌｔｒｙｌｕｎｇｇｅｌａｔｉｎꎻｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌｃｈｉｔｏｓａｎꎻｈｙｄｒｏｇｅｌ㊀㊀明胶是工业生产常用的蛋白质类水凝胶组分ꎬ具有良好的热可逆性㊁透明度㊁冷水不溶㊁体温溶点和促进细胞黏附等特征ꎬ且可以通过物理㊁化学和酶处理等方式转变为水凝胶[１]ꎮ徐达达[２]将改性明胶与大黄多糖㊁淫羊藿多糖混合制备的水凝胶可作为细胞外基质用于组织工程ꎮ张秀梅等[３]利用谷氨酰胺转移酶和钙离子双交联的方法制备明胶/海藻酸钠水凝胶ꎬ再将制备好的水凝胶浸泡在单宁酸溶液中ꎬ使水凝胶发生进一步交联ꎬ进而得到黏附性高㊁可剥离性好的伤口敷料ꎮ壳聚糖可抑制生物合成并破坏细胞壁之间的运输ꎬ导致细菌死亡[４]ꎮ羧甲基壳聚糖作为壳聚糖衍生物ꎬ具有良好的胶凝性㊁抗菌性和生物相容性等特性ꎬ是近些年来广受关注的一种新型工业材料ꎮＯｕｙａｎｇ等[５]将罗非鱼皮肤中提取的肽与壳聚糖混合制备出可以增强细胞迁移㊁促进皮肤再生的水凝胶ꎮ张宝忠等[６]用羧甲基壳聚糖与明胶交联ꎬ制得具有止血㊁保湿功能的水凝胶ꎮＰｏｖｅｒｅｎｏｖ等[７]将壳聚糖/明胶复合水凝胶涂层于辣椒表面ꎬ发现涂层能抑制辣椒腐败㊁延长辣椒的货架期ꎮ目前在鱼皮明胶及动物皮肤明胶的制备㊁改性及其与多糖类聚合物交联制备水凝胶方面已有较多研究ꎬ但在畜禽肺部改性明胶与羧甲基壳聚糖交联制备水凝胶的研究相对较少ꎮ近年来ꎬ中国畜禽屠宰量逐年上升ꎬ除了少量牛肺㊁猪肺用作烹饪材料外ꎬ大部分牛肺㊁猪肺与鸡肺被简单处理成饲料ꎮ李小勇等[８]㊁王春焕等[９]㊁潘佳昕等[１０]研究发现猪肺㊁牛肺和鸡肺中含有丰富的胶原蛋白ꎬ因此牛肺㊁猪肺与鸡肺的饲料化处理不但造成了资源浪费ꎬ还降低了畜禽养殖效益ꎮ本研究通过牛肺㊁猪肺㊁鸡肺明胶的改性及其与羧甲基壳聚糖不同混合比例交联制备水凝胶ꎬ利用物理和化学方法分析上述水凝胶的结构和性能ꎬ探讨牛肺㊁猪肺㊁鸡肺改性明胶与羧甲基壳聚糖混合比例对水凝胶性能的影响ꎬ以期建立畜禽肺高附加值利用新方法ꎮ１㊀材料与方法１.１㊀材料与设备羧甲基壳聚糖购自上海麦克林生化科技有限公司ꎬ１￣乙基￣(３￣二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐㊁无水乙二胺购自上海源叶生物科技有限公司ꎬ牛肺明胶㊁猪肺明胶和鸡肺明胶参照潘佳昕等[１０]的方法制备ꎮＭＣＲ０２流变仪购自德国安东帕公司ꎬＴＶＴ￣３００ＸＰ质构仪购自瑞典ＴｅｘＶｏｌ公司ꎬＥＶＯ￣ＬＳ１０扫描电子显微镜购自德国ＺｅｉｓｓｅＯｂｅｒｋｏｃｈｅｎ公司ꎬＮｉｃｏｌｅｔｉＳ￣５傅里叶变换红外光谱仪购自美国ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ公司ꎬＨＨ￣４数显恒温水浴锅购自常州国华仪器有限公司ꎬＳＴＡ￣４４９Ｃ差示扫描量热仪购自德国Ｎｅｔｚｓｃｈ公司ꎬＡｌｐｈａ１￣２ＬＤｐｌｕ冷冻干燥机购自德国Ｃｈｒｉｓｔ公司ꎮ１.２㊀试验与分析方法１.２.１㊀明胶的改性㊀参照徐达达[２]的方法进行实验室自制改性肺明胶ꎮ称取５ｇ肺明胶６０ħ溶于１００ｍｌｐＨ为５的０ １ｍｏｌ/Ｌ磷酸盐溶液ꎬ混匀后加入１６ １ｍｌ的乙二胺ꎬ搅拌均匀后用６ｍｏｌ/Ｌ的ＨＣｌ调整ｐＨ到５ ０ꎬ再加入２ ６７ｇ１￣乙基￣(３￣二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(ＥＤＣ)ꎬ混合后用０ １ｍｏｌ/Ｌ的磷酸盐溶液定容至２５０ｍｌꎮ３７ħ加热２ｈ后放至常温ꎬ使用相对分子质量为３.５ˑ１０６的透析袋透析３ｄꎬ冻干后获得改性肺明胶ꎮ１.２.２㊀水凝胶的制备㊀称取４０ｇ羧甲基壳聚糖ꎬ用去离子水定容至１Ｌꎬ得到４０ｍｇ/ｍｌ的羧甲基壳聚糖溶液ꎻ分别称取１５０ｇ鸡肺明胶㊁牛肺明胶㊁猪肺明胶㊁改性鸡肺明胶㊁改性牛肺明胶㊁改性猪肺明胶ꎬ６０ħ加热后用去离子水定容至１Ｌꎬ得到１５０ｍｇ/ｍｌ的鸡肺明胶溶液㊁牛肺明胶溶液㊁猪肺明胶溶液和改性鸡肺明胶溶液㊁改性牛肺明胶溶液㊁改性猪肺明胶溶液ꎮ分别将上述羧甲基壳聚糖溶液和鸡肺明胶溶３５５李㊀良等:改性鸡肺㊁牛肺㊁猪肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶的制备及性能液㊁牛肺明胶溶液㊁猪肺明胶溶液㊁改性鸡肺明胶溶液㊁改性牛肺明胶溶液㊁改性猪肺明胶溶液按体积比１ʒ１㊁２ʒ１㊁１ʒ２混合ꎬ制得３种配比的肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶和改性肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶ꎮ１.２.３㊀水凝胶交联度测定㊀基于材料中游离氨基含量与吸光度成正比的原理ꎬ参照李改莹[１１]的方法测水凝胶交联度ꎮ称取冻干状态下的鸡肺明胶㊁牛肺明胶㊁猪肺明胶㊁鸡肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶㊁牛肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶㊁猪肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶和改性鸡肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶㊁改性牛肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶㊁改性猪肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶各２ｍｇꎬ分别加入１ｍｌ纯水ꎬ体温下溶解静置８ｈꎬ待其充分反应后ꎬ加入１ ０ｍｌ茚三酮溶液ꎬ混匀后１００ħ加热２０ｍｉｎꎬ用体积百分数５０％的异丙醇溶液将其稀释１ˑ１０４倍ꎬ并测定各处理５７０ｎｍ处的吸光度ꎮ然后配制０ ７５ｍｍｏｌ/Ｌ㊁１ ００ｍｍｏｌ/Ｌ㊁１ ２５ｍｍｏｌ/Ｌ㊁１ ７５ｍｍｏｌ/Ｌ㊁２ ５０ｍｍｏｌ/Ｌ和５ ００ｍｍｏｌ/Ｌ的甘氨酸溶液ꎬ按照上述步骤ꎬ与茚三酮溶液加热反应ꎬ并测得混合液吸光度值得到标准曲线ꎬ进而根据各水凝胶试样的吸光度和标准曲线得到各水凝胶试样的游离氨基含量ꎬ再由式(１)计算水凝胶交联度:交联度＝１－ＯＤｓａｍｐｌｅＯＤｇｅｌａｔｉｎæèçöø÷ˑ１００％(１)式(１)中ꎬＯＤｓａｍｐｌｅ表示鸡肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶㊁牛肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶㊁猪肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶和改性鸡肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶㊁改性牛肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶㊁改性猪肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶的游离氨基含量ꎬＯＤｇｅｌａｔｉｎ为鸡肺明胶㊁牛肺明胶㊁猪肺明胶的游离氨基含量ꎮ１.２.４㊀水凝胶强度测定㊀参照Ｆａｎ等[１２]的方法进行水凝胶强度的测定ꎮ设置ＴＶＴ￣３００ＸＰ质构仪的参数为探头型号Ｐ３６Ｒ㊁形变量８０％㊁检测速率１２０ｍｍ/ｍｉｎ㊁起始力０ １５Ｎ㊁返回速率１２０ｍｍ/ｍｉｎ㊁２次下压间隔时间１ ５ｓ㊁凝胶强度模式ＴＰＡ进行水凝胶强度的测定ꎮ１.２.５㊀水凝胶红外光谱特征分析㊀参照Ｓｈｉ等[１３]的方法ꎬ设置傅里叶变换红外光谱仪的光谱扫描范围为４０００~５００ｃｍ－１ꎬ扫描次数６４次ꎬ分辨率为１ｃｍ－１对水凝胶进行红外光谱特征分析ꎬ判断水凝胶是否发生交联反应ꎮ１.２.６㊀水凝胶溶胀性能分析㊀参照Ｆａｎ等[１４]的方法ꎬ将水凝胶制成直径为１ｃｍ的圆片ꎬ冻干后称取质量ꎬ记为ｍ０ꎬ在３７ħ条件下用ｐＨ为７ ４的ＰＢＳ缓冲液浸泡溶胀ꎬ浸泡１０ｍｉｎ㊁２０ｍｉｎ㊁３０ｍｉｎ㊁６０ｍｉｎ㊁９０ｍｉｎ㊁１２０ｍｉｎ㊁２４０ｍｉｎ㊁３６０ｍｉｎ㊁４８０ｍｉｎ㊁６００ｍｉｎ㊁７２０ｍｉｎ后取出ꎬ吸干表面ＰＢＳ缓冲液残液后再次称取水凝胶质量ꎬ记为ｍ１ꎮ由式(２)计算各时刻的溶胀率:溶胀率＝ｍ１－ｍ０ｍ０ˑ１００％(２)１.２.７㊀水凝胶微观结构分析㊀将冻干后的水凝胶抽真空后在其表面喷金ꎬ使用ＥＶＯ￣ＬＳ１０扫描电子显微镜进行微观结构观察与分析ꎮ１.２.８㊀水凝胶孔隙率测定㊀参照闫金鑫[１５]的方法测定水凝胶孔隙率ꎮ称取ｖ１体积无水乙醇倒入量筒ꎬ将适量改性肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶放进量筒中浸没ꎬ静置ꎬ直至摇晃量筒时无气泡冒出ꎬ记录两者混合体积ｖ２ꎬ之后将水凝胶取出ꎬ记录此时无水乙醇的体积为ｖ３ꎮ由式(３)计算水凝胶的孔隙率:孔隙率＝ｖ１－ｖ３ｖ２－ｖ３ˑ１００％(３)１.２.９㊀水凝胶热变分析㊀将差示扫描量热仪升温模式设置为标准模式ꎬ温度范围２０~４００ħꎬ升温速度１０ħ/ｍｉｎꎬ氮气吹扫速率６０ｍｌ/ｍｉｎꎬ将１０ｍｇ精细研磨的水凝胶放入差示扫描量热仪进行热变分析ꎮ１.２.１０㊀水凝胶失水率测定㊀将质量为ｍ１的水凝胶在３７ħ烘箱中干燥２４ｈꎬ记录烘干后的质量(ｍ２)ꎮ由式(４)计算水凝胶的失水率:失水率＝ｍ１－ｍ２ｍ１ˑ１００％(４)１.３㊀数据统计与分析上述处理均３个重复ꎬ利用ＳＰＳＳＶ２６.０软件进行数据分析与处理ꎮ采用Ｔｕｒｋｅｙ检验分析处理之间的差异显著性(Ｐ<０ ０５)ꎮ利用Ｏｒｉｇｉｎ２０２１软件作图ꎮ２㊀结果与分析２.１㊀羧甲基壳聚糖与肺明胶(改性肺明胶)混合比例对复合水凝胶交联度的影响㊀㊀甘氨酸标准浓度曲线如图１Ａ所示ꎮ从图中可以看出ꎬ甘氨酸浓度与吸光度之间存在较好的线性关系ꎬ决定系数(Ｒ２)达０ ９９９３ꎮ不同混合比例的水凝４５５江苏农业学报㊀２０２４年第４０卷第３期胶交联度如图１Ｂ所示ꎮ从图中可以看出ꎬ改性鸡㊁牛㊁猪肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶的交联程度均高于鸡㊁牛㊁猪肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶ꎮ当羧甲基壳聚糖与改性肺明胶的比例由１ʒ１增加到１ʒ２时ꎬ改性肺明胶的添加比例增大ꎬ改性鸡㊁牛㊁猪肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶交联度也分别由２８ ７２％㊁２９ ２４％㊁２６ ７３％增加到４３ ２６％㊁４５ ４０％㊁３９ ４６％ꎮ这可能是由于改性肺明胶的增加提高了复合水凝胶中氨基基团的含量ꎬ使得其与羧甲基壳聚糖上的羧基和羟基更充分发生交联ꎬ交联度上升[１６]ꎮ而当羧甲基壳聚糖与改性肺明胶比例由１ʒ１变为２ʒ１时ꎬ羧甲基壳聚糖的含量增加ꎬ改性鸡㊁牛㊁猪肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶交联度也分别由２８ ７２％㊁２９ ２４％㊁２６ ７３％增加至４１ １９％㊁３７ ７６％㊁２８ ５１％ꎮ可能是交联过程所需要的氨基更多ꎬ所以在同样增加反应基团的情况下ꎬ增加改性肺明胶比例对提升复合水凝胶交联度的效果更好ꎮ２.２㊀羧甲基壳聚糖与肺改性明胶混合比例对复合水凝胶强度的影响㊀㊀羧甲基壳聚糖与改性肺明胶混合比例对复合水凝胶强度的影响如图２所示ꎮ从图２可以看出ꎬ３种混合比例的复合水凝胶中ꎬ改性牛肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶的凝胶强度最高ꎬ其次为鸡肺改性明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶ꎬ改性猪肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶的凝胶强度最低ꎮ而３个混合比例中ꎬ羧甲基壳聚糖与肺改性明胶按１ʒ２配制得到的复合水凝胶凝胶强度最高ꎬ其次是比例为２ʒ１ꎬ１ʒ１配制得到的复合水凝胶凝胶强度最低ꎮ本试验中羧甲基壳聚糖与改性牛肺明胶按１ʒ２配制得到的复合水凝胶凝胶强度显著高于其他两种比例的甲基壳聚糖与改性肺明胶混合得到的复合水凝胶ꎬ但低于刘佳炜等[１７]制得的明胶￣壳聚糖￣海藻酸钠复合水凝胶的凝胶强度(６.１２５Ｎ)ꎬ原因可能在于后者制备复合水凝胶的过程中加入了海藻酸钠ꎬ加深了交联反应ꎮ与罗穆潮等[１８]制备的壳聚糖/白芨胶复合水凝胶的凝胶强度(１.９８Ｎ)相比ꎬ本试验制备的３种混合比例的改性肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶的凝胶强度均高于前者ꎮ从图２中还可以看出ꎬ羧甲基壳聚糖与改性肺明胶１ʒ１配制得到的复合水凝胶的凝胶强度明显低于１ʒ２和２ʒ１配制得到的复合水凝胶ꎬ说明增加羧甲基壳聚糖或者改性肺明胶的含量都利于复合水Ａ:甘氨酸标准浓度曲线ꎻＢ:交联度ꎮ图柱上不同小写字母表示同一混合比例下不同复合水凝胶间具有显著性差异(Ｐ<０ ０５)ꎮ图１㊀羧甲基壳聚糖与肺明胶(改性肺明胶)不同混合比例制备的复合水凝胶的交联度Ｆｉｇ.１㊀Ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｉｎｇｄｅｇｒｅｅｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｈｙｄｒｏｇｅｌｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｌｕｎｇｇｅｌａｔｉｎ(ｍｏｄｉｆｉｅｄｌｕｎｇｇｅｌａｔｉｎ)ａｎｄｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌｃｈｉｔｏｓａｎｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｉｘｉｎｇｒａｔｉｏｓ凝胶凝胶强度的增加ꎮ熊拯[１９]在大豆分离蛋白￣阴离子多糖复合体系水凝胶中增加多糖比例时ꎬ同样发现凝胶强度增加ꎮ其原因可能在于增加羧甲基壳聚糖或者改性肺明胶含量时ꎬ水凝胶的质量呈增加趋势ꎬ而水凝胶质量的增加ꎬ一方面会增加改性肺明胶分子上的氨基㊁羧基与羧甲基壳聚糖分子链上的羧基㊁羟基之间的静电交互作用及氢键相互作用ꎬ另一方面会提高水凝胶整体密度ꎬ导致水凝胶聚合物缠结更加紧密ꎮ水凝胶中分子链通常呈交织结构ꎬ这种结构不但能均匀传递与分散水凝胶所受外力[２０]ꎬ还能消散或抵抗剪切能量[２１]ꎬ因而ꎬ在水凝胶质量增加时ꎬ水凝胶分子链交织程度增加ꎬ进而表现为水凝胶的机械强度增强ꎮ２.３㊀羧甲基壳聚糖与肺明胶(改性肺明胶)不同混合比例的复合水凝胶的红外光谱㊀㊀图３为羧甲基壳聚糖㊁改性肺明胶及２者不同５５５李㊀良等:改性鸡肺㊁牛肺㊁猪肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶的制备及性能混合比例制得的复合水凝胶的红外光谱ꎮ羧甲基壳聚糖在３０１０ｃｍ－１处有表示＝Ｃ－Ｈ和ＮＨ３＋不对称拉伸振动的特征峰ꎬ在１５８９ｃｍ－１和１４１１ｃｍ－１处有分别表示羧基对称伸缩振动(与Ｎ－Ｈ弯曲重叠)和羧基不对称伸缩振动的特征峰[２２]ꎮ改性牛肺㊁鸡肺明胶在大约３２７９ｃｍ－１存在与ＮＨ基团的拉伸振动㊁氢键有关的吸收峰ꎬ１６３８ｃｍ－１处存在Ｃ＝Ｏ的伸缩振动峰ꎬ１５７６ｃｍ－１处为－ＮＨ２的特征吸收峰ꎬ１４１６ｃｍ－１处的吸收峰为－ＣＯＯ－的对称伸缩振动ꎬ１２３６ｃｍ－１处为Ｃ－Ｎ吸收带[２３](图３ａ)ꎮ改性肺明胶/羧甲基壳聚糖不同混合比例的３种复合水凝胶都没有显示羧甲基壳聚糖的羧基吸收峰(１５８９ｃｍ－１㊁１４１１ｃｍ－１)ꎬ且１４０９ｃｍ－１处的峰减弱ꎬ这说明复合水凝胶形成后羧基基团减少ꎬ羧酸根离子和铵离子之间发生了静电作用ꎬ从而以此为基础产生交联反应ꎮ３种复合水凝胶的ＮＨ基团拉伸振动吸收峰由３２７９ｃｍ－１偏移至３０００ｃｍ－１附近ꎬ说明水凝胶的形成与氢键有关ꎬ且增强了分子间氢键ꎮ以上结果表明改性肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶中羟基㊁氨基和羧基之间存在氢键和静电相互作用ꎬ已产生交联反应[２２](图３ｂ㊁图３ｃ㊁图３ｄ)ꎮ图柱上不同小写字母表示同一混合比例下不同复合水凝胶间具有显著性差异(Ｐ<０ ０５)ꎮ图２㊀羧甲基壳聚糖与改性肺明胶不同混合比例制备的复合水凝胶的凝胶强度Ｆｉｇ.２㊀Ｇｅｌｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｈｙｄｒｏｇｅｌｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｍｏｄｉ￣ｆｉｅｄｌｕｎｇｇｅｌａｔｉｎａｎｄｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌｃｈｉｔｏｓａｎｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒ￣ｅｎｔｍｉｘｉｎｇｒａｔｉｏｓ图３㊀羧甲基壳聚糖与改性肺明胶不同混合比例制备的复合水凝胶的红外光谱Ｆｉｇ.３㊀Ｆｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｏｇｒａｍｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｈｙｄｒｏｇｅｌｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｍｏｄｉｆｉｅｄｌｕｎｇｇｅｌａｔｉｎａｎｄｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌｃｈｉｔｏｓａｎｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｉｘｉｎｇｒａｔｉｏｓ６５５江苏农业学报㊀２０２４年第４０卷第３期２.４㊀羧甲基壳聚糖与改性肺明胶混合比例对复合水凝胶溶胀性的影响㊀㊀羧甲基壳聚糖与改性肺明胶不同混合比例制备的复合水凝胶的溶胀特征如图４所示ꎮ随着浸泡时间的延长ꎬ０~１２０ｍｉｎ内ꎬ冻干复合水凝胶溶胀比例呈现快速增加的趋势ꎻ１２０ｍｉｎ后ꎬ不同混合比例的复合水凝胶的溶胀比例趋于平缓ꎬ５００ｍｉｎ后不同混合比例的复合水凝胶溶胀比例趋于稳定ꎬ介于４８０％~５５０％ꎬ这说明改性肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶具有较强的吸水能力ꎮ其原因在于水凝胶中羟基㊁氨基和酰胺基具有大量的亲水基团ꎬ可使水凝胶吸水膨胀[２４]ꎮ在吸水膨胀期间ꎬ水凝胶内部的交联网络结构能够有效防止水凝胶过度膨胀造成的结构崩坏ꎮ当水凝胶溶胀比例达到最大时ꎬ饱和的水凝胶网络形成ꎬ水分子进出水凝胶达到动态平衡ꎮ从图４还可以看出ꎬ交联度最高的羧甲基壳聚糖与改性牛肺明胶１ʒ２配制的复合水凝胶溶胀率低于２ʒ１配制的复合水凝胶ꎬ交联度最小的１ʒ１配制的复合水凝胶溶胀率最低ꎮ其原因可能是随交联程度的加深ꎬ羧甲基壳聚糖和改性肺明胶之间的氢键相互作用逐渐增强ꎬ水凝胶网络结构更加坚固ꎬ从而限制了水凝胶的溶胀行为[２５]ꎮ此外ꎬ氢键的逐渐增加导致复合水凝胶内部形成更加均匀的三维网络结构ꎬ导致复合水凝胶的孔径减小ꎬ孔隙度变小ꎬ进而使得复合水凝胶的持水量降低ꎬ这个特征与Ｇｉｌａｒｓｋａ等[２６]的研究结果一致ꎮ而交联度低的羧甲基壳聚糖与改性猪肺明胶１ʒ１配制的复合水凝胶溶胀率低可能是该比例配制的复合水凝胶内部交联网络比较松散ꎬ水分子能够自由进出ꎬ且进去的水分无法被凝胶网络锁住ꎬ从而导致其溶胀率低ꎮ本研究中ꎬ羧甲基壳聚糖与改性猪肺明胶１ʒ１配制的复合水凝胶溶胀率最低ꎬ稳定溶胀率约４８０％ꎬ远高于张晓亮等[２７]利用兔皮胶原与Ｏ￣羧甲基壳聚糖混合制得的复合水凝胶的溶胀率(约１６０％)ꎮ２.５㊀羧甲基壳聚糖与肺明胶(改性肺明胶)混合比例对复合水凝胶微观结构的影响㊀㊀图５为羧甲基壳聚糖与改性肺明胶不同混合比例制备的复合水凝胶内部微观形态ꎮ从图中可以看出ꎬ本试验制备的所有复合水凝胶具有类似的多孔结构ꎬ孔洞直径大小不一ꎬ介于３~１５０μｍꎬ且孔洞相互贯穿相连ꎮ羧甲基壳聚糖与改性肺明胶１ʒ２配比制备的复合水凝胶孔径(图５ｄ㊁图５ｅ㊁图５ｆ)要小图４㊀羧甲基壳聚糖与改性肺明胶不同混合比例制备的复合水凝胶的溶胀曲线Ｆｉｇ.４㊀Ｓｗｅｌｌｉｎｇｃｕｒｖｅｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｈｙｄｒｏｇｅｌｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｍｏｄｉｆｉｅｄｌｕｎｇｇｅｌａｔｉｎａｎｄｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌｃｈｉｔｏｓａｎｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｉｘｉｎｇｒａｔｉｏｓ于２ʒ１配比制备的复合水凝胶(图５ｇ㊁图５ｈ㊁图５ｉ)和１ʒ１配比制备的复合水凝胶(图５ａ㊁图５ｂ㊁图５ｃ)ꎮ其原因可能是复合水凝胶交联程度的差异所导致的ꎮ随着水凝胶交联程度的增加ꎬ水凝胶内部不同结构之间的作用力增强ꎬ从而导致孔径逐渐缩小ꎬ结构更加紧密ꎮ羧甲基壳聚糖与改性肺明胶不同配比制备的复合水凝胶孔隙率情况如图６所示ꎮ由图６可以看出ꎬ不同复合水凝胶孔隙率与微观结构的变化特征相一致ꎮ羧甲基壳聚糖与改性肺明胶１ʒ２配比制备的复合水凝胶的孔径最小ꎬ相应的孔隙率也最小ꎮ改性肺明胶的来源对复合水凝胶孔隙率也有一定影响ꎮ改性牛肺明胶与羧甲基壳聚糖混合制得的复合水凝胶孔隙率要低于同配比的改性鸡肺明胶和改性猪肺明胶与羧甲基壳聚糖混合制得的复合水凝胶ꎮ本试验制备的复合水凝胶孔隙率均低于孙士儒等[２８]制得的海藻酸钠￣明胶复合水凝胶ꎬ与任荣等[２９]制得的海藻酸钠￣明胶复合水凝胶相似ꎮ７５５李㊀良等:改性鸡肺㊁牛肺㊁猪肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶的制备及性能ａ:羧甲基壳聚糖与改性鸡肺明胶１ʒ１混合的复合水凝胶ꎻｂ:羧甲基壳聚糖与改性牛肺明胶１ʒ１混合的复合水凝胶ꎻｃ:羧甲基壳聚糖与改性猪肺明胶１ʒ１混合的复合水凝胶ꎻｄ:羧甲基壳聚糖与改性鸡肺明胶１ʒ２混合的复合水凝胶ꎻｅ:羧甲基壳聚糖与改性牛肺明胶１ʒ２混合的复合水凝胶ꎻｆ:羧甲基壳聚糖与改性猪肺明胶１ʒ２混合的复合水凝胶ꎻｇ:羧甲基壳聚糖与改性鸡肺明胶２ʒ１混合的复合水凝胶ꎻｈ:羧甲基壳聚糖与改性牛肺明胶２ʒ１混合的复合水凝胶ꎻｉ:羧甲基壳聚糖与改性猪肺明胶２ʒ１混合的复合水凝胶ꎮ图５㊀羧甲基壳聚糖与改性肺明胶不同混合比例制备的复合水凝胶的微观结构Ｆｉｇ.５㊀Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｈｙｄｒｏｇｅｌｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｍｏｄｉｆｉｅｄｌｕｎｇｇｅｌａｔｉｎａｎｄｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌｃｈｉｔｏｓａｎｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｉｘｉｎｇｒａｔｉｏｓ柱上不同小写字母表示同一混合比例下不同复合水凝胶间具有显著性差异(Ｐ<０ ０５)ꎮ图６㊀羧甲基壳聚糖与改性肺明胶不同混合比例制备的复合水凝胶的孔隙率Ｆｉｇ.６㊀Ｐｏｒｏｓｉｔｙｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｈｙｄｒｏｇｅｌｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｍｏｄｉｆｉｅｄｌｕｎｇｇｅｌａｔｉｎａｎｄｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌｃｈｉｔｏｓａｎｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｉｘｉｎｇｒａｔｉｏｓ２.６㊀羧甲基壳聚糖与改性肺明胶不同配比制备的复合水凝胶的热变特征㊀㊀羧甲基壳聚糖㊁改性鸡肺明胶㊁改性牛肺明胶㊁改性猪肺明胶以及羧甲基壳聚糖与改性肺明胶不同混合比例制备的复合水凝胶热变特征如图７所示ꎮ当改性肺明胶与羧甲基壳聚糖未发生交联时ꎬ在６０~７５ħ有一个反应吸收峰ꎬ而当改性肺明胶与羧甲基壳聚糖混合交联后ꎬ之前的吸收峰消失ꎬ原因在于多糖与蛋白质之间形成了非共价键结合构建为更复杂㊁更稳定的网络结构ꎬ使得复合水凝胶变性需要更高的温度ꎮ羧甲基壳聚糖与改性肺明胶３种不同混合比例制备的复合水凝胶具有相似的热变特征(图７ｂ㊁７ｃ㊁７ｄ)ꎮ当温度从０ħ升高到１００ħ时ꎬ样品质量的减少主要是水分的蒸发损失[３０]ꎮ之后ꎬ质量损失主要归因于暴露的羧甲基壳聚糖和改性肺明胶侧链的降解ꎻ在１２０ħ左右出现的一个中心峰ꎬ可能是复合水凝胶内部结构中的静电作用力以及氢键㊁范德华力等被逐步破坏所致ꎮ这与应慧妍[３１]利用胶原蛋白￣透明质酸制备的水凝胶热变特征一致ꎮ本试验中羧甲基壳聚糖与改性肺明胶不同混合比例制备的复合水凝胶峰面积和反应峰位置存在一定的偏差ꎬ这可能与复合水凝胶内部各作用力的强度差异相关ꎻ同一混合比例下不同改性肺明胶与羧甲基壳聚８５５江苏农业学报㊀２０２４年第４０卷第３期糖制备的复合水凝胶峰面积和反应峰位置亦不完全相同ꎬ说明材料来源同样影响复合水凝胶峰面积和反应峰位置ꎮ图７㊀羧甲基壳聚糖与改性肺明胶不同混合比例制备的复合水凝胶热变图Ｆｉｇ.７㊀Ｔｈｅｒｍａｌｃｈａｎｇｅｄｉａｇｒａｍｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｈｙｄｒｏｇｅｌｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｍｏｄｉｆｉｅｄｌｕｎｇｇｅｌａｔｉｎａｎｄｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌｃｈｉｔｏｓａｎｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｉｘ￣ｉｎｇｒａｔｉｏｓ２.７㊀羧甲基壳聚糖与改性肺明胶不同混合比例制备的复合水凝胶的失水率㊀㊀羧甲基壳聚糖与改性肺明胶不同混合比例制备的复合水凝胶失水率变化特征如图８所示ꎮ１ʒ１配比下ꎬ羧甲基壳聚糖与改性鸡肺明胶㊁改性牛肺明胶㊁改性猪肺明胶混合制得的复合水凝胶失水率分别为９１ ５３％㊁９０ ６４％㊁９２ ７５％ꎬ１ʒ２混合比例下复合水凝胶失水率分别为８７ ９８％㊁８７ ２７％㊁８９ １１％ꎬ２ʒ１混合比例下复合水凝胶失水率分别为８８ ３１％㊁８７ ６０％㊁９０ １７％ꎮ随着改性肺明胶比例的增加或羧甲基壳聚糖比例的增加ꎬ复合水凝胶失水率都呈下降趋势ꎬ这一结果与孙萌[３２]利用金银花多糖与羧甲基壳聚糖制得的复合水凝胶失水率相似ꎮ其原因可能是随着羧甲基壳聚糖或改性肺明胶配比的提升ꎬ复合水凝胶内部分子间的交联更加紧密ꎬ孔径更小ꎬ锁水㊁保水能力更强ꎬ进而使得复合水凝胶失水率降低ꎮ一般而言ꎬ复合水凝胶交联程度的高低与复合水凝胶失水率呈反比ꎮ３㊀结论本试验以羧甲基壳聚糖和牛肺㊁鸡肺㊁猪肺为主要原料ꎬ通过肺明胶的制作与改性ꎬ不同比例的羧甲基壳聚糖与改性肺明胶混合制备复合水凝胶ꎮ经理化性能分析ꎬ羧甲基壳聚糖与改性牛肺明胶１ʒ２混合比例制备的复合水凝胶理化性能最好ꎬ其次为羧甲基壳聚糖与改性鸡肺明胶１ʒ２混合比例制备的复合水凝胶和羧甲基壳聚糖与改性猪肺明胶制备的复合水凝胶ꎮ虽然改性鸡肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶的性质不是最优ꎬ但鸡肺的资源更广ꎬ成本更低ꎬ与牛肺相比还消除了造成疯牛病的隐患ꎬ所以在生产中可用改性鸡肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶替代改性牛肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶ꎮ９５５李㊀良等:改性鸡肺㊁牛肺㊁猪肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶的制备及性能。
羧甲基纤维素钠水凝胶的制备及其生物降解性研究
羧甲基纤维素钠水凝胶的制备及其生物降解性研究
羧甲基纤维素钠水凝胶已受到众多学者们的广泛关注，该材料具有优良的凝胶性能，可用于表面活性剂生物降解技术的开发中。
因此，研究羧甲基纤维素钠的制备和其生物降解性成为近年来受到许多科研工作者热烈关注的话题。
由于羧甲基纤维素钠具有良好的生物降解性，其制备过程非常重要。
大部分学者在钠支链环化反应中采用热降解法来获得羧甲基纤维素钠水凝胶，而环化羧甲基纤维素可以通过酒精热处理来实现，酒精热处理基于交联反应而发生，而交联反应中需要醛类方法作为环化剂，并在室温下反应较久，以使得聚合物形成更复杂的网络结构。
目前，对羧甲基纤维素钠水凝胶的生物降解性也受到了关注，如利用真菌、双歧杆菌、细菌等降解，以及酶分解、降解物质分解反应等。
研究发现，自然降解速度较慢，但在真菌和自然环境中可得到较好的生物降解表现。
此外，酶介导降解能够显著加速降解过程，但受到温度、酸碱度等因素的影响，故需要进一步研究。
总而言之，羧甲基纤维素钠水凝胶是一种新型的材料，具有很强的生物降解性能，在表面活性剂生物降解技术的开发方面具有重要的意义，值得学者们的深入研究。
未来，将对其制备工艺进行改进，以用于生活垃圾处理及其他应用场合。