不同原材料對微晶纖維素平衡聚合度的影響研究*

不同原材料對微晶纖維素平衡聚合度的影響研究*

摘要：目的：對不同廠家所使用不同原材料制得的多批微晶纖維素進行聚合度測定，討論不同原材料對微晶纖維素聚合度的影響。方法：采用粘度法對微晶纖維素的聚合度進行測定，方法穩定，裝置及操作簡單，結果可靠。結果：經過對9個國內外不同廠家所生產的25批微晶纖維素進行聚合度測定，結果均符合美國藥典USP34-NF29的規定(≤300)，但不同廠家之間的產品聚合度有一定差異性。結論：不同的原材料會對微晶纖維素的聚合度造成一定影響，其中以精制棉為原材料的微晶纖維素聚合度最高，范圍在219～234；以純棉纖維素為原材料的微晶纖維素聚合度最低，范圍在87～95。

關鍵詞：原材料；微晶纖維素；聚合度

微晶纖維素 (Microcrystalline cellulose，MCC ) 是一種以β-1,4 葡萄糖苷鍵結合的直鏈式多糖，由天然纖維素經稀酸水解至極限聚合度 (LOOP) 的可自由流動的白色或近白色粉末狀固體產物。主要由以纖維素為主體的有機物(約99.95 % )和微晶無機物 (約0.05 %，如灰分)組成。灰分的主要成分為Ca、Si、Mg、Al、Fe及其他極微量的金屬元素。自1894年Girard首次將纖維素稀酸水解的固體產物命名為“水解纖維素”至今，已有120多年的歷史，隨著科學技術的不斷進步，這一曾在20世紀60年代以前被視為無法利用的產品，如今在生產與應用方面取得了迅速發展。人們對它的制備方法、性質、結構進行了不斷深入的研究并將其廣泛應用于醫藥、食品、化妝品以及輕化工部門。由于纖維素廣泛存在于自然界, 據專家估計,全球每年可生產數千億噸纖維素,是石油無法比擬的可再生重大資源。

微晶纖維素是由可自由流動的纖維素晶體組成的天然聚合物，它是纖維原料經稀酸水解并經一系列處理后得到的極限聚合度產物。平均聚合度達到極限聚合度值是這一特定產物的重要基本特性之一，也是與其他水解纖維素粉的顯著區別之一。微晶纖維素作為纖維素的降解產物，聚合度是其一項重要的指標，聚合度的高低程度可以直接影響纖維素的表面性能[1]。

聚合度的測定方法很多，如滲透壓法、光散射法、超速離心法和粘度法等。目前較常用的是粘度法，本文報道以電子旋轉粘度計測定微晶纖維素聚合度的方法，并在已知原材料的情況下，比對不同廠家生產的微晶纖維素聚合度的差異，以此為提高微晶纖維素的現行標準提供依據，并希望對各微晶纖維素生產廠家的原材料選擇起到指導作用。

1實驗材料與方法

1.1儀器轉子型旋轉粘度計SNB-1數字型、電熱恒溫水浴鍋HHS型，上海精密科學儀器有限公司。

1.2試劑銅乙二胺溶液(1mol/L，溶劑為水)，Scientific Research Special公司，批號1BCBJ0671；試驗用水為蒸餾水。

1.3樣品藥用微晶纖維素，共9個廠家，25個批次樣品。

1.4樣品處理取微晶纖維素1.3g，精密稱定至0.1mg。將樣品移至125mL容器中，加水25mL及1.0mol/L的銅胺溶液25mL，振搖至完全混溶。在25±0.1℃下測定。

2實驗部分

2.1測定法在25±0.1℃溫度下以旋轉粘度計測定樣品動力粘度(DV)1。同法測定0.5mol/L銅胺溶液動力粘度(DV)2，并用密度計測得兩者密度ρ。以下列公式換算為運動粘度(KV)1、(KV)2：

表1　不同廠家多批次微晶纖維素聚合度測定結果

運動粘度(KV)=動力粘度(DV)/密度ρ[2]

再以下列公式計算樣品的相對粘度ηrel：

相對粘度ηrel=(KV)1/(KV)2。

以樣品的相對粘度ηrel在USP34[3]中Intrinsic Viscosity Table[4]下查找樣品的固有粘度[η]c,最后以下列公式計算樣品的聚合度：

聚合度P=(95)×[η]c/Ws×[(100-%LoD)/100]

式中：[η]c為樣品固有粘度；

Ws為樣稱樣量；

%LoD為樣品干燥失重百分比。

2.2測定結果測定結果見表1。

3分析與結論

3.1不同原材料所制微晶纖維素聚合度分布情況

圖1　不同原材料所制微晶纖維素聚合度分布圖

由圖1可知，以精制棉為原材料的微晶纖維素聚合度最高，范圍在219～234；以硫酸鹽木漿為原材料的微晶纖維素聚合度在111～122；以木制纖維素為原材料的微晶纖維素聚合度在101～118；以純棉纖維素為原材料的微晶纖維素聚合度最低，范圍在87～95。

3.2國內及國外不同廠家的微晶纖維素聚合度

圖2　國產與進口微晶纖維素聚合度分布圖

不同廠家的微晶纖維素聚合度不相同，進口微晶纖維素聚合度普遍高于國產微晶纖維素，發現國產樣品的聚合度均87～95之間，國外樣品均在101～234之間，國外廠家的微晶纖維素聚合度普遍比國內廠家的微晶纖維素高，說明兩者在原材料的使用方面存在一定差異 。

3.3結論微晶纖維素是由可自由流動的纖維素晶體組成的天然聚合物，它是纖維原料經稀酸水解并經一系列處理后得到的極限聚合度產物。平均聚合度達到極限聚合度值是這一特定產物的重要基本特性之一，也是與其他水解纖維素粉的顯著區別之一。聚合度對微晶纖維素的物理化學性有著顯著的影響，聚合度越高，微晶纖維素的吸水性、可壓縮性、流動性越高，而體積密度及真實密度卻降低，這些因素會顯著影響制劑的性質如硬度、脆碎度等。

本試驗對4種不同原材料的9個廠家(國內6個，國外3個)共25批微晶纖維素的平衡聚合度進行了比較研究，結果表明，使用不同原材料對制得的微晶纖維素的平衡聚合度有較顯著的差異(P<0.05)：

表2　不同原材料微晶纖維素聚合度范圍

可導致微晶纖維素平衡聚合度發生變化的還有制備工藝等因素，筆者將于后續研究中進行考察并形成微晶纖維素聚合度影響因素的完整研究體系。希望通過本研究為提高微晶纖維素的現行標準提供依據，并對各微晶纖維素生產廠家的原材料選擇起到指導作用。

參考文獻

[1]許園，丁宏貴，沈青．聚合度對纖維素表面性能的影響[J].纖維素科學與技術，2007，15(2)：53-56.

[2]《USP34-NF29》[S].

[3]Intrinsic Viscosity Table.USP34-NF29.[S].

[4]傅鮮彩，沈文霞，姚天仰.物理化學(下冊)[M].第四版．北京：高等教育出版社，2001：1 047-1 055.

[5]A. Ramazani,K. Mukherjee,H. Quade. Correlation between 2D and 3D flow curve modelling of DP steels using a microstructure-based RVE approach[J].Materials Science & Engineering A,2013,14(3):207-211.

[6]H. D. Schmidt,H. Hoppe. Preload dependence of dP/dt max, V CE max and calculated V max compared to the inotropic sensitivity of these indices of cardiac contractility[J].Basic Research in Cardiology,1978,73(4):380-393.

[7]She-Jun Chen,Mi Tian,Jing Wang. Dechlorane Plus (DP) in air and plants at an electronic waste (e-waste) site in South China[J].Environmental Pollution,2011,159(5):1 290-1 296.

[8]符若文，李谷，馮開才．高分子物理[M].北京：化學工業出版社，2005：587-601.

[9]朱誠身．聚合物結構分析[M].北京：科學出版社，2004：334-347.

[10]劉振海,陳學思.聚合物量熱測定[M].化學工業出版社, 2002：213-217.

Research on the Impact of Polymerization of Different Raw Materials to Microcrystalline Cellulose

LV Shang1，WEI Hui-zhen1，RAO Yi1，LUO Xiao-jian1

1.TheNationalPlarmaceuticalEngineeringCenterforPreparationinChineseHerbalMedicine，Nanchang330006，China；

2.JiangxiUniversityofTraditionalChineseMedicine，Nanchang330004，China.

Abstract:Objective：Different manufacturers use different raw materials to prepare batches of microcrystalline cellulose, this thesis focuson determination of the degree of polymerization to discuss the impact of different raw materials. Methods: Viscosity measured the degree of polymerization of microcrystalline cellulose. The devices was simple operated and could get reliable results. Results: After the determination of the degree of polymerization of 25 batches of microcrystalline cellulose production in nine different manufacturers at home and abroad, the results were in line with the provisions of the United States Pharmacopoeia USP34-NF29 (≤ 300), but among different manufacturers of the products had a certain degree of polymerization differences. Conclusion: The degree of polymerization of different raw materials will impact microcrystalline cellulose. Refined cotton as the raw materials of microcrystalline cellulose has the highest degree of polymerization, range in the 219 to 234, while cotton cellulose as raw material has the lowest degree of polymerization to a minimum, in the range of 87 to 95.

Key words:Raw materials；Microcrystalline；Polymerization

收稿日期：(2014-08-25)編輯：薛鐵瑛

中圖分類號：R283.6

文獻標識碼：B

基金項目：*國家中醫藥行業科研專項項目(200807032)。

通信作者：★呂尚1魏惠珍1饒毅1*饒毅，教授。研究方向：中藥復方質量控制。Tel：(0791)7119609，E-mail：raoyi99@126.com。羅曉健2(1.中藥固體制劑制造技術國家工程研究中心南昌 330006；2.江西中醫藥大學南昌 330004)