摘 要

魔芋葡甘聚糖（简称KGM）来源于魔芋的根茎中，是一种自然界中含量极为丰富的天然多糖，作为天然高分子，具有十分广阔的应用前景。但是天然的魔芋葡甘聚糖有相对分子质量很大、流变性较差、在水中的溶解度较小等缺点，限制了其应用。为了更好的开发利用这种天然高分子，通常对其进行改性，以获得优良的性能。又由于魔芋葡甘聚糖在水中的溶解性欠佳，不利于改性反应的进行，所以选择合适的溶剂也是魔芋葡甘聚糖改性过程的重要一环。

本实验选择离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐（简称AMIMCl）为溶剂，3-氯2-羟丙基三甲基氯化铵（简称CHPTAC）为醚化剂，对魔芋葡甘聚糖进行阳离子化改性，以N元素分析法为主要判断指标，在不同的CHPTAC用量、NaOH用量、反应时间下进行多组实验，以选择最佳的反应条件。

通过实验可以发现（1）在60^oC时，KGM大约在60min左右可完全溶解于AMIMCl中，并且完全溶解所需的时间随温度升高而降低；（2）溶解后再生的KGM的结构不会发生改变，只是结晶度稍微降低，说明离子液体AMIMCl可作为KGM的溶剂；（3）KGM结构单元与CHPTAC的摩尔比为1:5，CHPTAC与NaOH的摩尔比为1:1.1，反应温度为60°C，反应时间9h，为KGM的阳离子化改性的最佳反应条件。

关键词：魔芋葡甘聚糖，离子液体，醚化剂，阳离子化改性

Abstract

Konjac glucomannan (referred to as KGM), derived from the root of konjac, is a natural polysaccharide. It has high content in nature and is widely used as a natural polymer. However, natural konjac glucomannan has many disadvantages, such as relatively large molecular weight, poor rheological properties and less solubility in water, which limits its application. In order to develop and utilize this kind of natural polymer, it is usually modified to obtain good performance. In addition, the solubility of konjac glucomannan in water is not good, which is not conducive to the improvement of the reaction. Therefore, the choice of suitable solvent is also an important part of the modification process of konjac glucomannan.

In this experiment, the ionic liquid 1- allyl -3- methyl imidazole chloride (AMIMCl) was selected as solvent, three 3- chloro 2- hydroxypropyl trimethyl ammonium chloride (CHPTAC)was used as etherifying agent of konjac glucomannan by cationic modification.N-element analysis method was used as the main judgment index, and the optimal reaction conditions were selected under different CHPTAC dosage, NaOH dosage and reaction time.

Through the experiment can be found in (1) at 60^oC, KGM at about 60min can be completely dissolved in AMIMCl, and completely dissolved the time required decreases with increase of temperature; (2)The structure of KGM regenerated after dissolution dose not change, but crystallinity decreased slightly, indicating that the ion liquid can be used as KGM AMIMCl the solvent; (3)We get the parameter of the optimal reaction conditions of modified cationic KGM: the molar ratio of KGM’s structure unit and CHPTAC is 1:5, the mole ratio of CHPTAC and NaOH was 1:1.1, reaction temperature was 60^oC, reaction time was 9h.

Key words: Konjac glucomannan, ionic liquid, etherification agent, cationic modification

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第1章 绪论 1

1.1 魔芋葡甘聚糖 1

1.1.1 魔芋葡甘聚糖来源和结构 1

1.1.2 魔芋葡甘聚糖的性质 2

1.1.3 魔芋葡甘聚糖的改性研究进展 2

1.2 离子液体 3

1.2.1 离子液体简介 3

1.2.2 离子液体的结构 4

1.2.3 离子液体的性质 4

1.2.4 离子液体在天然多糖中的应用 5

1.3 本文研究目的和主要研究内容 7

第2章 离子液体的合成及其对魔芋葡甘聚糖溶解性能的研究 8

2.1 实验部分 8

2.1.1 主要原料及仪器 8

2.1.2 离子液体的合成 8

2.1.3 魔芋葡甘聚糖在离子液体中的溶解与再生 9

2.1.4 性能测试 9

2.2结果讨论 10

2.2.1 AMIMCl的核磁共振分析 10

2.2.2 KGM的溶解过程 11

2.2.3 再生KGM的红外光谱分析 12

第3章 魔芋葡甘聚糖的阳离子化改性 13

3.1 实验部分 13

3.1.1 主要原料及仪器 13

3.1.2 KGM的阳离子化改性 13

3.1.3 性能测试 14

3.2 结果与讨论 15

3.2.1 元素分析 15

3.2.2 改性KGM的红外光谱分析 16

3.2.3 改性KGM的扫描电镜分析 17

第4章 结论 18

参考文献 19

致谢 22

第1章 绪论

随着人们环保意识的增强，越来越多的研究人员致力于研究利用可再生资源制备环境友好、可持续发展的新型材料的方法。来源于动物、植物或微生物的天然高分子材料已经成为材料领域的重要研究方向。

1.1 魔芋葡甘聚糖

1.1.1 魔芋葡甘聚糖来源和结构

魔芋(Amorphophallus Konjac)，又称作蛇六谷、麻芋、蒟蒻、鬼芋、花连杆等，为天南星科（Araceae）魔芋属单子叶植物纲多年生草本植物^[1]。魔芋主要分布于东南亚和非洲，在中国、日本、越南、缅甸、印度尼西亚等国储量较高。

魔芋的主要利用部分为球状块茎，研究发现魔芋块茎干物质中，多糖的含量约为70%，主要为葡甘聚糖或淀粉。魔芋是世界上目前发现的唯一高含葡甘聚糖的植物，其球茎中魔芋葡甘聚糖的含量约为干重的50%^[2]。魔芋葡甘聚糖(Konjac Glucomannan，简称KGM)是高分子水溶性多糖，是一种极为丰富的可再生资源，具有优良的生物相容性和生物可降解性^[3]。近年来关于KGM在食品、化工、纺织、造纸、医药等领域的应用引起越来越多研究人员的关注。