海藻糖作為一種具有特殊生物保護功能的天然糖類,在生物醫(yī)藥、食品和化妝品等領域具有廣闊的應用前景。研究海藻糖二水合物的脫水過程和轉化機理可以更好地解釋海藻糖分子與水分子之間的相互作用及二水合物的熱穩(wěn)定性。目前,海藻糖的制備主要采用水溶液中冷卻結晶的方式,但存在糖液粘度大,粒度分布不均勻,形貌差等問題,從而影響產(chǎn)品的流動性和堆密度。開發(fā)一種能調控海藻糖晶體形貌的結晶新工藝是工業(yè)生產(chǎn)中亟待解決的問題。于是,我們從海藻糖多晶型轉化、結晶熱力學和球形結晶技術開發(fā)等方面進行了系統(tǒng)研究。首先,本文從固態(tài)轉晶和溶液介導轉晶研究了海藻糖二水合物的轉化過程。二水合物在加熱過程中脫水的相變行為受實驗條件的影響較大。不同加熱速率下具有不同的脫水機理。二水合物的溶劑介導轉晶過程的誘導期較短,且無水β晶型的生長是速率控制步驟。通過與海藻糖二水合物的晶體結構參數(shù)、分子組裝方式和分子間氫鍵作用等的比較,確定了α晶型和β晶型兩種無水晶型的吸濕性差異的原因。其次,采用靜態(tài)法測定了海藻糖二水合物在兩種混合溶劑中的溶解度。溶質的溶解度與溫度和混合溶劑中的水含量呈正相關,因此可以采用冷卻結晶或溶析結晶的方式進行重結晶。采用三種... 

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

海藻糖二水合物的化學結構式Fig.1-1Chemicalstructureoftrehalosedihydrate

圖 1-2“優(yōu)先水化假說”中蛋白質-海藻糖-水體系結構示意圖[21]Fig.1-2 Schematic structural illustration of the protein-trehalose-water system of the preferentialhydration model[21]Crowe 和 Carpenter 等人[16, 20]認為海藻糖更傾向于直接作用于蛋白質表面，提出了“水替代假說”。該假說認為，生物體內的蛋白質、脂質和其他生物大分子被水層包圍，當生物體處于高溫干燥環(huán)境時，水膜會逐漸消失，海藻糖分子中的羥基會以分子間氫鍵的形式在生物大分子的失水部位形成了類似于水膜的保護膜，從而保持蛋白質的結構與活性。Olsson 等人[21]通過測定不同組分的蛋白質-海藻糖-水體系中玻璃態(tài)轉變溫度、蛋白質變性溫度和動力學粘度排除了“水替代假說”，認為海藻糖對蛋白質的保護機制更符合“優(yōu)先水化假說”，蛋白質表面被一到兩個水分子層覆蓋，海藻糖分子與剩余水分子隨機分布在水合蛋白質周圍，如圖 1-2 所示。關于海藻糖穩(wěn)定生命體分子的作用機理仍然存在爭議，明確海藻糖的熱穩(wěn)定性以及海藻糖與水分之間特殊的相互作用對于了解海藻糖的保護機制是非常重

圖 1-3 海藻糖不同晶型之間的轉化關系[26, 27]Fig. 1-3 Interconversion between different forms of trehalose[26, 27]研究發(fā)現(xiàn)海藻糖二水合物在不同條件下可得到不同的晶體形式[4, 23-27]。結晶態(tài)的海藻糖除了海藻糖二水合物外，還存在多種無水晶型，包括 晶型、 晶型、 晶型、 晶型和 晶型。無水 晶型是一種很不穩(wěn)定的晶型，可以通過海藻糖二水合物緩慢脫水得到。Nagase 等人[28]通過 Rietveld 精修給出 晶型的晶體結構。 晶型可通過熱處理二水合物和溶劑懸浮脫水得到，是一種不易吸濕的無水晶型，已通過單晶解析得到其晶體結構[29]。 晶型是在海藻糖二水合物的 DSC 實驗中偶然發(fā)現(xiàn)的一種瞬態(tài)的由二水合物和無水 晶型組成的混合物[30]。無水 晶型是在濕氮氣的保護下熱處理 DSC 海藻糖二水合物時加熱到 220 °C 時得到的[31]。無水 晶型是海藻糖二水合物在低于 100 °C 時脫水得到的，具有區(qū)別于其他晶型的固態(tài)核磁光譜，但是這種晶型很難得到純的晶型[26]。因此，海藻糖具有多種固體存在形態(tài)，不同的晶型之間存在相互轉化（如圖 1-3），但是目前只報道了海藻糖二水合物、無水 晶型和無水 晶型的晶體結構。Raimi-Abraham[27]發(fā)


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