CN101215593A - 一种复合酶降解制备低聚壳聚糖的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合酶降解制备低聚壳聚糖的工艺方法。利用不同种类的非专一性酶即α－淀粉酶和菠萝蛋白酶，或纤维素酶，在降解壳聚糖过程中产生的协同作用提高降解效率，在5.0h内使产物的平均分子量降解达到1500Da左右。最后降解产物经过微滤和纳滤纯化、浓缩和喷雾干燥，可得到高品质的低聚壳聚糖产品。与传统的制备工艺相比，该工艺不但产品活性高、质量优良，操作方便，而且改善了生产环境，有利于实现工业化。

Description

一种复合酶降解制备低聚壳聚糖的工艺方法
技术领域
本发明属于一种酶法制备低聚壳聚糖的工艺方法。
背景技术
壳聚糖是甲壳素部分脱乙酰基的产物。它是一种天然碱性多糖，分子量从几十万到几百万不等。结构如下。
Figure S2008100564884D00011
由于分子量过大、仅溶于稀酸溶液而不溶于水和碱性溶液，使其应用受到较大限制。经过降解后分子量低于1500的低聚壳聚糖，不但保留了高分子量时的降血脂、降胆固醇，增强人体免疫力、抑制肿瘤细胞的生长和转移以及吸湿性和保湿性、抑菌等优良特性，还因溶解性增强，容易被吸收利用，进一步表现出许多独特的生理活性和功能性质。可见低聚壳聚糖在保健食品、医药、化妆品和农业等方面具有广阔的应用前景。
在众多降解方法中，酶降解法由于无副反应、降解条件温和、制备的低聚壳聚糖生物活性高，而引起人们的广泛关注。但目前对壳聚糖降解性能较好的专一性酶还没有工业化生产，而各种非专一性酶活力有限，降解时间长，降解产物平均分子量很难达到1500Da左右，且分布较宽。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效的低聚壳聚糖制备工艺方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种复合酶降解制备低聚壳聚糖的工艺方法，该方法包括下述步骤：
第一步骤，先将壳聚糖与水混合，再加入冰醋酸使壳聚糖溶解，得到浓度为20～25g/L的壳聚糖溶液，继续用冰醋酸调整溶液pH值为4.5～5.0；
第二步骤，向第一步骤得到的壳聚糖溶液中加入复合酶进行降解，得到壳聚糖降解溶液，壳聚糖与加入的复合酶的质量比为10∶1.5～0.8，其中，复合酶是质量比为1∶1的α-淀粉酶和菠萝蛋白酶时，其反应温度为45～55℃，反应时间为4.0～5.0h；或者，复合酶是质量比为1∶1的α-淀粉酶和纤维素酶时，其反应温度为30～40℃，反应时间为4.0～5.0h；
第三步骤，将第二步骤的降解溶液作为料液经微滤截留去除其中各种酶的残渣；
第四步骤，将第三步骤得到的微滤透过液经纳滤分离出盐和单糖以及浓缩：
第五步骤，对第四步骤得到的纳滤截留液经喷雾干燥后，即得到低聚壳聚糖。
本发明所述的复合酶降解制备低聚壳聚糖的工艺方法，是利用不同种类的非专一性酶在降解壳聚糖过程中产生的协同作用提高降解效率，在较短的降解时间内使产物的平均分子量达到设计要求。
本发明所使用的壳聚糖脱乙酰度大于95％，其分子量为100万Da～60万Da。所使用的冰醋酸纯度高于99.5％。α-淀粉酶为北京双旋微生物培养基制品厂生产，纯度为食品级，活力＞3000μ·mg1。菠萝蛋白酶为南宁庞搏生物工程有限公司生产，纯度为食品级，活力≥120万μ·mg1。纤维素酶为天津利华酶制剂有限公司生产的精制纤维素酶，纯度为食品级，活力＞4000μ·mg1。
在所述的第二步骤中，复合酶加入的顺序为，在达到反应温度后，先加入α-淀粉酶降解稳定0.5h后再加入菠萝蛋白酶或者纤维素酶。在加酶和整个降解过程中一直保持匀速搅拌。
在所述的第二步骤中，所得到壳聚糖降解溶液的pH值为4.5～5.0。
在所述的第三步骤中，采用中空纤维组件或无机陶瓷膜进行微滤；操作条件为：中空纤维组件操作压差为0.06～0.08MPa或无机陶瓷膜操作压差为0.2～0.25MPa，操作温度为室温；在微滤过程中向料液中加去离子水稀释，加入的总水量为最初料液即第二步骤的降解溶液体积的2～4倍。
在所述的第三步骤中，在微滤过程中向料液中加去离子水稀释的具体过程是，在微滤开始前向料液中加入1倍料液体积的去离子水进行稀释，此后微滤每运行0.5h就向料液中补入0.5倍微滤前料液体积的去离子水，直到加入的总水量为最初料液体积的2～4倍。
在所述的第四步骤中，所采用的纳滤膜的操作条件为：操作压差为0.3～0.5MPa，操作温度为30～40℃，体积浓缩倍数为4倍。
在所述的第二步骤中，得到的低聚壳聚糖为用凝胶色谱分析获得平均分子量2000Da～1400Da，其分散度小于2.0。
本发明的优点是：
在本发明中采用了复合酶对壳聚糖进行降解，所得产品分子量低且分布较窄，降解时间控制在5.0h内，在很大程度上弥补了目前酶法制备壳聚糖降解时间长、产品分子量高的缺陷。此外，利用微滤截留降解产物中的各种酶残渣，利用纳滤将产品中的盐离子和没有活性的单糖分离出来，同时实现浓缩。这不仅提高了产品的质量，而且降低了后续处理设备的尺寸和运行费用。最后对纳滤截留液直接进行喷雾干燥即可得到高品质的低聚壳聚糖产品。与传统的制备工艺相比，该工艺不但产品活性高、质量优良，操作方便，而且改善了生产环境，有利于实现工业化。
附图说明
图1为本发明的工艺方法流程图。
图2为实施例1的产品的谱图。
图3为实施例2的产品的谱图。
具体实施方式
本发明的工艺方法流程图如图1所示。将壳聚糖与水混合，再加入冰醋酸使壳聚糖溶解并调整溶液pH值；向壳聚糖溶液中加入复合酶进行降解，得到壳聚糖降解溶液；对壳聚糖降解溶液进行微滤、纳滤浓缩；最后对纳滤浓缩液进行喷雾干燥得低聚壳聚糖产品。
实施例1
将200g脱乙酰度大于95％的壳聚糖(分子量大约在100万Da～60万Da)，在搅拌作用下混合于10L水中，加入浓度＞99.5％的冰醋酸使壳聚糖溶解并调整溶液pH值为4.5，升温至50℃，加入12g α-淀粉酶，恒温反应0.5h后再加入12g菠萝蛋白酶，继续恒温反应3.5h，出料冷却至室温；所得到壳聚糖降解溶液为10L，其pH值为4.7，加去离子水稀释为20L后采用中空纤维组件进行微滤；微滤操作条件为：操作压差0.06～0.08MPa，操作温度为室温，在微滤过程中每运行0.5h向料液中补入5L去离子水，共补入水量为10L；微滤透过液升温至30℃经过纳滤浓缩体积为10L，其操作压差为0.3～0.5MPa；最后对纳滤浓缩液在80℃条件下进行喷雾干燥得低聚壳聚糖产品。用凝胶色谱分析其重均分子量为1433Da，分散度PD为1.38，如图2所示。
实施例2
将200g脱乙酰度大于95％的壳聚糖(分子量大约在100万Da～60万Da)，在搅拌作用下混合于10L水中，加入浓度＞99.5％的冰醋酸使壳聚糖溶解并调整溶液pH值为4.6，升温至35℃，加入12g α-淀粉酶，恒温反应0.5h后再加入12g纤维素酶，继续恒温反应3.5h，出料冷却至室温；所得到壳聚糖降解溶液为10L，其pH值为4.8，加去离子水稀释为20L后采用中空纤维组件进行微滤；微滤操作条件为：操作压差0.06～0.08MPa，操作温度为室温，在微滤过程中每运行0.5h向料液中补入5L去离子水，共补入水量为10L；微滤透过液升温至30℃经过纳滤浓缩体积为10L，其操作压差为0.3～0.5MPa；最后对纳滤浓缩液在80℃条件下进行喷雾干燥得低聚壳聚糖产品。用凝胶色谱分析其重均分子量为1329Da，分散度PD为1.67，如图3所示。
综上所述，本发明中复合酶降解制备低聚壳聚糖工艺方法所得到的低聚壳聚糖产品活性高、分子量低且分布单一。该工艺简单、运行方便，适合于大规模生产。

Claims (5)

1.一种复合酶降解制备低聚壳聚糖的工艺方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：
第一步骤，先将壳聚糖与水混合，再加入冰醋酸使壳聚糖溶解，得到浓度为20～25g/L的壳聚糖溶液，继续用冰醋酸调整溶液pH值为4.5～5.0；
第二步骤，向第一步骤得到的壳聚糖溶液中加入复合酶进行降解，得到壳聚糖降解溶液，壳聚糖与加入的复合酶的质量比为10∶1.5～0.8，其中，复合酶是质量比为1∶1的α-淀粉酶和菠萝蛋白酶，其反应温度为45～55℃，反应时间为4.0～5.0h；或者，复合酶是质量比为1∶1的a-淀粉酶和纤维素酶，其反应温度为30～40℃，反应时间为4.0～5.0h；
第三步骤，将第二步骤的降解溶液作为料液经微滤截留去除其中各种酶的残渣；
第四步骤，将第三步骤得到的微滤透过液经纳滤分离出盐和单糖以及浓缩；
第五步骤，对第四步骤得到的纳滤截留液经喷雾干燥后，即得到低聚壳聚糖。
2.根据权利要求1所述的复合酶降解制备低聚壳聚糖的工艺方法，其特征在于：在所述的第二步骤中，复合酶加入的顺序为，在达到反应温度后，先加入α-淀粉酶降解稳定0.5h后再加入菠萝蛋白酶或者纤维素酶。
3.根据权利要求1或2所述的复合酶降解制备低聚壳聚糖的工艺方法，其特征在于：在所述的第二步骤中，所得到壳聚糖降解溶液的pH值为4.5～5.0。
4.根据权利要求1或2所述的复合酶降解制备低聚壳聚糖的工艺方法，其特征在于：在所述的第三步骤中，采用中空纤维组件或无机陶瓷膜进行微滤；操作条件为：中空纤维组件操作压差为0.06～0.08MPa或无机陶瓷膜操作压差为0.2～0.25MPa，操作温度为室温；在微滤过程中向料液中加去离子水稀释，加入的总水量为最初料液即第二步骤的降解溶液体积的2～4倍。
5.根据权利要求1或2所述的复合酶降解制备低聚壳聚糖的工艺方法，其特征在于：在所述的第四步骤中，所采用的纳滤膜的操作条件为：操作压差为0.3～0.5MPa，操作温度为30～50℃，体积浓缩倍数为4倍。
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