CN101381752A - 一种制备低壳糖与壳寡糖的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备低壳糖与壳寡糖的工艺。该工艺以脱乙酰度为70～95％的壳聚糖为原料，经溶解、非专一性酶快速降粘、壳聚糖酶水解、调节水解液pH至5.5～7.5、过滤、膜法精制、喷雾干燥等步骤制备出低壳糖和壳寡糖。该工艺具有酶法制备工艺的优点，同时还具有降解效率、和转化效率高、成本低的特点。

Description

一种制备低壳糖与壳寡糖的工艺

技术领域

本发明涉及一种生物酶法生产低壳糖与壳寡糖工艺。

背景技术

低分子壳聚糖(低壳糖)是壳聚糖的降解物，通常认为其分子量低于1万，而其中低于2000的低壳糖又称为壳寡糖，一般由2～10个糖基构成。低壳糖及壳寡糖作为一类新的生理活性物质，除了具有增强免疫功能作用外，还具有防腐抑菌、改善肠道、保湿美容等功效，其应用开发领域非常广阔，主要应用领域如下。

(1)医药保健品

壳寡糖可作为早期肿瘤的治疗药物，目前已成为国内外开发的一个热点，其抑制肿瘤的作用机理主要是乙酰糖胺残基与巨噬细胞表面受体结合后，激活巨噬细胞、加速T细胞分化，提高机体对肿瘤细胞的免疫力。

(2)饲料添加剂

壳寡糖能调节动物肠道内微生物的代谢活动，改善肠道微生物区系分布，促进双歧杆菌生长繁殖，从而提高机体免疫力，使肠道内PH下降，抑制肠道有害菌生长，产生B族维生素，分解致癌物质，促进肠蠕动，增进营养物质的吸收。

(3)功能性化妆品

低壳糖作为化妆品材料使用，可改善皮肤和毛发的保湿功能，具有很强的抑菌性，可开发出皮肤护理剂和防晒剂。

(4)现代农业

低壳糖或壳寡糖对多种水果蔬菜、粮食具有抗病虫害和促进生长作用，作为拌种剂，可以防止地下霉菌对种子的危害，提高植物抗病能力、抗倒伏能力；作为叶面喷施肥，可促进植物细胞代谢，提高免疫能力，增加蛋白质合成能力。

壳寡糖的制备方法主要有化学降解法、物理降解法和酶降解法，化学降解法又分为酸解法和氧化法等多种，酸解法是研究最早的壳聚糖降解法，国外早在五十年代就进行了详细研究，现在又出现了过醋酸法、浓硫酸法、氢氟酸法等新工艺，氧化法以过氧化氢氧化法为代表，这些方法的最大缺点是反应终点不宜控制、易产生副产物。

生物酶降解法通常优于化学降解法，其反应条件温和，不需要加入大量的酸碱或氧化剂等化学试剂，因而副反应少，产品安全性高。降解壳聚糖的生物酶一般分为专一性壳聚糖酶和非专一性酶，后者主要包括能够适度降解壳聚糖的蛋白酶、纤维素酶、脂肪酶等品种，现已报道的非专一性降解壳聚糖的生物酶就有30多种，其中包括众多商品化的酶制剂。鉴于专一性壳聚糖仍存在酶活低、商品化来源少，使用成本高等问题，非专一性酶得到广泛应用，如国内有采用麦胚脂肪酶进行壳聚糖的降解，获得了均聚分子量为几万的低壳糖。但这类非专一性酶用于壳聚糖的降解，存在的主要问题是降解效率不高，如采用纤维素酶进行壳聚糖降解，所需酶量约为底物的10％，采用蛋白酶进行降解时，只能够对壳聚糖的40％只有进行转化。此外，非专一性酶的降解产物均一性差，分子量分布范围广，必须借助膜分离等现代化分离装置进行组分切分。

发明内容

本发明的目的是提出一种复合酶法高效降解壳聚糖制备低壳糖与壳寡糖工艺。

本发明的目的是通过下列技术措施实现的：

以脱乙酰度为70～95％的壳聚糖为原料，经溶解、非专一性酶快速降粘、壳聚糖酶水解、调节水解液pH至5.5～7.5、过滤、膜法精制、喷雾干燥等步骤制备出低壳糖和壳寡糖。

具体技术内容：

a.溶解：将壳聚糖加入带搅拌装置的容器中，加入5～100倍壳聚糖质量的水，加入0.1～2倍壳聚糖质量的酸，搅拌10～30分钟溶解；

b.非专一性酶快速降粘：在反应容器中加入0.5％～15％壳聚糖质量的非专一性酶，控制温度45℃～65℃，反应0.5～2小时；其中非专一性酶为纤维素酶、半纤维素酶、脂肪酶或蛋白酶等。

c.壳聚糖酶水解：在反应容器中加入0.2％～5％壳聚糖质量的专一性壳聚糖酶，控制温度45℃～65℃，反应2～8小时；

d.调节pH和过滤：反应结束后，采用NaOH溶液调节水解液pH至5.5～7.5，使较大分子量的壳聚糖从溶液中沉淀出来，静置2～4小时，采用真空过滤或板框过滤等方式去除沉淀。

e.膜法精制：采用截留分子量10000～30000D中空纤维超滤膜或陶瓷膜处理水解液，滤液再经2000～3000D超滤膜处理，其浓缩液主要组分为低分子壳聚糖(即，低壳糖)，滤出液经200～300D的纳滤浓缩，进一步脱除盐分和单糖后，主要成分为壳寡糖。

f.喷雾干燥：将上述低壳糖溶液和壳寡糖溶液分别进行喷雾干燥，获得低壳糖和壳聚糖两种产品。喷雾干燥进风口温度120℃～180℃，出风口温度控制在40℃～90℃。

本发明的创新性表现在：一是采用复合酶进行酶法降解，先使用非专一性酶进行初步降解，再使用专一性壳聚糖酶进行酶解，具有降解效率高、转化效率高、综合生产成本低的特点。二是具有较好的可控性，可根据壳聚糖原料特征、商品化酶的活性、产品质量控制指标对降解时间、加酶量进行调整，同时在下游制备过程中，采用组合膜分离手段，获得分子量较低的壳寡糖组分，同时分离出低壳糖组分，其中低壳糖可独立作为产品进行销售，也可作为壳寡糖原料。此外，通过膜分子通量的选择，可对产品的分子量分布范围进行控制，这是确保产品质量稳定的有力措施。

具体实施方式

实施例1

将脱乙酰度为95％的壳聚糖10kg加入搅拌装置，加入90kg水，5.0kg乙酸，搅拌20分钟，升温至60℃，加入300g纤维素复合酶，反应3h。控制反应温度45℃加入200g壳聚糖酶酶解8h。反应结束后，采用NaOH溶液调节水解液pH至7.5，使较大分子量的壳聚糖从溶液中沉淀出来，静置4小时，采用真空过滤去除沉淀物。滤液用截留分子量10000D中超滤膜过滤，再经2000D超滤，其滤液经200D的纳滤分离盐分并进行初步浓缩。浓缩液通过喷雾干燥获得壳寡糖8.6kg，其进风口温度180℃，出风口温度70℃。

实施例2

将脱乙酰度大于75％的壳聚糖10kg加入搅拌装置，加入60kg水，20kg盐酸，搅拌30分钟，升温至50℃，加入500g蛋白酶，反应0.5h。然后加入100g壳聚糖酶，反应0.5h。反应结束后，采用NaOH溶液调节水解液pH至5.5，然后静置4小时，采用板框过滤去除沉淀物。滤液通过截留分子量3000D膜，再经3000D超滤。超滤浓缩液进行喷雾干燥，获得低分子壳聚糖5.2kg。含壳寡糖的超滤透过液，经200D的纳滤浓缩，再经喷雾干燥获得壳寡糖2.4kg。

实施例3

将脱乙酰度为90％的壳聚糖10kg加入搅拌装置，加入200kg水，2.0kg盐酸，搅拌40分钟，升温至55℃，加入200g脂肪酶、200g蛋白酶，反应3h。然后调整反应温度为60℃，加入200g壳聚糖酶，搅拌反应8.0h。反应结束后，采用NaOH溶液调节水解液pH至7.0并静置4h，采用真空过滤去除沉淀物。滤液用截留分子量10000D中超滤膜过滤，再经2000D超滤。其超滤浓缩液，并入下批次处理，在壳聚糖酶水解步骤加入反应器。含壳寡糖组分的超滤透过液，再经300D的纳滤脱盐后，进行喷雾干燥，获得壳寡糖7.5kg。

Claims (8)

1、一种制备低壳糖与壳寡糖的工艺，其特征在于：以脱乙酰度为70～95％的壳聚糖为原料，经溶解、非专一性酶快速降粘、壳聚糖酶水解、调节水解液pH至5.5～7.5、过滤、膜法精制、喷雾干燥等步骤制备出低壳糖和壳寡糖。

2、根据权利要求1所述工艺，其特征在于溶解步骤中，将壳聚糖加入带搅拌装置的容器中，加入5～100倍壳聚糖质量的水，加入0.1～2倍壳聚糖质量的酸，搅拌10～30分钟溶解。

3、根据权利要求2所述工艺，其特征在于所述酸为盐酸或乙酸或柠檬酸。

4、根据权利要求1所述工艺，其特征在于在非专一性酶快速降粘步骤中，在反应设备中加入0.5％～15％壳聚糖质量的非专一性酶，控制温度45℃～65℃，反应0.5～2小时；其中非专一性酶为纤维素酶或半纤维素酶或脂肪酶或蛋白酶。

5、根据权利要求1所述工艺，其特征在于在壳聚糖酶水解步骤中，在反应设备中加入0.2％～5％壳聚糖质量的专一性壳聚糖酶，控制温度45℃～65℃，反应2～8小时。

6、根据权利要求1所述工艺，其特征在于在膜法精制步骤中，采用截留分子量10000～30000D的中空纤维超滤膜或陶瓷膜处理水解液，滤液再经2000～3000D超滤膜处理，其浓缩液主要组分为低分子壳聚糖，滤出液经200～300D的纳滤浓缩，进一步脱除盐分和单糖后，主要成分为壳寡糖。

7、根据权利要求1所述工艺，其特征在于喷雾干燥步骤中，将低壳糖溶液和壳寡糖溶液分别进行喷雾干燥，获得低壳糖和壳聚糖两种产品。

8、根据权利要求7所述工艺，其特征在于喷雾干燥的进风口温度为120℃～180℃，出风口温度为40℃～90℃。