CN102180993A

CN102180993A - 一种低聚壳聚糖的生产方法

Info

Publication number: CN102180993A
Application number: CN 201110125040
Authority: CN
Inventors: 张勇
Original assignee: DALIAN XINDIEHONGXIANG CHITINS Co Ltd
Current assignee: DALIAN XINDIEHONGXIANG CHITINS Co Ltd
Priority date: 2011-05-05
Filing date: 2011-05-05
Publication date: 2011-09-14

Abstract

一种低聚壳聚糖的生产方法，属于精细化工技术领域。其特征是涉及到用过氧化氢作为氧化剂氧化壳聚糖生产低聚壳聚糖(壳寡糖)的方法。其壳聚糖质量分数为5％～35％，达到反应终点时，n(过氧化氢)∶n(壳聚糖)＝1.3～5.5，反应温度为50℃～90℃。反应液降温至0℃～10℃，用-30℃～0℃体积分数为95％乙醇析出，w(乙醇)∶w(反应液)＝1～4。滤饼用-30℃～10℃体积分数为99％乙醇洗涤1～5次，然后40℃～60℃烘干2h～8h。本发明的效果和益处是低聚壳聚糖分子量低，且溶解度高达80g/100g水。降解在中性介质中进行，产品不含无机盐类。反应液中添加还原物质，可完全消除残存的过氧化物。生产无三废，产品收率高，生物活性高，色泽改善，经毒理学试验属无毒物。

Description

一种低聚壳聚糖的生产方法

技术领域

本发明属于精细化工技术领域，涉及到一种化学法氧化壳聚糖生产低聚壳聚糖及提取的方法，特别涉及到用过氧化氢作为氧化剂氧化壳聚糖生产低聚壳聚糖的方法。

背景技术

低聚壳聚糖的制备方法主要有降解法、合成法和发酵法。目前合成法与发酵法由于存在诸多技术难题，未能工业化。而降解又分酸解法、氧化降解和酶降解。

酸解法反应往往较剧烈，不易控制，选择性差。所得产品聚合度较低，甚至被降解为单糖。同时，分离纯化困难，其产物含量不高，得率一般低于20％，故该类方法的使用受到一定限制。酶法成本过高，很难实现工业化。

吴根等用醋酸和过氧化氢协同降解壳聚糖，其结论为水溶性好，可溶成分在90％以上[吴根，HAC/H₂O₂协同氧化制备水溶性壳聚糖的实验研究[J].化学世界2003(3)：143-146.]。而本工艺产品水溶性壳聚糖水溶解性相当好，经分析，水不溶物为0.01％。且溶解度高达80g，未见国内外报道如此高溶解度的产品。

发明内容

本发明的目的是提供一种生产低聚壳聚糖的方法。

本发明的技术方案如下：

1)向带有搅拌、夹套及测温装置的搪瓷反应釜中，加入不超过总容积一半的去离子水，边搅拌边加入总量三分之二的壳聚糖，加完继续搅拌10min；然后向反应釜中一次性加入四分之一量的过氧化氢，搅拌10min；夹套送汽升温，反应釜内升温至50℃开始计时，让反应液在50℃～90℃范围内反应2h；然后向其中流加四分之一量的过氧化氢，使反应液在50℃～90℃之间反应；然后交替加入剩下的两份六分之一量的壳聚糖和四分之一量的过氧化氢；过氧化氢为流加，过氧化氢加入速度控制在0.1kg～0.5kg/min，反应温度在50℃～90℃之间且不能有冒锅现象；加完过氧化氢继续保温，反应以壳聚糖全溶且反应液澄清为终点；达到终点后反应液温度降至60℃，加入还原性物质，以消除残存的过氧化物，并保持2h；然后夹套通冷却水，使反应釜内温度降到40℃以下，然后边过滤边将反应液放入储罐中；

2)将体积分数为95％乙醇置于另一冷冻槽中降温；取冷冻好的一定量的反应液，按一定比例边搅拌边缓慢的加入冷冻好的乙醇中；当加完反应液后轻轻搅拌1～10min；放置15～60min，大部分析出的物料将沉到底部，过滤，滤饼用低温体积分数为99％的乙醇洗涤，抽干，滤饼用循环热风烘箱烘干，粉碎过筛得白色低聚壳聚糖。

上述生产方法，优选步骤1)中最终壳聚糖的加料质量分数为5％～35％。

上述生产方法，优选步骤1)中达到反应终点时，n(过氧化氢)∶n(壳聚糖)＝1.3～5.5。

上述生产方法，优选步骤1)中反应温度为50℃～90℃。

上述生产方法，优选步骤1)中所加的还原物质为抗坏血酸。

上述生产方法，优选步骤2)中反应液降温至0℃～10℃。

上述生产方法，优选步骤2)中将体积分数为95％乙醇置于另一冷冻槽中降温-30℃～0℃。

上述生产方法，优选步骤2)中乙醇与反应液的重量之比即m(体积分数95％乙醇)∶m(反应液)＝1～4。

上述生产方法，优选步骤2)中洗涤滤饼的乙醇温度为-30℃～10℃。

上述生产方法，优选步骤2)中滤饼用体积分数为99％的乙醇洗涤1～5次。

上述生产方法，优选步骤2)中烘干温度为40℃～60℃。

上述生产方法，优选步骤2)中烘干时间为2h～8h。

本发明的最优选的技术方案如下：

向带有搅拌、夹套及测温装置的搪瓷反应釜中，加入不超过总容积一半的去离子水，边搅拌边加入总量三分之二的壳聚糖，加完继续搅拌10min；然后向反应釜中一次性加入四分之一量的过氧化氢，搅拌10min；夹套送汽升温，反应釜内升温至50℃开始计时，让反应液在60℃～80℃范围内反应2h；然后向其中流加四分之一量的过氧化氢，使反应液在60℃～80℃之间反应；然后交替加入剩下的两份六分之一量的壳聚糖和四分之一量的过氧化氢；过氧化氢为流加，过氧化氢加入速度控制在0.1kg～0.5kg/min，，确保反应温度在60℃～80℃之间且不能有冒锅现象；加完过氧化氢继续保温，其壳聚糖质量分数为5％～35％，达到反应终点时，n(过氧化氢)∶n(壳聚糖)＝1.3～5.5，反应以壳聚糖全溶且反应液澄清为终点；达到终点后反应液温度降至60℃，加入还原性物质，以消除残存的过氧化物，并保持2h；然后夹套通冷却水，使反应釜内温度降到40℃以下，然后边过滤边将反应液放入冷冻槽中降温，反应液降温至0℃～10℃。

将体积分数为95％乙醇置于另一冷冻槽中降温至-30℃～0℃，取冷冻好的一定量的反应液，按m(乙醇)∶m(反应液)＝1～4比例边搅拌边缓慢的加入冷冻好的乙醇中；当加完反应液后轻轻搅拌1～10min；放置15～60min，大部分析出的物料将沉到底部，过滤，滤饼用低温体积分数为99％的乙醇洗涤1～5次，抽干，滤饼用循环热风烘箱40℃～60℃烘干2h～8h。粉碎过筛得白色低聚壳聚糖。

本产品经辽宁省疾病预防控制中心检测，各项指标均合格。另外做了毒理试验，其结果本发明方法所生产的低聚壳聚糖对两种性别的大、小鼠经口急性毒性(LD₅₀)均大于10.00g/kg·bw，急性试验蓄积系数k＞5，属弱蓄积，三项遗传毒性试验结果均为阴性。

本发明方法所生产的低聚壳聚糖通过下述方法测定，溶解度均大于80g。应用本发明方法所生产的低聚壳聚糖制备了低聚壳聚糖种衣剂，用于种子处理。结果显示，本发明方法所生产的低聚壳聚糖具有极高的生物活性。利用本发明方法所生产的低聚壳聚糖制备的种衣剂具有良好的抑菌、杀菌、促进种子发芽作用，与空白对照组相比，提高玉米种子发芽率21％；另外，该种衣剂可有效防病治虫、保苗壮苗，从而促进种苗健康生长，提高作物产量。使用本发明方法所生产的低聚壳聚糖制备的种衣剂处理棉花种子，与常规拌种相比，每100m²产量可增加4.8kg。

本发明的效果和益处是采用本法生产的低聚壳聚糖的分子量低，完全水溶，且溶解度高达80g/100g水。氧化降解在中性介质中进行，产品不含无机盐类。反应液中添加还原物质，可完全消除残存的过氧化物，保证产品中无过氧化物残存。生产过程无危害环境的废气、废液及废固体物产生。产品经毒理学试验属无毒物。

另外，目前报道的产品颜色皆为淡黄色或黄色，而发明人在低温下醇析，此法属首创。不仅使产品的外观大大改善，可生产出白色产品，而且极高的保持了产品的生物活性，其工艺和产品质量已达到国际先进水平。

具体实施方式

以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施方式。

实施例一：

向500L带搅拌、夹套及测温装置的搪瓷反应釜中，加入200kg去离子水，开动搅拌，边搅拌边加入20kg 100目壳聚糖，加完继续搅拌10min。然后向其中一次性加入质量分数为27.5％的过氧化氢20kg，搅拌10min。本反应所加过氧化氢的质量分数均为27.5％。夹套送汽升温，反应釜内升温至60℃开始计时，让反应液在60℃～70℃范围内保温2h。然后向其中流加20kg过氧化氢，使反应液在60℃～70℃之间反应。过氧化氢加完后加入5kg壳聚糖。继续流加20kg过氧化氢，加完后再加入5kg壳聚糖。流加余下的20kg过氧化氢，过氧化氢加入速度控制在0.1kg～0.5kg/min，确保反应温度在60℃～70℃之间且不能有冒锅现象。加完过氧化氢1h后使反应液温度降至60℃并加入1kg抗坏血酸，并保持3h。然后夹套通冷却水，使反应釜内温度降到40℃，然后边过滤边将反应液放入冷冻槽降温5℃。将体积分数为95％乙醇置于另一冷冻槽中降温-5℃。将冷冻好的体积分数为95％乙醇120kg移入沉析槽中，取冷冻好的反应液60kg，边搅拌边缓慢的加入冷冻好的乙醇中。当加完反应液后轻轻搅拌1min。放置15min，大部分析出的物料将沉到底部，过滤，滤饼用-10℃的体积分数为99％的乙醇洗涤两次，抽干，滤饼用循环热风烘箱在60℃烘干6h，粉碎过筛得80目白色低聚壳聚糖(壳寡糖)17.472kg。

实施例二：

向500L带搅拌、夹套及测温装置的搪瓷反应釜中，加入250kg去离子水，开动搅拌，边搅拌边加入25kg 100目壳聚糖，加完继续搅拌10min。然后向其中一次性加入25kg过氧化氢，搅拌10min。本反应所加过氧化氢的质量分数均为27.5％。夹套送汽升温，反应釜内升温至60℃开始计时，让反应液在70℃～80℃范围内保温2h。然后向其中流加25kg过氧化氢，使反应液在70℃～80℃之间反应。过氧化氢加完后加入6.25kg壳聚糖。继续流加25kg过氧化氢，加完后再加入6.25kg壳聚糖。流加余下的20kg过氧化氢，过氧化氢加入速度控制在0.1kg～0.5kg/min，确保反应温度在70℃～80℃之间且不能有冒锅现象。加完过氧化氢1h后使反应液温度降至60℃并加1.5kg抗坏血酸，并保持3h。然后夹套通冷却水，使反应釜内温度降到40℃，然后边过滤边将反应液放入冷冻槽降温5℃。将体积分数为95％乙醇置于另一冷冻槽中降温-5℃。将冷冻好的体积分数为95％乙醇180kg移入沉析槽中，取冷冻好的反应液60kg，边搅拌边缓慢的加入冷冻好的乙醇中。当加完反应液后轻轻搅拌1min。放置15min，大部分析出的物料将沉到底部，过滤，滤饼用-10℃的体积分数为99％的乙醇洗涤两次，抽干，滤饼用循环热风烘箱在60℃烘干6h，粉碎过筛得80目白色低聚壳聚糖(壳寡糖)。其余反应液按上述比率析出，按上述过程操作，共得白色低聚壳聚糖20.647kg。

实施例三：

向1000L带搅拌、夹套及测温装置的搪瓷反应釜中，加入500kg去离子水，开动搅拌，边搅拌边加入40kg 100目壳聚糖，加完继续搅拌10min。然后向其中一次性加入40kg过氧化氢，搅拌10min。夹套送汽升温，反应釜内升温至60℃开始计时，让反应液在60℃～70℃范围内保温2h。然后向其中流加40kg过氧化氢，使反应液在60℃～70℃之间反应。过氧化氢加完后加入10kg壳聚糖。继续流加40kg过氧化氢，加完后再加入10kg壳聚糖。流加余下的40kg过氧化氢，过氧化氢加入速度控制在0.1kg～0.5kg/min，确保反应温度在60℃～70℃之间且不能有冒锅现象。加完过氧化氢1h后使反应液温度降至60℃并加入2Kg抗坏血酸，并保持3h。然后夹套通冷却水，使反应釜内温度降到40℃，然后边过滤边将反应液放入冷冻槽降温5℃。将体积分数为95％乙醇置于另一冷冻槽中降温-5℃。将冷冻好的体积分数为95％乙醇120kg移入沉析槽中，取冷冻好的反应液60kg，边搅拌边缓慢的加入冷冻好的乙醇中。当加完反应液后轻轻搅拌1min。放置15min，大部分析出的物料将沉到底部，过滤，滤饼用-10℃的体积分数为99％的乙醇洗涤两次，抽干，滤饼用循环热风烘箱在50℃烘干7h，粉碎过筛得80目白色低聚壳聚糖(壳寡糖)，其余反应液按上述操作处理，共得36.571kg白色低聚壳聚糖(壳寡糖)。

实施例四：溶解度的测定

溶解度的测定方法：向装有回流冷凝管的200mL三口烧瓶中加入100mL蒸馏水，加入90g本发明方法所生产的低聚壳聚糖。将烧瓶置于电磁搅拌器上，搅拌并加热至50℃，保持5min，然后冷却到20℃的条件下，放置2h，此时烧杯底部应有少许沉淀，否则应调整低聚壳聚糖的加入量。用移液管吸取约10mL上部澄清的饱和溶液，置于一已知质量的称量瓶中，称量称量瓶和饱和溶液重量，然后通过加热将溶剂挥发干净并烘干至恒重。

通过下式计算低聚壳聚糖的溶解度：

S = \frac{m_{2} - m_{0}}{m_{1} - m_{2}} \times 100

式中：

S-溶解度，单位为克(g)；

m₀-称量瓶质量的数值，单位为克(g)；

m₁-饱和溶液和称量瓶质量的数值，单位为克(g)；

m₂-溶质和称量瓶质量的数值，单位为克(g)。

本发明的上述实施例所生产的低聚壳聚糖通过上述方法测定，溶解度为80.26g。

实施例五：生物活性测试

应用本发明的实施例1-3所生产的低聚壳聚糖制备了低聚壳聚糖种衣剂，将该种衣剂浸泡玉米农大108号种子，放置10d后观察，种子表面挂膜完好，未见明显脱落。15d后用10倍放大镜观察其物理性状(特别是成膜性能)无明显变化。用本种衣剂处理的玉米种子，4d发芽势为97％；7d发芽率为98％，而空白对照样4d发芽势为74％，7d发芽率仅为77％。

另外，用该种衣剂在新疆某兵团棉花种植过程中进行了实验，实验结果见下表。

表中棉所35棉种应用效果对照表

Tab.Application effect for cotton seed 35 from Institute of Chinese Cotton

由上表可知，本发明方法所生产的低聚壳聚糖具有极高的生物活性。利用本发明方法所生产的低聚壳聚糖制备的种衣剂具有良好的抑菌、杀菌、促进种子发芽作用，与空白对照组相比，提高玉米种子发芽率21％；另外，该种衣剂可有效防病治虫、保苗壮苗，从而促进种苗健康生长，提高作物产量。使用本发明方法所生产的低聚壳聚糖制备的种衣剂处理棉花种子，与常规拌种相比，每100m²产量可增加4.8kg。

Claims

1.一种低聚壳聚糖的生产方法，其特征是包含如下步骤：

1)向带有搅拌、夹套及测温装置的搪瓷反应釜中，加入不超过总容积一半的去离子水，边搅拌边加入总量三分之二的壳聚糖，加完继续搅拌10min；然后向反应釜中一次性加入四分之一量的过氧化氢，搅拌10min；夹套送汽升温，反应釜内升温至50℃开始计时，让反应液在50℃～90℃范围内反应2h；然后向其中流加四分之一量的过氧化氢，使反应液在50℃～90℃之间反应；然后交替加入剩下的两份六分之一量的壳聚糖和四分之一量的过氧化氢；过氧化氢为流加，过氧化氢加入速度控制在0.1kg～0.5kg/min，确保反应温度在50℃～90℃之间且不能有冒锅现象；加完过氧化氢继续保温，反应以壳聚糖全溶且反应液澄清为终点；达到终点后反应液温度降至60℃，加入还原性物质，以消除残存的过氧化物，并保持2h；然后夹套通冷却水，使反应釜内温度降到40℃以下，然后边过滤边将反应液放入储罐中；

2)将体积分数为95％乙醇置于另一冷冻槽中降温；取冷冻好的反应液，按比例边搅拌边缓慢的加入冷冻好的乙醇中；当加完反应液后轻轻搅拌1～10min；放置15～60min，析出的物料将沉到底部，过滤，滤饼用低温体积分数为99％的乙醇洗涤，抽干，滤饼用循环热风烘箱烘干，粉碎过筛得白色低聚壳聚糖。

2.根据权利要求1所述的一种低聚壳聚糖的生产方法，其特征是步骤1)中最终壳聚糖的加料质量分数为5％～35％。

3.根据权利要求1所述的一种低聚壳聚糖的生产方法，其特征是步骤1)中达到反应终点时，过氧化氢与壳聚糖摩尔比是1.3～5.5。

4.根据权利要求1所述的一种低聚壳聚糖的生产方法，其特征是步骤1)中反应温度为50℃～90℃。

5.根据权利要求1所述的一种低聚壳聚糖的生产方法，其特征是步骤1)中所加的还原物质为抗坏血酸。

6.根据权利要求1所述的一种低聚壳聚糖的生产方法，其特征是步骤2)中反应液降温至0℃～10℃。

7.根据权利要求1所述的一种低聚壳聚糖的生产方法，其特征是步骤2)中将体积分数为95％乙醇置于另一冷冻槽中降温-30℃～0℃。

8.根据权利要求1所述的一种低聚壳聚糖的生产方法，其特征是步骤2)中乙醇与反应液的质量比是1～4。

9.根据权利要求1所述的一种低聚壳聚糖的生产方法，其特征是步骤2)中洗涤滤饼的乙醇为-30℃～10℃，滤饼用体积分数为99％的乙醇洗涤1～5次。

10.根据权利要求1所述的一种低聚壳聚糖的生产方法，其特征是步骤2)中烘干温度为40℃～60℃，烘干时间为2h～8h。