CN102786607B - 水溶性壳低聚糖的制备方法 - Google Patents

水溶性壳低聚糖的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种水溶性壳低聚糖的制备方法，包括如下步骤：①将壳聚糖用乙酸溶液溶解，配成浓度为2.0～4.0g/ml的壳聚糖乙酸溶液；②温度升至55～65℃，按壳聚糖与过氧化氢摩尔比为1∶1.5～1∶2.5，加入1～5％H2O2溶液，pH5.5～6.5，持续搅拌水解，得到水解液；③抽样加入强碱液，至无絮状沉淀产生为止，以确定水解产物；④继续水解不超过2小时；⑤加入降解反应终止剂，得到初步产物；⑥采用喷雾干燥法处理初步产物，得到水溶性壳低聚糖。与现有技术相比，本发明的优点在于：采用降解反应终止剂可以控制降解反应程度，从而控制所得壳低聚糖的重均分子量，满足实际生产要求，符合规模化生产要求。

Description

水溶性壳低聚糖的制备方法
技术领域
本发明涉及一种壳低聚糖的制备方法。
背景技术
甲壳素广泛存在于低等植物、菌类、甲壳动物的外壳和高等植物的细胞壁中，是目前发现的自然界中唯一带正电的多糖。壳聚糖(chitosan)是甲壳素脱乙酰化的产物，由2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖以β-1，4糖苷键缩合而成。由于壳聚糖分子中同时存在游离氨基和羟基，具有特殊的生理活性，在抗菌、降血糖、降血脂、抗肿瘤和免疫调节等方面表现出优异性能。但其分子量大、水溶性差，实际应用中受到限制，而壳聚糖降解为壳低聚糖后，其水溶性大大提高，并且具有许多较壳聚糖更为优越、独特的生理活性。因此生产应用中水溶性壳低聚糖的制备具有极其重要的意义。
壳低聚糖的制备方法常见的有酶降解法、酸降解法和氧化降解法。
酶解法是用专一性酶或非专一性酶对壳聚糖进行生物降解。酶法降解过程和降解产物分子量易控制，可得到所需分子量范围的壳低聚糖，且反应条件温和，对环境污染较小。目前已发现30多种专一性或非专一性酶可用于壳聚糖的降解反应。但酶法降解目前多数处于实验室水平，且所得的壳低聚糖分子量仍较高。并且，生产成本高、周期长，目前难以产业化应用。公开的文献可以参考专利号为ZL200710053139.2的中国发明专利申请《一种酶法降解壳聚糖生产壳寡糖的方法》(授权公告号为CN10124.305B)，还可以参考申请号为200710051931.4的中国发明专利申请公开《一种利用固定化酶技术制备壳低聚糖或壳寡糖的方法》(公开号为CN101041841A)。
酸水解法虽价格低廉，操作简单，但反应过程难以控制，且对环境污染严重。公开的文献可以参考《中国水产科学》第10卷第1期，2003年2月，刘晓等所著的“甲壳低聚糖的酸水解”，还可以参考专利号为ZL98102884.5的中国发明专利《壳聚糖、壳低聚糖的制备方法》(授权公告号为CN1085215C)。
H2O2氧化降解法因反应速度快，无残毒，成本低，无污染，易于实现产业化，具有很好的应用前景。如专利号为ZL200510009669.8的中国发明专利《水溶性壳寡糖的制备方法》(授权公告号为CN1283668C)、该专利在用过氧化氢水解80～100min后，由于没终止水解反应，直接经冷冻干燥制备壳寡糖，致使反应产物分子量太低，为609道尔顿，导致产物生理活性较差，且反应中引入了Na+，分离困难严重影响产品的质量；再参考专利为ZL02135410.3的中国发明专利《一种低分子量壳聚糖的制备方法》(授权公告号为CN1202136C)，采用H2O2与FeSO4混合液降解壳聚糖，引入Fe2+难以除去，严重的影响了产品在食品、制药中的应用价值。
目前对壳聚糖过氧化氢降解的研究，多集中在实验室中，对降解过程中相关工艺参数的研究，对过氧化氢降解过程的可控性及实际生产中产品分离纯化的研究鲜有报道。因此对H2O2降解壳聚糖的可控性工艺探索，对壳低聚糖的产业化规模生产、产品质量的提高具有重要的理论价值和应用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种降解程度可控的水溶性壳低聚糖的制备方法。
本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种易于纯化分离的水溶性壳低聚糖的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种水溶性壳低聚糖的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①将壳聚糖用乙酸溶液溶解，配成浓度为2.0～4.0g/ml的壳聚糖乙酸溶液，其中，壳聚糖脱乙酰化度为≥70％，乙酸溶液中乙酸体积浓度为0.5～1.5％；
②温度升至55～65℃，按壳聚糖与过氧化氢摩尔比为1∶1.5～1∶2.5，加入1～5％(优选2％)H2O2溶液，pH5.5～6.5，持续搅拌水解，得到水解液；
③抽样加入强碱液，至无絮状沉淀产生为止，以确定水解产物；
④继续水解不超过2小时；
⑤加入降解反应终止剂，得到初步产物；
⑥采用喷雾干燥法处理初步产物，得到水溶性壳低聚糖。
进一步，步骤③中所述的强碱液为2～6mol/L的NaOH溶液，优选4mol/L的NaOH溶液，并且，每隔5～15min(优选10min)取水解液1～5ml(优选3ml)加入NaOH溶液1～3ml(优选2ml)。
作为优选，降解反应终止剂可以采用如下两种：
步骤⑤中所述的终止剂为二氧化锰，添加量为1～3g/ml，至无气泡产生为止，反应液抽滤除去二氧化锰，收集滤液，该滤液即为初步产物。
步骤⑤中所述的终止剂为过氧化氢酶，添加量为1～2g/ml，至无气泡产生为止，灭酶，离心，取上清液，该上清液即为初步产物。
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用降解反应终止剂可以控制降解反应程度，从而控制所得壳低聚糖的重均分子量，满足实际生产要求，符合规模化生产要求，另外，反应过程中没有额外的其他钠、铁离子等加入，便于后续的纯化分离，从而降低生产要求和生产成本。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：准确称取脱乙酰化度为70％的壳聚糖10.0g，用浓度为0.5％的乙酸溶液溶解，制备成2％(w/v)壳聚糖乙酸溶液。温度升至55℃，按照壳聚糖与过氧化氢摩尔比为1∶1.5，加入2％H2O2溶液，pH5.5，持续搅拌水解70min后，3ml水解液加入2ml 4mol/L的NaOH溶液中无絮状沉淀产生，按照二氧化锰与壳聚糖溶液质量体积比1％，加入高纯度二氧化锰终止反应，反应至无气泡产生为止，反应液抽滤除去MnO2(MnO2收集后循环利用)，滤液经喷雾干燥法得到重均分子量为8万的完全水溶性壳低聚糖。
其中，2％的H2O2溶液为每百毫升水中的H2O2质量为2g。
实施例2：准确称取脱乙酰化度为85％的壳聚糖10.0g，用浓度为1.0％的乙酸溶液溶解，制备成3％(w/v)壳聚糖乙酸溶液。温度升至60℃，按照壳聚糖与过氧化氢摩尔比为1∶2.0，加入2％H2O2溶液，pH6.0，持续搅拌水解1h后，水解液加入4mol/L的NaOH溶液中无絮状沉淀产生，继续水解1h后，按照二氧化锰与壳聚糖溶液质量体积比2％，加入高纯度二氧化锰终止反应，反应至无气泡产生，反应液经抽滤除去MnO2(MnO2收集后循环利用)，收集滤液经喷雾干燥法得到重均分子量为1万的完全水溶性壳低聚糖。
实施例3：准确称取脱乙酰化度为95％的壳聚糖10.0g，用浓度为1.5％的乙酸溶液溶解，制备成4％(w/v)壳聚糖乙酸溶液。温度升至65℃，按照壳聚糖与过氧化氢摩尔比为1∶2.5，加入2％H2O2溶液，pH调至6.5，持续搅拌水解1h后，水解液加入4mol/L的NaOH溶液中无絮状沉淀产生，继续水解2h后，按照二氧化锰与壳聚糖溶液质量体积比3％，加入高纯度二氧化锰终止反应，反应至无气泡产生为止，反应液经抽滤除去MnO2(MnO2收集后循环利用)，收集滤液经喷雾干燥法得到重均分子量为986的完全水溶性壳低聚糖。
实施例4：准确称取脱乙酰化度为70％的壳聚糖10.0g，用浓度为0.5％的乙酸溶液溶解，制备成2％(w/v)壳聚糖乙酸溶液。温度升至55℃，按照壳聚糖与过氧化氢摩尔比为1∶1.5，加入2％H2O2溶液，pH5.5，持续搅拌水解70min后，3ml水解液加入2ml4mol/L的NaOH溶液中无絮状沉淀产生，按照过氧化氢酶与壳聚糖溶液质量体积比1％，加入食品级过氧化氢酶终止反应，至无气泡产生，100℃灭酶，5000rpm离心15min，取上清滤液经喷雾干燥法得到重均分子量为8万的完全水溶性壳低聚糖。
实施例5：准确称取脱乙酰化度为85％的壳聚糖10.0g，用浓度为1.0％的乙酸溶液溶解，制备成3％(w/v)壳聚糖乙酸溶液。温度升至60℃，按照壳聚糖与过氧化氢摩尔比为1∶2.0，加入2％H2O2溶液，pH6.0，持续搅拌水解1.0h后，水解液加入4mol/L的NaOH溶液中无絮状沉淀产生，继续水解1.0h后，按照过氧化氢酶与壳聚糖溶液质量体积比1.5％，加入食品级过氧化氢酶终止反应，至无气泡产生为止，100℃灭酶，5000rpm离心15min，上清液经喷雾干燥法得到重均分子量为1万的完全水溶性壳低聚糖。
实施例6：准确称取脱乙酰化度为95％的壳聚糖10.0g，用浓度为1.5％的乙酸溶液溶解，制备成4％(w/v)壳聚糖乙酸溶液。温度升至65℃，按照壳聚糖与过氧化氢摩尔比为1∶2.5，加入2％H2O2溶液，pH调至6.5，持续搅拌水解1h后，水解液加入4mol/L的NaOH溶液中无絮状沉淀产生，继续水解2.0h后，按照过氧化氢酶与壳聚糖溶液质量体积比1-2％，加入食品级过氧化氢酶终止反应，至无气泡产生为止，100℃灭酶，5000rpm离心15min，上清经喷雾干燥法得到重均分子量为1002的完全水溶性壳低聚糖。
实施例7：准确称取脱乙酰化度为85％的壳聚糖10.0g，用浓度为1.0％的乙酸溶液溶解，制备成3％(w/v)壳聚糖乙酸溶液。温度升至60℃，按照壳聚糖与过氧化氢摩尔比为1∶2.0，加入1％H2O2溶液，pH6.0，持续搅拌水解1h后，水解液加入4mol/L的NaOH溶液中无絮状沉淀产生，继续水解1h后，按照二氧化锰与壳聚糖溶液质量体积比2％，加入高纯度二氧化锰终止反应，反应至无气泡产生，反应液经抽滤除去MnO2(MnO2收集后循环利用)，收集滤液经喷雾干燥法得到重均分子量为1万的完全水溶性壳低聚糖。
实施例8：准确称取脱乙酰化度为85％的壳聚糖10.0g，用浓度为1.0％的乙酸溶液溶解，制备成3％(w/v)壳聚糖乙酸溶液。温度升至60℃，按照壳聚糖与过氧化氢摩尔比为1∶2.0，加入5％H2O2溶液，pH6.0，持续搅拌水解1.0h后，水解液加入4mol/L的NaOH溶液中无絮状沉淀产生，继续水解1.0h后，按照过氧化氢酶与壳聚糖溶液质量体积比1.5％，加入食品级过氧化氢酶终止反应，至无气泡产生为止，100℃灭酶，5000rpm离心15min，上清液经喷雾干燥法得到重均分子量为1万的完全水溶性壳低聚糖。

Claims (1)

1.一种水溶性壳低聚糖的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①将壳聚糖用乙酸溶液溶解，配成浓度为2.0～4.0g/ml的壳聚糖乙酸溶液，其中，壳聚糖脱乙酰化度为≥70％，乙酸溶液中乙酸体积浓度为0.5～1.5％；
②温度升至55～65℃，按壳聚糖与过氧化氢摩尔比为1∶1.5～1∶2.5，加入1～5％H2O2溶液，pH5.5～6.5，持续搅拌水解，得到水解液；
③抽样加入强碱液，至无絮状沉淀产生为止，以确定水解产物；
④继续水解不超过2小时；
⑤加入降解反应终止剂，得到初步产物；
⑥采用喷雾干燥法处理初步产物，得到水溶性壳低聚糖；
步骤⑤中所述的终止剂为二氧化锰，添加量为1～3g/ml，至无气泡产生为止，反应液抽滤除去二氧化锰，收集滤液，该滤液即为初步产物；
步骤③中所述的强碱液为2～6mol/L的NaOH溶液，并且，每隔5～15min取水解液1～5ml加入NaOH溶液1～3ml。
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