CN103304686A - 超声微波协同氧化制备低聚窄分子量分布壳寡糖的方法 - Google Patents
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本发明超声微波协同氧化制备低聚窄分子量分布壳寡糖的方法，属低聚壳寡糖制备技术领域。以高分子量壳聚糖为原料，在油浴的环境下加入的醋酸溶液，边加边进行机械搅拌，直到形成均匀透明的粘稠状体系，在混合物中混入定量双氧水，继续机械搅拌2～20分钟。将混合体系放入超声波发生器中超声5～40分钟，得到除去空气泡的均匀透明粘稠状体系，微波处理后，冷却。用KOH溶液调节pH至中性。抽滤，将滤液蒸发浓缩至适量体积，加入乙醇，醇沉，抽滤，分别用乙醇和乙醚洗涤2～3次，冷冻干燥后即得窄分布的不同聚合度的壳寡糖。本发明将单一的降解方法进行优化组合协同降解，提高降解效率，制备的壳寡糖分子量分布窄，分子量均一。
Description
技术领域
本发明涉及低聚壳寡糖制备技术领域，尤其是低聚窄分子量分布壳寡糖的制备。
背景技术
壳聚糖(Chitosan)是甲壳素脱乙酰化的产物，是由2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖单元和N-乙酰-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖以β-1,4糖苷键链接而成的二元线性共聚物，是白色无定型固体([1]蒋挺大. 甲壳素[M]. 北京：化学工业出版社, 2003: 23-28. [2]Varum K. M., Ottoy M. H., Smidsrod O. Acid hydrolysis of chitosans. Carbohydrate Polymers. 2001, 46(1): 89-98.)。凡是N-乙酰度在50%以上的就可以称为壳聚糖。壳聚糖是自然界中唯一存在的天然碱性多糖，无毒副作用，具有良好的生物降解性、生物相容性等。由于壳聚糖的优良的生物活性，壳聚糖在很多领域得到了广泛的应用。例如：壳聚糖可作为果蔬保鲜剂、保健食品添加剂、止血剂、降胆固醇剂，还可以用于食品工业废水和重金属废水的处理等。虽然壳聚糖的应用范围广泛，但是其分子量较大，通常在几十万到上百万左右，只溶于稀酸溶液，当水溶液体系在pH值为4.5以上时则溶解性很差，限制了壳聚糖的应用。将壳聚糖长链通过不同途径发生部分降解，糖苷键断裂形成分子量大小不等的片段，得到水溶性优良的不同分子量的低聚壳聚糖。而且壳聚糖许多优良的特性只有在分子量降低到一定程度时才能表现出来。
低聚壳聚糖(Chitooligosaccharide)是壳聚糖经降解生成的一类低聚物，是一种可生物降解的聚阳离子高分子材料。低聚壳聚糖也叫做壳寡糖、壳聚寡糖或几丁寡糖，学名叫β-1,4-寡糖-葡萄糖胺，是由2-10个葡萄糖氨基或N-乙酰葡萄糖氨基以β-1,4键连接构成的(王军, 周本权, 杨许召, 等. 低聚壳聚糖的制备及应用研究进展[J]. 日用化学工业. 2010, 40(2): 124-128.)。壳寡糖的相对分子量一般在1000-10000之间。壳寡糖不仅保持了壳聚糖原有的生理活性，而且还有许多独特的性质和功能，例如：水溶性、抗菌抑菌活性、吸湿保湿性、成膜性、调节免疫、降血脂、调节肠胃等生理活性。低聚壳聚糖在食品工业、生物医药、环境保护、农业、化妆品等领域中的应用得到了扩展。
目前制备水溶性壳寡糖的方法很多，包括化学法(如酸水解、氧化降解)、酶解法(如专一性酶、非专一性酶)、物理法(如核辐射、紫外辐射和微波处理法)等。虽然这些方法都能够降解得到不同分子量的壳寡糖，但是在一定程度上都存在一定的弊端。例如：酸解法的成本较低、操作简便，但是得到的壳寡糖的分子量分布难以控制，并且会对环境造成污染(刘晓, 石瑛, 白雪芳, 等. 甲壳低聚糖的酸水解[J]. 中国水产科学. 2003, 10(1): 69-72.)。酶解法的催化效率高、专一性强、对环境的污染小，但是酶的价格昂贵，反应时间长，成本较高。辐射法降解成本低、产品品质高，但是辐射容易引起一些交联和岐化反应，副产物较多。这些方法降解制备的壳寡糖分子量分布都比较宽，分子量分布指数大，壳寡糖的性质不均一，导致在一些高端行业的应用受到了限制。
因而，如何得到分子量和性质均一的低聚窄分子量分布壳寡糖，并且提高降解效率、降低成本、减少对环境的污染是壳聚糖降解中的重要问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备低聚窄分子量分布壳寡糖的降解方法，采用复合降解法提高降解效率，得到链长均一、分子量均一、性质均一的不同聚合度的低聚窄分子量分布壳寡糖。
本发明超声微波协同氧化法制备低聚窄分子量分布壳寡糖的方法，按照下述步骤进行：
（1）于40～60℃的油浴环境中，在体积浓度为0.5～1%的醋酸(HAc)溶液中加入高分子壳聚糖，边加边进行机械搅拌，直到形成均匀透明的粘稠状体系；
（2）在上述粘稠状体系中混入定量双氧水，继续机械搅拌2～20分钟；
（3）将上述体系放入超声波发生器中超声5～40分钟，得到除去空气泡的均匀透明粘稠状体系；
（4）将上述体系放入微波催化合成/萃取仪中，设置一定的参数，进行微波降解，冷却；在功率和温度一定的条件下，随着加入双氧水量与微波照射时间的不同，降解得到不同聚合度的低聚窄分子量分布壳寡糖；
（5）用2mmol/L的KOH溶液调节pH至中性，抽滤，得到质量浓度为2～10%的低聚窄分子量分布壳聚糖水剂产品；
（6）将步骤（5）的滤液蒸发浓缩至适量体积，加入乙醇，醇沉，抽滤，分别用乙醇和乙醚洗涤2～3次，冷冻干燥后即得到所需聚合度的低聚窄分子量分布壳聚糖的固体产品。
其中步骤（1）中醋酸(HAc)溶液的体积与高分子壳聚糖的质量比为10～15: 1。
其中步骤（2）中醋酸(HAc)溶液与双氧水的体积比为2～3 : 1。
其中步骤（3）中微波功率600～800W，温度50～90℃，时间5～120分钟。
本发明与现有的壳寡糖降解技术相比有以下显著优点：
（1）将单一的降解方法进行优化组合协同降解，提高降解效率；（2）机械搅拌可先将混合原料充分匀化；超声波处理使H2O2分子更均匀的与高分子量壳聚糖分子接触，并除去混入的空气；经微波处理后得到链长更为均一的低聚壳寡糖，保证分子量和性质的均一性；（3）本发明中所使用的有机溶剂只有乙酸，浓度低，且可进一步回收利用，不会对环境产生污染。操作简便，适合大规模的工业化生产；（4）与目前实验室常用的将高分子壳聚糖原料/醋酸/双氧水混合体系直接进行微波降解方法相比，本发明得到的分子量分布指数小，属于窄分子量分布范围；（5）与已有制备窄分子量分布低聚壳聚糖的专利（ZL 200410039814.2; ZL 200410039814.2; ZL 2005100736995; ZL 2005100737004）相比，尽管本发明制备产品的分子量分布指数略宽，但降解方法简单、没有金属离子的介入，不必进行后续的除去金属离子和催化剂分离步骤；（6）产品分子单纯，可直接用于食品、化妆品、医药用品中间体和医疗辅料材料中。
附图说明
图1为本发明中涉及到的甲壳素和壳聚糖的化学结构。
图2为本发明实施例1中降解制备的分子量分布指数（M w /M n ）为2.12，聚合度（DP）为20的壳寡糖的液相谱图。HPLC参数Colum: TSK-GEL G6000/G4000；Flow liq: NH4Ac/HAc(pH4.5)；Velocity: 0.43ml/min。
图3为本发明实施例2中降解制备的分子量分布指数（M w /M n ）为1.76，聚合度（DP）为9的壳寡糖的液相谱图。HPLC参数Colum: TSK-GEL G6000/G4000；Flow liq: NH4Ac/HAc(pH4.5)；Velocity: 0.43ml/min。
图4为本发明实施例3中降解制备的分子量分布指数（M w /M n ）为1.40，聚合度（DP）为6的壳寡糖的液相谱图。HPLC参数Colum: TSK-GEL G6000/G4000；Flow liq: NH4Ac/HAc(pH4.5)；Velocity: 0.43ml/min。
图5为本发明实施例3中降解制备的分子量分布指数（M w /M n ）为1.40，聚合度（DP）为6的壳寡糖与高分子量壳聚糖原料之间的红外对比谱图。
具体实施方式：
下面结合具体实施例和说明书附图对本发明作进一步说明，并且本发明的保护范围不仅局限于以下实施例。
实例1
于40℃的油浴环境中，在0.5%的醋酸(HAc)溶液中加入高分子壳聚糖，其中醋酸(HAc)溶液的体积与高分子壳聚糖的质量比为10: 1，边加边进行机械搅拌，直到形成均匀透明的粘稠状体系。在上述粘稠状体系中加入少量双氧水，其中HAc与H2O2的体积比为2 : 1，继续机械搅拌2分钟。在超声波发生器中超声5分钟。将上述体系放入微波催化合成/萃取仪中，设置参数如下：功率600W，温度50℃，时间：5分钟，进行微波降解，冷却。用2mmol/L的KOH溶液调节pH至中性。抽滤，将滤液蒸发浓缩至适量体积，加入乙醇，醇沉，抽滤，分别用乙醇和乙醚洗涤2～3次，冷冻干燥后即得分子量分布指数为2.12，聚合度为20的壳寡糖。壳寡糖的液相谱图如图2所示。
实例2
于60℃的油浴环境中，在1%的醋酸(HAc)溶液中加入高分子壳聚糖，其中醋酸(HAc)溶液的体积与高分子壳聚糖的质量比为15: 1，边加边进行机械搅拌，直到形成均匀透明的粘稠状体系。在上述粘稠状体系中加入少量双氧水，其中HAc与H2O2的体积比为3 : 1，继续机械搅拌20分钟。在超声波发生器中超声40分钟。将上述体系放入微波催化合成/萃取仪中，设置参数如下：功率800W，温度90℃，时间120分钟，进行微波降解，冷却。用2mmol/L的KOH溶液调节pH至中性。抽滤，将滤液蒸发浓缩至适量体积，加入乙醇，醇沉，抽滤，分别用乙醇和乙醚洗涤2～3次，冷冻干燥后即得分子量分布指数为1.76，聚合度为9的壳寡糖。壳寡糖的液相谱图如图3所示。
实例3
于60℃的油浴环境中，在1%的醋酸(HAc)溶液中加入高分子壳聚糖，其中醋酸(HAc)溶液的体积与高分子壳聚糖的质量比为15: 1，边加边进行机械搅拌，直到形成均匀透明的粘稠状体系。在上述粘稠状体系中加入少量双氧水，其中HAc与H2O2的体积比为3 : 1，继续机械搅拌15分钟。在超声波发生器中超声10分钟。将上述体系放入微波催化合成/萃取仪中，设置参数如下：功率750 W，温度70℃，时间25分钟，进行微波降解，冷却。用2mmol/L的KOH溶液调节pH至中性。抽滤，将滤液蒸发浓缩至适量体积，加入乙醇，醇沉，抽滤，分别用乙醇和乙醚洗涤2～3次，冷冻干燥后即得分子量分布指数为1.40，聚合度为6的壳寡糖。壳寡糖的液相谱图如图4所示。分子量分布指数为1.40，聚合度为6的壳寡糖与高分子量壳聚糖原料之间的红外谱图如图5所示。从图中可见，降解前后壳聚糖分子中主要基团的峰位置未发生变化，表明壳聚糖的化学结构并未发生大的改变。3400cm-1左右的吸收峰是形成氢键缔合的O-H伸缩振动吸收峰与N-H的伸缩振动吸收峰重叠而增宽的多重吸收峰。壳聚糖分子中存在着大量的链内、链间氢键，因氢键的长短和强弱不等，使其伸缩峰出现在一较宽的频率范围内。在2900 cm-1左右的吸收峰归属于C-H的伸缩振动。1600cm-1的吸收峰归属于壳聚糖分子链中部分未脱乙酰化的酰胺吸收峰。
Claims (4)
1.超声微波协同氧化法制备低聚窄分子量分布壳寡糖的方法，其特征在于按照下述步骤进行：
（1）于40～60℃的油浴环境中，在体积浓度为0.5～1%的醋酸(HAc)溶液中加入高分子壳聚糖，边加边进行机械搅拌，直到形成均匀透明的粘稠状体系；
（2）在上述粘稠状体系中混入定量双氧水，继续机械搅拌2～20分钟；
（3）将上述体系放入超声波发生器中超声5～40分钟，得到除去空气泡的均匀透明粘稠状体系；
（4）将上述体系放入微波催化合成/萃取仪中，设置一定的参数，进行微波降解，冷却；在功率和温度一定的条件下，随着加入双氧水量与微波照射时间的不同，降解得到不同聚合度的低聚窄分子量分布壳寡糖；
（5）用2mmol/L的KOH溶液调节pH至中性，抽滤，得到质量浓度为2～10%的低聚窄分子量分布壳聚糖水剂产品；
（6）将步骤（5）的滤液蒸发浓缩至适量体积，加入乙醇，醇沉，抽滤，分别用乙醇和乙醚洗涤2～3次，冷冻干燥后即得到所需聚合度的低聚窄分子量分布壳聚糖的固体产品。
2. 根据权利要求1所述的超声微波协同氧化法制备低聚窄分子量分布壳寡糖的方法，其特征在于其中步骤（1）中醋酸(HAc)溶液的体积与高分子壳聚糖的质量比为10～15: 1。
3.根据权利要求1所述的其中步骤（2）中醋酸(HAc)溶液与双氧水的体积比为2～3 : 1。
4.根据权利要求1所述的其中步骤（3）中微波功率600～800W，温度50～90℃，时间5～120分钟。
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|---|---|
| CN (1) | CN103304686A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104031177A (zh) * | 2014-06-30 | 2014-09-10 | 赖禄波 | 壳聚糖的降解方法 |
| CN105131149A (zh) * | 2015-08-13 | 2015-12-09 | 江苏大学 | 超声波/微波联用制备低聚窄分子量分布壳聚糖的方法 |
| CN106665577A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-17 | 新昌县赛因斯生物科技有限公司 | 一种用于降低农药在作物中残留的壳寡糖组合物 |
| CN107793491A (zh) * | 2017-09-22 | 2018-03-13 | 浙江海洋大学 | 一种鱿鱼墨多糖寡糖的制备方法 |
| CN109306023A (zh) * | 2018-08-21 | 2019-02-05 | 江苏大学 | 一种等离子体和超声改性的羊肚菌多糖的制备方法与应用 |
| CN109315403A (zh) * | 2018-10-09 | 2019-02-12 | 昆明理工大学 | 提高经济作物与农作物营养功能成分的促进剂 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1306390A1 (en) * | 2001-10-24 | 2003-05-02 | Matsumoto Dental University | Method of producing low molecular weight chitin/chitosan and method of producing an osteoconduction substance |
| CN1544517A (zh) * | 2003-11-27 | 2004-11-10 | 浙江大学 | 治理土壤污染的化学调控剂及其制备方法 |
| CN101642579A (zh) * | 2009-08-14 | 2010-02-10 | 江苏大学 | 壳聚糖修饰顺磁性金属离子磁共振成像对比剂的制备方法 |
-
2013
- 2013-06-28 CN CN2013102701849A patent/CN103304686A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1306390A1 (en) * | 2001-10-24 | 2003-05-02 | Matsumoto Dental University | Method of producing low molecular weight chitin/chitosan and method of producing an osteoconduction substance |
| CN1544517A (zh) * | 2003-11-27 | 2004-11-10 | 浙江大学 | 治理土壤污染的化学调控剂及其制备方法 |
| CN101642579A (zh) * | 2009-08-14 | 2010-02-10 | 江苏大学 | 壳聚糖修饰顺磁性金属离子磁共振成像对比剂的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张峰，等: ""超声波辅助降解壳聚糖的研究"", 《高分子材料科学与工程》, vol. 20, no. 1, 31 January 2004 (2004-01-31), pages 221 - 223 * |
| 覃彩芹，等: ""过氧化氢氧化降解壳聚糖的可控性研究"", 《武汉大学学报（自然科学版）》, vol. 46, no. 2, 30 April 2000 (2000-04-30), pages 195 - 198 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104031177A (zh) * | 2014-06-30 | 2014-09-10 | 赖禄波 | 壳聚糖的降解方法 |
| CN105131149A (zh) * | 2015-08-13 | 2015-12-09 | 江苏大学 | 超声波/微波联用制备低聚窄分子量分布壳聚糖的方法 |
| CN106665577A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-17 | 新昌县赛因斯生物科技有限公司 | 一种用于降低农药在作物中残留的壳寡糖组合物 |
| CN107793491A (zh) * | 2017-09-22 | 2018-03-13 | 浙江海洋大学 | 一种鱿鱼墨多糖寡糖的制备方法 |
| CN109306023A (zh) * | 2018-08-21 | 2019-02-05 | 江苏大学 | 一种等离子体和超声改性的羊肚菌多糖的制备方法与应用 |
| CN109306023B (zh) * | 2018-08-21 | 2021-04-20 | 江苏大学 | 一种等离子体和超声改性的羊肚菌多糖的制备方法与应用 |
| CN109315403A (zh) * | 2018-10-09 | 2019-02-12 | 昆明理工大学 | 提高经济作物与农作物营养功能成分的促进剂 |
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