CN103709269A

CN103709269A - 一种制备超高脱乙酰度壳聚糖的方法

Info

Publication number: CN103709269A
Application number: CN201310738198.9A
Authority: CN
Inventors: 邢荣娥; 何晓飞; 李克成; 刘松; 李鹏程
Original assignee: Institute of Oceanology of CAS
Current assignee: Institute of Oceanology of CAS
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2033-12-27
Also published as: CN103709269B

Abstract

本发明属于海洋化学工程技术，具体涉及一种在低碱浓度条件下制备超高脱乙酰度壳聚糖的方法。以脱乙酰度60%-85%的壳聚糖为原料，在低碱浓度条件下，高温高压反应，反应结束后用去离子水将产物洗为中性，抽滤后烘干即得到脱乙酰度可达95%以上的壳聚糖。本发明采用高温高压的反应条件有利于脱乙酰化反应的进行，使中、低脱乙酰度的壳聚糖继续脱乙酰化制备得到超高脱乙酰化的壳聚糖，扩大其在医疗、食品、化学修饰等方面的应用。

Description

一种制备超高脱乙酰度壳聚糖的方法

技术领域

本发明属于海洋化学工程技术，具体涉及一种在低碱浓度条件下制备超高脱乙酰度壳聚糖的方法。

背景技术

壳聚糖是甲壳素脱N-乙酰基的产物，一般而言，N-乙酰基脱去55%以上的就可称之为壳聚糖。脱乙酰度在55%-70%的是低脱乙酰度壳聚糖，70%-85%的是中脱乙酰度壳聚糖，可作为工业应用，85%-95%的是高脱乙酰度壳聚糖，95%-100%的是超高脱乙酰度壳聚糖。N-脱乙酰度95%-100%的壳聚糖极难制备。脱乙酰度也就是分子链上自由氨基的含量，是一项极为重要的技术指标，脱乙酰度的高低直接关系到它在稀酸中的溶解能力、粘度、离子交换能力、絮凝性能和与氨基有关的化学反应能力，以及许多方面的应用，尤其是在食品、医药、活细胞和酶的固定化、制作反渗透膜和超滤膜中多要求使用超高脱乙酰度的壳聚糖。目前国内传统的碱液加热法所使用的碱量较大，不仅经济成本较高且污染环境，因此急需寻找一种简单方便、高效低廉的脱乙酰化方法来满足超高脱乙酰度壳聚糖在食品、医药及高性能材料等方面的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备超高脱乙酰度壳聚糖的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种制备超高脱乙酰度壳聚糖的方法，以脱乙酰度60%-85%的壳聚糖为原料，在低碱浓度条件下，高温高压反应，反应结束后用去离子水将产物洗为中性，抽滤后烘干即得到脱乙酰度可达95%以上的壳聚糖。

优选是，将脱乙酰度60%-85%的壳聚糖加入至浓度（质量分数）为2%-40%的碱溶液中反应，反应温度为80-130℃，反应时间为40-180min，压力为0.11-0.12MPa时，进行单因素试验，观察壳聚糖脱乙酰试验；其中，脱乙酰度60%-85%的壳聚糖与碱溶液之间料液比（质量比）为1:5-1:25。

更优选是，将脱乙酰度60%-85%的壳聚糖加入至浓度（质量分数）为5-15%的碱溶液中反应，反应温度为110-130℃，反应时间为60-180min，压力为0.11-0.12MPa时，反应产物烘干即可得到脱乙酰度95%以上的壳聚糖；其中，脱乙酰度60%-85%的壳聚糖与碱溶液之间料液比（质量比）为1:8-15。

所述碱溶液浓度为5-15%。优选，碱溶液浓度为10-15%。

所述脱乙酰度60%-85%的壳聚糖与碱溶液之间料液比（质量比）为1:8。

本发明在低碱浓度下、简单、高效的制备超高脱乙酰度壳聚糖的制备方法中NaOH浓度达到10%以后对乙酰基的脱除影响较小，料液比在保证完全浸润的条件下对乙酰基的脱除几乎没有影响。

本发明的优点

1.本发明采用高温高压的反应条件有利于脱乙酰化反应的进行，使中、低脱乙酰度的壳聚糖继续脱乙酰化制备得到超高脱乙酰化的壳聚糖，扩大其在医疗、食品、化学修饰等方面的应用。

2.本发明制备超高脱乙酰度壳聚糖的方法所需碱浓度仅为5%-15%，料液比1:8-15，极大地降低了碱的用量，有效减少环境污染和经济成本。

3.本发明制备超高脱乙酰度壳聚糖的方法获得的最终产物在脱乙酰度明显提高的情况下，由于碱浓度较低，反应条件温和，分子量变化较小。

附图说明

图1为本发明实施例提供的红外光谱法测得的原料和不同制备条件下高脱乙酰度的壳聚糖结构图，其中，乙酰基内C=O基团在1658cm^-1处有伸缩振动峰，此峰随着脱乙酰度的升高而逐渐消失，相应的1597cm^-1处游离氨基的弯曲振动则相对增大。图A为原始未经处理的脱乙酰度为83.83%的壳聚糖，羰基伸缩振动峰明显。图B为碱浓度为20%，料液比1:20，反应时间120min，反应温度120℃条件下制得的脱乙酰度95.96%的壳聚糖，羰基伸缩振动峰明显变小。图C为碱浓度为15%，料液比1:20，反应时间120min，反应温度120℃条件下制得的脱乙酰度100%的壳聚糖，此时的羰基伸缩振动峰几乎消失。图D为碱浓度为20%，料液比1:20，反应时间120min，反应温度120℃条件下制得的脱乙酰度100%的壳聚糖。图E为碱浓度为10%，料液比为1：10,反应温度120℃，反应100min，脱乙酰度97.68%。红外谱图证实了在碱浓度为5%-15%，料液比1:8-15，反应温度110-120℃，反应时间60-180min的实验条件下，中、低脱乙酰度的壳聚糖可以很好地脱去乙酰基制备成超高脱乙酰度的壳聚糖。

图2为本发明实施例提供的利用高效液相法对原料以及不同反应条件下壳聚糖分子量的测定,图A分子量为701KDa，碱浓度为35%，料液比1:20，反应温度120℃，反应时间120min，脱乙酰度99.34%。图B分子量为677KDa，碱浓度为8%，料液比1:20，反应温度120℃，反应时间120min，脱乙酰度95.46%。图C分子量为1320KDa，碱浓度为10%，料液比1:10，反应温度110℃，反应时间100min，脱乙酰度95.15%。

具体实施例

下面结合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。

实施例1

在依次编号的量杯中，分别称取一定量的壳聚糖（脱乙酰度为60%-85%）和NaOH固体后，加入去离子水用玻璃棒迅速搅拌而使二者充分溶解混匀，NaOH完全溶解并大量放热。将量杯放置于立式压力蒸汽灭菌锅中，设定反应温度与反应时间。反应结束后，用去离子水将量杯中壳聚糖洗至中性并抽滤。抽滤后产物置于105℃烘箱中烘干至恒重，测定产率，并采用高效凝胶排阻色谱对壳聚糖降解产物的重均分子量（Mw）和数均分子量（Mn）进行分析。具体分析条件如下，色谱柱：TSK G5000-PWXL；流动相：0.2M醋酸/0.1M醋酸钠溶液；流速：0.6mL/min；柱温：30℃；检测器：示差检测器。样品浓度为0.4%（w%）。采用不同分子量的葡聚糖2000000,1100000，670000,410000,270000,80000,50000,25000Da，对凝胶色谱柱进行校准。采用紫外可见分光光度计TU-1810测定壳聚糖的脱乙酰度，以N-乙酰氨基葡萄糖为标准品，199nm处测量乙酰基的吸光度，从而求得壳聚糖的脱乙酰度（参见表1-表4）。

表1不同碱浓度条件下壳聚糖的脱乙酰度

ND：未测定样品

表2不同料液比条件下壳聚糖的脱乙酰度

表3不同时间条件下壳聚糖的脱乙酰度

表4不同温度条件下壳聚糖的脱乙酰度

Claims

1.一种制备超高脱乙酰度壳聚糖的方法，其特征在于：以脱乙酰度60%-85%的壳聚糖为原料，在低碱浓度条件下，高温高压反应，反应结束后用去离子水将产物洗为中性，抽滤后烘干即得到脱乙酰度可达95%以上的壳聚糖。

2.按权利要求1所述的超高脱乙酰度壳聚糖的制备方法，其特征在于：

将脱乙酰度60%-85%的壳聚糖加入至浓度（质量分数）为2%-40%的碱溶液中反应，反应温度为80-130℃，反应时间为40-180min，压力为0.11-0.12MPa时；其中，脱乙酰度60%-85%的壳聚糖与碱溶液之间料液比（质量比）为1:5-1:25。

3.按权利要求2所述的超高脱乙酰度壳聚糖的制备方法，其特征在于：

将脱乙酰度60%-85%的壳聚糖加入至浓度（质量分数）为5-15%的碱溶液中反应，反应温度为110-130℃，反应时间为60-180min，压力为0.11-0.12MPa时，反应产物烘干即可得到脱乙酰度95%以上的壳聚糖；其中，脱乙酰度60%-85%的壳聚糖与碱溶液之间料液比（质量比）为1:8-15。

4.按权利要求3所述的超高脱乙酰度壳聚糖的制备方法，其特征在于：所述碱溶液浓度为5-15%。

5.按权利要求4所述的超高脱乙酰度壳聚糖的制备方法，其特征在于：所述碱溶液浓度为10-15%。

6.按权利要求3所述的超高脱乙酰度壳聚糖的制备方法，其特征在于：所述脱乙酰度60%-85%的壳聚糖与碱溶液之间料液比（质量比）为1:8。