CN105884932A - 一种低分子量壳聚糖的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及本发明涉及一种低分子量壳聚糖的制备方法，包括：步骤一：改造壳聚糖的结构。将壳聚糖与金属离子配位使其转化为壳聚糖金属配合物，其中壳聚糖分子量为2万‑120万，用于发生配位反应的金属离子来自金属盐选自Fe、Co、Ni、Cu的盐酸盐、硝酸盐、硫酸盐，乙酸盐，优选乙酸铜。步骤二：壳聚糖金属配合物的氧化降解。在壳聚糖金属配合物中加入氧化剂，氧化剂选自CH₃COOOH、NaBO₃、ClO₂、Cl₂和O₃等，优选CH₃COOOH。步骤三：将步骤二中得到的产物分离提纯，得到低分子量壳聚糖，其重均分子量为160‑3000。

Description

一种低分子量壳聚糖的制备方法

技术领域

本发明涉及一种低分子量壳聚糖的制备方法，具体的是在乙酸介质中用氧化剂氧化降解壳聚糖。

背景技术

壳聚糖(chitosan，CTS)是甲壳素即β-(1，4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄聚糖经过脱乙酰化反应后得到的一种生物高分子，即脱乙酰基甲壳素，是甲壳素的主要衍生物，学名是聚氨基葡萄糖，又被人称为可溶性甲壳素，化学名称为β-(1，4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，别名甲壳胺，是由N-乙酰-D-氨基葡萄糖单体通过β-1，4-糖苷链连接起来的直链状高分子化合物，分子式为(C₆H₁₁NO₄)_n如式I所示。

壳聚糖以β-(1，4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖为结构单元，是天然多糖中唯一大量存在的阳离子多糖。壳聚糖具有无毒、生物相容性好、可生物降解、成膜性好、吸附性能优异等特点。随着研究的深入，已经发现壳聚糖经水解生成的低聚合度的壳聚糖具有独特的生理活性。由于低聚合度的壳聚糖分子量低，水溶性好，其活性基团在分子内充分暴露，比高分子量壳聚糖的生物活性强，在医疗保健、食品卫生、工业、农业等各个领域有着广泛应。

壳聚糖降解的方法包括生物降解、物理降解和化学降解。生物降解即酶解法，其特点是：反应条件温和、酶具有高度选择性，这样有利于控制降解过程，得到分子量分布窄的壳聚糖。但酶降解法自身的一些缺点使其无法在大规模生产中使用。物理降解即γ射线辐射降解法，该方法对设备和辐射剂量的控制要求较高，有一定的危险，限制了其在实际和大规模生产中的应用。

化学降解主要是氧化降解，利用不同的氧化剂对壳聚糖进行氧化降解，氧化剂包括NaBO₃、ClO₂、Cl₂H₂O₂和O₃等，其中最主要的是H₂O₂氧化降解，H₂O₂是一种具有强氧化能力的氧化剂，自由基·OH和可以在一定条件下由过氧化氢生成，自由基·OH和具备很强的氧化能力，他们使壳聚糖主链β-(1，4)甙键因氧化断裂来制备低分子量壳聚糖。H₂O₂在铜等金属离子存在下容易分解，氧化效率低。

本发明与现有技术相比的优点在于：通过壳聚糖与金属离子配位得到配合物，改变了壳聚糖的结构，减少了壳聚糖分子间存在的部分氢键，降低了壳聚糖结晶性，使得氧化降解的反应条件变得温和，易于控制降解产物的分子量。

发明内容

本发明的目的是提供一种低分子量壳聚糖的制备方法。

壳聚糖分子结构上存在有大量的羟基和氨基，其羟基和氨基都是良好的金属配位基团，当形成配合物后，与原来未配位时相比，金属离子破坏壳聚糖的部分分子间氢键，会改变壳聚糖分子之间的排列，使原壳聚糖分子结构中分子之间的结合力降低。

本方法试验方案包括先将壳聚糖与金属离子配位，使其转化为壳聚糖金属配合物，再用氧化剂对所产生的配合物进行氧化降解，可以得到分子量低且分子分布较窄的壳聚糖。该方法的降解反应条件温和，其反应时间短，反应温度低，易于控制产物的分子量。

本发明涉及一种低分子量壳聚糖的制备方法，包括：

步骤一：改造壳聚糖的结构。将壳聚糖与金属离子配位使其转化为壳聚糖金属配合物，其中壳聚糖分于量为2万-120万，例如：2万，3万，30万，60万，90万，120万，优选3万。用于发生配位反应的金属离子来自金属盐，选自Fe、Co、Ni、Cu的盐酸盐、硝酸盐、硫酸盐，乙酸盐，优选乙酸盐，更优选乙酸铜。

步骤二：壳聚糖金属配合物的氧化降解。在壳聚糖金属配合物中加入氧化剂，氧化剂选自CH₃COOOH、NaBO₃、ClO₂、H₂O₂、Cl₂和O₃等，优选CH₃COOOH。

步骤三：将步骤二中得到的产物分离提纯，得到低分子量壳聚糖。

一种低分子量壳聚糖的制备方法，具体包括：

步骤一，改造壳聚糖的结构：将壳聚糖与金属离子配位反应，使其转化为壳聚糖金属配合物，包括将壳聚糖置于容器中，加入过量乙酸溶液，在室温下剧烈搅拌，待壳聚糖溶解后，称取一定量的金属盐加入到壳聚糖溶液中，金属盐选自Fe、Co、Ni、Cu的盐酸盐、硝酸盐、硫酸盐，乙酸盐，其中金属离子与壳聚糖糖元的摩尔比为1∶2-1∶16，反应温度选自20。℃-75℃，反应时间为0.5h-2h；

步骤二，用氧化剂对壳聚糖金属配合物进行氧化降解：调整水浴温度至一定温度，继续将步骤一的容器置于恒温水浴中，边搅拌边逐滴加入一定量的氧化剂，氧化剂选自CH₃COOOH、NaBO₃、ClO₂、Cl₂和O₃，反应温度选自20℃-75℃，反应时间为0.5h-4h，反应体系的pH值控制为1-5，得到降解产物；

步骤三，将步骤二中得到的产物分离提纯，其中的分离提纯包括采用常规去除金属离子的方法除去氧化降解反应产物中的金属离子，可以采用离子交换法除去反应产物中的金属离于。调节溶液的PH值至碱性使其生成沉淀物，过滤洗涤沉淀得到低分子量壳聚糖，具重均分子量为160-3000。

具体实施方式

步骤一：壳聚糖金属配合物的制备。

称取0.5g分子量为2万-120万，例如：2万，3万，30万，60万，90万，120万，优选分子量为3万的壳聚糖，置于100ml三口瓶中，量取50ml乙酸溶液加入到三口瓶中，在室温下剧烈搅拌30min，乙酸的浓度选自0.54％-4％(重量)，优选2％(重量)，待壳聚糖溶解后，称取一定量的金属盐加入到壳聚糖溶液中，金属盐选自Fe、Co、Ni、Cu的盐酸盐、硝酸盐、硫酸盐，乙酸盐，优选它们的乙酸盐，更优选乙酸铜，其中金属离子与壳聚糖糖元的摩尔比为1∶2-1∶16，优选1∶4，反应温度选自20℃-75℃，优选反应温度40℃，反应时间为0.5h-2h，优选1h。

步骤二：壳聚糖金属配合物的氧化。

调整水浴温度至一定温度，继续将“步骤一”的三口瓶置于恒温水浴中，边搅拌边逐滴加入一定量的浓度20％(重量)的CH₃COOOH，反应一段时间。反应温度选自20℃-75℃，反应时间为0.5h-4h，反应体系的pH值控制为1-5，CH₃COOOH用量为0.3ml-1.2ml，优选反应温度70℃、反应时间4h，CH₃COOOH用量为0.75ml，pH为4的条件下对壳聚糖进行降解，所得降解产物重均分子量为160-3000。

步骤三：提纯低分子量壳聚糖。

除去“步骤二”反应产物中的金属离子，调节溶液的PH值至碱性使其生成沉淀物，过滤洗涤得到低分子量壳聚糖。其中可以采用常规去除铜离子的方法，例如：离子交换法等。

实施例1：

步骤一：壳聚糖金属配合物的制备。

称取0.5g分子量为3万的壳聚糖，置于100ml三口瓶中，量取50ml浓度2％(重量)的乙酸溶液加入到三口瓶中，在室温下剧烈搅拌30min，待壳聚糖溶解后，称取一定量的乙酸铜，其中铜(II)与壳聚糖糖元的摩尔比为1∶4，反应温度为40℃，反应时间1h。

步骤二：壳聚糖金属配合物的氧化。

调整水浴温度至70℃温度，继续将“步骤一”的三口瓶置于恒温水浴中，边搅拌边逐滴加入0.75ml的浓度20％(重量)的CH₃COOOH，反应4h，反应体系的pH值控制为5，反应温度70℃，反应时间4h，对壳聚糖进行降解，所得降解产物重均分子量为288。

步骤三：提纯低分子量壳聚糖。

用离子交换法除去“步骤二”反应产物中的铜离子，调节溶液的pH值至碱性使其生成沉淀物，过滤洗涤得到低分子量壳聚糖。

对比实施例1：

步骤一：壳聚糖溶液的制备。

称取0.5g分子量为3万的壳聚糖，置于100ml三口瓶中，量取50ml浓度2％(重量)的乙酸溶液加入到三口瓶中，在室温下剧烈搅拌30min。

步骤二：壳聚糖的氧化。

调整水浴温度至70℃温度，继续将“步骤一”的三口瓶置于恒温水浴中，边搅拌边逐滴加入0.75ml的浓度20％(重量)的CH₃COOOH，反应4h，反应体系的pH值控制为5，反应温度70℃，反应时间4h，对壳聚糖进行降解，所得降解产物重均分子量为3143。

步骤三：提纯低分子量壳聚糖。

将“步骤二”中的反应产物，调节溶液的pH值至碱性使其生成沉淀物，过滤洗涤得到低分子量壳聚糖。

通过实施例和对比例的比较可以看出：在相同的降解条件下，用CH₃COOOH氧化降解金属配位的壳聚糖所得产物的分子量远远低于直接CH₃COOOH氧化降解壳聚糖所得产物的分子量。

用凝胶渗透色谱测试提纯后壳聚糖分子量的条件。

PL-GPC50凝胶渗透色谱具有视差检测器、光散射检测器和粘度检测器，通过以上三种检测器所得色谱图通过软件积分得到降解产物的分子量。仪器所用色谱柱为PL aquagel-OH MIXED-8μm，300×7.5mm。色谱柱柱温为35℃，采用乙酸/乙酸钠缓冲溶液作为流动相，流动相流速为1ml/min。进样前式样经过45μm滤膜过滤，进样量为100μl。

本发明的内容不仅仅限于以上实施例，通过控制反应时间、改变反应条件，例如：反应温度为20℃、30℃、40℃、55℃、65℃、75℃等，铜(II)与壳聚糖糖元的摩尔比为1∶2、1∶4、1∶8、1∶16等，反应体系的pH值为1-5等，可以获得不同分子量的低分子量壳聚糖。

Claims (6)

1.一种低分子量壳聚糖的制备方法，具体包括：

步骤一，改造壳聚糖的结构：将壳聚糖与金属离子配位反应，使其转化为壳聚糖金属配合物，包括将壳聚糖置于容器中，加入过量乙酸溶液，在室温下剧烈搅拌，待壳聚糖溶解后，称取一定量的金属盐加入到壳聚糖溶液中，金属盐选自Fe、Co、Ni、Cu的盐酸盐、硝酸盐、硫酸盐，乙酸盐，其中金属离子与壳聚糖糖元的摩尔比为1∶2-1∶16，反应温度选自20℃-75℃，反应时间为0.5h-2h；

步骤二，用氧化剂对壳聚糖金属配合物进行氧化降解：调整水浴温度至一定温度，继续将步骤一的容器置于恒温水浴中，边搅拌边逐滴加入一定量的氧化剂，氧化剂选自CH₃COOOH、NaBO₃、ClO₂、Cl₂和O₃，反应温度选自20℃-75℃，反应时间为0.5h-4h，反应体系的pH值控制为1-5，得到降解产物；

步骤三，将步骤二中得到的产物分离提纯，得到低分子量壳聚糖，其重均分子量为160-3000。

2.权利要求1所述的方法，其中壳聚糖分子量为2万-120万，用于发生配位反应的金属盐是乙酸盐，配位反应温度为40℃，在壳聚糖金属配合物中加入的氧化剂是CH₃COOOH，氧化降解的反应温度为70℃，控制氧化降解反应体系的pH值为1-5。

3.权利要求1或2所述的方法，其中0.5g壳聚糖，其分子量为3万，用于发生配位反应的金属盐是乙酸铜，铜(II)离子与壳聚糖糖元的摩尔比为1∶4，浓度20％(重量)的CH₃COOOH为0.3ml-1.2ml，控制氧化降解反应体系的pH值为4。

4.权利要求3所述的方法，其中CH₃COOOH用量为0.75ml。

5.权利要求1-3之一所述的方法，其中的分离提纯包括采用常规去除金属离子的方法除去氧化降解反应产物中的金属离子，调节溶液的PH值至碱性使其生成沉淀物，过滤洗涤沉淀得到低分子量壳聚糖。

6.权利要求1-4之一所述的方法，其中可以采用离子交换法除去反应产物中的金属离子。