CN106047964A - 一种由壳聚糖酶解生产壳寡糖的方法 - Google Patents

一种由壳聚糖酶解生产壳寡糖的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种由壳聚糖酶解生产壳寡糖的方法以及由所述生产方法生产得到的壳寡糖。该生产方法包括原料预处理、酶解、过滤与干燥等步骤。本发明的方法是在室温与负压条件下进行壳聚糖酶解，也是在负压条件下实现过滤分离，从而解决现有技术存在的技术缺陷，其产品颜色自然、含量高达95％以上、质量稳定，壳寡糖收率达到92％以上，成本低，非常适合工业化生产。

Description

一种由壳聚糖酶解生产壳寡糖的方法
【技术领域】
本发明属于壳寡糖生产技术领域。更具体地，本发明涉及一种由壳聚糖酶解生产壳寡糖的方法，还涉及由所述生产方法生产得到的壳寡糖。
【背景技术】
壳寡糖是由壳聚糖降解得到的聚合度为2～20的寡糖产品，它容易被生物体吸收利用，因此广泛应用于食品、医药、农业、化工等领域。壳寡糖的功能与颜色有很大的关系，不同颜色壳寡糖，其性质也不相同，还影响其效果，而壳寡糖颜色例如受到杂质、酶解温度、与空气接触时间等影响严重。为此人们进行了大量的壳寡糖制备方法研究，取得了明显进步，例如CN 101381752A、发明名称《一种制备低聚糖与壳寡糖的工艺》公开了一种低壳糖与壳寡糖的方法，该方法需要先利用非专一性酶进行初步降解，然后使用壳聚糖酶在温度45℃～65℃下酶解2-8小时。CN 1693474A、发明名称《低分子量壳聚糖的生产工艺》公开了一种利用脂肪酶生产低分子量壳聚糖的方法，该方法需要在温度40℃～50℃下酶解反应5-6小时，然后加热使酶失活。这些现有技术在酶解时都需要加热升温，而且酶液和空气接触的时间长容易被氧化，不可避免地对后期的壳寡糖颜色造成严重影响。
为此，本发明人在总结现有技术的基础之上，通过大量实验研究与分析，终于完成了本发明。
【发明内容】
[要解决的技术问题]
本发明的一个目的是提供一种由壳聚糖酶解生产壳寡糖的方法。
本发明的另一个目的是提供由所述生产方法生产得到的壳寡糖。
[技术方案]
本发明是通过下述技术方案实现的。
本发明涉及一种由壳聚糖酶解生产壳寡糖的方法。
该生产方法的步骤如下：
A、原料预处理
使用粉碎设备将脱乙酰度90％～95％的壳聚糖粉碎，筛分，收集壳聚糖粉；
B、酶解
使用无机酸水溶液将水的pH调节至6.0～6.5，然后按照壳聚糖粉与水的重量比1:10～15，把步骤A得到的壳聚糖粉加到调节pH的水中，接着按照壳聚糖粉与壳聚糖酶的重量比50：1.2～2.0再加入壳聚糖酶，混合均匀，在室温与压力-0.01～0.08MPa的条件下进行酶解1.0～1.5h，得到壳聚糖酶解液；
C、过滤
使用泵将步骤B得到的壳聚糖酶解液送到过滤设备中，在压力-0.01～0.08MPa的条件下进行过滤，得到的滤渣弃去，而得到的滤液进行后续处理；
D、干燥
使用喷雾干燥设备将步骤C得到的滤液进行喷雾干燥，真空包装，得到所述的壳寡糖。
根据本发明的另一种优选实施方式，在步骤A中，所述壳聚糖粉的粒度是150～200目。
根据本发明的另一种优选实施方式，在步骤B中，所述的无机酸是盐酸、硫酸、硝酸或磷酸。
根据本发明的另一种优选实施方式，在步骤B中，所述的无机酸水溶液的浓度是0.1～1.0N。
根据本发明的另一种优选实施方式，在步骤B中，所述的壳聚糖酶酶活是500～1000U/ml。
根据本发明的另一种优选实施方式，在步骤C中，所述的过滤设备是一种在过滤罐前安装管路过滤器的过滤设备；所述的管路过滤器是一种能够让100目以下的颗粒通过的过滤器。
根据本发明的另一种优选实施方式，在步骤D中，步骤C得到的滤液使用压力喷雾干燥机、离心喷雾干燥机或冷冻喷雾干燥机进行喷雾干燥。
本发明还涉及由所述生产方法生产得到的壳寡糖。所述的壳寡糖为灰白色，有效糖含量是以所述壳寡糖总重量计95％以上、灰分0.1％以下、水分5.0％以下、重均分子量750Da、聚合度2-16。
下面将更详细地描述本发明。
本发明涉及一种由壳聚糖酶解生产壳寡糖的方法。
该生产方法的步骤如下：
A、原料预处理
使用粉碎设备将脱乙酰度90％～95％的壳聚糖粉碎，筛分，收集壳聚糖粉；
纯壳聚糖是一种白色或灰白色半透明的片状或粉状固体，无味、无臭、无毒性，纯壳聚糖略带珍珠光泽。本发明使用的脱乙酰度90％～95％的壳聚糖是目前市场上销售的产品，例如由潍坊市东兴甲克制品厂以商品名东兴或河南兴源化工产品有限公司以商品名兴源销售的产品。市售的壳聚糖往往粒度太大，因此需要将其粉碎、筛分，然后收集粒度150～200目的壳聚糖粉。
本发明使用的粉碎设备是JB系列万能粉碎机、锤片式粉碎机或链条式粉碎机。它们都是目前市场上销售的产品，例如由江阴市宝利机械制造有限公司以商品名金宝销售的JB系列万能粉碎机、由泰安市岱岳区泰峰农牧机械厂以商品名八鹰销售的锤片式粉碎机、由河南省恒生重型机械制造有限公司以商品名恒生销售的链条式粉碎机。
B、酶解
使用无机酸水溶液将水的pH调节至6.0～6.5，然后按照壳聚糖粉与水的重量比1:10～15，把步骤A得到的壳聚糖粉加到调节pH的水中，接着按照壳聚糖粉与壳聚糖酶的重量比50：1.2～2.0再加入壳聚糖酶，混合均匀，在室温与压力-0.01～0.08MPa的条件下进行酶解1.0～1.5h，得到壳聚糖酶解液；
在本发明中，使用无机酸将水的pH调节至6.0～6.5的基本目的在于壳聚糖在中性和碱性环境中不溶解。
所述的无机酸是盐酸、硫酸、硝酸或磷酸，所述的无机酸水溶液的浓度是0.1～1.0N。
在本发明中，如果水的pH值调节低于6.0，则会降低壳聚糖的溶解度；如果水的pH调节高于6.5，则壳聚糖会出现凝胶样沉淀；因此，水的pH调节至6.0～6.5是可行的。
根据本发明，所述的壳聚糖酶酶活是500～1000U/ml。如果使用壳聚糖酶的酶活超过这个范围都是不利的，因为在这个范围内的酶活最稳定，可以有效减少酶解时间。
在本发明中，如果壳聚糖粉与壳聚糖酶的重量比大于50：1.2，则会造成壳聚糖酶添加过多浪费；如果壳聚糖粉与壳聚糖酶的重量比小于50：2.0，则会造成壳聚糖酶添加过少，酶解不彻底；因此，壳聚糖粉与壳聚糖酶的重量比为50：1.2～2.0是合理的，优选地是50：1.3～1.8，更优选地是50：1.4～1.6。
本发明使用的壳聚糖酶是目前市场上销售的产品，例如由西安大丰收生物科技有限公司以商品名大丰收或领先生物农业股份有限公司以商品名富思德销售的产品。
在本发明中，壳聚糖粉在室温与压力-0.01～0.08MPa的条件下进行酶解的主要优点是在不加热的条件下进行的，并且避免酶液被空气氧化。
C、过滤
使用泵将步骤B得到的壳聚糖酶解液送到过滤设备中，在压力0.01～0.08MPa的条件下进行过滤，得到的滤渣弃去，而得到的滤液进行后续处理；
在本发明中，所述的过滤设备是一种在过滤罐前安装管路过滤器的过滤设备；所述的管路过滤器是一种能够让100目以下的颗粒通过的过滤器。
所述的管路过滤器是一种具有筒体、滤篮结构的能够让100目以下的颗粒通过的过滤器，使用这种过滤器的主要目的在于除去酶解液中的固体杂质。
所述的过滤罐是一种具有多层介质结构的过滤器。
本发明使用的过滤设备是目前市场上销售的产品，例如由海宁市科准过滤设备有限公司以商品名亚泰销售的产品。
D、干燥
使用喷雾干燥设备将步骤C得到的滤液进行喷雾干燥，真空包装，得到所述的壳寡糖。
根据本发明，步骤C得到的滤液使用压力喷雾干燥机、离心喷雾干燥机或冷冻喷雾干燥机进行喷雾干燥。
根据本发明，喷雾干燥所使用的设备是压力喷雾干燥机、离心喷雾干燥机或冷冻喷雾干燥机。它们都是目前市场上销售的产品，例如由无锡市飞元干燥设备厂以商品名阳光销售的压力喷雾干燥机、由常州市鼎卓干燥设备有限公司以商品名鼎卓销售的离心喷雾干燥机、由河南兄弟仪器设备有限公司以商品名BR销售的冷冻喷雾干燥机。
本发明还涉及由所述生产方法生产得到的壳寡糖。所述的壳寡糖为灰白色，有效糖含量是以所述壳寡糖总重量计95％以上、灰分0.1％以下、水分5.0％以下、重均分子量750Da、聚合度2-16。
由本发明方法得到的壳寡糖(液相)进行了HPLC分析。
HPLC分析如下：
仪器：TSK-Gel Amide-8柱，示差检测器检测
条件：流动相为乙腈∶水＝37∶63，pH为4.2，柱温为26℃，上样量1μL
结果见附图1，其中：
图1之A是(GlcN)n系列标样的HPLC图，包括(GlcN)2、(GlcN)3、(GlcN)4、(GlcN)5、(GlcN)6等标品，GlcN是氨基葡萄糖。
图1之B是由本发明方法得到的壳寡糖(液相)产品的HPLC图。
将图B与图A比较可以知道，在由本发明方法得到的壳寡糖(液相)产品中三糖、四糖、五糖是主要的成分。
本发明所得到壳寡糖的有效糖(壳寡糖)含量是根据标准Q/LXSW17-2014测定的；水含量是根据标准GB5009.3测定的；灰分含量是根据标准GB5009.4测定的。重均分子量是根据Q/LXSW17-2014标准方法测定的。聚合度是根据分光光度法测定壳寡糖水解前后的吸光度方法计算测定的。
由使用的壳聚糖原料重量与收集的壳寡糖及其有效含量可以确定本发明方法的壳寡糖收率达到92％以上，有效糖含量是以所述壳寡糖总重量计95％以上、灰分0.1％以下、水分5.0％以下、重均分子量750Da、聚合度2-16。
[有益效果]
本发明的有益效果是：本发明的方法是在室温与负压条件下进行壳聚糖酶解，也是在负压条件下实现过滤分离，因此，本发明方法是在没有加热的条件下进行的，并且减少酶液与空气的接触时间，从而解决现有技术存在的这些技术缺陷，其产品颜色自然、含量高达95％以上、质量稳定，壳寡糖收率达到92％以上，成本低，非常适合工业化生产。
【附图说明】
图1是(GlcN)n系列标样与本发明产品的HPLC图；
图中：
A是(GlcN)n系列标样的HPLC图；
B是由本发明方法得到的壳寡糖(液相)产品的HPLC图。
【具体实施方式】
通过下述实施例将能够更好地理解本发明。
实施例1：由壳聚糖酶解生产壳寡糖
该实施例的实施步骤如下：
A、原料预处理
使用由江阴市宝利机械制造有限公司以商品名金宝销售的JB系列万能粉碎机，将由潍坊市东兴甲克制品厂以商品名东兴销售的脱乙酰度90％～95％的壳聚糖粉碎，筛分，收集粒度150～200目的壳聚糖粉；
B、酶解
使用0.8N盐酸无机酸水溶液将水的pH调节至6.2，然后按照壳聚糖粉与水的重量比1:14，把步骤A得到的壳聚糖粉加到调节pH的水中，接着按照壳聚糖粉与壳聚糖酶的重量比50：1.3再加入酶活为900U/ml的由西安大丰收生物科技有限公司以商品名大丰收销售的壳聚糖酶，混合均匀，在室温与压力-0.06MPa的条件下进行酶解1.0h，得到壳聚糖酶解液；
C、过滤
使用泵将步骤B得到的壳聚糖酶解液送到在过滤罐前安装管路过滤器的过滤设备中，所述的管路过滤器是一种能够让100目以下颗粒通过的过滤器，在压力-0.06MPa的条件下进行过滤，得到的滤渣弃去，而得到的滤液进行后续处理；
D、干燥
使用由无锡市飞元干燥设备厂以商品名阳光销售的压力喷雾干燥机将步骤C得到的滤液进行喷雾干燥，真空包装，得到所述的壳寡糖。
该实施例生产得到的壳寡糖为灰白色，采用本说明书中描述的分析方法测定，它的有效糖含量为以所述壳寡糖总重量计95.2％、灰分0.1％以下、水分5.0％以下、重均分子量750Da、聚合度2-16，壳寡糖收率92.2％。
实施例2：由壳聚糖酶解生产壳寡糖
该实施例的实施步骤如下：
A、原料预处理
使用由泰安市岱岳区泰峰农牧机械厂以商品名八鹰销售的锤片式粉碎机将由河南兴源化工产品有限公司以商品名兴源销售的脱乙酰度90％～95％的壳聚糖粉碎，筛分，收集粒度150～200目的壳聚糖粉；
B、酶解
使用0.1N硫酸无机酸水溶液将水的pH调节至6.0，然后按照壳聚糖粉与水的重量比1:12，把步骤A得到的壳聚糖粉加到调节pH的水中，接着按照壳聚糖粉与壳聚糖酶的重量比50：1.8再加入酶活为500U/ml的由领先生物农业股份有限公司以商品名富思德销售的壳聚糖酶，混合均匀，在室温与压力-0.01MPa的条件下进行酶解1.5h，得到壳聚糖酶解液；
C、过滤
使用泵将步骤B得到的壳聚糖酶解液送到在过滤罐前安装管路过滤器的过滤设备中，所述的管路过滤器是一种能够让100目以下的颗粒通过的过滤器，在压力-0.01MPa的条件下进行过滤，得到的滤渣弃去，而得到的滤液进行后续处理；
D、干燥
使用由常州市鼎卓干燥设备有限公司以商品名鼎卓销售的离心喷雾干燥机将步骤C得到的滤液进行喷雾干燥，真空包装，得到所述的壳寡糖。
该实施例生产得到的壳寡糖为灰白色，采用本说明书中描述的分析方法测定，它的有效糖含量为以所述壳寡糖总重量计95.6％、灰分0.1％以下、水分5.0％以下、重均分子量750Da、聚合度2-16，壳寡糖收率92.8％。
实施例3：由壳聚糖酶解生产壳寡糖
该实施例的实施步骤如下：
A、原料预处理
使用由河南省恒生重型机械制造有限公司以商品名恒生销售的链条式粉碎机将由潍坊市东兴甲克制品厂以商品名东兴销售的脱乙酰度90％～95％的壳聚糖粉碎，筛分，收集粒度150～200目的壳聚糖粉；
B、酶解
使用0.4N硝酸无机酸水溶液将水的pH调节至6.5，然后按照壳聚糖粉与水的重量比1:10，把步骤A得到的壳聚糖粉加到调节pH的水中，接着按照壳聚糖粉与壳聚糖酶的重量比50：1.2再加入酶活为800U/ml的由领先生物农业股份有限公司以商品名富思德销售的壳聚糖酶，混合均匀，在室温与压力-0.08MPa的条件下进行酶解1.1h，得到壳聚糖酶解液；
C、过滤
使用泵将步骤B得到的壳聚糖酶解液送到在过滤罐前安装管路过滤器的过滤设备中，所述的管路过滤器是一种能够让100目以下的颗粒通过的过滤器，在压力-0.08MPa的条件下进行过滤，得到的滤渣弃去，而得到的滤液进行后续处理；
D、干燥
使用由河南兄弟仪器设备有限公司以商品名BR销售的冷冻喷雾干燥机将步骤C得到的滤液进行喷雾干燥，真空包装，得到所述的壳寡糖。
该实施例生产得到的壳寡糖为灰白色，采用本说明书中描述的分析方法测定，它的有效糖含量为以所述壳寡糖总重量计96.2％、灰分0.1％以下、水分5.0％以下、重均分子量750Da、聚合度2-16，壳寡糖收率93.2％。
实施例4的实施步骤如下：
A、原料预处理
使用由江阴市宝利机械制造有限公司以商品名金宝销售的JB系列万能粉碎机将由潍坊市东兴甲克制品厂以商品名东兴销售的脱乙酰度90％～95％的壳聚糖粉碎，筛分，收集粒度150～200目的壳聚糖粉；
B、酶解
使用1.0N磷酸无机酸水溶液将水的pH调节至6.4，然后按照壳聚糖粉与水的重量比1:15，把步骤A得到的壳聚糖粉加到调节pH的水中，接着按照壳聚糖粉与壳聚糖酶的重量比50：2.0再加入酶活为600U/ml的由西安大丰收生物科技有限公司以商品名大丰收销售的壳聚糖酶，混合均匀，在室温与压力-0.02MPa的条件下进行酶解1.3h，得到壳聚糖酶解液；
C、过滤
使用泵将步骤B得到的壳聚糖酶解液送到在过滤罐前安装管路过滤器的过滤设备中，所述的管路过滤器是一种能够让100目以下的颗粒通过的过滤器，在压力-0.02MPa的条件下进行过滤，得到的滤渣弃去，而得到的滤液进行后续处理；
D、干燥
使用由无锡市飞元干燥设备厂以商品名阳光销售的压力喷雾干燥机将步骤C得到的滤液进行喷雾干燥，真空包装，得到所述的壳寡糖。
该实施例生产得到的壳寡糖为灰白色，采用本说明书中描述的分析方法测定，它的有效糖含量为以所述壳寡糖总重量计95.4％、灰分0.1％以下、水分5.0％以下、重均分子量750Da、聚合度2-16，壳寡糖收率92.9％。
实施例5：由壳聚糖酶解生产壳寡糖
该实施例的实施步骤如下：
A、原料预处理
使用由江阴市宝利机械制造有限公司以商品名金宝销售的JB系列万能粉碎机将由河南兴源化工产品有限公司以商品名兴源销售的脱乙酰度90％～95％的壳聚糖粉碎，筛分，收集粒度150～200目的壳聚糖粉；
B、酶解
使用0.6N盐酸无机酸水溶液将水的pH调节至6.2，然后按照壳聚糖粉与水的重量比1:13，把步骤A得到的壳聚糖粉加到调节pH的水中，接着按照壳聚糖粉与壳聚糖酶的重量比50：1.4再加入酶活为1000U/ml的由领先生物农业股份有限公司以商品名富思德销售的壳聚糖酶，混合均匀，在室温与压力-0.04MPa的条件下进行酶解1.2h，得到壳聚糖酶解液；
C、过滤
使用泵将步骤B得到的壳聚糖酶解液送到在过滤罐前安装管路过滤器的过滤设备中，所述的管路过滤器是一种能够让100目以下的颗粒通过的过滤器，在压力-0.04MPa的条件下进行过滤，得到的滤渣弃去，而得到的滤液进行后续处理；
D、干燥
使用由常州市鼎卓干燥设备有限公司以商品名鼎卓销售的离心喷雾干燥机将步骤C得到的滤液进行喷雾干燥，真空包装，得到所述的壳寡糖。
该实施例生产得到的壳寡糖为灰白色，采用本说明书中描述的分析方法测定，它的有效糖含量为以所述壳寡糖总重量计96.6％、灰分0.1％以下、水分5.0％以下、重均分子量750Da、聚合度2-16，壳寡糖收率93.8％。
实施例6：由壳聚糖酶解生产壳寡糖
该实施例的实施步骤如下：
A、原料预处理
使用由河南省恒生重型机械制造有限公司以商品名恒生销售的链条式粉碎机粉碎设备将由河南兴源化工产品有限公司以商品名兴源销售的脱乙酰度90％～95％的壳聚糖粉碎，筛分，收集粒度150～200目的壳聚糖粉；
B、酶解
使用0.2N硫酸无机酸水溶液将水的pH调节至6.4，然后按照壳聚糖粉与水的重量比1:12，把步骤A得到的壳聚糖粉加到调节pH的水中，接着按照壳聚糖粉与壳聚糖酶的重量比50：1.6再加入酶活为700U/ml的由西安大丰收生物科技有限公司以商品名大丰收销售的壳聚糖酶，混合均匀，在室温与压力-0.06MPa的条件下进行酶解1.4h，得到壳聚糖酶解液；
C、过滤
使用泵将步骤B得到的壳聚糖酶解液送到在过滤罐前安装管路过滤器的过滤设备中，所述的管路过滤器是一种能够让100目以下的颗粒通过的过滤器，在压力-0.06MPa的条件下进行过滤，得到的滤渣弃去，而得到的滤液进行后续处理；
D、干燥
使用由无锡市飞元干燥设备厂以商品名阳光销售的压力喷雾干燥机将步骤C得到的滤液进行喷雾干燥，真空包装，得到所述的壳寡糖。
该实施例生产得到的壳寡糖为灰白色，采用本说明书中描述的分析方法测定，它的有效糖含量为以所述壳寡糖总重量计95.5％、灰分0.1％以下、水分5.0％以下、重均分子量750Da、聚合度2-16，壳寡糖收率94.1％。

Claims (8)

1.一种由壳聚糖酶解生产壳寡糖的方法，其特征在于该方法的步骤如下：
A、原料预处理
使用粉碎设备将脱乙酰度90％～95％的壳聚糖粉碎，筛分，收集壳聚糖粉；
B、酶解
使用无机酸水溶液将水的pH调节至6.0～6.5，然后按照壳聚糖粉与水的重量比1:10～15，把步骤A得到的壳聚糖粉加到调节pH的水中，接着按照壳聚糖粉与壳聚糖酶的重量比50：1.2～2.0再加入壳聚糖酶，混合均匀，在室温与压力-0.01～0.08MPa的条件下进行酶解1.0～1.5h，得到壳聚糖酶解液；
C、过滤
使用泵将步骤B得到的壳聚糖酶解液送到过滤设备中，在压力-0.01～0.08MPa的条件下进行过滤，得到的滤渣弃去，而得到的滤液进行后续处理；
D、干燥
使用喷雾干燥设备将步骤C得到的滤液进行喷雾干燥，真空包装，得到所述的壳寡糖。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于在步骤A中，所述壳聚糖粉的粒度是150～200目。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于在步骤B中，所述的无机酸是盐酸、硫酸、硝酸或磷酸。
4.根据权利要求1或3所述的生产方法，其特征在于在步骤B中，所述的无机酸水溶液的浓度是0.1～1.0N。
5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于在步骤B中，所述的壳聚糖酶酶活是500～1000U/ml。
6.根据权利要求1所述的壳寡糖，其特征在于在步骤C中，所述的过滤设备是一种在过滤罐前安装管路过滤器的过滤设备；所述的管路过滤器是一种能够让100目以下的颗粒通过的过滤器。
7.根据权利要求1所述的壳寡糖，其特征在于在步骤D中，步骤C得到的滤液使用压力喷雾干燥机、离心喷雾干燥机或冷冻喷雾干燥机进行喷雾干燥。
8.根据权利要求1-7中任一项权利要求所述生产方法生产得到的壳寡糖，其特征在于所述的壳寡糖为灰白色，有效糖含量是以所述壳寡糖总重量计95％以上、灰分0.1％以下、水分5.0％以下、重均分子量750Da、聚合度2-16。
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