CN1089620A

CN1089620A - 具有天然结构甲壳素的制备方法及产品

Info

Publication number: CN1089620A
Application number: CN 93115136
Authority: CN
Inventors: 屈步华; 李德平; 吴晴斋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-12-15
Filing date: 1993-12-15
Publication date: 1994-07-20

Abstract

本发明公开一种以常温处理的方法制备出的甲壳素。所得甲壳素具有天然结构，分子组成为 (C₈H₁₃NO₅·1/2H₂O)_n，即在每结构单元含有1/2 分子缔合水。本制备方法简单易行，能源消耗减少，机械强度要求低，产品收率提高且产率稳定。产品性质稳定，适用于科研、化工、医药、食品、轻工等领域，而且因其维持甲壳素的天然结构，对生命科学的研究有一定意义。

Description

本发明涉及具有天然结构甲壳素的制备方法及其产品。

甲壳素，英文名Chitin，又名蟹壳素，化学名聚乙酰氨基葡萄糖，是自然界生物的重要组成部分，广泛存在于节肢动物（如虾、蟹的壳）和真菌的细胞壁中，来源丰富。其分子式为（C₈H₁₃NO₅）_n，已报道的化学结构式为

普通甲壳素制品的外观呈无色至淡黄色或浅红色无定形粉末状，无味。性质稳定，不溶于水、稀酸、碱等无机溶剂，也不溶于四氯化碳、乙醇等有机溶剂，但在浓酸或热酸中会发生水解及部分水解而成为可溶物，在热的浓碱中会发生脱乙酰基转化为聚氨基葡萄糖即壳聚糖。

甲壳素的用途多种多样。如在化工中用作粘合剂，医药中用作缓释剂，控释剂，制造人工可溶性缝合线;食品工业中用作絮凝剂;轻工中用作化妆品基质，作为单宁去除剂在精细化工、纺织印染等行业发挥作用;还可作为生化分离材料等。

甲壳素的制备方法也有不少报道，如《化学世界》1983年第4期和《食品科学》1986年第12期都提到，一般制备过程如下：

把虾壳或蟹壳进行挑捡，洗净，放入3%～5%的盐酸溶液在常温下浸泡以脱钙，去除无机盐，再放入清水中漂洗至中性，放入10%的氢氧化钠溶液中煮沸以去除蛋白质，再放入清水中漂洗至中性。如此过程重复2～3次，得到的甲壳素经晾干、粉碎后成为成品。

对于其中色素的处理方法，一般分为两种，一种是在微酸环境中日光晾晒将色素氧化去除，另一种则通过N_aHSO₃和KM_nO₄还原及氧化去除。两种方法均有效，但大多数取前一种方法。

本发明的目的是提供一种新型的甲壳素的制备方法，避免了用氢氧化钠溶液煮沸的过程，降低了能源消耗和劳动保护及设备强度的要求，减少了对环境的污染，收率稳定并高于原一般制备方法。尤其是用本发明方法制备出的甲壳素由于避免了用强碱加热煮沸过程，其分子结构的天然构象没有被破坏，甲壳素中含有缔合水，并初步推断出其结构为

经我们通过联机检索，查找了200多篇有关甲壳素的制备、性质、应用等文献，没有发现同样的制备方法及由此生成的具有天然结构的甲壳素产品。

下面进一步描述本发明关于甲壳素生产的制备方法：

原料为节肢动物的外壳，如虾壳或蟹壳，外壳经挑捡去杂。

具体过程：①将蟹壳或虾壳清洗后用稀的工业盐酸在常温下（5～35℃）浸泡10～48小时以去除无机盐，再用水漂洗至中性，放入5～15%工业氢氧化钠溶液里在常温下浸泡10～48小时以脱去蛋白质，再用水漂洗至中性。

②重复上述步骤一次，但将碱处理在前，酸处理在后，用水漂洗至微酸性，经日光晾晒去色素，干燥后粉碎，得到粗制成品。

③仍重复第一次酸碱浸泡等步骤，但酸碱用A.R级，并用蒸馏水漂洗和过滤，直至中性为止。烘干后即得具有天然结构的甲壳素成品。

本发明取消了用碱煮沸消除蛋白的步骤，因而使能源消耗及成本都减少。除蛋白的常用法是稀碱煮沸，但常温碱性条件亦可使蛋白水解为可溶物继而去除。

选取同样的蟹壳原料，以本发明的制备方法和一般制备方法制备的甲壳素作比较，本方法收率要比原方法收率高出5～10%。

该方法的最大特点是反应条件温和，制备出具有天然结构甲壳素，其次降低劳动保护条件和设备强度，提高产品收率，降低成本。

本法所得甲壳素为无色至淡黄色无定形粉末状，性质稳定，纯度高（N%6.3～6.6），灰分少（ash＜0.5%），重金属含量符合药用标准，主体结构与日本进口对照品一致。

为对比，除以日本产甲壳素为对照外，尚在制备方法第③次循环过程中把酸（或碱）处理温度分别改为60℃，余法相同，制备了甲壳素（N_aOH）和甲壳素（acid）（这里N_aOH、acid均为代号以示区别，非酸或碱意）。把本发明方法制备的甲壳素和它们一起进行了X衍射分析，证明皆为微晶及无定形粉末状。还进行了紫外光谱、红外光谱、核磁共振碳谱和氢谱测定，证明它们的化学主体结构是一样的。通过热重分析，证实本方法制备的甲壳素为天然结构，含有缔合水。

热重分析为美国PERKIN-ELMER公司出品的TGA7型热重分析仪，结果如下：

表1 具有天然结构甲壳素及其对照品热重分析

样品项目	日本产甲壳素	具有天然结构甲壳素	甲壳素（N_AOH)	甲壳素（acid)
					吸附水（wt%)	7.049	6.437	5.000	4.713
吸附水失去温度（℃）	101.12	101.02	101.00	101.00
					结晶水（wt%)	0	3.844	0	0
结晶水失去温度范围（℃）		210.716～259.133
					起始分解温度（℃）	301.552	228.903	317.590	316.350
起始分解残留（wt%)	90.458	91.961	94.586	93.730
					分解结束温度（℃）	349±0.5	349±0.5	372.64	363.03
分解结束残留（wt%)	28.474	34.777	36.650	36.756
					450℃样品残留（wt%)	17.033	22.476	30.269	29.756
结晶水在干燥品（去吸附水后）中含量（wt%)	0	4.108^＊	0	0

＊.结晶水在干燥品中含量wt%＝结晶水百分含量÷（1-吸附水百分含量）×100%

1、从表上看出甲壳素吸附水含量在4.71%～7.05%之间，101℃时可全部失去。

2、具有天然结构甲壳素含有结晶水，准确地说应是缔合水。在干燥品中缔合水含量为4.108%，在210.716～259.133℃失去，说明缔合水的存在对热是相当稳定的;又因具有天然结构甲壳素经稀盐酸、氢氧化钠反复处理所得，说明缔合水的存在在常温下是耐酸碱的。而对照的甲壳素（N_aOH）和甲壳素（acid）都无缔合水，证实甲壳素含有缔合水是制备方法不同所致，酸、碱条件下温度升高均可导致缔合水的失去，但在常温下处理却是稳定的。

3、我们认为具有天然结构甲壳素含有的是缔合水而非结晶水的理由是：结晶水一般不可能温度达210℃以上才开始失去，即使失去，也应再形成;另含有结晶水的物质应呈晶态，而X衍射结果证实其为微晶及无定形粉末。由此推得热重分析报告表1中的结晶水实质为缔合水，是甲壳素天然构象中的固定组成部分。水分子通过氢键缔合作用与固定构象的甲壳素主链相连。当环境条件导致天然构象发生变化时，缔合作用不存在，缔合水随之失去，而天然物质的构象破坏一般很难恢复，即缔合水的失去成为不可逆。

4、由于缔合水的存在，具有天然结构甲壳素起始分解温度降低，但对酸、碱、温度变化仍是相当稳定的。它分解结束温度与对照品相一致就反应了化学结构、纯度、抗氧化性能和热反应动力学的一致。

5、具有天然结构甲壳素分子式的确定与结构推测。

现有报道甲壳素的分子式均为（C₈H₁₃NO₅）_n，单元分子量203.194。考虑缔合水因素，设每结构单元含缔合水数目为X，则

干燥品中缔合水百分含量＝ (H₂O分子量×X)/(结构单元分子量＋H₂O分子量×X) ×100%

将数值代入得

4.108%＝ (18.0152X)/(203.194+18.0152X) ×100%

X＝0.483

考虑到测定的系统误差及产品的纯度影响，每结构单元缔合水含有量为1/2即X＝0.5是理所当然的。

因此具有天然结构甲壳素的实际分子式为（C₈H₁₃NO₅· 1/2 H₂O）_n。

理论上单元分子量为212.20，元素的百分含量碳为45.28，氢为6.65，氮为6.60。

因为每两结构单元含一分子缔合水，结合的最大可能是甲壳素中两反平行链的结构单元的葡糖环中的氧原子通过一水分子形成氢键相连结，其分子结构推测如下

甲壳素为一天然多糖生化物质，用本发明的方法制备出的甲壳素具有天然结构，并可以证实其缔合水的稳定存在和含量。因缔合水的作用，具有天然结构甲壳素的网状结构可能相对增大并有利于药物的包藏和缓解作用。

实施例1

取三疣梭子蟹蟹壳，拣无虫蛀霉烂变质的，清洗后在105℃干燥4小时，称取1000.0克，在室温下浸泡于1.0 mol/l工业盐酸中18小时，用工业用水漂洗至中性，再在室温下浸泡于2.5 mol/l工业氢氧化钠溶液18小时，用工业用水漂洗至中性。再放入前述氢氧化钠溶液18小时，用水漂洗至中性后，浸泡于前述盐酸溶液中18小时，再用工业用水漂洗至微酸性（pH5～6），经日光晾晒2天去色素。干燥后粉碎过80目筛，得到的粗制品颗粒浸泡于1.0 mol/l的分析纯盐酸中18小时，用蒸馏水清洗至中性后浸泡于2.5 mol/l分析纯氢氧化钠溶液18小时，再用蒸馏水漂洗至中性，过滤后在105℃干燥4小时，得到具有天然结构甲壳素148.3克，收率14.8%。

实施例2

人工皮肤及手术缝合线的制造

取具有天然结构甲壳素2.0克，加入到内含8%氯化锂的二甲基乙酰胺100克中，搅拌溶解均匀。

1、人工皮肤制备：上述溶液经铺平，在乙醇中固化和真空干燥即得人工皮肤薄膜，经打孔、清毒，无菌封装后可用于临床。人工皮肤机械性能良好，厚度均匀，张力符合要求。

2、手术缝合线制备：上述溶液通过喷头，喷入丁醇或异丙醇的凝固液中，形成透明细丝纤维，经真空干燥即成为具有优良强度的手术缝合线。粗细均匀，光滑，容易打结。

实施例3

作为缓释剂制备双氯灭痛缓释片

用具有天然结构的甲壳素作缓释剂，通过湿颗粒压片法制备双氯灭痛缓释片。体外溶出度测定2小时释药37.1%，8小时释药78.8%。采用萃取紫外法测定家兔单剂量口服片后的血清中的双氯灭酸浓度，经计算机嵌合求得药动学参数。结果表明：缓释片的体内过程符合一室模型，且体内外相关性良好，消除半衰期延长7.4倍，半衰期达到8.8小时，生物利用度达74.9%，确证了具有天然结构甲壳素有着优良的缓释材料作用。

Claims

1、一种聚乙酰胺基葡糖生化物质，具有天然结构的甲壳素，其特征是每结构单元含有1/2分子缔合水，分子式为(C₈H₁₃NO₅· 1/2 H₂O)_n。分子结构式为

2、具有天然结构甲壳素的制备方法，其特征是：

（a）用稀氢氧化钠在常温下浸泡蟹壳或虾壳去除蛋白;

（b）日光晾晒去色素得干燥成品后，进行粉碎过筛再在常温下浸泡于酸、碱溶液中。