CN110467690A - 一种微波过程强化制备水溶性低分子量壳聚糖的方法 - Google Patents

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许磊
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08B37/00—Preparation of polysaccharides not provided for in groups C08B1/00 - C08B35/00; Derivatives thereof
    • C08B37/0006—Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid
    • C08B37/0024—Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid beta-D-Glucans; (beta-1,3)-D-Glucans, e.g. paramylon, coriolan, sclerotan, pachyman, callose, scleroglucan, schizophyllan, laminaran, lentinan or curdlan; (beta-1,6)-D-Glucans, e.g. pustulan; (beta-1,4)-D-Glucans; (beta-1,3)(beta-1,4)-D-Glucans, e.g. lichenan; Derivatives thereof
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Abstract

本发明属于壳聚糖降解技术领域，具体涉及一种微波过程强化制备水溶性低分子量壳聚糖的方法。首先使用少量的盐酸与壳聚糖粉充分混合，然后将混合后的物料置于微波腔中，施加微波功率，利用微波辐射强化使壳聚糖短时间内快速降解，最后加入适量乙醇清洗去除少量残余的盐酸，减压烘干后即得水溶性低分子量壳聚糖。本发明使用微波辐射强化制备水溶性低分子量壳聚糖，大幅度降低了降解过程中酸类化学试剂的使用量，显著减少污染排放，反应快速高效，降解产物分子量可控，产品质量高成本低，具有广阔的应用前景。

Description

一种微波过程强化制备水溶性低分子量壳聚糖的方法
技术领域
本发明属于壳聚糖降解技术领域，具体涉及一种微波过程强化制备水溶性低分子量壳聚糖的方法。
背景技术
壳聚糖是甲壳素的脱乙酰化产物，主要由氨基葡萄糖以β-1,4糖苷键缩合而成，其分子量数十万至上百万，具有良好的保湿性、生物相容性、生物可降解性、抑菌、抗肿瘤等功能，可以广泛应用于医药、化妆品、功能性食品、生物农药、纺织印染等领域，具有广阔的市场前景。
另一方面，壳聚糖由于具有很高的分子量和很强的分子间氢键作用，使其不能在水中直接溶解，仅能溶解于部分稀酸中，限制了其在某些方面的应用，因此，壳聚糖的降解和水溶性的改善一直都是研究热点。目前壳聚糖的降解方法主要包括酸降解、氧化降解和酶降解等技术路线。酸降解法是通过高浓度酸使糖苷键断裂，但降解条件较难控制，需要使用大量的酸性化学试剂，后续处理困难，环境污染严重。氧化降解法是利用双氧水电离形成的各种强氧化性基团攻击壳聚糖上的糖苷键，此方法不造成环境污染，但降解速度不易控制，低聚糖结构易于被破坏，得到的产品质量不稳定。酶降解法反应条件温和，能耗低，副反应少，是目前国内外研究的重点，但酶降解法成本较高，反应时间长，降解效率低。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种微波过程强化制备水溶性低分子量壳聚糖的方法，该方法大幅降解了壳聚糖酸降解过程中盐酸的使用量，显著减少污染排放，反应快速高效，降解产物分子量可控，产品质量高成本低，具有广阔的应用前景。
本发明所采用的技术方案是：
一种微波过程强化制备水溶性低分子量壳聚糖的方法，具体工艺流程为：
(1)、首先将壳聚糖粉和盐酸溶液充分混合；
(2)、然后将混合后的物料置于微波腔中，施以微波功率，利用微波辐射强化使壳聚糖发生降解反应，通过控制微波功率和辐射时间，可以有效地调控降解产物的分子量；
(3)、最后加入适量乙醇清洗，去除少量残余的盐酸，减压烘干后即得重均分子量在10000～150000的水溶性壳聚糖。
本发明使用微波过程强化技术降解壳聚糖，具有反应快速高效，降解产物的分子量可控，产品质量高等优点，同时大幅降低了酸降解过程中盐酸的使用量，减少降解过程中酸类化学试剂的排放，显著减少污染。
本发明所述微波过程强化制备水溶性低分子量壳聚糖的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述盐酸溶液是浓度为25％～37％的盐酸溶液，盐酸溶液使用量为壳聚糖质量的0.4～1倍，作为进一步的优选，盐酸溶液是浓度为35％～37％的盐酸溶液，盐酸溶液使用量为壳聚糖质量的0.5～0.6倍。
本发明所述微波过程强化制备水溶性低分子量壳聚糖的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述微波功率的质量功率密度为0.5w/g壳聚糖～3w/g壳聚糖，微波辐射时间为3～15min，作为进一步的优选，微波功率的质量功率密度为1w/g壳聚糖～2w/g壳聚糖，微波辐射时间为5～8min。
本方法的设计思想是：
微波强化技术利用微波与反应体系中偶极子或者带电粒子的交互作用以及微波对材料的选择性加热效应，能够大幅度地提高反应速率，提高目标产物选择性，显著减少污染，实现反应过程强化目标。
基于上述微波强化技术的特点，壳聚糖酸降解的反应过程中应用微波强化技术，可大幅降低反应过程中酸类化学试剂的使用量，显著减少污染，同时反应快速高效，通过控制微波辐射的条件，降解产物的分子量可控。
本发明具有明显的优点及有益效果：
1、传统壳聚糖酸降解反应过程中，一般是将壳聚糖溶解后进行降解，即以“匀相”的方式进行降解，壳聚糖溶解度不高，因此需要使用大量的酸类化学试剂。本发明中，仅使用少量的盐酸与壳聚糖搅拌混合，即不需将壳聚糖溶解，降解过程是以“非匀相”的方式进行，大幅降低了酸类化学试剂的使用量，显著减少污染。
2、使用微波强化技术进行加热，能够大幅度地提高反应速率，提高目标产物选择性，通过控制微波辐射的条件，降解产物的分子量可控。
3、酸降解反应过程中，大部分盐酸会与壳聚糖形成盐酸盐的形式，只有少量的盐酸残余，用少量乙醇清洗后即可去除。同时，由于降解产物主要以盐酸盐的形式存在，具有良好的水溶性，可以直接溶解在水中，对于其应用更加方便。
附图说明
图1为壳聚糖原料和实施例1～4的GPC色谱图。
图2为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
在具体实施过程中，如图1所示，本发明微波过程强化制备水溶性低分子量壳聚糖的方法，所采用的技术步骤为：
(1)、首先将壳聚糖粉和盐酸溶液充分混合；
(2)、然后将混合后的物料置于微波腔中，施以微波功率，利用微波辐射强化使壳聚糖发生降解反应；
(3)、最后加入适量乙醇清洗，去除少量残余的盐酸，减压烘干后即得重均分子量在10000～150000的水溶性壳聚糖。
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方案进行详细描述。
实施例1：
本实施例中，30g壳聚糖(GPC色谱测定其重均分子量Mw＝179万，脱乙酰度DD＝85％)与15mL37％的浓盐酸充分混合，然后将混合后的物料置于微波腔中，施以50w的微波功率，微波辐射时间为4min，加入适量乙醇清洗去除残余的盐酸，减压烘干后即得水溶性低分子量壳聚糖。
称取一定量的低分子量壳聚糖样品，配成10mg/mL的溶液，用GPC色谱分析分子量数据。GPC系统组成如下：LC-20AT恒流泵(岛津)，CTO-20A柱温箱(岛津)，RID-10A示差检测器(岛津)，A6000M色谱柱(300mm×8.0mm，Viscotek)。GPC的色谱条件为：柱温30℃，流动相为0.1moL/L的乙酸/乙酸钠缓冲溶液，流速0.5mL/min，进样量20μL。
经GPC色谱测定，本实施例中低分子量壳聚糖的Mw＝3.7万。
实施例2：
本实施例中，30g壳聚糖(GPC色谱测定其重均分子量Mw＝179万，脱乙酰度DD＝85％)与15mL 35％的浓盐酸充分混合后，将物料置于微波腔中，施以40w的微波功率，微波辐射时间5min，反应结束后，加入适量乙醇清洗去除残余的盐酸，减压烘干后即得水溶性低分子量壳聚糖。
GPC色谱测定方式同实施例1，本实施例中低分子量壳聚糖的Mw＝4.8万。
实施例3：
本实施例中，30g壳聚糖(GPC色谱测定其重均分子量Mw＝179万，脱乙酰度DD＝85％)与15mL 37％的浓盐酸充分混合后，将物料置于微波腔中，施以30w的微波功率，微波辐射时间6min，反应结束后，加入适量乙醇清洗去除残余的盐酸，减压烘干后即得水溶性低分子量壳聚糖。
GPC色谱测定方式同实施例1，本实施例中低分子量壳聚糖的Mw＝5.5万。
实施例4：
本实施例中，30g壳聚糖(GPC色谱测定其重均分子量Mw＝179万，脱乙酰度DD＝85％)与15mL 35％的浓盐酸充分混合后，将物料置于微波腔中，施以20w的微波功率，微波辐射时间7min，反应结束后，加入适量乙醇清洗去除残余的盐酸，减压烘干后即得水溶性低分子量壳聚糖。
GPC色谱测定方式同实施例1，本实施例中低分子量壳聚糖的Mw＝14.5万。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种微波过程强化制备水溶性低分子量壳聚糖的方法，其特征在于，具体工艺流程为：
(1)、首先将壳聚糖粉和盐酸溶液充分混合；
(2)、然后将混合后的物料置于微波腔中，施以微波功率，利用微波辐射强化使壳聚糖发生降解反应；
(3)、最后加入适量乙醇清洗，去除少量残余的盐酸，减压烘干后即得重均分子量在10000～150000的水溶性壳聚糖。
2.根据权利要求1所述微波过程强化制备水溶性低分子量壳聚糖的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述盐酸溶液是浓度为25％～37％的盐酸溶液，盐酸溶液使用量为壳聚糖质量的0.4～1倍。
3.根据权利要求1所述微波过程强化制备水溶性低分子量壳聚糖的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述微波功率的质量功率密度为0.5w/g壳聚糖～3w/g壳聚糖，微波辐射时间为3～15min。
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