CN110564793A - 壳寡糖的制备方法及其制备系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种壳寡糖的制备方法及其制备系统。其中，所述制备方法包括如下步骤：酸解壳聚糖原料，形成胶体状原料；以设定的添加比例，向所述胶体状原料加入壳聚糖酶进行酶解反应；使用预设孔径的微滤膜对所述酶解反应后的胶体状原料进行过滤，获得微滤产物；浓缩所述微滤产物，生成脱盐浓缩液；干燥所述脱盐浓缩液，制备获得所述壳寡糖。该制备方法的反应条件温和，不发生其他副反应，具有产品均一性好，产物聚合度适中，节能、高效并且无污染的优点。同时，采用生物酶解法生产的壳寡糖具有分子量低、水溶性好、生物活性高、易被人体吸收等优势，是理想的壳聚糖降解方法。

Description

壳寡糖的制备方法及其制备系统
技术领域
本发明涉及生物药物制备的技术领域，尤其涉及一种壳寡糖的制备方法及其制备系统。
背景技术
壳寡糖是天然糖中唯一大量存在的碱性氨基多糖。其无毒、无热源、无变异，具有特殊的生理活性和功能，可以起到调节降血糖、降血脂、抑制癌肿细胞增值、提高免疫力、促进钙及矿物质的吸收以及促进形成肝脾抗体、增殖乳酸菌、双歧杆菌等对人体有有益作用的菌群的功效，可以被广泛运用到医药、食品及化妆品行业中。
除此之外，壳寡糖可以调节动物肠道内微生物代谢活动，能阻碍病原菌生长繁殖的功能，能促进蛋白质合成、细胞活化以及提高畜禽生产性能。由此也被广泛的运用于农业中。
由于壳寡糖的广泛用途，需求量较大。因此，迫切需要较高效率和很好的壳寡糖生产方法。目前，生产壳寡糖主要有物理法、化学法以及生物酶解法等几种。
其中，物理法尚处于实验研究阶段，无法被大规模利用。化学法降解产物的相对分子质量较难控制，相对分子质量分布较宽。而且，化学法的反应条件苛刻，并且需要消耗大量盐酸，工艺繁琐，后续工艺处理麻烦。同时，化学法的工艺污染严重，易造成环境污染。
发明内容
针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种壳寡糖的制备方法及其制备系统，以解决现有壳寡糖的制备方法工艺复杂以及环境污染严重的问题。
本发明实施例的第一方面提供一种壳寡糖的制备方法。所述制备方法包括：
酸解壳聚糖原料，形成胶体状原料；以设定的添加比例，向所述胶体状原料加入壳聚糖酶进行酶解反应；使用预设孔径的微滤膜对所述酶解反应后的胶体状原料进行过滤，获得微滤产物；浓缩所述微滤产物，生成脱盐浓缩液；干燥所述脱盐浓缩液，制备获得所述壳寡糖。
可选地，所述干燥所述脱盐浓缩液，制备获得所述壳寡糖，具体包括：以喷雾干燥的方式，干燥所述脱盐浓缩液，制备获得壳寡糖粉末。
可选地，所述喷雾干燥的进风温度为160-170摄氏度，所述喷雾干燥的出风温度为100-110摄氏度。
可选地，所述酸解壳聚糖原料，形成胶体状原料，具体包括：向反应釜加入设定量的纯水，并升温到设定温度；依次向所述反应釜加入冰醋酸和壳聚糖原料，并持续搅拌酸解以形成所述胶体状原料。
可选地，所述酸解时间为3-4小时，所述设定温度为40-42摄氏度。
可选地，所述设定的添加比例为每克壳聚糖原料加入4-5个酶活力单位的壳聚糖酶。
可选地，所述酶解反应的反应温度为39-42摄氏度，所述酶解反应的反应时间为8-10小时。
可选地，所述浓缩所述微滤产物，生成脱盐浓缩液，具体包括：通过纳滤膜浓缩系统，对所述微滤产物进行脱盐和浓缩，生成脱盐浓缩液；所述纳滤膜的截留分子量为300Da。
可选地，所述预设孔径为0.1-0.2mm。
本发明实施例的第二方面还提供了如上所述的一种壳寡糖的制备系统。
其中，所述制备系统包括：
反应釜，所述反应釜用于酸解壳聚糖原料，形成胶体状原料并进行酶解反应；第一储罐，所述第一储罐用于存储所述酶解反应后的胶体状原料；微滤装置，所述微滤装置内设置有预设孔径的微滤膜，用于对所述酶解反应后的胶体状原料进行过滤，获得微滤产物；第二储罐，所述第二储罐用于存储所述微滤产物；浓缩装置，所述浓缩装置内设置有纳滤膜，用于对所述微滤产物进行脱盐和浓缩，形成脱盐浓缩液；喷雾干燥装置，所述喷雾干燥装置用于干燥所述脱盐浓缩液，形成壳寡糖粉末。
本发明实施例提供的技术方案提供了一种新的壳聚糖生物酶解工艺。该工艺反应条件温和，不发生其他副反应，产品均一性好，产物聚合度适中，节能、高效、无污染。同时，采用酶解法生产的壳寡糖具有分子量低、水溶性好、生物活性高、易被人体吸收等优势，是理想的降解方法。
附图说明
图1为本发明实施例提供的壳寡糖制备方法的一个实施例示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例中揭露的数值是近似值，而并非确定值。在误差或者实验条件允许的情况下，可以包括在误差范围内的所有值而不限于本发明实施例中公开的具体数值。
本发明实施例中揭露的数值范围用于表示在混合物中组分的相对量以及其他方法实施例中列举的温度或者其他参数的范围。该数值范围内的一个或者多个数值点在适当的条件下取得。
图1为本发明实施例提供的壳寡糖制备方法的方法流程图。如图1所示，该制备方法包括：
110、酸解壳聚糖原料，形成胶体状原料。
具体的，该酶解过程可以在反应釜中进行。首先，向反应釜加入设定量的纯水，并升温到设定温度。然后，向所述反应釜加入冰醋酸并与纯水搅拌均匀。最后，向反应釜加入壳聚糖原料并持续搅拌，进行酸解。在一些实施例中，所述酸解时间可以控制在3-4小时，所述设定温度控制为40-42摄氏度以确保壳聚糖原料可以被充分的酸解。
120、以设定的添加比例，向所述胶体状原料加入壳聚糖酶进行酶解反应。
壳聚糖酶是利用生物酶解原理，可以以壳聚糖为底物，特异性的对壳聚糖进行酶解而获得低分子量或者聚合度的壳寡糖的活性蛋白质。具体可以根据实际需要，选用合适类型的壳聚糖酶来实现该酶解反应。
由于在搅拌酸解的过程中，壳聚糖原料会逐渐升高到48-50摄氏度，形成胶体状。在一些实施例中，为了提升酶解反应的速度和效率，需要等待胶体状壳聚糖原料降温，降低至39-42摄氏度以进行酶解反应。
较佳的是，所述设定的添加比例为每克壳聚糖原料加入4-5个酶活力单位的壳聚糖酶。酶活力单位是用于衡量生物酶催化化学反应能力的指标。在最优的反应条件下，一分钟内转换1微摩尔底物所需要的酶量为1个酶活力单位。
令人惊喜的发现，以上述添加比例加入壳聚糖酶，可以取得反应速率以及工艺成本之间的最佳平衡，既可以保证酶解反应的高速率，也不会对后续的微滤和浓缩工艺造成过大的压力。
在一些实施例中，所述酶解反应的反应时间可以控制在8-10小时以确保酶解反应的充分进行。
130、使用预设孔径的微滤膜对所述酶解反应后的胶体状原料进行过滤，获得微滤产物。
该预设孔径是一个经验常数，可以由本领域技术人员根据实验或者其他合适的手段确定获得。具体的，该预设孔径可以控制在0.1-0.2mm。通过微滤膜进行过滤以后，可以去除原料中的杂质，保证最终制备获得壳寡糖的质量。
140、浓缩所述微滤产物，生成脱盐浓缩液。
微滤产物的浓缩和脱盐具体可以通过纳滤膜浓缩系统来完成。纳滤膜是允许溶剂分子或某些低分子量溶质或低价离子透过的功能性半透膜，利用该纳滤膜可以对微滤产物中过大分子量的物质截留过滤，完成最终的浓缩和脱盐的过程。具体的，所述纳滤膜的截留分子量为300Da以满足脱盐和浓缩的要求。
150、干燥所述脱盐浓缩液，制备获得所述壳寡糖。具体的，可以采用喷雾干燥的方式来干燥所述脱盐浓缩液以制备获得壳寡糖粉末。
在一些实施例中，所述喷雾干燥的进风温度为160-170摄氏度，所述喷雾干燥的出风温度为100-110摄氏度。采用这样的进风和出风温度设置，可以实现脱盐浓缩液的快速干燥，避免破坏其生物活性。
本发明实施例提供的壳寡糖制备方法，利用壳寡糖酶的生物酶解反应将高分子量的壳聚糖降解为小分子量的壳寡糖，生产获得的壳寡糖粉末产品均一性好。而且，整个制备方法的反应条件温和，工艺简单易控并且无副反应，便于大规模实施和应用。
基于本发明实施例提供的壳寡糖制备方法，本发明实施例还提供了如上所述的壳寡糖制备系统。其中，所述制备系统包括依次通过管道连接的反应釜，第一储罐，微滤装置，第二储罐，浓缩装置以及喷雾干燥装置。
所述反应釜是进行酸解和酶解反应的场合。其根据实际情况的需要，具有相应的体积或者容积。壳聚糖原料在反应釜中，通过酸解形成胶体状原料后，投入壳聚糖酶，在合适的温度条件下，进行酶解反应。
所述第一储罐与所述反应釜连接，用于暂时存储所述酶解反应后的胶体状原料以供下一步骤进行处理。
所述微滤装置内设置有预设孔径的微滤膜，位于所述第一储罐和所述第二储罐之间，用于对所述酶解反应后的胶体状原料进行过滤，去除部分杂质以获得微滤产物。
微滤产物通过管道进入到所述第二储罐中存储。所述第二储罐的出口与所述浓缩装置连接，基于所述浓缩装置内设置的纳滤膜，实现对所述微滤产物的脱盐和浓缩处理，形成脱盐浓缩液。
所述喷雾干燥装置是整个制备系统最后的系统装置，用于干燥所述脱盐浓缩液，制备形成所需要的壳寡糖粉末。
基于本发明实施例提供的制备方法和制备系统，提供如下具体实施例以详细描述壳寡糖粉末的制备过程。
实施例1：
1)在容积为2立方米的反应釜中加入1500L纯水，升温至40摄氏度。
2)加入冰醋酸40L并搅拌均匀。
3)向反应釜中加入100kg壳聚糖原料，并启动反应釜内的搅拌桨搅拌进行酸解。
4)在酸解3小时后，壳聚糖原料将形成胶体状，并升温至48-50摄氏度，待胶体状原料降温至39摄氏度后，按照每克壳聚糖原料加入4个酶活力单位的比例加入壳聚糖酶，酶解8小时。
5)酶解后的酶解液进入到第一储罐中暂存，通过孔径为0.1mm的微滤膜进行过滤，获得微滤产物进入第二储罐。
6)将第二储罐中的微滤产物通过截留分子量为300Da的纳滤膜浓缩系统进行脱盐和浓缩，直至无明显水流出为止，获得浓缩脱盐液。
7)以喷雾干燥的方式，干燥所述浓缩脱盐液，并通过振动筛获得所述壳寡糖粉末。其中，喷雾干燥的进风温度为160摄氏度，出风温度为100摄氏度。
实施例2：
1)在容积为2立方米的反应釜中加入1500L纯水，升温至42摄氏度。
2)加入冰醋酸40L并搅拌均匀。
3)向反应釜中加入100kg壳聚糖原料，并启动反应釜内的搅拌桨搅拌进行酸解。
4)在酸解4小时后，壳聚糖原料将形成胶体状，并升温至48-50摄氏度，待胶体状原料降温至42摄氏度后，按照每克壳聚糖原料加入5个酶活力单位的比例加入壳聚糖酶，酶解10小时。
5)酶解后的酶解液进入到第一储罐中暂存，通过孔径为0.2mm的微滤膜进行过滤，获得微滤产物进入第二储罐。
6)将第二储罐中的微滤产物通过截留分子量为300Da的纳滤膜浓缩系统进行脱盐和浓缩，直至无明显水流出为止，获得浓缩脱盐液。
7)以喷雾干燥的方式，干燥所述浓缩脱盐液，并通过振动筛获得所述壳寡糖粉末。其中，喷雾干燥的进风温度为170摄氏度，出风温度为110摄氏度。
实验证实，实施例1和实施例2制备获得壳寡糖粉末中，聚合度在2-10 之间的壳寡糖占整体含量的百分之九十，水分小于百分之八，灰分小于百分之一，水不溶物小于百分之一。其壳寡糖产品质量均一，并且具有良好的生物活性和水溶性。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种壳寡糖的制备方法，其特征在于，包括：
酸解壳聚糖原料，形成胶体状原料；
以设定的添加比例，向所述胶体状原料加入壳聚糖酶进行酶解反应；
使用预设孔径的微滤膜对所述酶解反应后的胶体状原料进行过滤，获得微滤产物；
浓缩所述微滤产物，生成脱盐浓缩液；
干燥所述脱盐浓缩液，制备获得所述壳寡糖。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干燥所述脱盐浓缩液，制备获得所述壳寡糖，具体包括：
以喷雾干燥的方式，干燥所述脱盐浓缩液，制备获得壳寡糖粉末。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述喷雾干燥的进风温度为160-170摄氏度，所述喷雾干燥的出风温度为100-110摄氏度。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸解壳聚糖原料，形成胶体状原料，具体包括：
向反应釜加入设定量的纯水，并升温到设定温度；
依次向所述反应釜加入冰醋酸和壳聚糖原料，并持续搅拌酸解以形成所述胶体状原料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述酸解时间为3-4小时，所述设定温度为40-42摄氏度。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述设定的添加比例为每克壳聚糖原料加入4-5个酶活力单位的壳聚糖酶。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述酶解反应的反应温度为39-42摄氏度，所述酶解反应的反应时间为8-10小时。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浓缩所述微滤产物，生成脱盐浓缩液，具体包括：
通过纳滤膜浓缩系统，对所述微滤产物进行脱盐和浓缩，生成脱盐浓缩液；所述纳滤膜的截留分子量为300Da。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预设孔径为0.1-0.2mm。
10.一种壳寡糖的制备系统，其特征在于，包括：
反应釜，所述反应釜用于酸解壳聚糖原料，形成胶体状原料并进行酶解反应；
第一储罐，所述第一储罐用于存储所述酶解反应后的胶体状原料；
微滤装置，所述微滤装置内设置有预设孔径的微滤膜，用于对所述酶解反应后的胶体状原料进行过滤，获得微滤产物；
第二储罐，所述第二储罐用于存储所述微滤产物；
浓缩装置，所述浓缩装置内设置有纳滤膜，用于对所述微滤产物进行脱盐和浓缩，形成脱盐浓缩液；
喷雾干燥装置，所述喷雾干燥装置用于干燥所述脱盐浓缩液，形成壳寡糖粉末。
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