CN113735984B - 一种卡拉胶奇数寡糖的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卡拉胶奇数寡糖的制备工艺，其包括以下步骤，κ‑卡拉胶提纯，κ‑卡拉胶的酸水解，κ‑卡拉胶碱化处理和κ‑卡拉胶奇数寡糖分析。所述κ‑卡拉胶提纯，包括κ‑卡拉胶粗溶液的配制与过滤、κ‑卡拉胶的盐析、κ‑卡拉胶的粗结晶以及κ‑卡拉胶的洗涤和干燥。所述κ‑卡拉胶酸水解，包括κ‑卡拉胶溶液的配制和κ‑卡拉胶的酸水解。所述κ‑卡拉胶碱化处理，包括κ‑卡拉胶酸解液碱化处理。所述κ‑卡拉胶奇数寡糖分析，包括对寡糖样品进行质谱分析本发明实现了κ‑卡拉胶奇数寡糖的制备，解决了以往κ‑卡拉胶制备流程中存在的造价高、步骤繁琐等问题，节省了人力和时间成本，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种食用胶的寡糖制备工艺，具体地说涉及一种卡拉胶奇数寡糖的制备工艺。
背景技术
卡拉胶(CGN)是从海藻中提取出的一种海洋硫酸多糖，其主要的己糖单元是交替而成的3,6-内醚-α-D-半乳糖(An)和4-O-硫酸基-β-D-半乳糖(G4S)。目前生产得到的卡拉胶有八种不同类型，主要用于工业生产和药理研究的为ι-卡拉胶、λ-卡拉胶以及κ-卡拉胶。由于卡拉胶可以作为良好的稳定剂、乳化剂、增稠剂，目前被广泛用作食品胶加入到乳制品、糖果、饮料、果冻以及拼接肉制品中，除此之外它还被用作泻药，治疗消化性溃疡疾病，以及作为药品、牙膏、喷雾剂和其他产品的成分。随着生产生活中卡拉胶的应用逐渐增多，对卡拉胶降解及其寡糖制备的研究也逐渐深入。目前获得卡拉胶寡糖的方法主要有物理法、酶解法以及酸水解法。其中，物理法主要获得的是一系列低分子量的卡拉胶寡糖，其粘度会显著降低；酶解法使用卡拉胶酶降解卡拉胶，生产和保存成本较高，且得到的产物通常为聚合度为2-8的偶数寡糖；而酸水解法可以得到较多不同分子量的卡拉胶寡糖，但是κ-卡拉胶酸水解的规律和机理还有待进一步明确，其酸水解的寡糖产物也存在一定的争议。在既往研究中，采用酶解法获得κ-卡拉胶奇数寡糖的方法造价相对高昂，且主要产物为偶数寡糖，而酸水解的产物多为奇数寡糖与偶数寡糖的混合物，后续需要使用离子交换树脂进行分离，生产流程过于繁琐。因此，卡拉胶奇数寡糖的生产问题一直未能得到较好地解决。在最早的文献中认为酸水解产生的是一系列的偶数寡糖，目前研究更多地认为κ-卡拉胶酸水解产物多为奇数寡糖与偶数寡糖的混合物，这对κ-卡拉胶奇数寡糖的纯化以及研究带来了很大的困扰。综合以上所述现状，卡拉胶奇数寡糖的制备方法目前仍未明确。因此，十分有必要建立一种卡拉胶奇数寡糖的制备工艺。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，解决上述问题，提供一种工艺简单、生产成本较低的卡拉胶奇数寡糖的制备工艺。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种卡拉胶奇数寡糖的制备工艺，其工艺流程包括：
1.κ-卡拉胶提纯，其包括以下步骤:
①κ-卡拉胶粗溶液的配制与过滤：取一份κ-卡拉胶原料用蒸馏水配成1％的胶液，加热至65℃-80℃溶解并趁热过滤得到滤液；
②κ-卡拉胶的盐析：向上述步骤①所得滤液加入等体积的KCl溶液，同时不断搅拌，所述KCl溶液的浓度为0.2-0.3mol/L；
③κ-卡拉胶的粗结晶：将上述步骤②所得溶液室温放置3小时以上，然后进行抽滤收集沉淀物；
④κ-卡拉胶的洗涤与干燥，向上述步骤③所得沉淀物中加入1.2-2倍量75％乙醇同时不断搅拌，静置30min以上，然后进行抽滤收集沉淀物，再用无水乙醇对沉淀物进行脱水处理，取脱水后的沉淀物；重复上述步骤三次以上；对所得沉淀物减压干燥，将干燥后的沉淀物研细成粉末；
2.κ-卡拉胶酸水解：取上述步骤④所得κ-卡拉胶粉末一份溶解于酸水解剂后配制成1％的溶液，将所得溶液水浴水解；
3.κ-卡拉胶碱化处理：用pH调节剂调节上述步骤2所得溶液的pH为碱性，得到κ-卡拉胶寡糖。
4.κ-卡拉胶奇数寡糖分析:取上述步骤3所得寡糖样品进行质谱分析，确认获得寡糖为三糖、五糖、七糖、九糖、十一糖和十三糖的一系列κ-卡拉胶奇数寡糖。
优选的，步骤2中所述的酸水解剂为HCl、H2SO4或TFA中的一种，所述酸水解剂浓度为0.08-0.15mol/L。
优选的，步骤2中所述酸水解剂选用浓度为0.1mol/L的HCl。
优选的，步骤2中所述κ-卡拉胶酸水解时间为5～7小时。
优选的，步骤2中所述κ-卡拉胶酸水解时间为6小时。
优选的，步骤2中所述κ-卡拉胶酸水解温度为55～65℃。
优选的，步骤2中所述κ-卡拉胶酸水解温度为60℃。
优选的，步骤3中所述pH调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾或三乙胺中的一种。
优选的，步骤3中所述pH调节剂选用氢氧化钠。
优选的，步骤3中所述κ-卡拉胶碱化处理的pH为11～12。
本发明的一种卡拉胶奇数寡糖制备工艺，有益效果是：
本发明实现了κ-卡拉胶奇数寡糖的制备，解决了以往κ-卡拉胶制备流程中存在的造价高、步骤繁琐等问题。一方面，本工艺流程采用酸水解而非酶解的方法，节约了水解酶的使用和保存成本，且所用原料易得廉价，生产污染很低，具有很好的应用前景；另一方面，本工艺流程简洁明确，通过碱化处理高效地分离了卡拉胶奇数寡糖，在高样品产率和低劳动强度的基础上，节省了人力和时间成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
其中，
图1为本发明的一种卡拉胶奇数寡糖制备工艺的流程示意图；
图2为本发明的一种卡拉胶奇数寡糖制备工艺的κ-卡拉胶提纯的流程示意图；
图3为本发明的纯化κ-卡拉胶的红外光谱图；
图4为κ-卡拉胶酸水解6h碱化处理后产生一系列奇数寡糖的情况；
图5为κ-卡拉胶酸水解不同时间产生寡糖的情况；
图6为κ-卡拉胶酸水解不同pH处理产生寡糖的情况；
图7为κ-卡拉胶酸水解与碱化处理的规律示意图。
图8位κ-卡拉胶奇数寡糖结构图，单糖个数n的取值为3、5、7、9、11、13。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
首先，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
其次，本发明利用工艺流程示意图等进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示一种卡拉胶奇数寡糖制备工艺的流程示意图会不依实际使用情况进行描述，而且所述工艺流程示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际生产中应包含反应设备、反应试剂剂量以及生产操作等。
实施例1
一种卡拉胶奇数寡糖的制备工艺，所述制备工艺包括以下步骤：
1)κ-卡拉胶的提纯，其包括以下步骤：
①取1kgκ-卡拉胶原料用蒸馏水配成1％的胶液，加热至70℃溶解并趁热过滤得到滤液；
②向上述步骤①所得滤液加入等体积的KCl溶液，同时不断搅拌，所述KCl溶液的浓度为0.25mol/L；
③将上述步骤②所得溶液室温放置4小时，然后进行抽滤，收集沉淀物；
④向上述步骤③所得沉淀物中加入约1.5倍量75％乙醇同时不断搅拌，静置30min，然后进行抽滤收集沉淀物，再用无水乙醇对沉淀物脱水处理，取脱水后的沉淀物；
重复上述步骤三次，用旋转蒸发仪对所得沉淀物减压干燥，将所得干燥粉末研细。
上述步骤完成后，即实现κ-卡拉胶提纯；
取适量纯化后的κ-卡拉胶，使用傅里叶变换红外光谱对样品进行表征。κ-卡拉胶的红外光谱图如图3所示，红外光谱测定的波数范围为4000～600cm-1。其中，在3384cm-1位置的吸收峰为羟基的伸缩振动特征吸收，1224cm-1位置的吸收峰是硫酸基中S＝O的非对称伸缩振动峰，842cm-1位置的吸收峰提示硫酸基连接在半乳糖基的C-4位。对于不同类型卡拉胶红外特征归属可以发现，在820-830cm-1处没有为λ型卡拉胶的吸收峰，805cm-1没有ι型的卡拉胶的吸收峰。红外光谱分析证实此次纯化后的卡拉胶为κ型且没有其它类型的杂质。
2)κ-卡拉胶酸水解：取上述步骤④所得κ-卡拉胶粉末1kg溶解于浓度为0.1mol/L的HCl配制成1％的溶液，将所得溶液于60℃水浴水解6h至终点；
3)κ-卡拉胶碱化处理：使用NaOH调节上述步骤2)所得溶液的pH为11，得到κ-卡拉胶寡糖；
4)取上述步骤3)所得寡糖样品进行质谱分析，确认获得寡糖为三糖、五糖、七糖、九糖、十一糖和十三糖的一系列κ-卡拉胶奇数寡糖。
请参阅图5和图6，图5为κ-卡拉胶酸水解不同时间产生寡糖的情况，图6为κ-卡拉胶酸水解不同pH处理产生寡糖的情况。相比本工艺流程所得一系列κ-卡拉胶奇数寡糖，κ-卡拉胶酸水解1h、3h、8h和12h的产物均为组分复杂或奇偶性混合的寡糖，如图5所示；κ-卡拉胶酸化处理或弱碱性处理的产物为一系列的偶数寡糖或奇偶性混合的寡糖，如图6所示。故采用本工艺流程对κ-卡拉胶进行酸水解并碱化处理，可以更好地获得卡拉胶奇数寡糖。
请参阅图7，图7为κ-卡拉胶酸水解规律示意图。κ-卡拉胶在酸水解的过程中，位于G4S上的四位硫酸根在酸性条件下为氢型状态，会与相邻糖苷键上的氧形成分子内氢键，因此酸水解过程中容易断开α-(1,3)糖苷键，得到了一系列的还原端为An，非还原端为G4S的偶数寡糖。而在碱性条件下，位于还原端的An不稳定会继续脱落，最终形成了还原端和非还原端都为G4S的奇数寡糖。κ-卡拉胶酸水解规律奠定了本工艺的基础。
请参阅图8，图8为本发明所述的一种卡拉胶奇数寡糖的制备工艺，所述卡拉胶奇数寡糖结构图。其中，单糖个数n的取值为3、5、7、9、11、13，即所获得寡糖为三糖、五糖、七糖、九糖、十一糖和十三糖。
实施例2
本发明还介绍另一种卡拉胶酸解奇数寡糖的制备工艺，其与实施例1流程均相同，仅两处区别。其一，所述κ-卡拉胶酸水解使用0.1mol/L TFA进行酸解；其二，所述碱化处理选用KOH调节pH。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的工艺流程方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (2)
1.一种卡拉胶奇数寡糖的制备工艺，其特征在于：
所述制备工艺包括以下步骤：
1)κ-卡拉胶提纯，其包括以下步骤:
①κ-卡拉胶粗溶液的配制与过滤：取一份κ-卡拉胶原料用蒸馏水配成1％的胶液，加热至65℃-80℃溶解并趁热过滤得到滤液；
②κ-卡拉胶的盐析：向上述步骤①所得滤液加入等体积的KCl溶液，同时不断搅拌，所述KCl溶液的浓度为0.2-0.3mol/L；
③κ-卡拉胶的粗结晶：将上述步骤②所得溶液室温放置3小时以上，然后进行抽滤收集沉淀物；
④κ-卡拉胶的洗涤与干燥，向上述步骤③所得沉淀物中加入1.2-2倍量75％乙醇同时不断搅拌，静置30min以上，然后进行抽滤收集沉淀物，再用无水乙醇对沉淀物进行脱水处理，取脱水后的沉淀物；重复上述步骤三次以上；对所得沉淀物减压干燥，将干燥后的沉淀物研细成粉末；
2)κ-卡拉胶酸水解：取上述步骤④所得κ-卡拉胶粉末一份溶解于酸水解剂后配制成1％的溶液，将所得溶液水浴水解；
3)κ-卡拉胶碱化处理：用pH调节剂调节上述步骤2)所得溶液的pH为碱性，得到κ-卡拉胶寡糖；
4)寡糖样品质谱分析：取上述步骤3)所得寡糖样品进行质谱分析，确认获得寡糖为三糖、五糖、七糖、九糖、十一糖和十三糖的一系列κ-卡拉胶奇数寡糖；
步骤2)中所述κ-卡拉胶的酸水解剂选用浓度为0.1mol/L的HCl；
步骤2)中所述κ-卡拉胶酸水解时间为6小时；
步骤2)中所述κ-卡拉胶酸水解温度为60℃。
步骤3)中所述pH调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾或三乙胺中的一种；
步骤3)中所述κ-卡拉胶碱化处理的pH为11。
2.如权利要求1所述的一种卡拉胶奇数寡糖的制备工艺，其特征在于：所述κ-卡拉胶的pH调节剂选用氢氧化钠。
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