CN114230686A - 一种硒化低聚壳聚糖的制备工艺、装置及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机硒制备技术领域，具体涉及一种硒化低聚壳聚糖的制备工艺、装置及应用；将低聚壳聚糖溶解在醋酸水溶液中得低聚壳聚糖溶液；将亚硒酸钠加入低聚壳聚糖溶液中进行超声处理；将反应后的混合液进行离心透析；将反应浓缩液进行抽滤，然后将抽滤得到的滤液进行减压浓缩；向减压浓缩液中加入无水乙醇，出现沉淀后静置，离心分离将沉淀物使用无水乙醇洗涤、干燥；装置包括机架、搅拌混料罐、温控超声处理罐、离心透析浓缩装置以及控制箱；本发明公开的制备装置的催化剂为附着在散热翅片组上的镍颗粒，无需在反应后对催化剂进行过滤操作，并且醋酸容易发散出的醋酸味道也能够被完全过滤去异味后排出，优化了反应步骤和车间环境。

Description

一种硒化低聚壳聚糖的制备工艺、装置及应用
技术领域
本发明属于机硒制备技术领域，具体涉及一种硒化低聚壳聚糖的制备工艺、装置及应用。
背景技术
壳聚糖作为一种阳离子多糖，同时有极佳生物相容性、生物降解性，且无毒副作用。硒对是人体必需的微量元素之一，硒在体内主要参与抗氧化、甲状腺激素合成和免疫功能等代谢通路，硒在体内的缺乏会引起癌症等数种慢性疾病。随着人们对壳聚糖金属复合物的认识的进一步深入，结合有机硒化合物良好的生物学活性，人们对壳聚糖硒的研究也越来越多。低聚化促进了壳聚糖的水溶性，有利于促进吸收，进而极大发挥其生物活性，硒化低聚壳聚糖具有良好的细胞修复、抗氧化和免疫调节功能，能调节肠腔氧化还原状态，可能具备防治溃疡性结肠炎的能力。
申请号为CN2016100076419的发明公开了一种硒化低聚氨基多糖的制备方法，包括以下步骤：一，将低聚氨基多糖溶解在醋酸水溶液中搅拌至澄清，得低聚氨基多糖溶液；二，将硝酸银加入低聚氨基多糖溶液中搅拌至完全溶解后，将亚硒酸钠加入到低聚氨基多糖溶液中，超声处理后得反应液；三，在反应液中滴加NaCl溶液直至无白色沉淀生成，离心除去沉淀，清液采用蒸馏水透析，透析至透析液用抗坏血酸检测不显红色后，将透析液抽滤，得滤液；四，将滤液减压浓缩后加入无水乙醇，出现白色絮状沉淀后，静置过夜，离心分离，沉淀分别用无水乙醇、丙酮、乙醚各洗涤两次，真空干燥，得硒化低聚氨基多糖。该发明公开的硒化低聚壳聚糖制备工艺步骤简单，可操作性强，产品硒含量高，但是在实现其工业化生产的过程中，其步骤二中的超声处理往往会将反应液的温度升高，而当亚硒酸钠的温度过高时，亚硒酸会发生分解，不利于反应的进行，同时温度升高会导致低聚氨基多糖的进一步水解，从而使产物的得率下降，因此该制备工艺在生产过程中还往往间断式通入氮气来降低反应液的温度。但是由于该反应液的溶剂为醋酸溶液，而醋酸溶液具有挥发的性质，在进行上述硒化低聚氨基多糖的工业化生产过程中醋酸溶液往往会会发散出刺鼻的酸味，再加上向反应溶液中通入氮气，其氮气能够进一步将醋酸带出反应釜，使得整个车间充满了异味。因此，针对现有硒化低聚壳聚糖的制备工艺的上述不足，本申请提出了一种能够有效解决上述技术问题的硒化低聚壳聚糖的制备工艺及装置，并且同时公开了上述制备得到的硒化低聚壳聚糖的具体应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有硒化低聚壳聚糖的制备工艺在背景技术中提出的不足，设计了一种能够有效解决上述技术问题的硒化低聚壳聚糖的制备工艺及装置及应用。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种硒化低聚壳聚糖的制备工艺，包括如下步骤：
1)将低聚壳聚糖按一定比例投入搅拌混料罐中搅拌溶解在醋酸水溶液中得低聚壳聚糖溶液；
2)将低聚壳聚糖溶液转移至温控超声处理罐中，再加入一定量的亚硒酸钠，然后再催化剂镍的作用下进行超声处理，使得低聚壳聚糖溶液与亚硒酸钠充分反应；
3)将反应后的混合液转移至离心透析浓缩装置中进行离心透析，得到透析后的反应浓缩液；
4)将反应浓缩液进行抽滤，然后将抽滤得到的滤液进行减压浓缩；
5)向减压浓缩液中加入无水乙醇，出现沉淀后静置，然后离心分离，最后再将沉淀物使用无水乙醇洗涤、干燥后即得硒化低聚壳聚糖。
优选地，所述步骤2中的超声处理的温度控制在40-55℃。
优选地，所述醋酸水溶液的PH值范围为3-5。
一种用于上述硒化低聚壳聚糖的制备工艺中的装置，所述装置为步骤1-3中使用到的设备，包括机架、搅拌混料罐、温控超声处理罐、离心透析浓缩装置以及控制箱，所述搅拌混料罐、温控超声处理罐、离心透析浓缩装置从左往右依次固定设置在机架的上端；
其中，所述搅拌混料罐的上端设置有搅拌驱动装置，所述搅拌驱动装置的输出轴下端连接有设置在搅拌混料罐内腔中的搅拌架，所述搅拌混料罐的上端设置有第一绞龙上料装置和第二绞龙上料装置，所述搅拌混料罐的上端还设置有溶剂注入管，所述搅拌混料罐的下端连接有第一输液管，所述第一输液管中设置有第一输液泵，所述第一输液管的上端与温控超声处理罐的上端相连接；
所述温控超声处理罐包括上罐体和下罐体，所述上罐体和下罐体的法兰连接处之间设置有密封圈，所述上罐体的下表面设置有超声探头，所述超声探头穿过下罐体底壁伸入温控超声处理罐的内腔设置，所述上罐体的上端还设置有第三绞龙上料装置，所述上罐体的外圆面设置有冷却液夹套，所述冷却液夹套的前侧面上下两端分别设置有出水管和进水管，位于所述温控超声处理罐的前侧设置有冷却液循环箱，所述出水管的下端与冷却液循环箱相连通，所述冷却液循环箱的上表面设置有输送泵，所述进水管与输送泵相连接，位于所述冷却液夹套相同水平高度的上罐体内腔中固定设置有散热翅片组，所述散热翅片组上镶嵌有催化剂颗粒，所述散热翅片组中呈螺旋状贯穿设置有冷却液导管，所述冷却液导管的上下两端分别与冷却液夹套相连通，所述上罐体的顶端连接有集气罩，所述集气罩的上端设置有排气管，所述排气管的端部连接有净化器；
所述离心透析浓缩装置包括外罐体和转动设置在外罐体上端的离心内桶体，所述离心内桶体的上表面圆心处连接有上竖直硬管，所述上竖直硬管的顶端连接有上密封轴承，所述下罐体的下端连接有第二输液管，所述第二输液管中设置有第二输液泵，所述第二输液管的上端与上密封轴承相连接，所述离心内桶体的下端圆周面开设有大量通孔，位于所述通孔处的离心内桶体外圆面上设置有透析膜，所述离心内桶体的下表面圆心处连接有下竖直硬管，所述外罐体的底端连接有浓缩液排管，所述浓缩液排管的顶端连接有与下竖直硬管转动连接的下密封轴承，所述浓缩液排管上设置有液阀，所述外罐体的下端连接有透析水排管，所述机架上还设置有用于驱动离心内桶体旋转的动力装置。
作为上述方案的具体设置，所述动力装置包括固定设置在机架上端的驱动电机以及焊接在离心内桶体上端外圆面上的齿环，所述驱动电机的输出轴上连接有与齿环相啮合的主动齿轮。
作为上述方案的具体设置，所述第一绞龙上料装置、第二绞龙上料装置和第三绞龙上料装置均包括料斗和水平设置的送料管，所述料斗的下端与送料管的外端上表面相连接，所述送料管的外端面上设置有绞龙电机，所述绞龙电机的输出轴上连接有伸入送料管中的绞龙叶，所述送料管的内端连接有下料管。
作为上述方案的进一步设置，所述溶剂注入管的上端设置有U型液封管。
作为上述方案的具体设置，所述净化器包括净化器外壳体，所述净化器外壳体的左右两端分别为进气端和排气端，所述净化器外壳体中从进气端往排气端依次设置有过滤网层、硅胶干燥层和活性炭吸附层。
作为上述方案的进一步设置，所述上罐体的内壁下端还设置有温度传感器，所述温度传感器与控制箱内的控制模块电性连接。
本发明还要求包括上述制备的硒化低聚壳聚糖在防治溃疡性结肠炎上的应用。
本发明的有益效果主要体现在：
1)本发明公开的硒化低聚壳聚糖的制备工艺，将硒与低聚壳聚糖有机结合，使其转化为硒化低聚壳聚糖，该方法制备的硒化低聚壳聚糖在防治溃疡性结肠炎时具有良好的细胞修复、抗氧化和免疫调节功能，能调节肠腔氧化还原状态。
2)本发明公开的制备装置，其催化剂为附着在散热翅片组上的镍颗粒，无需在反应后对催化剂进行过滤操作，并且反应过程中的醋酸容易发散出的醋酸味道也能够被完全过滤去异味后排出，其不仅优化了反应步骤和车间环境。
3)本发明中温控超声处理罐通过冷却液夹层、散热翅片组、冷却液导管的设置能够实现对超声处理时的反应液进行均匀降温，能够有效防止反应液在超声处理过程中温度上升过高引起原料分解，同时该离心透析浓缩装置通过动力装置驱动离心内桶体在外罐体中高速旋转，在高速旋转离心力的作用下能够对超声后的反应液进行快速、充分的透析浓缩，其结构设计新颖，对超声处理后的反应液透析浓缩效果优异。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的制备工艺步骤流程图；
图2为本发明中制备装置的第一角度立体结构示意图；
图3为本发明中制备装置的第二角度立体结构示意图；
图4为本发明制备装置中搅拌混料罐等立体结构示意图；
图5为本发明制备装置中温控超声处理罐等立体结构示意图；
图6为本发明制备装置中温控超声处理罐的内部平面结构示意图；
图7为本发明制备装置中散热翅片组和冷却液导管的立体结构示意图；
图8为本发明制备装置中离心透析浓缩装置立体结构示意图；
图9为本发明制备装置中离心内桶体的立体结构示意图；
图10为本发明制备装置中浓缩液排管、下密封轴承等立体结构示意图；
图11为本发明制备装置中净化器的内部平面结构示意图。
其中：
100-机架，200-搅拌混料罐，201-搅拌驱动装置，202-第一绞龙上料装置，203-第二绞龙上料装置，204-溶剂注入管，2041-U型液封管，205-第一输液管，206-第一输液泵；
300-温控超声处理罐，301-上罐体，302-下罐体，303-密封圈，304-超声探头，305-第三绞龙上料装置，306-冷却液夹套，3061-出水管，3062-进水管，307-冷却液循环箱，308-输送泵，309-散热翅片组，310-冷却液导管，311-集气罩，312-排气管，313-净化器，3131-净化器外壳体，3132-过滤网层，3133-硅胶干燥层，3134-活性炭吸附层，314-第二输液管，315-第二输液泵，316-温度传感器；
400-离心透析浓缩装置，401-外罐体，402-离心内桶体，4021-通孔，403-上竖直硬管，404-上密封轴承，405-下竖直硬管，406-浓缩液排管，407-下密封轴承，408-液阀，409-透析水排管，410-动力装置，4101-驱动电机，4102-齿环，4103-主动齿轮；
500-控制箱，601-料斗，602-送料管，603-绞龙电机。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
,此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图1～11，并结合实施例来详细说明本申请。
实施例1
实施例1公开了一种硒化低聚壳聚糖的制备工艺，包括如下步骤：
1)将低聚壳聚糖按一定比例投入搅拌混料罐中搅拌溶解在醋酸水溶液中得低聚壳聚糖溶液；其中低聚壳聚糖和醋酸水溶液的质量比为2：15，并且醋酸水溶液的PH值为4。
2)将低聚壳聚糖溶液转移至温控超声处理罐中，再加入一定量的亚硒酸钠，然后再催化剂镍的作用下进行超声处理，使得低聚壳聚糖溶液与亚硒酸钠充分反应；其中亚硒酸钠与低聚壳聚糖溶液的质量比为3：16，超声处理35min，超声处理时的温度为46℃。
3)将反应后的混合液转移至离心透析浓缩装置中进行离心透析，得到透析后的反应浓缩液；其中透析浓缩后的浓缩液为透析前混合液质量的42％。
4)将反应浓缩液进行抽滤，然后将抽滤得到的滤液进行减压浓缩。
5)向减压浓缩液中加入无水乙醇，出现沉淀后静置，然后离心分离，最后再将沉淀物使用无水乙醇洗涤、干燥后即得硒化低聚壳聚糖。
实施例2
实施例2公开了一种硒化低聚壳聚糖的制备工艺，包括如下步骤：
1)将低聚壳聚糖按一定比例投入搅拌混料罐中搅拌溶解在醋酸水溶液中得低聚壳聚糖溶液；其中低聚壳聚糖和醋酸水溶液的质量比为1：7，并且醋酸水溶液的PH值为3.8。
2)将低聚壳聚糖溶液转移至温控超声处理罐中，再加入一定量的亚硒酸钠，然后再催化剂镍的作用下进行超声处理，使得低聚壳聚糖溶液与亚硒酸钠充分反应；其中亚硒酸钠与低聚壳聚糖溶液的质量比为1：5，超声处理40min，超声处理时的温度为42℃。
3)将反应后的混合液转移至离心透析浓缩装置中进行离心透析，得到透析后的反应浓缩液；其中透析浓缩后的浓缩液为透析前混合液质量的44％。
4)将反应浓缩液进行抽滤，然后将抽滤得到的滤液进行减压浓缩。
5)向减压浓缩液中加入无水乙醇，出现沉淀后静置，然后离心分离，最后再将沉淀物使用无水乙醇洗涤、干燥后即得硒化低聚壳聚糖。
综上所述，本发明公开的硒化低聚壳聚糖的制备工艺，将硒与低聚壳聚糖有机结合，使其转化为硒化低聚壳聚糖，该方法制备的硒化低聚壳聚糖在防治溃疡性结肠炎时具有良好的细胞修复、抗氧化和免疫调节功能，能调节肠腔氧化还原状态。制备过程中的催化剂为附着在散热翅片组上的镍颗粒，无需在反应后对催化剂进行过滤操作，并且反应过程中的醋酸容易发散出的醋酸味道也能够被完全过滤去异味后排出，其不仅优化了反应步骤和车间环境，而且整个硒化低聚壳聚糖的制备工艺步骤简单，可操作性强，产品硒含量高。
实施例3
本实施例3公开了一种用于实施例1和实施例2中硒化低聚壳聚糖的制备工艺中的装置，参考附图2和附图3，该装置的主体部分包括机架100、搅拌混料罐200、温控超声处理罐300、离心透析浓缩装置400以及控制箱500，搅拌混料罐200、温控超声处理罐300、离心透析浓缩装置400从左往右依次固定设置在机架100的上端。
参考附图4，搅拌混料罐200的上端设置有搅拌驱动装置201，搅拌驱动装置201的输出轴下端连接有设置在搅拌混料罐200内腔中的搅拌架(图中未画出)，搅拌混料罐200的上端设置有第一绞龙上料装置202和第二绞龙上料装置203，搅拌混料罐200的上端还设置有溶剂注入管204，并且溶剂注入管204的上端设置有U型液封管2041，其U型液封管2041能够对加入的醋酸溶液起到液封作用，防止搅拌过程中醋酸挥发造成车间环境被污染。在搅拌混料罐200的下端连接有第一输液管205，第一输液管205中设置有第一输液泵206，第一输液管205的上端与温控超声处理罐300的上端相连接。
参考附图5、附图6和附图7，温控超声处理罐300包括上罐体301和下罐体302，其中上罐体301和下罐体302依靠法兰体进行连接，并在两者法兰连接处之间设置有密封圈303。在上罐体301的下表面设置有超声探头304，超声探头304穿过下罐体302底壁伸入温控超声处理罐300的内腔设置。在上罐体301的上端还设置有第三绞龙上料装置305，此处需要说明的是本实施例中的第一绞龙上料装置202、第二绞龙上料装置203和第三绞龙上料装置305均包括料斗601和水平设置的送料管602，料斗601的下端与送料管602的外端上表面相连接，送料管602的外端面上设置有绞龙电机603，绞龙电机603的输出轴上连接有伸入送料管601中的绞龙叶(图中未画出)，送料管601的内端连接有下料管。上述第一绞龙上料装置202、第二绞龙上料装置203和第三绞龙上料装置305通过控制绞龙电机603的旋转圈数实现定量上料，而且上料装置还能够对罐体均起到料封作用，防止搅拌或反应过程中的醋酸挥发造成环境污染。
为了实现对超声处理过程的溶液进行温控，防止温度过高造成原料分解，本实施例还在上罐体301的外圆面设置有冷却液夹套306，冷却液夹套306的前侧面上下两端分别设置有出水管3061和进水管3062，位于温控超声处理罐300的前侧设置有冷却液循环箱307，出水管3061的下端与冷却液循环箱307相连通，冷却液循环箱307的上表面设置有输送泵308，进水管3062与输送泵308相连接。在位于冷却液夹套306相同水平高度的上罐体301内腔中固定设置有散热翅片组309，并且散热翅片组309上镶嵌有催化剂颗粒3091，散热翅片组309中呈螺旋状贯穿设置有冷却液导管310，然后将冷却液导管310的上下两端分别与冷却液夹套306相连通，另外还在上罐体301的内壁下端还设置有温度传感器316，温度传感器316与控制箱500内的控制模块电性连接。上述通过输液泵308将冷却液循环箱307中的冷却液送入冷却夹套306中对反应液进行降温，然后冷却液再通过冷却液导管310，通过散热翅片组309的热传递作用能够实现对内部溶液的均匀降温，使其降温效果优异，同时通过温度传感器316对内部反应液的温度进行监测，并通过控制模块根据温度的高低调节冷却液的输送速度进行调节。
另外，还在上罐体301的顶端连接有集气罩311，集气罩311的上端设置有排气管312，排气管312的端部连接有净化器313。具体设置时该净化器313参考附图11，包括净化器外壳体3131，净化器外壳体3131的左右两端分别为进气端和排气端，净化器外壳体3131中从进气端往排气端依次设置有过滤网层3132、硅胶干燥层3133和活性炭吸附层3134，在超声处理反应过程中，醋酸发挥携带出的液体进入净化器中能够充分被过滤净化，净化后的气体再排出，能够有效防止污染车间环境。
参考附图8、附图9和附图10，离心透析浓缩装置400包括外罐体401和转动设置在外罐体401上端的离心内桶体402，离心内桶体402的上表面圆心处连接有上竖直硬管403，上竖直硬管403的顶端连接有上密封轴承404。温控超声处理罐300中的下罐体302下端连接有第二输液管314，第二输液管314中设置有第二输液泵315，并将第二输液管314的上端与上密封轴承404相连接，通过第二输液管314将超声的反应液输入离心内桶体402中。
在离心内桶体402的下端圆周面开设有大量通孔4021，位于通孔4021处的离心内桶体402外圆面上设置有透析膜(图中未画出)，离心内桶体402的下表面圆心处连接有下竖直硬管405，外罐体401的底端连接有浓缩液排管406，浓缩液排管406的顶端连接有与下竖直硬管405转动连接的下密封轴承407，浓缩液排管406上设置有液阀408，外罐体401的下端连接有透析水排管409。最后，在机架100上还设置有用于驱动离心内桶体402旋转的动力装置410。其中，动力装置410包括固定设置在机架100上端的驱动电机4101以及焊接在离心内桶体402上端外圆面上的齿环4102，驱动电机4101的输出轴上连接有与齿环4102相啮合的主动齿轮4103。上述通过驱动电机4101的驱动作用，然后在齿环4102与主动齿轮4103的啮合传动下能使得离心内桶体402在离心内桶体402中高速旋转进行离心，其反应液在离心的作用下加速透过透析膜进行浓缩，最终的浓缩液再通过浓缩液排管406排入下一工序进行加工处理。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种硒化低聚壳聚糖的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)将低聚壳聚糖按一定比例投入搅拌混料罐中搅拌溶解在醋酸水溶液中得低聚壳聚糖溶液；
2)将低聚壳聚糖溶液转移至温控超声处理罐中，再加入一定量的亚硒酸钠，然后再催化剂镍的作用下进行超声处理，使得低聚壳聚糖溶液与亚硒酸钠充分反应；
3)将反应后的混合液转移至离心透析浓缩装置中进行离心透析，得到透析后的反应浓缩液；
4)将反应浓缩液进行抽滤，然后将抽滤得到的滤液进行减压浓缩；
5)向减压浓缩液中加入无水乙醇，出现沉淀后静置，然后离心分离，最后再将沉淀物使用无水乙醇洗涤、干燥后即得硒化低聚壳聚糖。
2.根据权利要求1所述的硒化低聚壳聚糖的制备工艺，其特征在于，所述步骤2中的超声处理的温度控制在40-55℃。
3.根据权利要求1所述的硒化低聚壳聚糖的制备工艺，其特征在于，所述醋酸水溶液的PH值范围为3-5。
4.一种用于权利要求1-3任一项所述硒化低聚壳聚糖的制备工艺中的装置，其特征在于，所述装置为步骤1-3中使用到的设备，包括机架(100)、搅拌混料罐(200)、温控超声处理罐(300)、离心透析浓缩装置(400)以及控制箱(500)，所述搅拌混料罐(200)、温控超声处理罐(300)、离心透析浓缩装置(400)从左往右依次固定设置在机架(100)的上端。
5.一种权利要求1-3任一项所述硒化低聚壳聚糖在防治溃疡性结肠炎上的应用。
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