CN115181770A - 一种酶解壳聚糖制备壳寡糖的方法 - Google Patents

一种酶解壳聚糖制备壳寡糖的方法 Download PDF

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Abstract

一种酶解壳聚糖制备壳寡糖的方法，涉及壳寡糖制备技术领域。通过壳聚糖与冰醋酸在一定的温度下溶胀后，在壳聚糖酶的作用下降解成为壳寡糖液体，最终通过喷雾干燥获得壳寡糖粉体。在保证壳寡糖的纯度、溶解度、丝滑感等生物活性为前提，有效的降低干燥制粉的物料的损失、缩短干燥时间降低生产成本，使得喷雾的壳寡糖的粉体的色泽均匀。本发明通过优选菌株制成的酶液，进行降解壳聚糖，制备的壳寡糖品质较高。采用经离心后的壳寡糖液体，排除无其他杂质干扰喷雾效果。壳寡糖液体质量浓度8％‑20％和pH3.0‑7.0的条件下，不会被喷雾干燥的高温破坏空间结构，也不会因温度高而变性成为不溶物质，其仍保持良好的纯度和溶解度等生物活性。

Description

一种酶解壳聚糖制备壳寡糖的方法
技术领域
本发明涉及壳寡糖制备技术领域，具体是涉及一种酶解壳聚糖制备壳寡糖的方法。
背景技术
壳寡糖又被成为氨基壳寡糖素、寡聚糖等，是通过壳聚糖在壳聚糖酶的作用下降解成一种聚合度在2-20的氨基糖类化合物，分子量在3000Da左右，具有良好的水溶性且具有较高的生物活性的低聚壳寡糖。壳寡糖脱乙酰度越高，自由基含量越多壳寡糖抑菌活性越高，所以壳寡糖本身就是一种混合物，不同的分子量其功能特性不同。因壳寡糖具有成膜性、透气性、吸湿性、无毒无味、杀菌性等活性，所以广泛应用于农业、化工、纺织、畜牧、生物医药等诸多领域，常被作医药用品、纺织和环保原材料、饲料、保鲜剂、农药等。壳寡糖在农业上的应用显著，不会引起植物的抗药性，能够诱导植物产生防御机制，可以促进植物生长发育，改善品质，抵抗作物多种病虫害，提高作物在低温、干旱、盐碱等逆境中的抵抗力，因此可以广泛的应用在农业上，又成无毒无害的新型生物农药。
目前，在生产壳寡糖时，需要将酶解液进行干燥，如何选择干燥方式对生产壳寡糖产品的品质起到至关重要。而工业上干燥壳寡糖的方式主要有冷冻干燥、热风干燥、真空干燥等。其中，冷冻干燥是最理想的干燥方式，但是冷冻干燥投资成本高且操作费用特别高，从提高了生产成本。冷冻干燥都是实验室常用的方法，不太适合工业化生产。热风喷雾干燥浪费电的同时而且也很浪费物料。
喷雾干燥，作为一种瞬间干燥技术，物料的受热时间短、产品的色泽均匀、有效成分不易破坏等优势，是一种适用于液态物料干燥理想的干燥的方法，也能实现连续生产，降低物料浪费，对生产壳寡糖的工业化生产有重要意义。但是，由于壳寡糖是一种氨基多糖类化合物，如果干燥工艺设置不当，在干燥过程易产生美拉德反应，使得产品的色泽加深，还会影响壳寡糖的生物活性。
发明内容
本发明公开了一种酶解壳聚糖制备壳寡糖的方法，在保证壳寡糖的纯度、溶解度、丝滑感等生物活性为前提，有效的降低干燥制粉的物料的损失、缩短干燥时间降低生产成本，使得喷雾的壳寡糖的粉体的色泽均匀，减少研磨筛选等工序。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种酶解壳聚糖制备壳寡糖的方法，步骤如下：
(1)制备酶液
制备酶液所采用的酶是由分类学命名为热带芽孢杆菌，拉丁名为Bacillustropicus，编号为LHLJW.A06的菌种所分泌出来的，该菌种已保藏于广东省微生物菌种保藏中心，保藏编号为GDMCC NO.62150，保藏日期为2021年12月21日，保藏单位地址为广州市先烈中路100号大院59号楼5楼，广东省科学院微生物研究所，邮政编码510070；
(2)溶胀
在反应釜中加入壳聚糖原料与冰醋酸，通过溶胀反应使壳聚糖完全溶解成壳聚糖胶体；
(3)降解反应
向壳聚糖胶体中加入步骤(1)制备的酶液，进行降解反应；
(4)壳寡糖液体预处理
将步骤(3)降解获得的反应液，经过调节pH、离心或者过滤、除菌后得到壳寡糖液体；
(5)喷雾干燥
抽取步骤(4)获得的壳寡糖液体进入离心式喷雾干燥塔，壳寡糖液体通过雾化喷洒瞬间高温迅速汽化形成粉状固体，粉状固体在经过二次旋风分离器收集后得到浅黄色壳寡糖粉末。
作为本发明的优选技术方案，制备方法中：
步骤(2)中于50-60℃温度条件下进行1-2h的溶胀反应，冰醋酸的添加量为壳聚糖原料的3％-5％。
步骤(3)中降解反应于50-60℃温度条件下进行，降解时间为8-12h，酶液的添加量为壳聚糖原料的3％-5％。
步骤(4)中控制得到的壳寡糖液体的浓度质量分数为8％-20％，pH值调节为3.0-7.0。
步骤(5)中设置喷雾干燥塔的进风温度170-180℃，出风温度为80-90℃，进料泵速为50-60ml/min。
本发明所采用的壳聚糖是通过来源于雪蟹经过脱蛋白、脱脂形成甲壳素，再经过脱乙酰度制备而成。通过壳聚糖与冰醋酸在一定的温度下溶胀后，在壳聚糖酶的作用下降解成为壳寡糖液体，最终通过喷雾干燥获得壳寡糖粉体。与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
(1)本发明通过优选菌株制成的酶液，进行降解壳聚糖，制备的壳寡糖品质较高。同时，本发明采用经离心后的壳寡糖液体，排除无其他杂质干扰喷雾效果。以本发明的工艺参数：壳寡糖液体质量浓度8％-20％和pH3.0-7.0的条件下，壳寡糖不会被喷雾干燥的高温破坏空间结构，也不会因温度高而变性成为不溶物质，其仍保持良好的纯度和溶解度等生物活性。
(2)由于壳寡糖是多糖类化合物，其喷雾干燥过程中要控制进风温度和出风温度范围，避免过高的温度影响喷雾粉体的品质。本发明采用高温喷雾干燥，进风温度为170-180℃，出风温度为80-90℃，进料速度50-60ml/min，此温度下不仅不会破坏壳寡糖生物活性，还能大大提高了干燥进料速度，干燥后粉末含水量低，粉体细腻均匀。
(3)本发明采用喷雾干燥法制备壳寡糖产品，壳寡糖纯度>90％，白色至淡黄色均匀干燥细粉，能完全溶干水，水溶后肤感丝滑柔软，完全保留其生物活性功效，能很好应用于农业、饲料行业领域。
(4)本发明采用喷雾干燥法制备壳寡糖粉体高效，降低了生产耗能和缩短生产时间，工艺更加环保绿色，促进行业健康发展，提高壳寡糖产品的竞争力。
附图说明
图1为实施例制备壳寡糖粉末的光学对比图，其中，从左至右分别对应为实施例1、实施例2、实施例3、对比例1制备的壳寡糖粉末。
具体实施方式
以下实施例所用的原料均来源于市售产品。
以下实施例中降解壳聚糖所用的酶是由菌种热带芽孢杆菌所分泌出来的，该菌种分类学命名为热带芽孢杆菌，拉丁名为Bacillus tropicus，编号为LHLJW.A06，已保藏于广东省微生物菌种保藏中心，保藏编号为GDMCC NO.62150，保藏日期为2021年12月21日，保藏单位地址为广州市先烈中路100号大院59号楼5楼，广东省科学院微生物研究所，邮政编码510070。
具体制备酶液的方法为：
将本实验室分离的菌种热带芽孢杆菌接入到液体培养基中，35℃.，150rpm摇床培养24h，取出培养液接到无菌生理盐水进行系列稀释涂布到壳聚糖平板培养基上，35℃培养3-4天，挑取透明圈较大的菌落转接到斜面培养基上保存。将新鲜斜面种子挑取一环接入种子培养基中35℃，150rpm，培养24h，(菌体密度约为3×1012cfu/ml0)后以2％的接种量接入到发酵培养基中，35℃，150rpm摇床培养72h，发酵液经4500rpm离心10min，离心后取上清液测酶活。
实施例1
(1)壳寡糖液体生产制备方法为：将壳聚糖粉体溶于55℃的冰醋酸(添加量为壳聚糖原料重量的3.5％)溶解之后，进行2h的溶胀反应，当壳聚糖完全溶解成壳聚糖胶体后，然后再向壳聚糖胶体加入一定的酶液(添加量为壳聚糖原料重量的5％)，在55℃下进行降解10h，得到壳寡糖液体。
(2)壳寡糖液体过滤制备：经过酶液降解的液体，需要经过过滤设备循环过滤1次，除菌后得到该壳寡糖液体的浓度为质量分数8％，pH为4。
(3)将浓度为质量分数8％，pH为4的壳寡糖液体经过喷雾干燥，进风温度170℃，出风温度90℃，进料泵速为55ml/min，壳寡糖液体通过雾化喷洒瞬间高温迅速汽化形成粉状固体，粉状固体在经过二次旋风分离器收集后得到浅黄色壳寡糖粉末(图1所示)，粉末完全溶于水成无色透明的溶液。
实施例2
(1)壳寡糖液体生产制备方法为：将壳聚糖粉体溶于50℃的冰醋酸(添加量为壳聚糖原料重量的4％)溶解之后，进行1h的溶胀反应，当壳聚糖完全溶解成壳聚糖胶体后，然后再向壳聚糖胶体加入一定的酶液(添加量为壳聚糖原料重量的5％)，在55℃下进行降解9h，得到壳寡糖液体。
(2)壳寡糖液体过滤制备：壳聚糖胶体经过酶液降解的液体，需要经过过滤设备循环过滤2次，除菌后得到该壳寡糖液体的浓度为质量分数15％，pH为3。
(3)将浓度为质量分数15％，pH为3的壳寡糖液体经过喷雾干燥，进风温度170℃，出风温度90℃，进料泵速为60ml/min，壳寡糖液体通过雾化喷洒瞬间高温迅速汽化形成粉状固体，粉状固体在经过二次旋风分离器收集后得到浅黄色壳寡糖粉末(图1所示)，粉末完全溶于水成无色透明的溶液。
实施例3
(1)壳寡糖液体生产制备方法为：将壳聚糖粉体溶于55℃的冰醋酸(添加量为壳聚糖原料重量的4.5％)溶解之后，进行2h的溶胀反应，当壳聚糖完全溶解成壳聚糖胶体后，然后再向壳聚糖胶体加入一定的酶液(添加量为壳聚糖原料重量的3％)，在60℃下进行降解8h，得到壳寡糖液体。
(2)壳寡糖液体过滤制备：壳聚糖胶体经过酶液降解的液体，需要经过过滤设备循环过滤3次，除菌后得到该壳寡糖液体的浓度为质量分数20％，pH为5.5。
(3)将浓度为质量分数20％，pH为5.5的壳寡糖液体经过喷雾干燥，进风温度180℃，出风温度80℃，进料泵速为60ml/min，壳寡糖液体通过雾化喷洒瞬间高温迅速汽化形成粉状固体，粉状固体在经过二次旋风分离器收集后得到浅黄色(颜色稍暗)壳寡糖粉末(图1所示)，粉末完全溶于水成无色透明的溶液。
实施例4
(1)壳寡糖液体生产制备方法为：将壳聚糖粉体溶于60℃的冰醋酸(添加量为壳聚糖原料重量的3.5％)溶解之后，进行2h的溶胀反应，当壳聚糖完全溶解成壳聚糖胶体后，然后再向壳聚糖胶体加入一定的酶液(添加量为壳聚糖原料重量的4％)，在50℃下进行降解12h，得到壳寡糖液体。
(2)壳寡糖液体过滤制备：壳聚糖胶体经过酶液降解的液体，需要经过过滤设备循环过滤2次，除菌后得到该壳寡糖液体的浓度为质量分数10％，pH为6。
(3)将浓度为质量分数10％，pH为6的壳寡糖液体经过喷雾干燥，进风温度180℃，出风温度80℃，进料泵速为50ml/min，壳寡糖液体通过雾化喷洒瞬间高温迅速汽化形成粉状固体，粉状固体在经过二次旋风分离器收集后得到浅黄色(颜色稍暗)壳寡糖粉末，粉末完全溶于水成无色透明的溶液。
对比例1
壳寡糖液体生产、壳寡糖液体过滤制备同实施例1。
将壳寡糖液体经过喷雾干燥，进风温度200℃和出风温度100℃，壳寡糖液体通过雾化喷洒瞬间高温迅速汽化形成粉状固体，粉状固体在经过二次旋风分离器收集后得到深黄色壳寡糖粉末。此壳寡糖粉末被高温破坏了空间结构，生物活性失活，由于进风的温度过高会使得壳寡糖加剧美拉德反应的作用，使得产品色泽质量下降(图1所示)，产出的粉体成为不溶物。
对比例2
壳寡糖液体生产、壳寡糖液体过滤制备同实施例2。
将壳寡糖液体经过喷雾干燥，进风温度190℃和出风温度110℃，壳寡糖液体通过雾化喷洒瞬间高温迅速汽化形成粉状固体，粉状固体在经过二次旋风分离器收集后得到深黄色壳寡糖粉末。此壳寡糖粉末被高温破坏了空间结构，生物活性失活，由于进风的温度过高会使得壳寡糖加剧美拉德反应的作用，使得产品色泽质量下降，产出的粉体成为不溶物。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种酶解壳聚糖制备壳寡糖的方法，其特征在于，步骤如下：
(1)制备酶液
制备酶液所采用的酶是由分类学命名为热带芽孢杆菌，拉丁名为Bacillus tropicus，编号为LHLJW.A06的菌种所分泌出来的，该菌种已保藏于广东省微生物菌种保藏中心，保藏编号为GDMCC NO.62150，保藏日期为2021年12月21日，保藏单位地址为广州市先烈中路100号大院59号楼5楼，广东省科学院微生物研究所，邮政编码510070；
(2)溶胀
在反应釜中加入壳聚糖原料与冰醋酸，通过溶胀反应使壳聚糖完全溶解成壳聚糖胶体；
(3)降解反应
向壳聚糖胶体中加入步骤(1)制备的酶液，进行降解反应；
(4)壳寡糖液体预处理
将步骤(3)降解获得的反应液，经过调节pH、离心或者过滤、除菌后得到壳寡糖液体；
(5)喷雾干燥
抽取步骤(4)获得的壳寡糖液体进入离心式喷雾干燥塔，壳寡糖液体通过雾化喷洒瞬间高温迅速汽化形成粉状固体，粉状固体在经过二次旋风分离器收集后得到浅黄色壳寡糖粉末。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中于50-60℃温度条件下进行1-2h的溶胀反应，冰醋酸的添加量为壳聚糖原料的3％-5％。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中降解反应于50-60℃温度条件下进行，降解时间为8-12h，酶液的添加量为壳聚糖原料的3％-5％。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中控制得到的壳寡糖液体的浓度质量分数为8％-20％，pH值调节为3.0-7.0。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中设置喷雾干燥塔的进风温度170-180℃，出风温度为80-90℃，进料泵速为50-60ml/min。
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