CN1680452A - 一种制备甲壳低聚糖化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及甲壳低聚糖的制备，具体地说是一种制备甲壳低聚糖化合物的方法，将壳聚糖粉末用酸溶解成粘稠状溶液，搅拌均匀后，加入过氧化氢进行第一步反应，反应温度为50～80℃，反应2小时以上，其特征在于：向反应体系中再加入无机碱，调节反应介质pH值为7～10，继续进行第二步反应，反应1～3h后，向反应液中加入溶液体积3～1 0倍的乙醇进行沉淀，沉淀于不高于60℃下烘干，即得到甲壳低聚糖化合物，本发明具有降解反应时间短、产率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及甲壳低聚糖的制备，具体地说是一种制备甲壳低聚糖化合物的方法。
背景技术
寡糖、低聚糖具有多种生物功能，研究证明其在抗癌药物、诊断试剂、植物生理、食品、化妆品等方面用途广泛，开发应用前景十分广阔。而且其与甲壳质和壳聚糖相比，具有十分突出的优点，如易溶于水、无抗原性，以及它们在宿主体内具有较弱的积累效应等。但目前对寡糖、低聚糖的制备技术和作用机制的研究尚不清楚，制备过程的产率较低，使得其价格十分昂贵。由此，寡糖、低聚糖在大规模的产业化应用上，受到很大程度的限制。其主要原因就是对寡糖、低聚糖的制备技术和作用机制的研究尚不够深入。这与我国丰富的甲壳质资源显然是不相称的。
众所周知，降解甲壳质、壳聚糖是制备寡糖、低聚糖的主要手段，目前所应用的方法有酸降解、氧化降解、超声波降解、微波降解、酶降解法等。但是目前实现产业化的只有酸性条件下过氧化氢氧化降解法，其它方法由于重复性比较差，或是所得糖的分子量及产率不稳，或是后处理困难等问题而不容易实现产业化。
目前壳聚糖的降解是用过氧化氢在酸性条件、适当温度下氧化降解，由于过氧化氢反应的产物是氧气和水，其后处理很简单，是最容易实现产业化的降解方法，也是目前研究最成熟的方法。根据对壳聚糖氧化降解过程的研究，已证明酸性条件下壳聚糖的降解是均相降解，反应较快；而在中性或碱性条件下是非均相降解，反应较慢。但在酸性条件下，当壳聚糖的分子量达到8000左右时，壳聚糖即达水溶性，过多的氢离子与壳聚糖分子的氨基形成NH4 +，反而减少了降解的作用点，使得反应速度减小，延长了反应的时间，造成时间的浪费和经济上的损失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反应时间短、产率高的制备甲壳低聚糖化合物的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
将壳聚糖粉末用酸溶解成粘稠状溶液，搅拌均匀后，加入过氧化氢进行第一步反应，反应温度为50～80℃，反应2小时以上(以上步骤按常规反应条件进行)，向反应体系中再加入无机碱，调节反应介质PH值为7～10，继续进行第二步反应，反应1～3h后，向反应液中加入溶液体积3～10倍的乙醇进行沉淀，沉淀于不高于60℃下烘干，即得到甲壳低聚糖化合物。
所述第一步反应过程中，反应时间为2～6小时，过氧化氢的用量R＝1～3(R：过氧化氢与糖单元的摩尔比)；
在第二步反应后可将反应液蒸发浓缩至原体积的40％～60％；，于室温下，用浓缩后溶液体积3～10倍的乙醇沉淀，沉淀于40～60℃下烘干或常温～50℃下真空干燥；
所述酸为乙酸或盐酸，其体积百分浓度1～5％，使用量为壳聚糖重量的15～30倍；
所述无机碱为氢氧化钠或氢氧化钾，其浓度为5～10mol/L。
本发明具有降解反应时间短、产率高等优点。本发明以过氧化氢作为氧化剂，首先使壳聚糖的降解反应在酸性条件下的均相体系中进行，当反应到一定时间，即壳聚糖达到水溶性时，再加入无机碱，调节反应介质的PH值，使壳聚糖在碱性条件下降解，从而减少氢离子的作用，使反应速度加快。本发明通过对壳聚糖降解反应介质酸、碱度的调节、控制，可在更短的时间内得到更高产率、更低分子量的甲壳低聚糖，与现有技术相比，其反应时间可以缩短10～40％，产率提高近10％；同时，降解所得壳聚糖的颜色较之只用酸性降解的颜色浅的多，对壳聚糖的活性影响也小。采用本发明对壳聚糖进行降解制备甲壳低聚糖化合物，可在不增加投入的同时，更大程度的利用壳聚糖，从而减少损失和浪费。
附图说明
图1为壳聚糖的红外谱图；
图2为乙酸碱法所得甲壳低聚糖的红外谱图；
图3为盐酸碱法所得甲壳低聚糖的红外谱图；
图4为纯乙酸溶剂作用下所得甲壳低聚糖的红外谱图；
图5为甲壳低聚糖的1HNMR图谱。
具体实施方式
实施例1
称取适量壳的聚糖粉末，用其重量15倍、浓度4％(V/V)的乙酸溶解成粘稠状溶液，搅拌均匀，于50℃下恒温，加入浓度为30％(V/V)的过氧化氢溶液，使R＝1，反应2小时，再加入10mol/L的氢氧化钾溶液，调节反应介质的PH值为7，继续反应1小时，冷却至室温，用溶液体积3倍的乙醇沉淀，离心，所得沉淀在40℃下烘干，即制得甲壳低聚糖化合物。将烘干物粉碎至20目，用乌氏粘度计测定其分子量为8.70×103，其收率为62.1％。
实施例2
称取适量的壳聚糖粉末，用其重量20倍、浓度5％(V/V)的乙酸溶解成粘稠状溶液，搅拌均匀，于60℃下恒温，加入浓度为30％(V/V)的过氧化氢溶液，使R＝1，反应4小时，再加入8mol/L的氢氧化钠溶液，调节反应介质的PH值为8，继续反应2小时，反应完毕，减压蒸去部分水，使溶液的体积浓缩至约原来体积的40％，冷却至室温，用所剩溶液体积5倍的乙醇沉淀，离心，所得沉淀于常温下真空干燥，即制得甲壳低聚糖化合物。将烘干物粉碎至60目，用乌氏粘度计测定其分子量为9.74×103，其收率为61％。
实施例3
称取适量的壳聚糖粉末，用其重量25倍、浓度3％(V/V)的盐酸溶解成粘稠状溶液，搅拌均匀，于80℃下恒温，加入浓度为30％(V/V)的过氧化氢溶液，使R＝1，反应6小时，再加入5mol/L的氢氧化钠溶液，调节反应介质的PH值为10，继续反应3小时，反应完毕，减压蒸去部分水，使溶液的体积浓缩至约原来体积的60％，冷却至室温，用所剩溶液体积10倍的乙醇沉淀，离心，所得沉淀在60℃下烘干，即制得甲壳低聚糖化合物。将烘干物粉碎到100目，用乌氏粘度计测定其分子量为4.48×103，其收率为38.1％。
实施例4
称取二份适量的壳聚糖粉末，分别用其重量20倍的乙酸和盐酸溶解成粘稠状溶液(其中：乙酸的浓度为2％，盐酸浓度为1％)，搅拌均匀，于70℃下恒温，加入浓度为30％(V/V)的过氧化氢溶液，使R＝1∶1，反应t1(2～6)小时后，向反应体系中加入10mol/L的氢氧化钠溶液，，调节反应介质PH值为8.5，继续反应t2(1～3h)小时，反应完毕，减压蒸去部分水，使溶液的体积浓缩至约原来体积的50％，冷却至室温，用所剩溶液体积3倍的乙醇沉淀，离心，所得沉淀在50℃下烘干，即制得甲壳低聚糖化合物。将烘干物粉碎到50目，用乌氏粘度计测定分子量(测分子量的经典方法)。不同条件下制得的甲壳低聚糖化合物的分子量及其收率见表1和表2；其中E组为仅用酸法降解的对比例。
表1 乙酸(2％)碱法于不同的反应时间下制得的甲壳低聚糖化合物的分子量及其收率
| 序号 | t1(h) | t2(h) | 分子量(×103) | 收率(％) |
| A1 | 2 | 3 | 7.34 | 55.4 |
| A2 | 2 | 2 | 7.59 | 55.0 |
| A3 | 2 | 1 | 8.19 | 61.8 |
| B1 | 3 | 3 | 4.52 | 53.6 |
| B2 | 3 | 2 | 5.72 | 53.6 |
| B3 | 3 | 1 | 6.58 | 59.0 |
| C1 | 4 | 3 | 3.74 | 55.3 |
| C2 | 4 | 2 | 5.01 | 55.5 |
| C3 | 4 | 1 | 6.54 | 56.3 |
| D1 | 5 | 3 | 2.45 | 44.8 |
| D2 | 5 | 2 | 4.56 | 47.9 |
| D3 | 5 | 1 | 5.61 | 45.8 |
| E | 6 | 0 | 7.47 | 43.5 |
表2 盐酸(1％)碱法于不同的反应时间下制得的甲壳低聚糖化合物的分子量及其收率
| 序号 | t1(h) | t2(h) | 分子量(×103) | 收率(％) |
| Al’ | 2 | 3 | 12.47 | 41.0 |
| A2’ | 2 | 2 | 13.55 | 42.5 |
| A3’ | 2 | 1 | 16.21 | 42.8 |
| B1’ | 3 | 3 | 5.46 | 42.3 |
| B2’ | 3 | 2 | 6.02 | 40.3 |
| B3’ | 3 | 1 | 9.65 | 40.6 |
| C1’ | 4 | 3 | 4.02 | 40.3 |
| C2’ | 4 | 2 | 6.45 | 41.8 |
| C3’ | 4 | 1 | 9.21 | 41.0 |
| Dl’ | 5 | 3 | 3.56 | 42.4 |
| D2’ | 5 | 2 | 5.20 | 39.4 |
| D3’ | 5 | 1 | 7.88 | 40.3 |
| E | 6 | 0 | 8.20 | 38.4 |
本发明降解得到的甲壳低聚糖化合物，其典型结构式如下：
其中：n为聚合度，R＝H或Ac，分子量在17KD以下。
上面实施例各步反应中，主要在于反应介质酸碱性的调节，于不同的时间加入碱液对壳聚糖的降解有不同程度的影响，具体关系如下：
①酸性反应时间为2小时，碱性反应1～3小时时，用乙酸与用盐酸所得产物分子量分别为7.34×103～8.19×103，12.47×103～16.21×103；产率分别为55.0％～61.8％，41.0％～42.8％；
②酸性反应时间为3小时，碱性反应1～3小时时，用乙酸与用盐酸所得产物分子量分别为4.52×103～6.58×103，5.46×103～9.65×103；产率为53.6～59.0％，40.3％～42.3％；
③酸性反应时间为4小时，碱性反应1～3小时时，用乙酸与用盐酸所得产物分子量分别为3.74×103～6.54×103，4.02×103～9.21×103；产率分别为55.3～56.3％，40.3％～41.8％；
④酸性反应时间为5小时，碱性反应1～3小时时，用乙酸与用盐酸所得产物分子量分别为2.45×103～5.61×103，3.56×103～7.88×103；产率分别为44.8％～47.9％，39.4％～42.4％；
⑤酸性反应时间为6小时，碱性反应0小时时，用乙酸与用盐酸所得产物分子量分别为7.47×103，8.20×103；产率分别为43.5％，38.4％。
本发明实施例制备的甲壳低聚糖谱图分析：
参见图1～4可知，红外光谱的主要基团峰为：3410cm-1左右为O-H、N-H的伸缩振动峰，2924cm-1左右为C-H的伸缩振动峰，1623cm-1、1513cm-1左右为N-H的变角振动，分子较大，使得它的三个峰重叠而分为两个峰，1088cm-1左右为C-N的吸收峰(因此峰很强，因此不是C-C吸收峰)，651cm-1左右的峰也为NH2的峰，证明NH2基团并未被破坏，1380cm-1左右为C-H的变形振动，1248cm-1左右为O-H的面内变形振动，1153cm-1左右为C-O-C吸收峰，895cm-1左右为β-端基差向异构的C-H变角振动，证明降解反应未破坏多糖的环状结构。从实施例的红外谱图中发现：降解产物甲壳低聚糖与壳聚糖的红外谱图一致，这证明糖环结构并未破坏，而且由降解产物甲壳低聚糖的红外谱图可以看出，在酸性与碱性介质中反应时间的长短对糖的结构也没有影响。在各红外谱图中主要峰的位置几乎一致。
本发明的甲壳低聚糖的核磁谱图分析，见图5： 图中2.04 ppm的基团峰是由于乙酰氨基未脱干净，其上的甲基峰；其他氢(H2～H6)的基团峰主要在3.2～4.2ppm。如表3：
表3 低聚糖核磁谱图H的位移
| H1 | H2 | H3 | H4 | H5 | H6a | H6b |
| 5.49 | 3.76 | 4.13 | 3.98 | 3.87 | 3.23 | 3.29 |
Claims (6)
1.一种制备甲壳低聚糖化合物的方法，将壳聚糖粉末用酸溶解成粘稠状溶液，搅拌均匀后，加入过氧化氢进行第一步反应，反应温度为50～80℃，反应2小时以上，其特征在于：向反应体系中再加入无机碱，调节反应介质PH值为7～10，继续进行第二步反应，反应1～3h后，向反应液中加入溶液体积3～10倍的乙醇进行沉淀，沉淀于不高于60℃下烘干，即得到甲壳低聚糖化合物。
2.根据权利要求1所述制备甲壳低聚糖化合物的方法，其特征在于：所述第一步反应过程中，反应时间为2～6小时，过氧化氢与糖单元的摩尔比为1～3。
3.根据权利要求1所述制备甲壳低聚糖化合物的方法，其特征在于：在第二步反应后将反应液蒸发浓缩，于室温下，用浓缩后溶液体积3～10倍的乙醇沉淀，沉淀于40～60℃下烘干或常温～50℃下真空干燥。
4.根据权利要求3所述制备甲壳低聚糖化合物的方法，其特征在于：所述蒸发浓缩是指溶液经蒸发浓缩至原体积的40％～60％。
5.根据权利要求1所述制备甲壳低聚糖化合物的方法，其特征在于：所述酸为乙酸或盐酸，其体积百分浓度1～5％，使用量为壳聚糖重量的15～30倍。
6.根据权利要求1所述制备甲壳低聚糖化合物的方法，其特征在于：所述无机碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
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