一种几丁寡糖制备方法
【专利摘要】本发明属于寡糖产品制备【技术领域】，涉及一种几丁寡糖制备方法，具体步骤为：控制温度100℃条件下，将甲壳素溶于中性离子液体中配比成重量百分比为1-15％的甲壳素溶液，待甲壳素完全溶解后再加入酸性离子液体，加热控温60-150℃进行反应，反应过程中分批次加入质量分数为30％的双氧水；反应1-24小时后用去离子水将反应体系冷却至室温，将反应液经离心去除不溶物后，向离心后的滤液中加入有机溶剂使几丁寡糖析出，再经离心、洗涤、沉淀、冷冻干燥后制得几丁寡糖；其方法操作简单，条件易控，成本低廉，降解效率高，成品纯度好。
【专利说明】一种几丁寡糖制备方法
【技术领域】
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[0001]本发明属于寡糖产品制备【技术领域】，具体涉及一种几丁寡糖的制备方法，以中性离子液体为溶剂，以酸性离子液体为催化剂，双氧水为氧化剂，氧化降解甲壳素制备水溶性几丁寡糖。
【背景技术】
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[0002]甲壳素，又称甲壳质、几丁质，其在结构上与纤维素类似，是自然界仅次于植物纤维的第二大生物资源，每年生物合成的资源总量高达数十亿吨，具有极大的开发价值和应用前景。几丁寡糖是甲壳素(几丁质)降解后的产物，以N-乙酰-2-脱氧-D-葡萄糖以及少量2-氨基葡萄糖由糖苷键接连单体连接而成的聚合物，聚合度为4-20 ;由于几丁寡糖可溶于水且具有资源丰富、安全无毒、生物相溶性、生物可降解性、细胞亲和性等优点而被广泛应用于药品、保健品、植物生长调节剂、农药、絮凝剂等【技术领域】。目前甲壳素脱乙酰后制备壳聚糖，壳聚糖经降解制备壳寡糖已实现规模化生产，而几丁寡糖和壳寡糖的主要区别在于氨基是否乙酰化。
[0003]现有技术中，几丁寡糖的制备方法主要有化学降解法、酶降解法和壳寡糖乙酰化法，化学降解法一般用浓酸水解甲壳素，虽然降解效率高，但是该方法存在反应条件苛刻、不易控制，设备要求高和污染环境等缺点，且产物多在四糖以下；酶降解法中所用到的酶有几丁质酶和壳聚糖酶等，例如中国专利2011102588936公开的一株几丁质降解菌株及其制备几丁寡糖的方法，中国专利200610080091.X公开的一种采用发酵产酶法降解几丁质胶体制备生物活性几丁寡糖的方法，但都普遍都存在酶活力不够高和酶产量低等问题，而且由于甲壳素不溶于水和大多数溶剂，因此前期处理比较复杂，生产周期长，成本较高；壳寡糖乙酰化法是一种化学合成方法，在壳寡糖的氨基上进行乙酰化而制备出几丁寡糖，例如中国专利2011104093124公开的一种制备几丁寡糖的方法，由于壳寡糖本身是由甲壳素脱乙酰形成的壳聚糖降解获得，故此方法成本较高，步骤繁琐，且存在污染。
[0004]因此，本发明设计开发出一种新的绿色生产工艺来制备几丁寡糖，选用离子液体作为溶剂和催化剂，以双氧水为氧化剂来制备几丁寡糖；离子液体一般是由有机阳离子和有机或无机阴离子组成的液体，室温常态下呈液体状，其对有机物和无机物都有良好的溶解能力，并具有良好的热稳定性和化学稳定性，易与其它物质分离，可以循环利用，因此能够作为绿色溶剂以代替对环境有污染的有机溶剂或无机溶剂来溶解反应物；双氧水(过氧化氢)中的氧是负一价，容易得取一个电子形成负二价的八电子稳定结构，因此在反应中能够充当氧化剂，而且双氧水被还原后产物为水和氧气，不会引入或生成其他杂物，所以整个制备方法绿色环保无污染。
【发明内容】
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[0005]本发明的目的在于克服现有技术中制备几丁寡糖使用强酸溶剂污染环境，酶法降解成本高、反应周期长等缺点，提供一种新的几丁寡糖制备方法，其具有产率高、环境友好、溶剂可重复利用等优点。
[0006]为了实现上述目的，本发明涉及的几丁寡糖的制备方法具体步骤为:控制温度100°C条件下，将甲壳素溶于中性离子液体中配比成重量百分浓度为1-15%的甲壳素溶液，待甲壳素完全溶解后再加入酸性离子液体，加热控温60-150°C进行反应，反应过程中分批次加入质量分数为30%的双氧水；反应1-24小时后用去离子水将反应体系冷却至室温,将反应液经离心去除不溶物后，向离心后的滤液中加入有机溶剂使几丁寡糖析出，再经离心、洗涤、沉淀、冷冻干燥后即制得几丁寡糖；析出几丁寡糖后的滤液经过旋转蒸发，能够回收离子液体实现重复利用。
[0007]本发明中加入的酸性离子液体与中性离子液体的质量比为0.5-2.5:10，加入的双氧水与甲壳素的质量比为0.1-1.5:1。
[0008]本发明中涉及的中性离子液体为对甲壳素有良好溶解能力的中性离子型化合物，构成中性离子液体的阳离子包括烷基咪唑型阳离子或烷基吡啶型阳离子等，阴离子包括卤素离子或乙酸根离子等；所述酸性离子液体的阳离子包括烷基咪唑型阳离子或烷基吡啶型阳离子等，阴离子包括硫酸氢根离子或对甲苯磺酸根等；所述加热控温的方式包括油浴加热或微波辐射加热；所述析出几丁寡糖的有机溶剂为乙醇或丙酮。
[0009]本发明与现有技术和产品相比，采用中性离子液体为溶剂，克服了传统溶剂易挥发、不易回收和污染严重的缺点，而且离子液体溶剂有利于微波的吸收，能够加快反应速率；选用双氧水(过氧化氢)作为氧化剂，还原后产物为水和氧气，无污染、无杂物；制备几丁寡糖的反应体系为均相体系，避免了过氧化氢氧化降解甲壳素在非均相体系中存在的诸多缺点；制备反应结束后，通过旋转蒸发除去有机溶剂和水，回收后的离子液体可以溶解甲壳素，重复利用，达到节约溶剂、降低成本的目的；其方法操作简单，条件易控，成本低廉，降解效率高，成品纯度好。
【专利附图】
【附图说明】
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[0010]图1为甲壳素与几丁寡糖的红外光谱比较示意图；其中曲线A代表甲壳素，曲线B代表几丁寡糖，横坐标表示波数(cnT1)，纵坐标表示透光率(％ )。
【具体实施方式】
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[0011]下面通过实施例对本发明作进一步详细描述，但是本发明并不限于下述实施方式。
[0012]实施例1:
[0013] 反应瓶中加入1g离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐(EMimAC)，将反应瓶放入油浴锅中控温100°c，然后向反应瓶中加入1.0g甲壳素，磁力搅拌下使甲壳素完全溶解至溶液呈透明状；然后向反应瓶中加入1.5g酸性离子液体1-磺酸基丙基吡啶硫酸氢盐，将油浴锅温度升到150°C进行反应，并分批次向反应瓶中加入质量分数为30%的双氧水，每次加入0.2ml，每隔2h加一次，12h后停止反应；用去离子水将反应体系冷却至室温，将反应瓶中的溶液离心去除不溶物，向离心后的滤液中加入3倍体积乙醇使几丁寡糖析出，再经离心、洗涤、冷冻干燥后制得几丁寡糖，产率为72% ;析出几丁寡糖后的滤液经旋转蒸发可回收离子液体以实现多次重复利用；原料甲壳素与产品几丁寡糖的红外光谱示意图如图1所/Jn ο
[0014]实施例2:
[0015]反应瓶中加入1g离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐(BMimCl)，将反应瓶放入油浴锅中控温100°C，然后向反应瓶中加入1.5g甲壳素，磁力搅拌下使甲壳素完全溶解至溶液呈透明状；然后向反应瓶中加入0.5g酸性离子液体1-磺酸基丙基吡啶硫酸氢盐，控制温度60°C进行反应，并分批次向反应瓶中加入质量分数为30%的双氧水，每次加入0.2ml，每隔2h加一次，12h后停止反应；用去离子水将反应体系冷却至室温，将反应瓶中的溶液离心去除不溶物后向滤液中加入3倍体积乙醇使几丁寡糖析出，再经离心、洗涤、冷冻干燥后制得几丁寡糖，产率为45% ;将废弃的滤液经旋转蒸发可回收离子液体以实现多次重复利用。
[0016]实施例3:
[0017]反应瓶中加入1g离子液体1-烯丙基-3甲基咪唑氯盐(AMimCl)，将反应瓶放入油浴锅中控温100°c，然后向反应瓶中加入0.3g甲壳素，磁力搅拌下使甲壳素完全溶解至溶液呈透明状；然后向反应瓶中加入0.5g酸性离子液体1-磺酸基丙基吡啶硫酸氢盐，控制温度100°c进行反应,并分批次向反应瓶中加入质量分数为30%的双氧水,每次加入
0.2ml，每隔2h加一次，12h后停止反应；用去离子水将反应体系冷却至室温，将反应瓶中的溶液经离心去除不溶物后向滤液中加入3倍体积乙醇使几丁寡糖析出，再经离心、洗涤、冷冻干燥后制得几丁寡糖 ，产率为59% ;将废弃的滤液经旋转蒸发可回收离子液体，实现多次重复利用。
[0018]实施例4:
[0019]反应瓶中加入1g离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐(EMimAC)，将反应瓶放入油浴锅中控温100°c，然后向反应瓶中加入0.5g甲壳素，磁力搅拌下使甲壳素完全溶解至溶液呈透明状；然后向反应瓶中加入2.5g酸性离子液体1-磺酸基丙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐，将油浴锅温度升到150°C进行反应，并分批次向反应瓶中加入质量分数为30%的双氧水，每次加入0.2ml，每隔3h加一次，24h后停止反应；用去离子水将反应体系冷却至室温，将反应瓶中的溶液进行离心处理以去除不溶物，向离心后的滤液中加入3倍体积乙醇使几丁寡糖析出，再经离心、洗涤、冷冻干燥后制得几丁寡糖，产率为88% ;将废弃的滤液经旋转蒸发可回收离子液体，以实现多次重复利用。
[0020]实施例5:
[0021]反应瓶中加入1g离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐(BMimCl)，将反应瓶放入油浴锅中控温100°c，然后向反应瓶中加入0.5g甲壳素，磁力搅拌下使甲壳素完全溶解至溶液呈透明状；然后向反应瓶中加入1.5g酸性离子液体1-磺酸基丙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐，控制温度100°C进行反应，并分批次向反应瓶中加入质量分数为30%的双氧水，每次加入0.2ml，每隔2h加一次，6h后停止反应；用去离子水将反应体系冷却至室温，将反应瓶中的溶液进行离心处理以去除不溶物，向离心后的滤液中加入3倍体积乙醇使几丁寡糖析出，再经离心、洗涤、冷冻干燥后制得几丁寡糖，产率为70% ;将废弃的滤液经旋转蒸发后回收离子液体，实现多次重复利用。
[0022]实施例6:
[0023]反应瓶中加入1g离子液体1-烯丙基-3甲基咪唑氯盐(AMimCl)，将反应瓶放入油浴锅中控温100°C，然后向反应瓶中加入l.0g甲壳素，磁力搅拌下使甲壳素完全溶解至溶液呈透明状；然后向反应瓶中加入0.5g酸性离子液体1-磺酸基丙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐，控制温度100°C进行反应，并分批次向反应瓶中加入质量分数为30%的双氧水，每次加入0.2ml，每隔2h加一次，4h后停止反应；用去离子水将反应体系冷却至室温，将反应瓶中的溶液进行离心处理以去除不溶物，向离心后的滤液中加入3倍体积乙醇使几丁寡糖析出，再经离心、洗涤、冷冻干燥后制得几丁寡糖，产率为58% ;将废弃的滤液经旋转蒸发后可回收离子液体，以实现多次重复利用。
[0024]实施例7:
[0025]反应瓶中加入1g离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐(EMimAC)，将反应瓶放入油浴锅中控温100°c，然后向反应瓶中加入1.0g甲壳素，磁力搅拌下使甲壳素完全溶解至溶液呈透明状；然后向反应瓶中加入1.5g酸性离子液体1-磺酸基丙基吡啶硫酸氢盐，将反应瓶置于600W微波辐射(2450MHz)条件下，控温100°C进行反应，并分批次向反应瓶中加入质量分数为30%的双氧水，每次加入0.2ml，每隔2h加一次，4h后停止反应；用去离子水将反应体系冷却至室温，将反应瓶中的溶液经离心去除不溶物后向滤液中加入3倍体积乙醇使几丁寡糖析出，再经离心、洗涤和冷冻干燥后制得几丁寡糖，产率为80% ;将废弃的滤液经旋转蒸发后回收离子液体，实现多次重复利用。
[0026]实施例8:
[0027]反应瓶中加入1g离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐(EMimAC)，将反应瓶放入油浴锅中控温100°c，然后向反应瓶中加入0.5g甲壳素，磁力搅拌下使甲壳素完全溶解至溶液呈透明状；然后向反应瓶中加入1.5g酸性离子液体1-磺酸基丙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐，将反应瓶置于600W微波辐射(2450MHz)条件下，控温150°C进行反应，并分批次向反应瓶中加入质量分数为30%的双氧水，每次加入0.2ml，每隔2h加一次，6h后停止反应；用去离子水将反应体系冷却至室温，将反应瓶中的溶液经离心去除不溶物后向滤液中加入3倍体积乙醇使几丁寡糖析出，再经离心、洗涤和冷冻干燥制得几丁寡糖，产率为89将废弃的滤液经旋转蒸发后回收离子液体，实现多次重复利用。
[0028]实施例9:
[0029]反应瓶中加入1g离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐(EMimAC)，将反应瓶放入油浴锅中控温100°c，然后向反应瓶中加入1.0g甲壳素，磁力搅拌下使甲壳素完全溶解至溶液呈透明状；然后向反应瓶中加入1.5g酸性离子液体1-磺酸基丙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐，将反应瓶置于600W微波辐射(2450MHz)条件下，控温100°C进行反应，并向反应瓶中加入质量分数为30%的双氧水0.lml, Ih后停止反应；用去离子水将反应体系冷却至室温，将反应瓶中的溶液离心去除不溶物后向滤液中加入3倍体积乙醇使几丁寡糖析出，再经离心、洗涤、冷冻干燥后制得几丁寡糖，产率为70% ;将废弃的滤液经旋转蒸发后可回收离子液体，实现多次重复利用。
[0030]实施例10:
[0031]反应瓶中加入1g离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐(EMimAC)，将反应瓶放入油浴锅中控温100°c，然后向反应瓶中加入1.0g甲壳素，磁力搅拌下使甲壳素完全溶解至溶液呈透明状；然后向反应瓶中加入1.5g酸性离子液体1-磺酸基丙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐，将反应瓶置于600W微波辐射(2450MHz)条件下，控温100°C进行反应，并向反应瓶中加入质量分数为30%的双氧水0.lml, 6h后停止反应；用去离子水将反应体系冷却至室温， 将反应瓶中的溶液离心去除不溶物后向滤液中加入3倍丙酮使几丁寡糖析出，再经离心、洗涤、冷冻干燥后制得几丁寡糖，产率为72% ;将废弃的滤液经旋转蒸发后可回收离子液体，实现多次重复利用。
【权利要求】
1.一种几丁寡糖制备方法，其特征在于具体步骤为:控制温度100°c条件下，将甲壳素溶于中性离子液体中配比成重量百分浓度为1-15%的甲壳素溶液，待甲壳素完全溶解后再加入酸性离子液体，加热控温60-150°C进行反应，反应过程中分批次加入质量分数为30%的双氧水；反应1-24小时后用去离子水将反应体系冷却至室温,将反应液经离心去除不溶物后，向离心后的滤液中加入有机溶剂使几丁寡糖析出，再经离心、洗涤、沉淀、冷冻干燥后制得几丁寡糖。
2.根据权利要求1所述的几丁寡糖制备方法，其特征在于析出几丁寡糖后的滤液经过旋转蒸发，能够回收离子液体实现重复利用。
3.根据权利要求1所述的几丁寡糖制备方法，其特征在于加入的酸性离子液体与中性离子液体的质量比为0.5-2.5:10，加入的双氧水与甲壳素的质量比为0.1-1.5:1。
4.根据权利要求1所述的几丁寡糖制备方法，其特征在于所述中性离子液体为对甲壳素有溶解能力的中性离子型化合物，构成中性离子液体的阳离子包括烷基咪唑型阳离子或烷基吡啶型阳离子，阴离子包括卤素离子或乙酸根离子；所述酸性离子液体的阳离子包括烷基咪唑型阳离子或烷基吡啶型阳离子，阴离子包括硫酸氢根离子或对甲苯磺酸根。
5.根据权利要求1所述的几丁寡糖制备方法，其特征在于所述加热控温的方式包括油浴加热或微波辐射 加热；所述有机溶剂为乙醇或丙酮。
【文档编号】C07H1/00GK104072634SQ201410339344
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】刘松, 周苗苗, 李克成, 李鹏程, 邢荣娥, 于华华, 秦玉坤 申请人:中国科学院海洋研究所