本发明涉及一种从虾蟹壳中制备低聚合度甲壳素的方法，属于化学、化工、生物领域。
背景技术：
甲壳素是从甲壳纲动物的外壳中提取的含有氨基的，由β-1,4－N－乙酰－D－葡萄糖胺聚合组成的多聚糖，是虾、蟹外壳的主要成分之一，又称为壳蛋白、壳多糖、几丁质、甲壳质、明角质、聚乙酰氨基葡糖。甲壳素在自然界中的生物量非常巨大，仅次于纤维素，是一类可再生的生物质资源。目前甲壳素的制备方法主要有工业上的酸碱反复处理法和溶剂的溶解再生法，所得甲壳素成品的聚合度较高，一般为5000～12000。高聚合度甲壳素因分子量大，其大分子链的交联程度更为复杂，致使结构稳定，故而溶解性能更差，且不易被人体吸收。在其转化为壳聚糖及其低聚衍生产品如寡糖时，需要更多的化学药剂用量才能将高聚合度的甲壳素分子链打断。相比之下，低聚合度甲壳素往往更具优势，在其转化为寡糖的过程中，需要的物理化学条件会明显降低，这对于节约药品用量、降低生产成本及减少环境污染等具有高聚合度甲壳素所无法比拟的优势。
低聚合度甲壳素的制备方法目前主要包括(1)酸碱反复处理法(Carbohydr Polym,1998,35(3):223-231)。该方法是以1：21的料液比将聚合度约3700左右的脱乙酰甲壳素投入到40％的氢氧化钠中，并于100℃加热2h，并重复此碱处理一次。此后将洗涤并干燥后的甲壳素再以1：25的料液比投入到30℃的浓盐酸中处理2h，而后过滤洗涤及干燥，最后得到的脱乙酰甲壳素的聚合度约为50～2000。(2)电子束等离子体辐照法(High Energy Chemistry,2016,50(2):150-154)。该方法直接以聚合度约为5000的高聚合度甲壳素为原料，在温度60～90℃、电子束能量30keV及氧气、氮气、氩气、氨气、水蒸汽、氦气等气氛条件下处理高聚合度甲壳素1～60min，得到的甲壳素聚合度约为1～6。(3)高浓酸法(Int J Biol Macromol,2013,52:333-339)。该方法先以虾壳为原料制备高聚合度甲壳素，而后对此甲壳素进行浓酸酸解以获得低聚合度产品。其中涉及的步骤较为烦琐，主要包括：将虾壳在水中沸煮1h以去除水溶性组织，然后在160℃烘箱中烘干2h以将甲壳素的结晶结构打破。而后以料液比1：15将虾壳投入室温下1.5M盐酸处理30min，将虾壳洗至中性后烘干得到除钙虾壳。将除钙虾壳用45℃、2M的氢氧化钠处理2h得到高聚合度的甲壳素产品。将该高聚合度甲壳素产品以1：50的料液比投入70℃的7N盐酸溶液中处理3h，该方法得到甲壳素的聚合度约为12。
以上涉及的低聚合度甲壳素的制备方法均以高聚合度甲壳素为原料，制备过程中将其大分子链打断从而获得低聚合度产品。一般而言，甲壳素的解聚条件往往比较严苛，一般需要使用大量的化学药剂(酸、碱)或非常规物理手段(电子束等离子体)，且制备周期长，还容易造成生产效率低、能耗大、环境污染等问题。
本发明以虾蟹壳为原料，以盐酸溶液为溶剂，一步获得低聚合度甲壳素。由于虾蟹壳中的化学成分除甲壳素之外，主要还包括碳酸钙和蛋白质。因此在获得低聚合度甲壳素之前，需要将虾蟹壳中的无机盐和蛋白质脱除。其中涉及的反应原理为利用盐酸溶液优异的脱盐能力去除虾蟹壳中的碳酸钙等矿物质(Biomacromolecules,2003,4:12-18)，而且在加热条件下盐酸也会将蛋白质水解(J Biol Chem,1954,207:501-514)，在一定程度上起到了替代碱液溶解蛋白质的作用，从而实现了利用盐酸溶液一步同时去除虾蟹壳中碳酸钙及蛋白质的目的。此外，甲壳素作为长链碳水化合物，在酸性和加热条件下亦会发生降解，致使其大分子链发生断裂从而造成聚合度下降。因此，在一定温度条件下使用盐酸溶液能够将无机盐和蛋白质去除，同时还能将甲壳素降解，一步从虾蟹壳中获得了低聚合度甲壳素。
除此之外，在实际生产加工中只需使用盐酸溶液作为溶剂，无需使用碱液或其它化学药品，节省了生产成本。由于化学药品单一也简化了生产流程及降低了废水处理难度。而且，由于本发明所涉及的制备低聚合度甲壳素的方法是直接以虾蟹壳为原料，避免了传统方法上先制备高聚合度甲壳素，再以高聚合度甲壳素为原料制备低聚合度甲壳素的长流程工序。本发明涉及的制备方法具有生产周期短、药品用量少、产品性质稳定等特点，可用于制备氨基葡萄糖、功能性食品添加剂、化妆品等，具有广阔的应用前景。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种制备低聚合度甲壳素的方法，应用该方法制备的甲壳素在转化为低聚的寡糖时所需的条件更加温和，属于清洁生产及绿色加工。
本发明提供了一种从虾蟹壳制备低聚合度甲壳素的方法，其特征在于将虾蟹壳水洗、干燥后与盐酸溶液按一定的比例混合，加热搅拌反应一段时间。反应结束后得到了不溶于盐酸的甲壳素，经洗涤干燥后得到低聚合度的甲壳素成品。
所述的的虾蟹壳来源包括但不限于甲壳类虾蟹壳。
所述粉碎后虾蟹壳的粒径为300目以下。
所述的盐酸溶液的浓度为2～8wt％。
所述的虾蟹壳与盐酸溶液的料液比为1g：10ml～1g：40ml。
所述的加热温度为90～120℃。
所述的反应时间为3～24h。
所述方法制备得到的甲壳素成品的颜色为白色或淡黄色，外观为粉末、颗粒或片状，聚合度在200～400之间。
所述的甲壳素聚合度的测试方法是将甲壳素成品以0.3mg：1mL的料液比溶解于5wt％的氯化锂/二甲基乙酰胺溶剂中得到混合液，而后经落球粘度计测量该混合液的特性粘度，将特性粘度代入公式(1)(Polymer,2000,41:2463-2469)计算得到甲壳素成品的聚合度。
本发明方法与现有低聚合度甲壳素制备技术相比的区别是：直接采用虾蟹壳为原料，仅使用盐酸溶液一步可获得低聚合度的甲壳素成品。在甲壳素深加工领域，该甲壳素由于聚合度及分子量较低，容易转化为低聚合度的壳聚糖、寡糖及氨基葡萄糖。本发明涉及的低聚合度甲壳素的制备方法，工艺简单，流程短，效率高，可广泛用于食品、饲料、纺织、医药、化妆品、农业等领域。
具体实施方式
实施例1
将蟹壳在水中浸泡洗涤，除去其中的肉质及水溶性物质，随后干燥并粉碎，得到80目的蟹壳粉末。将蟹壳粉末与5wt％的盐酸溶液混合，加热搅拌反应，其中蟹壳与盐酸溶液的料液比为1g：20ml，反应温度为110℃,反应时间为7h。反应结束后将不溶于盐酸溶液的甲壳素洗涤并干燥，得到低聚合度的甲壳素成品。该成品外观为白色粉末，聚合度为300。
实施例2
将虾壳在水中浸泡洗涤，除去其中的肉质及水溶性物质，随后干燥，得到片状的虾壳。将虾壳与4wt％的盐酸溶液混合，加热搅拌反应，其中虾壳与盐酸溶液的料液比为1g：30ml，反应温度为100℃,反应时间为12h。反应结束后将不溶于盐酸溶液的甲壳素洗涤并干燥，得到低聚合度的甲壳素成品。该成品外观为淡黄色片状，聚合度为270。
实施例3
将虾壳在水中浸泡洗涤，除去其中的肉质及水溶性物质，随后干燥并粉碎，得到20目的虾壳粉末。将虾壳粉末与3wt％的盐酸溶液混合，加热搅拌反应，其中虾壳与盐酸溶液的料液比为1g：40ml，反应温度为90℃,反应时间为12h。反应结束后将不溶于盐酸溶液的甲壳素洗涤并干燥，得到低聚合度的甲壳素成品。该成品外观为淡黄色颗粒，聚合度为230。
实施例4
将蟹壳在水中浸泡洗涤，除去其中的肉质及水溶性物质，随后干燥并粉碎，得到160目的蟹壳粉末。将蟹壳粉末与2wt％的盐酸溶液混合，加热搅拌反应，其中蟹壳与盐酸溶液的料液比为1g：30ml，反应温度为110℃,反应时间为8h。反应结束后将不溶于盐酸溶液的甲壳素洗涤并干燥，得到低聚合度的甲壳素成品。该成品外观为白色颗粒，聚合度为400。
实施例5
将蟹壳在水中浸泡洗涤，除去其中的肉质及水溶性物质，随后干燥并粉碎，得到300目的蟹壳粉末。将蟹壳粉末与3wt％的盐酸溶液混合，加热搅拌反应，其中蟹壳与盐酸溶液的料液比为1g：18ml，反应温度为90℃,反应时间为24h。反应结束后将不溶于盐酸溶液的甲壳素洗涤并干燥，得到低聚合度的甲壳素成品。该成品外观为白色粉末，聚合度为380。
实施例6
将蟹壳在水中浸泡洗涤，除去其中的肉质及水溶性物质，随后干燥，得到片状蟹壳。将蟹壳与8wt％的盐酸溶液混合，加热搅拌反应，其中蟹壳与盐酸溶液的料液比为1g：15ml，反应温度为90℃,反应时间为3h。反应结束后将不溶于盐酸溶液的甲壳素洗涤并干燥，得到低聚合度的甲壳素成品。该成品外观为白色片状，聚合度为200。
实施例7
将虾壳在水中浸泡洗涤，除去其中的肉质及水溶性物质，随后干燥并粉碎，得到60目的虾壳粉末。将虾壳粉末与3wt％的盐酸溶液混合，加热搅拌反应，其中虾壳与盐酸溶液的料液比为1g：20ml，反应温度为110℃,反应时间为9h。反应结束后将不溶于盐酸溶液的甲壳素洗涤并干燥，得到低聚合度的甲壳素成品。该成品外观为淡黄色粉末，聚合度为330。
实施例8
将虾壳在水中浸泡洗涤，除去其中的肉质及水溶性物质，随后干燥并粉碎，得到120目的虾壳粉末。将虾壳粉末与6wt％的盐酸溶液混合，加热搅拌反应，其中虾壳与盐酸溶液的料液比为1g：10ml，反应温度为120℃,反应时间为7h。反应结束后将不溶于盐酸溶液的甲壳素洗涤并干燥，得到低聚合度的甲壳素成品。该成品外观为白色颗粒，聚合度为230。
实施例9
将蟹壳在水中浸泡洗涤，除去其中的肉质及水溶性物质，随后干燥并粉碎，得到60目的蟹壳粉末。将蟹壳粉末与6wt％的盐酸溶液混合，加热搅拌反应，其中蟹壳与盐酸溶液的料液比为1g：15ml，反应温度为90℃,反应时间为6h。反应结束后将不溶于盐酸溶液的甲壳素洗涤并干燥，得到低聚合度的甲壳素成品。该成品外观为白色粉末，聚合度为200。
实施例10
将虾壳在水中浸泡洗涤，除去其中的肉质及水溶性物质，随后干燥并粉碎，得到20目的虾壳粉末。将虾壳粉末与7wt％的盐酸溶液混合，加热搅拌反应，其中虾壳与盐酸溶液的料液比为1g：15ml，反应温度为100℃,反应时间为5h。反应结束后将不溶于盐酸溶液的甲壳素洗涤并干燥，得到低聚合度的甲壳素成品。该成品外观为淡黄色粉末，聚合度为240。
实施例11
将虾壳在水中浸泡洗涤，除去其中的肉质及水溶性物质，随后干燥并粉碎，得到60目的虾壳粉末。将虾壳粉末与5wt％的盐酸溶液混合，加热搅拌反应，其中虾壳与盐酸溶液的料液比为1g：15ml，反应温度为100℃,反应时间为5h。反应结束后将不溶于盐酸溶液的甲壳素洗涤并干燥，得到低聚合度的甲壳素成品。该成品外观为淡黄色粉末，聚合度为340。
实施例12
将虾壳在水中浸泡洗涤，除去其中的肉质及水溶性物质，随后干燥并粉碎，得到120目的虾壳粉末。将虾壳粉末与4wt％的盐酸溶液混合，加热搅拌反应，其中虾壳与盐酸溶液的料液比为1g：20ml，反应温度为110℃,反应时间为8h。反应结束后将不溶于盐酸溶液的甲壳素洗涤并干燥，得到低聚合度的甲壳素成品。该成品外观为淡黄色粉末，聚合度为320。