一种微波过程强化制备不同脱乙酰度和聚合度系列壳低聚糖的方法与流程

本发明属于精细化工技术领域，具体涉及一种微波过程强化制备不同脱乙酰度和聚合度系列壳低聚糖的方法。

背景技术：

甲壳素是存在于地球上的第二大天然有机高分子化合物，广泛存在于甲壳动物(如虾、蟹等)的外壳、各类昆虫的表皮、软体动物(如：乌贼、贝类等)的骨髓及真菌和藻类的细胞壁中，其中虾、蟹壳中的甲壳素含量最为丰富。甲壳素由于化学性质不活泼，水溶性差等原因，其应用受到很大的限制。壳聚糖是甲壳素经脱乙酰处理得到的产物，可溶解于酸性溶剂中，因此其应用范围大于甲壳素。由于壳聚糖的分子量大约在几十万至上百万，也不能溶于水性溶剂中，其在生物活性方面的应用仍受到很大限制。

近些年来，人们对壳聚糖的降解方面进行大量研究，将壳聚糖的分子量降解至寡糖水平，称为壳寡糖。壳寡糖可完全溶解于水中，其生物活性大大增强，在食品、保健品、医药、农业等领域展现出广泛的应用价值。

目前制备壳寡糖的方法，主要是酸降解、氧化降解和酶降解等，而降解的原料通常为甲壳素经非均相脱乙酰反应制备的高脱乙酰度(dd>85％)的壳聚糖，其降解产物相对比较单一。从构效关系上看，在壳聚糖或壳寡糖的结构中适当地保留一定的乙酰基，可能其在某些方面的应用更适合，生物活性更高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种微波过程强化制备不同脱乙酰度和聚合度系列壳低聚糖的方法，获得中脱乙酰度(dd＝30～70％)的壳低聚糖，丰富壳聚糖(壳寡糖)的产品类型，从而进一步明确壳低聚糖(壳寡糖)的各种应用和生物活性与其脱乙酰度的关系。

本发明的技术方案是：

一种微波过程强化制备不同脱乙酰度和聚合度系列壳低聚糖的方法，具体的工艺流程为：

(1)采用碎冰法或低温冷冻复溶法使甲壳素溶解于碱溶液中，得到甲壳素碱溶液；

(2)甲壳素碱溶液进行均相脱乙酰反应，制备不同脱乙酰度的壳聚糖；

(3)将上述制备的壳聚糖溶解于酸性水溶液后，置于微波反应器中，微波强化降解过程，通过使用酸的浓度以及微波功率、微波强化降解过程的反应时间调控降解产物的分子量；

(4)降解产物经无水乙醇醇析，离心清洗，干燥后，得到系列具有不同脱乙酰度和聚合度的壳低聚糖。

所述的微波过程强化制备不同脱乙酰度和聚合度系列壳低聚糖的方法，步骤(1)中，溶解甲壳素的碱溶液所使用的碱为lioh、naoh和koh中的一种或两种以上，碱溶液中碱的最终浓度为0.1～60wt％。

所述的微波过程强化制备不同脱乙酰度和聚合度系列壳低聚糖的方法，优选的，碱溶液中碱的最终浓度为5～20wt％。

所述的微波过程强化制备不同脱乙酰度和聚合度系列壳低聚糖的方法，步骤(2)中，均相脱乙酰反应温度为20～140℃，反应时间为1～240小时。

所述的微波过程强化制备不同脱乙酰度和聚合度系列壳低聚糖的方法，优选的，均相脱乙酰反应温度为20～40℃，反应时间为24～96小时。

所述的微波过程强化制备不同脱乙酰度和聚合度系列壳低聚糖的方法，步骤(2)中，通过控制碱浓度和反应温度调控壳聚糖的脱乙酰度，制备出脱乙酰度在30～70％间的壳聚糖。

所述的微波过程强化制备不同脱乙酰度和聚合度系列壳低聚糖的方法，步骤(3)中，使用的酸为盐酸、硝酸、硫酸、磷酸中的一种或两种以上，酸浓度为0.1mol/l～5mol/l；微波强化降解过程的反应时间为1min～60min，微波功率为30w～300w。

所述的微波过程强化制备不同脱乙酰度和聚合度系列壳低聚糖的方法，优选的，酸浓度为0.5mol/l～2mol/l；微波强化降解过程的反应时间为5min～30min，微波功率为50w～200w。

所述的微波过程强化制备不同脱乙酰度和聚合度系列壳低聚糖的方法，产物壳低聚糖的分子量为500～50000，脱乙酰度为30～70％。

本发明的设计思想是：

首先利用均相脱乙酰的方法制备出糖链上乙酰基分布均匀的壳聚糖,控制其脱乙酰度在中等水平(dd＝30～70％),然后对其进行微波过程强化处理。通过控制均相脱乙酰和微波过程强化处理的条件,制备出不同脱乙酰度和分子量的壳低聚糖。

本发明具有明显的优点及有益效果：

1、本发明利用均相脱乙酰的方法制备中脱乙酰度(dd＝30～70％)的壳聚糖，与非均相脱乙酰相比，均相脱乙酰制备的壳聚糖，其残余的乙酰基在壳聚糖糖链上分布地更均匀(int.j.biol.macromol,40-44,13(1991))，从而使其降解制备的壳低聚糖中乙酰基分布地更均匀。

2、本发明壳聚糖的降解反应是在微波辐射下进行的，与传统加热方式降解相比，其具有反应时间短，效率高，产品收率高，多糖分子量分布窄等优势。

3、本发明通过调节反应参数，可以制备出不同脱乙酰度和分子量的壳低聚糖等多种产品，产品类型更丰富。

附图说明

图1为实施例1～3的gpc色谱图。

图2为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

在具体实施过程中，如图2所示，本发明微波过程强化制备不同脱乙酰度和聚合度系列壳低聚糖的方法，所采用的技术步骤为：

(1)利用碎冰法或低温冷冻复溶法获得粒度100～200目的甲壳素，将所得甲壳素通过碱液溶解制备甲壳素的碱溶液；

(2)将甲壳素的碱溶液置于水浴中进行均相脱乙酰反应，制备中脱乙酰度(dd＝30～70％)的壳聚糖；

(3)将上述制备的中脱乙酰度的壳聚糖充分溶解于酸性水溶液中，然后将溶液置于微波反应器中，进行微波辐射降解；

(4)将微波辐射降解反应后的溶液注入无水乙醇中醇析，离心，再用无水乙醇反复洗涤沉淀，烘干，既得中等脱乙酰度的壳低聚糖(dd＝30～70％)。

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方案进行详细描述。

实施例1

本实施例中，4g甲壳素加入到100ml浓度为40wt％的naoh溶液中，搅拌6小时后，混悬液置于4℃冰箱中冷藏存放12小时，然后将混悬液加入至含有300g碎冰的烧杯中，待冰块完全溶解，既得甲壳素碱溶液大约400ml(最终浓度为1wt％)。将400ml甲壳素碱溶液置于40℃水浴中，搅拌反应1天，然后将其加入至400ml乙醇中醇析，抽滤，反复洗涤沉淀至ph小于8，烘干得中脱乙酰度的壳聚糖3.1g，电位滴定法测定其脱乙酰度(dd)为52.1％。

取上述制得的中脱乙酰度的壳聚糖1g，用浓度为1mol/l的hcl溶液80ml搅拌溶解后，将溶液置于微波反应器中，150w微波功率辐射20分钟后，再将溶液加入至400ml无水乙醇中醇析，离心，用无水乙醇适当洗涤沉淀，烘干，既得中脱乙酰度的壳低聚糖0.78g，其gpc色谱图见附图1，分析结果(mw、mn、mw/mn)见表1。

实施例2

本实施例中，3g甲壳素加入到100ml浓度为30wt％的koh溶液中，搅拌6小时后，混悬液置于4℃冰箱中冷藏存放12小时，然后再将混悬液加入至含有300g碎冰的烧杯中，待冰块完全溶解，既得甲壳素碱溶液大约400ml(最终浓度为0.75wt％)。将400ml甲壳素碱溶液置于30℃水浴中，搅拌反应2天，然后将其加入至400ml乙醇中醇析，抽滤，反复洗涤沉淀至ph小于8，烘干得中脱乙酰度的壳聚糖2.2g，电位滴定法测定其脱乙酰度(dd)为43.1％。

取上述制得的中脱乙酰度的壳聚糖1g，用浓度为1.5mol/l的hcl溶液80ml搅拌溶解后，将溶液置于微波反应器中，100w微波功率辐射5分钟后，再将溶液加入至400ml无水乙醇中醇析，离心，用无水乙醇适当洗涤沉淀，烘干，既得中脱乙酰度的壳低聚糖0.95g，其gpc色谱图见附图1，分析结果(mw、mn、mw/mn)见表1。

实施例3

本实施例中，6g甲壳素加入到100ml浓度为50wt％的naoh溶液中，搅拌6h后，混悬液置于4℃冰箱中冷藏存放12h，然后再将混悬液加入至含有300g碎冰的烧杯中，待冰块完全溶解，既得甲壳素碱溶液大约400ml(最终浓度为1.5wt％)。将400ml甲壳素碱溶液置于30℃水浴中，搅拌反应4天，然后将其加入至400ml乙醇中醇析，抽滤，反复洗涤沉淀至ph小于8，烘干得中脱乙酰度的壳聚糖4.4g，电位滴定法测定其脱乙酰度(dd)为62.9％。

取上述制得的中脱乙酰度的壳聚糖1g，用浓度为2mol/l的hno3溶液80ml搅拌溶解后，将溶液置于微波反应器中，200w微波功率辐射30min后，再将溶液加入至400ml无水乙醇中醇析，离心，再用无水乙醇适当洗涤沉淀，烘干，既得中脱乙酰度的壳低聚糖0.45g，其gpc色谱图见附图1，分析结果(mw、mn、mw/mn)见表1。

表1中脱乙酰度壳低聚糖的gpc数据分析

表中，dd代表脱乙酰度，mw代表重均分子量，mn代表数均分子量，mw/mn代表分子量分散指数。

实施例结果表明，由于采用微波强化降解过程，本发明方法具有反应时间短，壳低聚糖产品收率高，同时壳低聚糖的脱乙酰度和分子量均能够有效调控等优点，可制备出系列具有不同脱乙酰度和分子量的壳低聚糖产品。