一种电子束辐照和射线敏化剂互作降解高分子量壳聚糖的方法与流程

本发明涉及一种降解壳聚糖的方法，尤其涉及一种利用电子束辐照和射线敏化剂互作降解高分子量壳聚糖的方法，该方法可在低辐射剂量条件下制备低分子量粉体壳聚糖生物材料。

背景技术：
壳聚糖是一种天然可再生的生物高分子多糖材料，具有生物相容性和生物降解性，优越的生物活性功能；并且有很好的吸附性、成膜性、成纤性、吸湿性、保湿性以及抗菌作用等，可广泛应用在农业种植、生物医学、药物制剂、禽畜水产养殖、食品工业和环境保护等领域；壳聚糖产品的研究和应用受到国内外相关专家的高度重视和关注，其应用前景非常广泛。由于采用存在于植物、海洋无脊椎动物、昆虫、真菌细胞壁等生物体内的甲壳素原料制取的壳聚糖分子量都比较大，通常在几十万乃至上百万道尔顿(Da)，因此显著降低了其溶解性和抑制了许多生物功能。为克服这些缺陷，目前,主要采用降解法制备较低相对分子质量壳聚糖，以提高其溶解性和生物功能。通过降解制备低分子量壳聚糖的方法较多，包括酶降解、酸降解、氧化降解和γ射线辐照降解，这些方法不同程度存在操作繁琐、产品分离复杂、收率低、生产周期长、所需辐照剂量较高等缺点，为进一步扩展壳聚糖的应用范围和领域，需进一步改善和优化制备低分子量壳聚糖的工艺和条件。

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种电子束辐照和射线敏化剂互作降解高分子量壳聚糖的方法，该方法采用电子束辐照和辐射敏化剂互作体系，可有效降低所需电子束辐照剂量，制备出低分子量壳聚糖，该方法工艺简单、操作便捷、成本低廉、节能且环境友好。本发明的电子束辐照和射线敏化剂互作降解高分子量壳聚糖制备粉体低分子量壳聚糖的方法，包括以下步骤：1)采用氧化剂-还原剂体系作为辐射敏化剂，将辐射敏化剂、表面活性剂溶在去离子水中，使溶液中氧化剂含量为30～80g/L，还原剂含量为20～80g/L，表面活性剂含量为10～30g/L，充分搅拌溶解，调节pH值在6～8之间。2)将高分子量壳聚糖粉体(所述的高分子量壳聚糖是指数均分子量Mn为105～106的壳聚糖)置于步骤1)溶液中浸渍20～30分钟，水减压抽滤器抽滤后得到样品；或者将步骤1)溶液喷洒到高分子量壳聚糖粉体上，每100g壳聚糖喷洒溶液60～80mL，混合均匀得到样品；将所述样品置于复合塑料袋中封口包装，用电子束辐照进行降解反应，辐照剂量在20～50kGy之间。3)将步骤2)辐照降解后的粉体壳聚糖用体积浓度50％的乙醇溶液洗涤，用水减压抽滤器抽滤，然后在烘箱中50～60℃烘3～5小时干燥，得到低分子量粉体壳聚糖。将上述制备的粉体壳聚糖溶解在乙酸和乙酸钠组成的缓冲溶液中，溶液中壳聚糖含量3～5g/L,乙酸的含量6～9ml/L，乙酸钠的含量8～10g/L，用孔径为0.45μm的针筒过滤器过滤得到样品溶液，使用凝胶渗透色谱仪(GPC)测定该溶液中壳聚糖分子量。将上述由乙酸和乙酸钠组成的缓冲溶液用孔径为0.45μm的溶剂过滤器抽滤后作为GPC测试的流动相；标样采用葡聚糖。本发明中所得到的低分子量壳聚糖数均分子量Mn为2000～6000。上述技术方案中，所述的氧化剂-还原剂体系通常为过硫酸铵-黄酮、过硫酸钠-乳糖、过硫酸钾-抗坏血酸或双氧水-葡萄糖。所述的表面活性剂可以是蔗糖酯或羧甲基纤维素钠，用于调节pH值的试剂可以是氨水或碳酸钠。本发明的方法中，表面活性剂可以使敏化剂和壳聚糖混合均匀充分接触，在电子加速器辐照条件下，电子束以物理的方法打断壳聚糖主链的糖苷键进行降解，同时敏化剂将分解产生大量自由基，这种自由基以化学的方法切断糖苷键，有效的起到辐照降解敏化作用，大幅度降低了辐照剂量，节能，产率高。与现有技术相比，在相同的高分子量壳聚糖和相同的辐照工艺条件下，加入敏化剂后壳聚糖的降解效果可提高10～20倍；数均分子量(Mn)100000以上的壳聚糖可降解至2000～6000，并且不影响产品质量。本发明在高分子量壳聚糖固体状态下电子束射线辐照和敏化剂互作降解，是一种环境友好型工艺条件，不污染环境，操作简便，效果良好，可连续规模生产。附图说明图1是未经降解的壳聚糖GPC图谱；图2是用本发明方法辐照敏化降解的壳聚糖GPC图谱。具体实施方式以下通过实例进一步说明本发明。实施例1电子束辐照和射线敏化剂互作体系降解高分子量壳聚糖制备粉体低分子量壳聚糖的方法，包括以下步骤：1)将过硫酸钾、抗坏血酸和蔗糖酯溶解在去离子水中，混合均匀，溶液中过硫酸钾含量为38g/L，抗坏血酸含量为25g/L，蔗糖酯10g/L，用氨水调节溶液pH值为6.5。2)将步骤1)溶液60ml喷洒到100g未降解粉体壳聚糖(Mn约112383，下同，其GPC图谱如图1所示)中，搅拌混合均匀，置复合塑料袋中封口，用电子束射线进行辐照降解，辐照剂量为30KGy。3)将步骤2)辐照处理后的粉体壳聚糖用体积浓度为50％乙醇水溶液洗涤3遍，用水减压抽滤器抽滤，去除盐类和其它有机物质，将洗涤好的产品置烘箱中50℃烘5小时，得到低分子量壳聚糖。4)用GPC测试步骤3)制备的壳聚糖样品分子量；其图谱如图2所示，Mn可达到2740。实施例21)将过硫酸铵，黄酮和羧甲基纤维素钠溶解在去离子水中，混合均匀，溶液中过硫酸铵含量为40g/L，黄酮含量为52g/L，羧甲基纤维素钠20g/L，用碳酸钠调节溶液pH值为7。2)将100g未降解粉体壳聚糖在步骤1)溶液中浸渍30分钟，用水减压抽滤器抽滤后置于复合塑料袋中封口，用电子束射线辐照进行降解反应，辐照剂量为20KGy。3)将步骤2)辐照处理后的粉体壳聚糖用体积浓度为50％乙醇水溶液洗涤3遍，用水减压抽滤器抽滤，去除盐类和其它有机物质，将洗涤好的产品置烘箱中60℃烘3小时，得到低分子量壳聚糖。实施例31)将过硫酸钠，乳糖和蔗糖酯溶解在去离子水中，混合均匀，溶液中过硫酸钠含量为60g/L，乳糖含量为70g/L，蔗糖酯30g/L，用碳酸钠调节溶液pH值为8。2)将步骤1)溶液80ml喷洒到100g未降解粉体壳聚糖中，搅拌混合均匀，置于复合塑料袋中封口，用电子束射线进行辐照降解反应，辐照剂量为50KGy。3)将步骤2)辐照处理后的粉体壳聚糖用体积浓度为50％乙醇水溶液洗涤3遍，用水减压抽滤器抽滤，去除盐类和其它有机物质，将洗涤好的产品置烘箱中60℃烘3小时，得到低分子量壳聚糖。