一种氧化可得然胶的制备方法与流程

本发明属于生物质材料领域，具体涉及一种氧化可得然胶的制备方法。

背景技术：

可得然胶，又称热凝胶，凝结多糖，是由微生物发酵生产，以β-1,3-糖苷键构成的水不溶性葡聚糖，相对分子量约为50～200万。可得然胶属于天然生物分子，无毒无副作用，来源广泛。与众多天然多糖相比，具备开发的众多潜在优势：1)可得然胶生物降解性非常好，具有生物相容性及生物无毒性；2)在碱水中能够溶解，便于其进行均相化反应；3)其分子结构中含有多个活泼-oh，是结构修饰的理想位点。

近年来，氧化多糖越来越受到很多关注。比如氧化再生纤维素，氧化淀粉，氧化大豆多糖等，可作为绿色抗菌剂。多糖的氧化剂有高碘酸盐、次氯酸钠和过氧化氢。由于可得然胶特定的分子结构，只能采用过氧化氢作为氧化剂对其进行氧化。随着氧化时间增加，不但伯碳上的羟基被氧化成羧基，且五元环上仲碳c上的羟基也有可能被氧化，导致分子的强力降低。另外，由于羧基的吸电性的作用使碳电子云密度降低，这样在碱性水溶液中，易与水分子中的羟基发生亲核取代反应，使糖甙键发生断裂。

现有的文献报道用双氧水水解得到的水溶性可得然胶，例如文献foodchemistry283(2019)302–304报道用双氧水水解后得到的产物含有醛基；文献foodchemistry135(2012)2436–2438报道用双氧水水解后得到的产物含有醛基和羧基。这些方法均无法获得6-位完全羧酸化的氧化可得然胶。目前获得6-位完全羧酸化的氧化可得然胶的方法有以次氯酸钠作为氧化剂，然而次氯酸钠氧化可得然胶过程释放的含氯物质会影响操作者健康。因此，开发一种无毒环保、且氧化得到6-位完全羧酸化的氧化可得然胶是有迫切需求的。

技术实现要素：

为了解决上述的问题，本发明以过氧化氢作为氧化剂，该氧化剂绿色清洁，；然而一次性加入双氧水氧化，氧化效率不是很高，且需要双氧水的用量很大，所以本发明配合采用特定的加入方式和环境控制，分批加入双氧水，使可得然胶6-位完全实现羧酸化，同时降低双氧水的用量。

本发明通过将双氧水分批加入，严格控制氧化时间，使可得然胶分子结构中的-ch2oh基团全部转换成-coona或者-cooh、无其他副产物产生。本发明的制备方法反应效率高，反应条件温和，操作简单，所用试剂价格低廉且绿色无污染。

本发明的目的在于提供一种氧化可得然胶的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)预处理：将可得然胶溶于碱溶液中，形成混合液；其中，碱溶液的ph为11-13；

(2)氧化反应：在步骤(1)所得的混合液中加入30％双氧水，反应0.5-1.5h；再加入30％双氧水，接着反应0.5-1.5h；其中，每次30％双氧水相对可得然胶的添加量为(1-4)ml/g；

或者，在步骤(1)所得的混合液中加入30％双氧水，反应0.5-1.5后，再加入30％双氧水，反应0.5-1.5，然后加入30％双氧水反应0.5-1h；其中，每次30％双氧水相对可得然胶的添加量为(1-4)ml/g；

(3)步骤(2)反应结束后，用酸调节至中性；冷却、固液分离取清液，干燥即得氧化可得然胶粉末产品。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)中可得然胶在混合液中的质量浓度为10-25mg/ml。优选20mg/ml。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)中碱溶液为2mol/l的naoh溶液或koh溶液。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)中的预处理是在室温下处理2-3h。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)中氧化反应的温度为50～60℃。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)中每次30％双氧水相对可得然胶的添加量优选(1-2)ml/g。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(3)中干燥为冷冻干燥。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(3)中固液分离是利用离心方式分离得到沉淀和上清液。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(3)中酸为2mol/l的盐酸。

在本发明的一种实施方式中，具体工艺步骤为：

(1)取1克的可得然胶在50ml2mol/l碱溶液中溶解，室温下搅拌2～3h；其中，碱可以是naoh或koh；

(2)将步骤(1)所得的溶液预热到50～60℃，加入30％双氧水2ml，搅拌混合反应一小时后再加入2ml，接着反应1h；或者加入2ml的双氧水，搅拌反应1个小时后，再加1ml的双氧水，反应1小时后加1ml的双氧水反应半小时；

(3)将步骤(2)所得到的溶液用酸调节到中性；然后冷却到室温后用离心机过滤的上清液；将上清液冷冻干燥的氧化可得然胶粉末产品。

在本发明的一种实施方式中，所述氧化可得然胶的分子结构如下所示：

其中，r＝coona或者cooh。

本发明有益效果：

本发明采用特定双氧水氧化分解方法来制得氧化可得然胶，使分子结构中的c-6上实现完全引入羧基基团，c-6羧酸化可得然胶的选择性可达100％，不产生其他氧化副产物，且产率较高，可达89％以上。所得氧化可得然胶水溶性好，具有优异的抑菌效果，可以用于日用化学品和食品工业中。

附图说明

图1为可得然胶与实施例1所得氧化可得然胶对比的红外光谱图。

具体实施方式

实施例1：

(1)取1g可得然胶在50ml2mol/lnaoh溶液中溶解，室温下搅拌2h，得到可得然胶水溶液a；

(2)将a溶液加热到60℃，加入2ml的双氧水，搅拌反应1个小时后，再加2ml的双氧水反应1小时；

(3)用2mol/l的盐酸将(2)得到的溶液ph调到7；

(4)将步骤(3)得到的溶液冷却到室温后用离心机过滤得上清液，将上清液冷冻干燥得到氧化可得然胶粉末产品0.98g。(产率为：90％)

从图1可知图中在3360cm^-1附近有一个很宽的吸收峰对应于可得然胶主链上大量-oh的伸缩振动。在2875-2921cm^-1吸收峰对应于-ch2的ch对称伸缩振动基团。本发明制得的氧化可得然胶在2875-2921cm^-1峰消失，说明-ch2oh基团全部转换成-cooh，1579cm^-1处和1405cm^-1处出现新的特征吸收峰,对应的是羧酸盐的特征峰，1685cm^-1附近是醛基的特征峰，而图1中没有这个特征峰，说明产物中没有醛基，说明成功合成完全羧酸化的氧化可得然胶。其它的特征吸收峰没有变化，说明本发明的制备方法没有破坏可得然胶的结构，得到c6-位完全羧酸化的氧化可得然胶产物。

实施例2：

(1)取1g可得然胶在50ml2mol/lnaoh溶液中溶解，室温下搅拌3h，得到可得然胶水溶液a；

(2)将a溶液加热到50℃，加入2ml的双氧水，搅拌反应1个小时后，再加1ml的双氧水，反应一个小时后加1ml的双氧水反应半小时；

(3)用2mol/l的盐酸将(2)得到的溶液ph调到7；

(4)将步骤(3)得到的溶液冷却到室温后用离心机过滤得上清液，将上清液冷冻干燥得到氧化可得然胶粉末产品。

氧化可得然胶粉末产品为c6-位完全羧酸化的氧化可得然胶产物，产率为：91％。

实施例3：

(1)取1g可得然胶在50ml2mol/lnaoh溶液中溶解，室温下搅拌2h，得到可得然胶水溶液a；

(2)将a溶液加热到60℃，加入5ml的双氧水，搅拌反应1个小时后，再加5ml的双氧水，继续反应一个小时；

(3)用2mol/l的盐酸将(2)得到的溶液ph调到7；

(4)将步骤(3)得到的溶液冷却到室温后用离心机过滤得上清液，将上清液冷冻干燥得到氧化可得然胶粉末产品。

氧化可得然胶粉末产品为c6-位完全羧酸化的氧化可得然胶产物，产率为：89％。

对比例1

参照实施例1，将步骤(2)中上双氧水的计入方式替换为一次性加入5ml的双氧水，其他条件不变，制得氧化可得然胶粉末产品。结果发现所得产物的氧化程度不完全，产物中含有醛基基团。

对比例2

参照实施例1，将步骤(2)替换为：将a溶液加热到60℃，加入2ml的双氧水，搅拌反应2个小时后，再加2ml的双氧水，反应2小时后加1ml的双氧水反应1小时；其他条件不变，制得氧化可得然胶粉末产品。结果发现所得产物的分子量显著变小，可得然胶的葡聚糖分子骨架被破环分解。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易得到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。