一种β型壳聚糖及其快速提取方法和应用

本发明属于生物材料，具体涉及一种β型壳聚糖及其快速提取方法和应用。

背景技术：

1、开发利用海洋生物质资源已经成为社会的共识。甲壳素在自然界中的储存能力仅次于纤维素，具有良好的生物相容性和生物降解性，在生物医学和食品领域具有广阔的应用前景。壳聚糖是甲壳素脱乙酰化后衍生的多阳离子形态物质，其表面的正电荷使得壳聚糖在抑菌、传感器、医药和组织工程等领域受到广泛关注和应用。目前，市售的壳聚糖主要来源于海洋中虾、蟹的外壳。随着结构多糖材料的快速发展以及现代工业对壳聚糖性质和种类需求的不断增加，探索和开发更多的壳聚糖的提取来源已成为当今的研究热点。

2、传统的多糖提取方法有水浸提取法、稀酸提取法、稀碱提取法及酶催化法等，近年来又增加了一些新的提取工艺，例如酶辅助提取、超声波辅助提取、超临界流体萃取及加压液体萃取等。以粗多糖的提取率及总糖含量为指标，发现冻融、超声等物理操作对多糖提取具有一定程度的促进作用。因此，将新型提取工艺与一些传统方式结合，对多糖的提取率会有所帮助。

3、硅藻是一种单细胞的微藻，从赤道到两极所有水域均有分布。而且，硅藻是自然界中主要的初级生产者和固碳生物群体。据统计，这些光合作用活跃的硅藻占每年陆地初级生产总量的20-25%，占每年海洋初级生产总量的40%，是降低温室效应最主要的固碳生物群体。同样，硅藻因其巨大的经济潜力也受到了广泛的关注。人类已经将硅藻应用到商业和工业的多个领域，如生物柴油、药品、食品、纳米技术相关材料以及生物污水修复剂。申请人团队在公告号为cn108220345a的中国发明专利“一种3d结构层级多孔二氧化硅微颗粒的制造方法”中提取了具有互相贯通的3d层级多孔结构硅质化的细胞壁，被命名为硅藻生物硅（db）（doi: 10.1021/acsami.6b12317）。在提取db的过程中，发现提取硅藻生物硅后的废液中存在大量的壳聚糖。国内外研究团队对硅藻中的壳聚糖也有相关报道，但鲜有有效的壳聚糖提取方法。

技术实现思路

1、本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种β型壳聚糖及其快速提取方法和应用。

2、本发明的第一个目的在于提供一种β型壳聚糖的快速提取方法，通过冻融的方式将生物组织中的甲壳素溶解在尿素-碱溶液中，离心去除沉淀后，再用乙醇改变溶液的极性，分离得到粗多糖；再通过一酸一碱法从粗多糖中分离和纯化，得到β型壳聚糖。

3、进一步，所述的快速提取方法，包括如下步骤：

4、（1）粗多糖的提取：将生物组织溶解在尿素-碱溶液中，并进行多次冻融/解冻循环，然后6000～10000 r/min离心5～20分钟，去除蛋白质和生物组织中的不溶性物质后，向上清中加入无水乙醇后静置过夜，然后离心得到粗多糖；

5、（2）β型甲壳素的提取：将步骤（1）得到的粗多糖加入到1～10%（v/v）的h2o2中，30～60℃孵育1～2.5小时进行脱色处理，离心去除上清后，加入hcl并在室温下超声处理0.5～3小时，获得β型甲壳素复合物；

6、（3）β型壳聚糖的分离与纯化：将步骤（2）得到的β型甲壳素复合物离心洗涤至中性后，加入naoh，超声处理1～5小时以去除乙酰基；最后，将制备好的壳聚糖溶液透析3～7天后真空冷冻干燥，得到β型壳聚糖。

7、进一步，所述步骤（1）中，所述生物组织选自含有β型壳聚糖的硅藻、鱿鱼或乌贼等软体动物。

8、进一步，所述步骤（1）中，所述尿素-碱溶液中的碱为氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化钙等；所述尿素的质量浓度为1～50%（w/v）；所述碱的质量浓度为1～50%（w/v）。

9、进一步，所述步骤（1）中，所述无水乙醇与尿素-碱溶液的体积比为0.5～10：1。

10、进一步，所述步骤（1）中，加入无水乙醇后，静置时长为6～24小时。

11、进一步，所述步骤（2）中，加入的hcl的体积百分数为1～10%(v/v)，粗多糖与hcl的质量浓度比为1：1～25(w/v)。

12、进一步，所述步骤（3）中，加入的naoh的质量浓度为1～50%（w/v），粗多糖与naoh溶液的质量浓度比为1：1～25（w/v）；加入naoh后的超声处理的温度范围为50～80℃。

13、本发明的第二个目的在于提供一种β型壳聚糖，使用如上所述的快速提取方法获得。

14、本发明的第三个目的在于提供一种如上所述的β型壳聚糖在生物医药、环境工程、食品科学、工程材料或化学化工领域中的应用。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

16、本发明的β型壳聚糖的快速提取方法中，粗多糖的提取是该快速提取方法的关键，通过冻融的方式将生物组织中的甲壳素溶解在尿素-碱溶液中，离心去除沉淀后，再用乙醇改变溶液的极性，分离得到粗多糖；再通过一酸一碱法从粗多糖中分离和纯化，得到β型壳聚糖。本发明的快速提取方法，操作简单，提取效率高，提取稳定。

技术特征：

1.一种β型壳聚糖的快速提取方法，其特征在于，通过冻融的方式将生物组织中的甲壳素溶解在尿素-碱溶液中，离心去除沉淀后，再用乙醇改变溶液的极性，分离得到粗多糖；再通过一酸一碱法从粗多糖中分离和纯化，得到β型壳聚糖。

2.根据权利要求1所述的快速提取方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的快速提取方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述生物组织选自含有β型壳聚糖的硅藻、鱿鱼或乌贼。

4.根据权利要求2所述的快速提取方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述尿素-碱溶液中的碱为氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化钙；所述尿素的质量浓度为1～50%；所述碱的质量浓度为1～50%。

5.根据权利要求2所述的快速提取方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述无水乙醇与尿素-碱溶液的体积比为0.5～10：1。

6.根据权利要求2所述的快速提取方法，其特征在于，所述步骤（1）中，加入无水乙醇后，静置时长为6～24小时。

7.根据权利要求2所述的快速提取方法，其特征在于，所述步骤（2）中，加入的hcl的体积百分数为1～10%，粗多糖与hcl的质量浓度比为1：1～25。

8.根据权利要求2所述的快速提取方法，其特征在于，所述步骤（3）中，加入的naoh的质量浓度为1～50%，粗多糖与naoh溶液的质量浓度比为1：1～25；加入naoh后的超声处理的温度范围为50～80℃。

9.一种β型壳聚糖，其特征在于，使用如权利要求1～8任一项所述的快速提取方法获得。

10.一种如权利要求9所述的β型壳聚糖在生物医药、环境工程、食品科学、工程材料或化学化工领域中的应用。

技术总结
本发明属于生物材料技术领域，具体涉及一种β型壳聚糖及其快速提取方法和应用，所述β型壳聚糖的快速提取方法包括如下步骤：（1）粗多糖的提取；（2）β型甲壳素的提取；（3）β型壳聚糖的分离与纯化。本发明无需复杂的反应容器和溶剂，且不会破坏生物质的结构，通过冻融的方式将生物组织中的甲壳素溶解在尿素‑碱溶液中，离心去除沉淀后，再用乙醇改变溶液的极性，分离得到粗多糖；通过一酸一碱法从粗多糖中分离和纯化，得到β型壳聚糖；是一种简便、快速、稳定提取β型壳聚糖的方法，降低了β型壳聚糖的提取成本，特别适用于多糖材料的提取与纯化。

技术研发人员：冯超,苏畅,陈西广
受保护的技术使用者：中国海洋大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8