專利名稱：一種微波輔助降解制備窄分子量分布殼聚寡糖的方法
技術領域：
本發明涉及一種快速簡便制備窄分子量分布殼聚寡糖的方法。
背景技術：
本發明涉及一種利用殼聚糖中的氨基與化學合成的對二苯甲酸銅(II)固體金屬配位高聚物顆粒(簡稱PACu-CMPS)表面裸露金屬離子通過弱配位鍵結合，經加入氧化劑催化氧化并在微波照射下降解、過濾、及其他后處理制備富含窄分子量分布寡聚糖的方法。更具體地說是用化學合成出對二苯甲酸銅(II)固體金屬配位高聚物顆粒作為吸附殼聚糖的模板吸附基質，經研磨粉化達到一定粒度。將弱酸性不溶解的PACu-CMPS加入到溶于含0.5％醋酸的生物甲殼素脫乙酰化后的殼聚糖水溶液中，以PACu-CMPS顆粒表面為基質，使殼聚糖中的部分氨基與裸露于PACu-CMPS顆粒表面、有空配位點(或取代水分子)的金屬離子配位，即通過殼聚糖氨基與PACu-CMPS顆粒表面的金屬形成弱配位鍵的方式將殼聚糖高聚物吸附于細小的PACu-CMPS表面。通過PACu-CMPS顆粒表面裸露金屬離子之間的距離，即金屬離子在PACu-CMPS基質表面的均勻分布密度。低溫加入可用金屬配合物催化氧化、且溫度敏感型氧化劑，攪拌均勻，微波照射啟動催化氧化反應，在PACu-CMPS基質表面的所有金屬離子位置附近迅速裂解殼聚糖高分子鏈。PACu-CMPS顆粒表面各裸露金屬離子之間的距離及均勻分布密度大小將決定降解后寡糖數均分子量的大小與分子量分布范圍。由于所用PACu-CMPS為弱酸性不溶物，可通過過濾將產物與催化基質分離，再經必要后處理得到數均分子量及分子量分布范圍符合特有生物生理活性、醫療保健功能要求、提高動植物免疫等功效等，有著廣泛用途的低聚寡糖。同時PACu-CMPS可反復使用。
目前，國內外殼聚糖降解制備低聚水溶性殼聚糖的方法主要有酶降解法、氧化降解法、酸降解法，其次還有微波法、超聲波法、輻射法等。現有的酶降解法主要依賴于殼聚糖酶、脂肪酶、溶菌酶以及其他非專一性水解酶，盡管可專一切斷糖苷鍵，但在對整條高分子鏈進行均勻切割以得到均一寡糖方面也無能為力。其得到寡糖均一性的機理在于酶分子在殼聚糖溶液中的分布，影響因素很多。據報道這種方法能得到一定收率的六至八糖，產品在食品及醫藥方面(抗癌藥物)用途廣泛，但在選擇合適的酶種以適合工業化大規模生產和有效祛除降解后產物中混雜酶的工藝上尚存在困難，即缺乏以經濟成本進行大規模工業化生產的可能；而現已用于殼聚糖產品的工業化生產(如“鱘之寶”膠囊一上海偉康生物制品公司生產等)的氧化降解法，包括H2O2氧化法、H2O2-NaClO2法、H2O2-HCl法、和其他一些氧化降解法。氧化法在條件苛刻的條件下也可得到分子量在1000左右的較窄分子量分布的寡糖，但這時伴隨降解產生副產物單糖的比例大大增加(1∶1，或更多)。另外，這種方法對殼聚糖降解存在的最大問題是在降解過程中引入了各種反應試劑，使得對其降解副反應的控制以及在降解產物的分離純化方面增加了難度；酸降解法，它包括HCl降解法、酸-亞硝酸鹽法、過醋酸法、及其他酸解法。其中用HCl降解法得到的低聚水溶性殼聚糖-鹽酸鹽的分子量分布比較寬，但有報道用酸-亞硝酸鹽法可制備相對略高含量的12至19(分子量在2000-3000，分布相對狹窄)低聚水溶性殼聚糖。酸解法和單純的氧化降解法都是非特異性的降解過程，其降解過程較難控制，雖然已先后用于工業化生產，并且各種分子量范圍的殼聚糖產品都能得到，但要想得到特定分子量范圍且具有較高收率及能廣泛應用的殼聚糖產品則比較困難；其他降解法如微波法、超聲波法、輻射法等，也可以得到低聚水溶性殼聚糖，但仍然屬于非特異性降解過程，目前尚屬基礎研究探索階段。由此可見所有非特異性降解過程降解得到的產物都有同一個無法解決的難題平均分子量分布寬。
發明內容
本發明的目的是提供一種微波輔助降解制備窄分子量分布殼聚寡糖的方法。這種方法避開目前工業生產中采用的以非特異性降解過程為機制的制備低聚水溶性殼聚糖過程所表現出的種種弊端和不足，提供一種人為制造特異性降解的氛圍。通過過濾即可將產物分離出，使制備獲取窄分子量分布寡糖之目的終得以實現。
本發明的目的是通過以下技術方案來實現的[1].本發明利用化學合成的對二苯甲酸銅(II)固體金屬配位高聚物顆粒(PACu-CMPS)作為吸附殼聚糖的模板吸附基質，將溶于弱酸性溶液的高分子量殼聚糖吸附與基質表面，調節體系的pH值，使殼聚糖中的氨基與基質表面裸露金屬離子配位結合，加入氧化劑，使用微波輸出為10-2500(W)、工作頻率為2450(MHz)的微波發生設備，pH值為3-7的條件下攪拌，在0.5分鐘至72小時時間范圍降解殼聚糖，得到窄分子量分布寡糖。
.方案[1]中的方法，其中使用的原料殼聚糖是從水產養殖、海洋生物中的蝦、蟹殼及昆蟲、藻類和細菌生成的主要提取物之一甲殼質脫乙酰化的產物。
.方案[1]中的方法，其中用作基質的固體金屬配位高分子化合物制備方法如下稱取對苯二甲酸16.8g放入攪拌釜中，加15cm3去離子水潤濕，攪拌條件下向攪拌釜中滴加1％NaOH(重量比)，至對苯二甲酸剛好溶解，過濾，濾液再加入36％乙酸至沉淀完全，吸濾，濾餅用去離子水洗洗滌3次。在用緩緩加入1％NaOH(重量比)使濾餅剛好溶解，向對苯二甲酸氨水溶液中加入40克一水醋酸銅，攪拌0.5-6小時，后滴加36％乙酸至沉淀析出，吸濾，濾餅用0.5％醋酸洗滌三次后移入玻璃容器中，向容器加入濃氨水使濾餅溶解，封口(留一個小氣孔)，室溫放置1-15天，析出特定設計而合成的對二苯甲酸銅(II)固體金屬配位高聚物晶體顆粒(PACu-CMPS)。
.方案[3]中的制備方法，其中涉及合成的所有原料與試劑為市售工業純或純度更高的純度級別。
.方案[3]中的制備方法，得到的對二苯甲酸銅(II)固體金屬配位高聚物晶體(PACu-CMPS)再經干燥、研磨收集50-250目的顆粒，干燥后備用。
.方案[1]和[2]之一所述的方法，其特征在于將0.1-100克干燥的殼聚糖加入到0.1-10％(重量比)的10-400cm3醋酸水溶液中，在0-100℃的溫度下，經過20分鐘-48小時使高分子量的殼聚糖溶解。
.方案[1]-[6]的方法，其特征在于其中PACu-CMPS在加入殼聚糖醋酸水溶液時，加入量為1-80克。
.方案[7]之一所述的方法，其特征在于向體系中加入殼聚糖用量的0.01-25％(重量比)的醫用過氧化氫(市售30％，重量比)氧化劑，在0-100℃溫度下攪拌降解。
.方案[8]的方法，其特征在于其中氧化劑為過氧化氫、二氧化氯、草酸、草酸鈉、次氯酸、次氯酸鈉、高碘酸、高氯酸及其相互之間不同比例的混用。
本發明PACu-CMPS模板吸附控制長度/催化氧化裂解方法的工藝流程可簡述為以0.5-1.0％的食用乙酸、檸檬酸、乳酸、酒石酸溶解高聚殼聚糖固體成為溶液，將化學合成并粉碎過篩的PACu-CMPS微粒攪拌下加入上述溶液中，調節pH值使殼聚糖中的氨基與PACu-CMPS顆粒表面裸露金屬離子有弱配位鍵形成，室溫加入氧化劑混合均勻，升溫降解，過濾分離出降解液，低溫或室溫濃縮得到固體產品；濾渣水洗、干燥后重新使用。
本發明的原理是使溶解殼聚糖高分子鏈吸附于弱酸性水溶液中不溶的微米級PACu-CMPS表面，調高pH值再使高分子殼聚糖中的部分氨基與PACu-CMPS表面裸露的金屬離子形成弱配位鍵，低溫加入有配位能力的氧化劑也吸附于裸露金屬離子表面，微波照射啟動Fenton反應產生羥基自由基，從這些配位點按Fenton反應機制催化氧化裂解多糖鏈。加入水使降解后的產物寡糖溶于水中，過濾分離，收集溶液，濃縮、得到窄分子量分布殼聚寡糖產品(如數均分子量1230，分布指數1.06，范圍內含量達85％以上)。要想達到這一目的，必須在制備過程中準確把握每個制備環節中的每一細節，且PACu-CMPS模板吸附控制長度/催化氧化裂解法需要殼聚糖的脫乙酰度為70％以上。經反復探索，已優化了降解過程各步驟的特性，取得了可靠的參數，降解與純化步驟簡便易行。
由于采用了上述技術方案，本發明PACu-CMPS模板吸附控制長度/催化氧化裂解方法有以下優特點1、在原理上避開了目前工業生產中采用的以非特異性降解過程為機制的種種弊端和不足，人為的制造了特異性降解的氛圍。
2、降解過程極為迅速、寡糖分子量一定范圍可調。
3、可通過過濾分離降解產物低聚殼聚糖，方法簡便，易操作。
4、所選用原料試劑廉價易得，所得產品穩定、可靠。
4、PACu-CMPS基質可反復使用，節約原材料。
5、所需生產設備簡單，易滿足不同批量的工業化生產。
具體實施例方式
為了更進一步的說明本發明PACu-CMPS模板吸附控制長度/催化氧化裂解方法的原理、過程和結果，現以實施例加以詳述。
稱取殼聚糖50克放入帶攪拌器的反應釜中，加入4000cm30.5％醋酸，攪拌60分鐘，使殼聚糖溶解。稱取5克研磨過篩的100目PACu-CMPS，水潤濕后加入反應釜中，攪拌均勻。用5％的Na2CO3調節pH值為6.5。加入100cm3的30％過氧化氫，室溫攪拌80分鐘。混合物轉移到微波輸出功率750(W)/工作頻率2450(W)的微波設備中反應30分鐘。混合物過濾并洗滌3次，濾液常溫或冷凍至干。產品用HAc-NH4Ac(pH＝4.5)緩沖液溶解，并用HAc-NH4Ac作流動相，以Sigma公司提供的分子量為186、2500、7100、21400和41100水溶性葡聚糖標樣作標準曲線，回歸系數為0.9976。經水溶性凝膠高效液相色譜(GFC)檢測表明降解殼聚寡糖產品的平均數均分子量為1230，分子量分布指數為1.04。冷凍或室溫干燥后的產品再次溶解后檢測的分子量參數沒有明顯的變化。
權利要求
1.一種微波輔助降解制備窄分子量分布殼聚寡糖的方法，其特征是以殼聚糖為基本母體，其可與模板基質表面金屬離子在pH值5-7時配位，模板基質是指化學合成后經研磨粉化達到一定粒度的對二苯甲酸銅II固體金屬配位高聚物顆粒PACu-CMPS，通過PACu-CMPS表面金屬離子之間的距離控制降解后殼聚寡糖的平均長度；PACu-CMPS的特點之一是弱酸性不溶解，之二是在pH值為4-7時表面金屬離子可與殼聚糖中的氨基弱配位結合，將PACu-CMPS顆粒與溶于含0.5％醋酸溶液的生物甲殼素脫乙酰化后的高分子量殼聚糖室溫混合，調節pH值為4-7，加入適量氧化劑，攪拌均勻，微波照射，啟動催化氧化反應，維持該溫度下攪拌0.5分鐘-72小時；此條件下，在PACu-CMPS基質表面所有金屬離子位置附近同時氧迅速化裂解殼聚糖高分子鏈；PACu-CMPS表面各裸露金屬離子之間的距離及均勻分布密度大小將決定降解后寡糖數均分子量的大小與分子量分布范圍；由于所用PACu-CMPS為弱酸性不溶物，可通過過濾將產物與催化基質分離，方便穩定得到平均數均分子量為400-2500，分子量分布指數為1.02-1.10的殼聚寡糖產品，PACu-CMPS催化基質可反復使用。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于使用的殼聚糖是從水產養殖、海洋生物中的蝦、蟹殼及昆蟲、藻類和細菌生成的主要提取物之一甲殼素脫乙酰化的產物。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于其中殼聚糖中須加進0.1～10％的醋酸或檸檬酸或酒石酸或乳酸水溶液，在0～100℃的溫度下，經過20分鐘～48小時進行溶解。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于將處理后的PACu-CMPS加入到溶解的殼聚糖醋酸或檸檬酸或酒石酸或乳酸水溶液后，在0-100℃溫度下攪拌均勻，加入重量比為殼聚糖的25-250％，體系均勻攪拌為懸濁液，攪拌溫度0-100℃；隨后加入0.5-10％的碳酸鈉或氫氧化鈉，調節pH值到4-7，攪拌均勻。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于向體系中加入殼聚糖用量的0.01-70％重量比的氧化劑，在0-100℃溫度下經2-72小時攪拌降解。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于將上述混合物轉移到微波輸出功率10-2000W/工作頻率2450W的微波設備中反應0.5分鐘至12小時。
7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于其中使用的氧化劑為過氧化氫、二氧化氯、草酸、草酸鈉、次氯酸、次氯酸鈉、高碘酸、高氯酸及其相互之間不同比例的混用。
全文摘要
一種微波輔助降解制備窄分子量分布殼聚寡糖的方法。采用模板配位控制長度/催化氧化裂解方式，同時用微波照射快速降解制備窄分子量分布殼聚寡糖。其技術方案是以食用乙酸、檸檬酸、酒石酸、乳酸溶解高分子殼聚糖固體成為溶液，將化學合成并粉碎過篩的對二苯甲酸銅(II)固體金屬配位高聚物顆粒PACu－CMPS微粒攪拌下加入上述溶液中，調節pH值使殼聚糖中的氨基與PACu－CMPS顆粒表面裸露金屬離子有弱配位鍵形成，室溫加入氧化劑混合均勻，微波照射降解，過濾分離出降解液，低溫或室溫濃縮得到固體粉末產品。該方法可迅速簡捷得到數均分子量及分子量分布范圍符合特有生物生理活性、醫療功能食品要求、提高動植物免疫等功效的、有著廣泛用途的低聚寡糖。
文檔編號C08B37/08GK1687144SQ200510073699
公開日2005年10月26日 申請日期2005年5月16日 優先權日2005年5月16日
發明者張岐 申請人:海南大學