專利名稱：一種低聚殼聚糖的工業化制備工藝方法
技術領域：
本發明屬于一種低聚殼聚糖的工業化制備工藝方法。
背景技術：
殼聚糖是甲殼素部分脫乙酰基的產物。它是一種天然堿性多糖，分子量從幾十萬到幾百萬不等。結構如下。
由于分子量過大、僅溶于稀酸溶液而不溶于水和堿性溶液，使其應用受到較大限制。經過降解后分子量低于1500的低聚殼聚糖，不但保留了高分子時的降血脂、降膽固醇，增強人體免疫力、抑制腫瘤細胞的生長和轉移以及吸濕性和保濕性、抑菌等優良特性，還因溶解性增強，容易被吸收利用，進一步表現出許多獨特的生理活性和功能性質。可見低聚殼聚糖在保健食品、醫藥、化妝品和農業等方面具有廣闊的應用前景。
目前有關低聚殼聚糖制備方法的研究報道主要是關于單一的酶降解或過氧化氫降解，又多局限于實驗室水平的研究。降解產物需要經過多次乙醇沉淀后才能獲得成品，操作繁瑣，工作環境惡劣。
發明內容
本發明的目的在于提供一種操作簡單、適合大規模生產的低聚殼聚糖的工業化制備工藝方法。
為實現上述目的，本發明采取以下技術方案一種低聚殼聚糖的工業化制備工藝方法，其特征在于該方法包括下述步驟(1)、先將殼聚糖與水混合后再加醋酸溶解，得到的殼聚糖溶液濃度為20～25g/L，其中，醋酸加入量為殼聚糖以g為單位，醋酸以mL為單位，殼聚糖重量與醋酸容積的比例為10∶3～2.5；
(2)、用纖維素酶對步驟(1)得到的殼聚糖溶液進行初步降解，其中，殼聚糖與纖維素酶的重量比為10∶1～0.8；纖維素酶的反應溫度為55～60℃；反應時間為1.5～2.0h；(3)、再用過氧化氫繼續對步驟(2)的初步降解后的溶液進行氧化降解，其中，過氧化氫用量為殼聚糖以g為單位，30％過氧化氫以mL為單位，過氧化氫的濃度為質量百分比，殼聚糖重量與30％過氧化氫容積的比例為1∶1.0～0.8；過氧化氫反應溫度為75～80℃；反應時間為1～2.5h。
(4)、將步驟(3)的氧化降解后的溶液經微濾截留纖維素酶殘渣；(5)、將步驟(4)得到的微濾透過液經納濾分離出鹽和單糖以及對降解產物進行濃縮；(6)、經噴霧干燥后，即得到低聚殼聚糖。
其中，在步驟(1)中，所使用的醋酸為冰醋酸，濃度＞99.5％以上。
在所述的步驟(3)中，過氧化氫加入方法為在氧化降解反應的前2/3時間內分三次均勻添加過氧化氫。過氧化氫的氧化降解反應時間為1h(60min)～2.5h(150min)，則反應的前2/3的時間為(60～150min)×2/3＝40～100min。過氧化氫加入方法為在氧化降解反應的前2/3時間內分三次均勻添加過氧化氫。如，過氧化氫的氧化降解反應時間為2h(120min)，則反應的前2/3的時間為120min×2/3＝80min，開始添加1/3過氧化氫，之后約40min后再添加1/3過氧化氫，再過40min填加最后的1/3。
在所述的步驟(6)中，得到的低聚殼聚糖為用凝膠色譜分析獲得分子量3000～1400Da，其分散度小于2.0。
在所述的步驟(4)中，采用中空纖維組件或無機陶瓷膜進行微濾。
在所述的步驟(5)中，對降解產物濃縮為濃縮前體積的1/3。
在所述的步驟(3)中，過氧化氫反應時間優選為2～2.5h；并在所述的步驟(6)中，得到的低聚殼聚糖為用凝膠色譜分析獲得分子量1800～1400Da，其分散度小于2.0。
本發明的優點是在本發明中，采用了纖維素酶和過氧化氫進行復合降解，纖維素酶和過氧化氫均在最佳的條件下進行降解反應，反應速率較高，產品分子量低且分布較窄、降解時間控制在4.5h內，大大低于單一的纖維素酶降解或過氧化氫降解方法。其中纖維素酶易獲得、生產成本低，且后續采用過氧化氫繼續氧化降解，纖維素酶的降解反應只需要維持在反應速率最高段。此外，由于在降解的前期，殼聚糖已經被纖維素酶進行了初步降解，后續的過氧化氫用量較少且反應時間短，這不僅使過氧化氫氧化降解的副反應得到了有效的控制，而且不用擔心過量的過氧化氫會對產品的食用安全性造成威脅。降解完成后產物利用操作方便的微濾截留纖維素酶殘渣。微濾透過液經過納濾處理后，將產品中的鹽和沒有活性的單糖分離出來，同時產品也得到了充分濃縮，這不僅提高了產品的質量，而且降低了后續處理設備的尺寸和運行費用。最后對納濾截留液直接進行噴霧干燥即可得到高品質的低聚殼聚糖產品。與傳統的制備工藝相比，該工藝不但產品質量優良，操作方便，而且改善了生產環境，有利于實現工業化。
圖1為本發明的工藝方法流程2為實施例1的產品的譜圖具體實施方式
如圖1所示，本發明提出了一種操作簡單、適合大規模生產的低聚殼聚糖制備工藝及工藝條件。
溶解先將殼聚糖在高速攪拌條件下與去離子水混合后，再均勻加入適量的醋酸，醋酸為冰醋酸，濃度＞99.5％以上，可使殼聚糖快速、完全溶解，配制20～25g/L殼聚糖酸性溶液，其中殼聚糖(g)∶醋酸(mL)＝10∶3～2.5。
纖維素酶降解將上述的殼聚糖酸性溶液用纖維素酶在55～60℃條件下反應1.5～2h，其中，殼聚糖(g)∶纖維素酶(g)＝10∶1～0.8。
過氧化氫氧化降解在上述的經纖維素酶降解后的溶液中，加入過氧化氫進行恒溫氧化降解，過氧化氫氧化降解的反應溫度為75～80℃，反應時間為1～2.5h。其中，殼聚糖(g)∶30％過氧化氫(mL)＝1∶1.0～0.8，過氧化氫的濃度為質量百分比；過氧化氫加入方法為在氧化降解反應的前2/3時間內分三次均勻添加。
微濾用微濾分離出降解產物中纖維素酶的殘渣。
納濾用納濾分離出微濾透過液中的鹽和單糖同時使產品濃縮為原來的1/3左右。
噴霧干燥進行噴霧干燥獲得高純度、高活性的低聚殼聚糖成品。獲得的低聚殼聚糖成品分子量為1400～3000Da(凝膠色譜分析)、分散度小于2.0。
實施例1將200g脫乙酰度大于90％的殼聚糖(分子量大約在100萬～60萬Da)，在攪拌作用下混合于10L水中，加入60ml醋酸使其溶解后升溫至60℃，加入纖維素酶恒溫反應2h，其中，纖維素酶的用量為20g；醋酸為冰醋酸，濃度＞99.5％以上；再升溫至75℃后均勻加入160ml 30％過氧化氫溶液(過氧化氫的濃度為質量百分比)，加入雙氧水的時間控制在80min內，并在80min內分三次均勻添加過氧化氫。即，開始添加1/3過氧化氫，之后約40min后再添加1/3過氧化氫，再過40min填加最后的1/3。恒溫反應2h。出料冷卻后微濾，其透過液經過納濾濃縮體積為3.5L，最后進行噴霧干燥得低聚殼聚糖產品。用凝膠色譜分析其重均分子量為1560Da，分散度PD為1.38，如圖2所示。
綜上所述，本發明的低聚殼聚糖的工業化制備工藝方法所得到的殼聚糖產品分子量低，分布單一。該工藝簡單、運行方便，適合于大規模生產。
權利要求
1.一種低聚殼聚糖的工業化制備工藝方法，其特征在于該方法包括下述步驟(1)、先將殼聚糖與水混合后再加醋酸溶解，得到的殼聚糖溶液濃度為20～25g/L，其中，殼聚糖以g為單位，醋酸以mL為單位，殼聚糖重量與醋酸容積的比例為10∶3～2.5；(2)、用纖維素酶對步驟(1)得到的殼聚糖溶液進行初步降解，其中，殼聚糖與纖維素酶的重量比為10∶1～0.8；纖維素酶的反應溫度為55～60℃；反應時間為1.5～2.0h；(3)、再用過氧化氫繼續對步驟(2)的初步降解后的溶液進行氧化降解，其中，過氧化氫用量為殼聚糖以g為單位，30％過氧化氫以mL為單位，過氧化氫的濃度為質量百分比，殼聚糖重量與30％過氧化氫容積的比例為1∶1.0～0.8；過氧化氫反應溫度為75～80℃；反應時間為1～2.5h。(4)、將步驟(3)的氧化降解后的溶液經微濾截留纖維素酶殘渣；(5)、將步驟(4)得到的微濾透過液經納濾分離出鹽和單糖以及對降解產物進行濃縮；(6)、經噴霧干燥后，即得到低聚殼聚糖。
2.根據權利要求1所述的低聚殼聚糖的工業化制備工藝方法，其特征在于在所述的步驟(3)中，過氧化氫加入方法為在氧化降解反應的前2/3時間內分三次均勻添加。
3.根據權利要求1所述的低聚殼聚糖的工業化制備工藝方法，其特征在于在所述的步驟(6)中，得到的低聚殼聚糖為用凝膠色譜分析獲得分子量3000～1400Da，其分散度小于2.0。
4.根據權利要求1所述的低聚殼聚糖的工業化制備工藝方法，其特征在于在所述的步驟(4)中，采用中空纖維組件或無機陶瓷膜進行微濾。
5.根據權利要求1所述的低聚殼聚糖的工業化制備工藝方法，其特征在于在所述的步驟(5)中，對降解產物濃縮為濃縮前體積的1/3。
6.根據權利要求1所述的低聚殼聚糖的工業化制備工藝方法，其特征在于在所述的步驟(3)中，過氧化氫反應時間為2～2.5h；并在所述的步驟(6)中，得到的低聚殼聚糖為用凝膠色譜分析獲得分子量1800～1400Da，其分散度小于2.0。
全文摘要
本發明公開了一種低聚殼聚糖的工業化的生產工藝。采用纖維素酶結合過氧化氫的方法對高聚合度的殼聚糖進行降解。在纖維素酶降解中，殼聚糖(g)∶纖維素酶A(g)＝10∶1～0.8；纖維素酶的反應溫度為55～60℃；反應時間為1.5～2.0h。在過氧化氫氧化降解中，過氧化氫用量為殼聚糖(g)∶30％過氧化氫(mL)＝1∶1.0～0.8，過氧化氫的濃度為質量百分比；過氧化氫反應溫度為75～80℃；反應時間為1～2.5h。再經過微濾、納濾和干燥后，所得低聚殼聚糖產品的分子量低，分布單一。該工藝簡單、運行方便，適合于大規模生產。
文檔編號C08B37/00GK1931882SQ20061011361
公開日2007年3月21日 申請日期2006年10月9日 優先權日2006年10月9日
發明者林強, 韓永萍 申請人:北京聯合大學生物化學工程學院