專利名稱：臭氧降解殼聚糖制備活性殼寡糖的方法
技術領域：
本發明是一種利用臭氧降解殼聚糖制備活性殼寡糖的技術。
技術背景甲殼素(chitin)是一種結構為e—l,4聚一2—乙酰氨基一D —葡萄糖的高分子聚合物， 部分脫乙酰基后的產物稱為殼聚糖(chitosan)，是一種為數不多的天然堿性多糖。其結構式 為NH2 9H2OHO、 「o、一O CH,OHchitosan殼聚糖具有特殊的生理活性，無毒、可生物降解、生物相溶性好，近年來在化工、環保、 食品、醫藥、化妝品、農業等方面的應用越來越引起人們的關注。然而，殼聚糖的分子量從 幾十萬到幾百萬不等。且分子間和分子內部存在大量的氫鍵。因而不溶于水和一些普通溶劑， 這大大限制了殼聚糖的應用。殼聚糖經過降解后生成低分子量的產物稱為殼寡糖(chitosanoligochitosan， COS),這種 殼寡糖是指2 20個氨基葡萄糖以B—1， 4糖苷鍵連接而成的低聚糖，不但水溶性好，而且 很容易被吸收，其藥理活性是同等重量殼聚糖的14倍。近年來，隨著研究的深人，由殼聚糖 降解制備分子量《3000Da的殼寡糖展現出了許多獨特的生理活性和功能:提高巨噬細胞的功 能；抑制腫瘤細胞的生長和轉移；降低血糖；降低膽固醇和血脂；降血壓；抗菌和抑菌；阻 礙病原菌生長繁殖，促進蛋白質合成，活化植物細胞，從而促進植物快速生長；調節腸道菌 群等。因此，殼寡糖被廣泛應用于醫藥、保健食品、生物農藥和飼料添加劑等領域，市場前 景十分看好。為了制備殼寡糖，目前對殼聚糖的降解方法可大致分為酸降解法、酶降解法和氧化降解 法三種。其中酸降解法工藝操作雖然簡單，但降解產品中的單糖和雙糖含量偏高，三糖以上 的活性殼寡糖含量偏低，還存在降解條件較難控制，后處理繁瑣等缺點。酶降解法條件溫和， 降解過程及聚合度容易控制，但多數單一水解酶對殼聚糖降解程度有限，水解時間過長，生 產周期太長。11202氧化降解法的速度相對較快，但其反應條件較難控制，有人發現H202氧化<formula>formula see original document page 3</formula>法會引起氨基含量的下降，而且降解過程的后期常常伴有褐變反應。本發明的目的在于提供一種能夠快速降解、反應條件容易控制、降解過程不會產生褐變 的臭氧降解殼聚糖制備活性殼寡糖的方法，具有工藝簡單、高活性的糖組分含量高，生產成 本較低，適合于工業化規模生產等特點。
發明內容
^本發明提供了一種臭氧降解殼聚糖制備活性殼寡糖的方法，其步驟包括A、 將殼聚糖粉末溶于酸性溶液中，調節其pH范圍到1 7，置于臭氧降解槽中。B、 在盛有殼聚糖溶液的臭氧降解槽中加入0.01 0. 1% (質量百分數)臭氧催化劑，以 50 200 ml/min的速度通人臭氧，在10 100°C、 600 800 r/min高速攪拌和20 1000 kHz 超聲波或180 320 nm紫外線輻射下，反應30 800 min，得到降解液。C、 降解液經過膜分離技術截留聚合度為3 10或3 20的殼聚糖降解產物，經過濃縮、 噴霧干燥獲得高活性的殼寡糖產品。本發明所述的殼聚糖用量為2 5% (質量百分數)，所述的酸性溶液為1 5% (質量百 分數)的醋酸溶液或鹽酸溶液。本發明所述的臭氧降解槽為玻璃、或內壁瑭玻璃的金屬、或耐鹽酸的不銹鋼材料制成， 裝置有高速攪拌漿，具有夾層加熱和恒溫裝置，底部裝有超聲波發生器或頂部裝有紫外線光 源燈的反應器。氣體分布器是帶有很多微孔的石英管或不銹鋼管做成，裝在底部，臭氧從氣 體分布器導入降解槽中。本發明所述的臭氧催化劑是指一些是指能加速活化和分解臭氧為自由基的物質，包括 Ru/Si02 、 Ru/Al203 、 Ru/Ti02 、 Rh/Si02 、 Rh/Al203 、 Rh/Ti02 、 Pd/Si02 、 Pd/Al203 、 Pd/Ti02 、 Ag/Si02、 Ag/Al203 、 Ag/Ti02 、 Ni/Si02 、 Ni/Al203 、 Ni/Ti02 、 Pt/Si02 、 Pt/Al203 、 Pt/Ti02 、 Ru/活性碳、Rh/活性碳、Pd/活性碳、Ag/活性碳、Ni/活性碳和Pt/活性碳等組合， 上述組合均為兩種物質的混合物，混合物的組成是金屬占0 100% (質量百分數)。本發明所述的臭氧是指臭氧發生器產生的臭氧，臭氧發生器可以是商用的。本發明所述的膜分離技術是指超濾和納濾技術，當降解槽中溶液粘度下降到初始的2 30 %時，降解液經微濾除去不溶物，泵入超濾裝置，膜的截留分子量為1000 3000 Da (根據 所需殼寡糖分子量的大小而改變)，大于截留分子量的降解產物返回臭氧降解槽繼續降解，小 于截留分子量的降解產物因為含有非活性的單糖和雙糖，再泵入納濾裝置，采用截留分子量 為300的納濾膜組件，單糖和雙糖被濾掉，截留三糖以上的活性組分，即聚合度為3 10或 3 20的高活性殼寡糖。本發明所用的超濾裝置為商用的中空纖維或平板型超濾分離器，所用超濾膜為進口膜組 件。本發明所用的納濾裝置為商用的巻式平板型納濾裝置，所用納濾膜為進口膜組件。本發明所述的臭氧降解和膜分離可以連續操作，或者間歇操作。連續操作時，原料可以連續補料，也可以間歇補料。本發明與現有降解殼聚糖制備殼寡糖的工藝比較，具有如下優點1. 本發明技術工藝簡單，原料殼聚糖的使用濃度高達5%，在添加臭氧催化劑和超聲波或 紫外線輻射下使降解速度更快，反應周期大大縮短，其結果是生產成本顯著下降。2. 臭氧既能降解殼聚糖又能直接脫色，因此本發明的殼寡糖產品不產生褐變。3. 臭氧與殼聚糖作用后，唯一副產品是氧氣，可以導入臭氧發生器中重復使用，因此本 發明技是一種綠色化工生產技術。4. 臭氧發生器產生的臭氧源源不斷，臭氧降解和膜分離可以連續操作，易于實現產業化。5. 臭氧降解和膜分離的連續操作中，聚合度》3的殼寡糖能及時地從反應體系中分離出 來，避免了這些活性殼寡糖的二次降解，因此產品中活性殼寡糖(聚合度3 10或3 20) 含量>90%。
圖為本發明的工藝流程圖。
具體實施方式
具體實施例一本實施方式按照下述步驟制備活性殼寡糖:a.將20g殼聚糖(M^560 kDa， DD=78.5%)溶于480ml的濃度為2% (質量百分數)的醋酸溶液中，用鹽酸調pH值為3.0 左右。b.將殼聚糖溶液置于500ml錐形瓶，加入5mgAg/Al203，然后置于超聲波振蕩器的水 浴中。c.打開壓縮氧氣鋼瓶閥門，開啟臭氧發生器，將臭氧以65 ml/min的速度由氣體分布 器導入殼聚糖溶液中，同時運轉攪拌器，以750 r/min的速度攪拌。反應lh后，測量溶液粘 度已下降為初始的10%，關閉臭氧發生器，停止反應。d.降解液經微濾后，泵入截留分子 量為2000 Da的超濾裝置，，大于2000 Da的降解產物返回臭氧降解槽繼續降解，透析液再泵 入納濾裝置，采用截留分子量為300的納濾膜組件，濾除非活性的單糖和雙糖，截留三糖以 上的活性組分，獲得聚合度為3 12的活性殼寡糖。具體實施例二本實施方式按照下述步驟制備活性殼寡糖:a.將25g殼聚糖(M^250 kDa， DD=90%)溶于475ml的濃度為2X的鹽酸溶液中。b.將殼聚糖溶液置于500ml錐形瓶，加 入5mgNi/Si02，然后置于超聲波振蕩器的水浴中。c.打開壓縮氧氣鋼瓶閥門，開啟臭氧發生 器，將臭氧以100ml/min的速度由氣體分布器導入殼聚糖溶液中，同時運轉攪拌器，以650 r/min的速度攪拌。反應1.5h后，測量溶液粘度已下降為初始的8%，關閉臭氧發生器，停 止反應。d.降解液經微濾后，泵入截留分子量為1500 Da的超濾裝置，大于1500 Da的降解 產物返回臭氧降解槽繼續降解，透析液再泵入納濾裝置，釆用截留分子量為300的納濾膜組 件，濾除非活性的單糖和雙糖，截留三糖以上的活性組分，獲得聚合度為3 10的活性殼寡 糖。具體實施例三本實施方式按照下述步驟制備活性殼寡糖a.將45g殼聚糖(Mw=250kDa， DD=85%)溶于955ml的濃度為2.5%的鹽酸溶液中。b.將殼聚糖溶液置于1500ml臭 氧降解槽，加入10mg Ni/Al203,在室溫2CTC下反應。c.打開臭氧降解槽的超聲波振蕩器， 打開壓縮氧氣鋼瓶閥門，丌啟臭氧發生器，將臭氧以150ml/min的速度由氣體分布器導入殼 聚糖溶液中，同時運轉攪拌器，以800 r/rain的速度攪拌。反應1. 5 h后，測量溶液粘度已 下降為初始的6%，關閉臭氧發生器，停止反應。d.降解液經微濾后，泵入截留分子量為2000 Da的超濾裝置，，大于2000 Da的降解產物返回臭氧降解槽繼續降解，透析液再泵入納濾裝 置，采用截留分子量為300的納濾膜組件，濾除非活性的單糖和雙糖，截留三糖以上的活性 組分，獲得聚合度為3 12的活性殼寡糖。具體實施例四本實施方式按照下述連續操作方法制備活性殼寡糖將50g殼聚糖 (Mw=250 kDa， DD=85%)溶于950ml的濃度為2.0%的鹽酸溶液中。將殼聚糖溶液置于 1500ml臭氧降解槽，加入10mg Ag/Si02，在室溫2(TC下反應。打開臭氧降解槽的超聲波振 蕩器，打開壓縮氧氣鋼瓶閥門，開啟臭氧發生器，將臭氧以200ml/min的速度由氣體分布器 導入殼聚糖溶液中，同時運轉攪拌器，以600 r/min的速度攪拌。反應1.5h后，測量溶液 粘度已下降為初始的10%。此時開始用蠕動泵將降解液泵至微濾器，濾液再泵入截留分子量 為2000 Da的超濾裝置，大于2000 Da的降解產物返回臭氧降解槽繼續降解，透析液再泵入 納濾裝置，采用截留分子量為300的納濾膜組件，濾除非活性的單糖和雙糖，截留三糖以上 的組分，獲得聚合度為3 12的活性殼寡糖。
權利要求
1、一種臭氧降解殼聚糖制備活性殼寡糖的方法，其特征在于制備步驟如下A、將殼聚糖粉末溶于酸性溶液中，調節其pH范圍到1～7，置于臭氧降解槽中。B、在盛有殼聚糖溶液的臭氧降解槽中加入0.01～0.1％(質量百分數)臭氧催化劑，以50～200ml/min的速度由氣體分布器通人臭氧，在10～100℃、600～800r/min高速攪拌和20～1000kHz超聲波或180～320nm紫外線輻射下，反應30～800min，得到降解液。C、降解液經過膜分離技術截留聚合度為3～10或3～20的殼聚糖降解產物，經過濃縮、噴霧干燥獲得活性殼寡糖產品。
2、 根據權利要求1所述的臭氧降解殼聚糖制備活性殼寡糖的方法，其特征在于A步驟中 所述的殼聚糖用量為2 5% (質量百分數)，所述的酸性溶液為1 5% (質量百分數)的醋 酸溶液或鹽酸溶液。
3、 根據權利要求1所述的臭氧降解殼聚糖制備活性殼寡糖的方法，其特征在于A步驟中 所述的臭氧降解槽為玻璃、或內壁瑭玻璃的金屬、或耐鹽酸的不銹鋼材料制成，裝置有高速 攪拌漿，具有夾層加熱和恒溫裝置，底部裝有超聲波發生器或頂部裝有紫外線光源燈的反應 器。氣體分布器是帶有很多微孔的石英管或不銹鋼管做成，裝在底部，臭氧從氣體分布器導 入降解槽中。
4、 根據權利要求1所述的臭氧降解殼聚糖制備活性殼寡糖的方法，其特征在于B步驟中 所述的臭氧催化劑是指一些能加速活化和分解臭氧為自由基的物質，包括Ru/Si02 、 Ru/Al203 、 Ru/Ti02 、 Rh/Si02 、 Rh/Al203 、 Rh/Ti02 、 Pd/Si02 、 Pd/Al203 、 Pd/Ti02 、 Ag/Si02、 Ag/Al203 、 Ag/Ti02 、 Ni/Si02 、 Ni/Al203 、 Ni/Ti02 、 Pt/Si02 、 Pt/Al203 、 Pt/Ti02 、 Ru/活性碳、Rh/活性碳、Pd/活性碳、Ag/活性碳、Ni/活性碳和Pt/活性碳等組合，上述組合 均為兩種物質的混合物，混合物的組成是金屬占0 100% (質量百分數)。
5、 根據權利要求1所述的臭氧降解殼聚糖制備活性殼寡糖的方法，其特征在于B步驟中 所述的臭氧是指臭氧發生器產生的臭氧，臭氧發生器可以是商用的。
6、 根據權利要求1所述的臭氧降解殼聚糖制備活性殼寡糖的方法，其特征在于C步驟中 所述的膜分離技術是指超濾和納濾技術。當降解槽中溶液粘度下降到初始的2 30%時，降 解液經微濾除去不溶物，泵入超濾裝置，膜的截留分子量為1000 3000 Da (根據所需殼寡 糖分子量的大小而改變)，大于截留分子量的降解產物返回臭氧降解槽繼續降解，小于截留分 子量的降解產物因為含有非活性的單糖和雙糖，再泵入納濾裝置，采用截留分子量為300的 納濾膜組件，使單糖和雙糖被濾掉，截留三糖以上的活性組分，即聚合度為3 10或3 20 的活性殼寡糖。
7、 按照權利要求l、 2、 3、 4、 5和6所述的臭氧降解殼聚糖制備活性殼寡糖的方法，其 特征在于臭氧降解和膜分離可以連續操作，或者間歇操作。連續操作時，原料可以連續補料， 也可以間歇補料。
全文摘要
一種臭氧降解殼聚糖制備活性殼寡糖的方法，其步驟如下將殼聚糖的酸性溶液置于臭氧降解槽中，加入臭氧催化劑，通入臭氧，在10～100℃、高速攪拌和超聲波或紫外線輻射下，反應30～800min，得到降解液，再用膜分離技術截留聚合度為3～10或3～20的殼聚糖降解產物，經過濃縮、噴霧干燥獲得活性殼寡糖。本發明具有工藝簡單、降解速度更快、反應周期大大縮短等特點，使生產成本顯著下降。臭氧降解的同時又能脫色，因此殼寡糖產品不產生褐變。本發明的產品中活性殼寡糖(聚合度3～10或3～20)含量≥90％。
文檔編號C08B37/08GK101240040SQ20081007349
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月11日 優先權日2008年3月11日
發明者何日安, 姚評佳, 武 岳, 魏遠安 申請人:廣西大學