專利名稱：一種低分子量殼聚糖與氨基葡萄糖聯產工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及糖類衍生物的技術領域，具體的說本發明涉及一種低分子量殼聚糖與氨基葡萄糖聯合制備工藝。
背景技術：
殼聚糖是甲殼素脫乙酰化處理后的產物，是天然多糖中唯一大量存在的堿性氨基多糖。甲殼素廣泛存在于甲殼類動物外殼中，是由N-乙酰氨基葡萄糖聚合而成的多糖。然而，由于殼聚糖是高分子化合物，分子量通常在幾十萬到上百萬，而且分子結構緊密不能溶于水，難以被吸收利用進而限制了其應用。低分子殼聚糖是殼聚糖經水解后生成的一類低聚糖，很容易被吸收利用，特別是分子量低于3000的低分子殼聚糖更展現出獨特的生理活性和功能性質。作為一類新的生理活性物質，低分子殼聚糖具有抑制腫瘤、降血脂血糖、抗細菌、真菌作用、調節動植物生長性能等作用，近年來廣泛應用于化工、食品、醫藥、飼料、化 妝品、農業等領域。因此，通過控制降解殼聚糖制備低分子殼聚糖的研究工作具有重要意義。目前降解殼聚糖的方法主要有化學法和酶法，其中酶法效率較低且成本較高而化學法生產條件較為苛刻，涉及高溫、高壓，尤其是降解程度不易控制，影響收率，產品分子量分布范圍較寬，生產過程中使用大量揮發性酸易產生環境污染。氨基葡萄糖硫酸鹽是一種天然的氨基單糖，它是人體軟骨基質中合成蛋白寡糖所必需的重要成分，它同樣是由殼聚糖經過酸性降解得到的。其降解程度較低多采用無機酸或有機酸的方法降解。臨床研究表明骨關節炎患者應用氨基葡萄糖硫酸鹽可補充基質蛋白聚糖合成的物質，促進蛋白聚糖合成，阻斷骨性關節炎的病理進程，防止疾病進展，改善關節功能和緩解疼痛。其作用持久，安全性高，無嚴重毒副作用，是治療骨關節炎的理想藥物。另據文獻報道，骨關節炎患者體內含硫水平偏低，只有提高患者體內的含硫水平，才能治愈骨關節炎，因此，氨基葡萄糖硫酸鹽比氨基葡萄糖鹽酸鹽的療效更好。現已有70多個國家注冊將氨基葡萄糖硫酸鹽用于治療骨關節炎，并已在數百萬患者中廣泛應用，我國已從意大利進口該類藥物“維骨力”，其療效確切且基本無毒副作用，然而由于其價格昂貴限制了患者長期使用。CN102276663A公開了一種氨基葡萄糖硫酸鹽的制備方法，其通過將殼聚糖與含硫酸氫鹽的酸性離子液體在水中水解生成氨基葡萄糖硫酸鹽的制備方法，該制備方法反應時間短、得到的產品純度高，但是殼聚糖的利用率僅為60 %左右。
發明內容
為了解決現有技術中存在的上述技術問題，本發明的目的在于提供一種低分子量殼聚糖與氨基葡萄糖聯產工藝。本發明所述的聯合工藝首先利用化學控制降解技術制備低分子殼聚糖然后利用降解低分子殼聚糖產生的副產物，經進一步徹底降解得到氨基葡萄糖硫酸鹽，實現了低分子殼聚糖與氨基葡萄糖的聯產，該方法既可充分利用殼聚糖資源又有利于降低污染、節約成本，具有重要的經濟價值。
為了解決上述技術問題實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案一種低分子殼聚糖與氨基葡萄糖硫酸鹽的聯產工藝，其特征在于包括以下步驟(A)通過控制降解、超濾制備低分子殼聚糖；(B)利用超濾截出副產物與第一步控制降解產生的不溶性固體為原料，在強酸性水溶液中徹底降解制備單糖氨基葡萄糖硫酸鹽。作為優選地，本發明采用含有硫酸氫鹽的酸性離子液體作為酸性調節劑，在殼聚糖水溶液中加入所述含有硫酸氫鹽的酸性離子液體，并且將殼聚糖水溶液的pH值調節至
3.0_5. O。作為優選地，所述含有硫酸氫鹽的酸性離子液體選自1-H-3-甲基咪唑硫酸氫鹽離子液體、I-丙基磺酸基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽離子液體、I- 丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽離子液體或正丁基吡啶硫酸氫鹽離子液體的一種或幾種。更優選地，所述含有硫酸氫鹽的酸性離子液體為1-H-3-甲基咪唑硫酸氫鹽離子液體。
作為優選地，在所述殼聚糖水溶液中加入體積濃度為30%的雙氧水，其加入量為料液體積的I. 0% -3. 0%，降解時，料液溫度保持在30°C -40°C，攪拌反應時間為6-12小時。作為優選地，采用超濾方法對低分子肝素粗品進行純化，采用3KD與IKD的超濾膜分別對粗品低分子殼聚糖溶液進行快速超濾，得到分子量主要分布在2000-3000范圍內的低分子殼聚糖。作為優選地，在步驟(B)中，將超濾截出液加入步驟(A)控制降解后剩余的不溶性固體中，再向反應釜中加入含有硫酸氫鹽的酸性離子液體使pH達到2.0以下，并將溫度升至50°C _55°C，開啟攪拌，逐步升溫攪拌使不溶性固體溶解，控制反應溫度90°C，保溫
3.5-4. 0小時，水解完成后，加入活性炭脫色，重結晶，烘干后得氨基葡萄糖硫酸鹽。作為優選地，本發明的聯產工藝包括以下步驟(I)將殼聚糖轉入反應釜中，加入純化水后用含有硫酸氫鹽的酸性離子液體將純化水pH值調至3. 0-5. 0，加入體積濃度為30 %的雙氧水，加入量為料液體積的1.0% -3.0%,攪拌混合均勻；(2)在反應釜中將料液加熱至30°C _40°C，攪拌保溫6-12小時，反應結束后，靜置冷卻至室溫后，傾出上清液，加入飽和氫氧化鈉溶液將上清液PH值調至7. 0-7. 5，得粗品低分子殼聚糖溶液；同時反應釜中不溶性固體繼續放置在反應釜中備用；(3)采用3KD與IKD的超濾膜分別對粗品低分子殼聚糖水溶液進行快速超濾，得到分子量分布在2000-3000的低分子殼聚糖；將純化后的低分子殼聚糖溶液用0. 45微米的微孔濾膜過濾，冷凍干燥后得到低分子殼聚糖產品；(4)將步驟(3)中超濾截出液加入步驟(2)反應釜中的剩余固體中，再向反應釜中加入含有硫酸氫鹽的酸性離子液體調節料液PH值至I. 0-2. 0，將溫度升至50-55°C，開啟攪拌，逐步升溫攪拌使殼聚糖溶解，控制反應溫度90°C，保溫3. 5-4. 0小時，降解完成后，投入適量活性炭，在80°C下脫色I小時，抽濾，真空濃縮去除所有水分，加入3倍體積乙醇，攪拌I. 5小時，室溫靜置2小時，析出結晶，3倍體積乙醇浸泡，甩干，在50°C烘干得氨基葡萄糖硫酸鹽。作為優選地，所述含有硫酸氫鹽的酸性離子液體為1-H-3-甲基咪唑硫酸氫鹽離子液體。
與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果(I)利用殼聚糖為原料，分別采用控制降解和充分降解技術，實現低分子殼聚糖與氨基葡萄糖硫酸鹽的聯產，極大地提高了殼聚糖的利用率，將原料總的利用率由55%左右提高至90%以上，有效地降低了成本，提高了產品的競爭力。(2)采用超濾技術對粗品低分子殼聚糖進行了純化，得到了分子量主要分布在2000-3000的低分子殼聚糖，其中分子量在2000-3000之間的低分子殼聚糖占低分子殼聚糖總量的70%以上。
(3)采用含有硫酸氫鹽的酸性離子液體，尤其是使用1-H-3-甲基咪唑硫酸氫鹽離子液體調節PH值，不會對操作工人以及環境造成污染，是綠色環保的生產工藝，并且通過控制反應參數使得制備得到的氨基葡萄糖硫酸鹽產品純度可以達到99. 8%以上。
圖I :低分子殼聚糖與氨基葡萄糖硫酸鹽聯產工藝路線示意圖。
具體實施例方式下面將對本發明的技術方案進行詳細描述，但具體實施例不作為對本發明專利的限定。本發明的聯合工藝包括以下步驟(I)將普通市售殼聚糖轉入反應釜中，加入純化水后再用含有硫酸氫鹽的酸性離子液體將純化水PH值調至3. 0-5. 0，加入濃度為30%的雙氧水，加入量為料液體積的
1.0% -3.0%,攪拌混合均勻；(2)將反應釜密閉，然后對反應釜夾層通入熱水加熱，將料液加熱至30°C -40°C,攪拌保溫6-12小時,反應結束后,靜置冷卻至室溫后,傾出上清液,加入飽和氫氧化鈉溶液將上清液PH值調至7. 0-7. 5，得粗品低分子殼聚糖溶液；同時反應罐中不溶性固體繼續放直在Sil中備用；(3)采用3KD與IKD的超濾膜分別對粗品低分子殼聚糖水溶液進行快速超濾，得主要分子量分布在2000-3000的低分子殼聚糖。將純化后的低分子殼聚糖溶液用0. 45微米的微孔濾膜過濾，冷凍干燥后得分子量分布較窄的低分子殼聚糖產品；(4)將步驟(3)中超濾截出液加入步驟⑵反應罐中的剩余固體中，再向反應釜中加入1-H-3-甲基咪唑硫酸氫鹽離子液體調節料液pH值至I. 0-2. 0，將溫度升至50-55°C，開啟攪拌，逐步升溫攪拌使殼聚糖溶解，控制反應溫度90°C，保溫3. 5-4. 0小時，降解完成后，投入適量的活性炭，80°C下脫色I小時，抽濾，真空濃縮去除所有水分，加入3倍體積乙醇，攪拌I. 5小時，室溫靜置2小時，析出結晶，3倍體積乙醇浸泡，甩干，50°C烘干得氨基葡萄糖硫酸鹽。實施例I取IOKg殼聚糖于反應釜中，加入50Kg蒸純化水，向反應釜中加入1-H-3-甲基咪唑硫酸氫鹽離子液體10. 3L，使溶液pH值為3. 0，將溫度升至30°C，開啟攪拌，加入600mL濃度為體積比為30%的雙氧水，控制反應溫度30°C,保溫6小時，反應結束后,靜置冷卻至室溫后，傾出上清液，加入氫氧化鈉將上清液PH值調至7. 0，得粗品低分子殼聚糖溶液，反應釜中不溶性固體保留備用；用3KD與IKD的Millipore超濾膜分別對粗品低分子殼聚糖水溶液進行快速超濾，得分子量為1000-3000的低分子殼聚糖。將純化后的低分子殼聚糖料液用0. 45微米的微孔濾膜過濾，冷凍干燥32小時后得低分子殼聚糖成品，經測定平均分子量為2343，分子量在2000-3000的重量比率為72%。將步驟3)中超濾截出液51L加入步驟2)反應罐中的剩余固體中，再向反應釜中加入飽和1-H-3-甲基咪唑硫酸氫鹽離子溶液
4.5L，使料液pH值為2. 0，將溫度升至50°C，開啟攪拌，逐步升溫，攪拌使殼聚糖溶解，控制料液溫度為90°C，保溫3. 5小時，降解完成后，投入IOOg粒度為100目的活性炭，80°C下脫色I小時,抽濾,真空濃縮去除所有水分,加入3倍體積乙醇，攪拌I. 5小時，室溫靜置2小時，析出結晶，3倍體積乙醇浸泡，甩干，50°C烘干得氨基葡萄糖硫酸鹽，經HPLC測定純度為99. 8 %。根據所得低分子殼聚糖與硫酸氨基葡萄糖計算得原料殼聚糖轉化率為90. I %。實施例2取IOKg殼聚糖于反應釜中，加入50Kg純化水，向反應釜中加入飽和1_H_3-甲基 咪唑硫酸氫鹽溶液9. 5L，使溶液pH值為4. 0，將溫度升至35°C，開啟攪拌，加入700mL濃度為體積比為30%的雙氧水,控制反應溫度30°C,保溫8小時,反應結束后,靜置冷卻至室溫后，傾出上清液，加入飽和氫氧化鈉溶液將上清液PH值中和至7. 0，得粗品低分子殼聚糖溶液，反應釜中不溶性固體保留備用；采用3KD與IKD的Millipore超濾膜分別對粗品低分子殼聚糖水溶液進行快速超濾，得分子量為1000-3000的低分子殼聚糖。將純化后的低分子殼聚糖料液用0. 45微米的微孔濾膜過濾，冷凍干燥32小時后得低分子殼聚糖成品。經測定平均分子量為2215，分子量在2000-3000的重量比率為70%。將步驟3)中超濾截出液45L加入步驟2)反應罐中的剩余固體中，再向反應釜中加入飽和1-H-3-甲基咪唑硫酸氫鹽溶液4. 8L使pH值為I. 5，將溫度升至55°C，開啟攪拌，逐步升溫攪拌使殼聚糖溶解，控制反應溫度90°C，保溫4小時，降解完成后，投入IOOg粒度為100目的活性炭，80°C下脫色I小時，抽濾，真空濃縮去除所有水分，加入3倍體積乙醇，攪拌I. 5小時，室溫靜置2小時，析出結晶，3倍體積乙醇浸泡，甩干，50°C烘干得氨基葡萄糖硫酸鹽，經HPLC測定純度為99. 8 %。根據所得低分子殼聚糖與硫酸氨基葡萄糖計算得原料殼聚糖轉化率為93.6%。實施例3取IOKg殼聚糖于反應釜中，加入50Kg蒸餾水，向反應釜中加入飽和1_H_3-甲基咪唑硫酸氫鹽溶液9. 2L，使溶液pH值為5. 0，將溫度升至40°C，開啟攪拌，加入750mL濃度為體積比為30%的雙氧水,控制反應溫度35°C ,保溫12小時,反應結束后,靜置冷卻至室溫后，傾出上清液，加入氫氧化鈉將上清液PH值調至7. 0，得粗品低分子殼聚糖溶液，反應釜中不溶性固體保留備用；用3 KD與IKD的Millipore超濾膜分別對粗品低分子殼聚糖溶液進行快速超濾，得分子量為1000-3000的低分子殼聚糖，用0. 45微米的微孔濾膜過濾，冷凍干燥32小時后得低分子殼聚糖成品。經測定平均分子量為2215，分子量在2000-3000的重量比率為71%。將步驟3)中超濾截出液43L加入步驟2)反應罐中的剩余固體中，再向反應釜中加入飽和1-H-3-甲基咪唑硫酸氫鹽溶液5. 2L，使pH值為I. 0，將溫度升至55°C，開啟攪拌，逐步升溫攪拌使殼聚糖溶解，控制反應溫度90°C，保溫4小時，水解完成后，投入IOOg粒度為100目的活性炭，80°C下脫色I小時，抽濾，真空濃縮去除所有水分，加入3倍體積乙醇，攪拌1. 5小時，室溫靜置2小時，析出結晶，3倍體積乙醇浸泡，甩干，50°C烘干得氨基葡萄糖 硫酸鹽，經HPLC測定純度為99. 8%。根據所得低分子殼聚糖與硫酸氨基葡萄糖計算得原料殼聚糖轉化率為95.2%。
權利要求
1.一種低分子殼聚糖與氨基葡萄糖硫酸鹽的聯產工藝，其特征在于包括以下步驟(A)通過控制降解、超濾制備低分子殼聚糖；(B)利用超濾截出副產物與第一步控制降解產生的不溶性固體為原料，在強酸性水溶液中徹底降解制備單糖氨基葡萄糖硫酸鹽。
2.權利要求I所述的聯產工藝，其特征在于采用含有硫酸氫鹽的酸性離子液體作為酸性調節劑，在殼聚糖水溶液中加入所述含有硫酸氫鹽的酸性離子液體，并且將殼聚糖水溶液的pH值調節至3. 0-5.0。
3.權利要求2所述的聯產工藝，其特征在于所述含有硫酸氫鹽的酸性離子液體選自1-H-3-甲基咪唑硫酸氫鹽離子液體、I-丙基磺酸基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽離子液體、I-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽離子液體或正丁基吡啶硫酸氫鹽離子液體的一種或幾種。
4.權利要求2所述的聯產工藝，其特征在于所述含有硫酸氫鹽的酸性離子液體為1-H-3-甲基咪唑硫酸氫鹽離子液體。
5.權利要求2-4任一頂所述的聯產工藝，其特征在于在所述殼聚糖水溶液中加入體積濃度為30%的雙氧水，其加入量為料液體積的I. 0% -3. 0%，降解時，料液溫度保持在300C _40°C，攪拌反應時間為6-12小時。
6.權利要求5所述的聯產工藝，其特征在于采用超濾方法對低分子肝素粗品進行純化，采用3KD與IKD的超濾膜分別對粗品低分子殼聚糖溶液進行快速超濾，得到分子量主要分布在2000-3000范圍內的低分子殼聚糖。
7.權利要求6所述的聯產工藝，其特征在于在步驟(B)中，將超濾截出液加入步驟(A)控制降解后剩余的不溶性固體中，再向反應釜中加入含有硫酸氫鹽的酸性離子液體使pH達到2. 0以下，并將溫度升至50°C _55°C，開啟攪拌，逐步升溫攪拌使不溶性固體溶解，控制反應溫度90°C，保溫3. 5-4. 0小時，水解完成后，加入活性炭脫色，重結晶，烘干后得氨基葡萄糖硫酸鹽。
8.一種低分子殼聚糖與氨基葡萄糖硫酸鹽的聯產工藝，其特征在于包括以下步驟 (1)將殼聚糖轉入反應釜中，加入純化水后用含有硫酸氫鹽的酸性離子液體將純化水pH值調至3. 0-5. 0，加入體積濃度為30%的雙氧水，加入量為料液體積的I. 0% -3. 0%，攪拌混合均勻； (2)在反應釜中將料液加熱至30°C_40°C，攪拌保溫6-12小時，反應結束后，靜置冷卻至室溫后，傾出上清液，加入飽和氫氧化鈉溶液將上清液PH值調至7. 0-7. 5，得粗品低分子殼聚糖溶液；同時反應釜中不溶性固體繼續放置在反應釜中備用； (3)采用3KD與IKD的超濾膜分別對粗品低分子殼聚糖水溶液進行快速超濾，得到分子量分布在2000-3000的低分子殼聚糖；將純化后的低分子殼聚糖溶液用0. 45微米的微孔濾膜過濾，冷凍干燥后得到低分子殼聚糖產品； (4)將步驟(3)中超濾截出液加入步驟(2)反應釜中的剩余固體中，再向反應釜中加入含有硫酸氫鹽的酸性離子液體調節料液PH值至1.0-2.0，將溫度升至50-551，開啟攪拌，逐步升溫攪拌使殼聚糖溶解，控制反應溫度90°C，保溫3. 5-4. 0小時，降解完成后，投入適量活性炭，在80°C下脫色I小時，抽濾，真空濃縮去除所有水分，加入3倍體積乙醇，攪拌I.5小時，室溫靜置2小時，析出結晶，3倍體積乙醇浸泡，甩干，在50°C烘干得氨基葡萄糖硫酸鹽。
9.權利要求I所述的聯產工藝，其特征在于所述含有硫酸氫鹽的酸性離子液體為1-H-3-甲基咪唑硫 酸氫鹽離子液體。
全文摘要
本發明涉及一種低分子殼聚糖與氨基葡萄糖硫酸鹽的聯產工藝，包括以下步驟(A)通過控制降解、超濾制備低分子殼聚糖；(B)利用超濾截出副產物與第一步控制降解產生的不溶性固體為原料，在強酸性水溶液中徹底降解制備單糖氨基葡萄糖硫酸鹽。本發明所述的聯合工藝首先利用化學控制降解技術制備低分子殼聚糖然后利用降解低分子殼聚糖產生的副產物，經進一步徹底降解得到氨基葡萄糖硫酸鹽，實現了低分子殼聚糖與氨基葡萄糖的聯產，該方法既可充分利用殼聚糖資源又有利于降低污染、節約成本，具有重要的經濟價值。
文檔編號C08B37/08GK102807630SQ20121021121
公開日2012年12月5日 申請日期2012年6月26日 優先權日2012年6月26日
發明者李 榮, 郭林, 李加耀, 陳少鵬 申請人:東營天東制藥有限公司