超聲波/微波聯用制備低聚窄分子量分布殼聚糖的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于低聚殼聚糖制備技術與應用領域，具體涉及一種超聲波與微波聯用，控制過氧化氫原位氧化，降解制備低聚窄分子量分布殼聚糖的方法。
【背景技術】
[0002]殼聚糖是一個天然的線性多糖，由氨基葡萄糖和乙酰氨基葡萄糖通過β -1, 4糖苷鍵連接而成，由甲殼素脫乙酰化得到。甲殼素的年生物產量極為豐富，屬于天然可再生資源。殼聚糖安全無毒、具有良好的生物兼容性、在農業，食品醫藥，材料科學領域具有極大的應用。低分子量殼聚糖和殼寡糖是殼聚糖的降解產物，與殼聚糖相比水溶性大為提高，利于生物體吸收和利用。具有多種生理活性，如抗腫瘤，抗菌，抗炎，抗氧化，調節血糖血脂，增強免疫力，活化腸道菌群等。近年來研究發現不同聚合度的低聚殼聚糖可引起植物/作物/動物細胞的自身免疫應答，提高植物/作物抗旱、抗寒、抗病等能力，還可影響一些動物細胞的信號傳遞。但這些作用與殼聚糖的聚合度(DP)密切相關，DP過小或過大都是無用的浪費。而現有國內外相關通過降解制備的低聚殼聚糖通常忽略了這些因素，只是降到水能溶解即可(李鵬程，李克成，邢榮娥等.一種降解殼聚糖的方法.申請號:201210197107.0)，保證不了分子量分布指數、活性氨基保持率等近期研究確認的重要參數。
[0003]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的氧化降解法，包括H202氧化法、H202-NaC102法、H202-HC1法、和其他一些氧化降解法也存在一定的缺陷。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(I: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尚含量的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】
[0004]本發明的目的是提供一種超聲波/微波聯用，協同控制過氧化氫催化氧化降解制備低聚窄分子量分布殼聚糖的一種簡便方法。
[0005]為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
一種超聲波/微波聯用制備低聚窄分子量分布殼聚糖的方法，包括如下步驟:
(O以高分子量殼聚糖為原料，經稀酸溶解得殼聚糖溶液；
(2)向步驟(I)得到的殼聚糖溶液中加入雙氧水，于40-70°C的溫度下機械攪拌6-24h后，利用超聲波振蕩10-20min，使溶液混合均勻；
(3)開啟微波，40-90°C加熱控制反應溫度降解0.5-720min ；
(4)步驟(3)所得的降解產物用堿液調節pH至6-8，真空濃縮、醇沉，離心后收集沉淀，冷凍干燥，得到不同聚合度的分子量分布指數低的低聚窄分子量分布殼聚糖。
[0006]步驟(I)中，所述高分子量殼聚糖經稀酸溶解，是將高分子量殼聚糖溶解在稀的無機酸或有機酸中，所得殼聚糖溶液的質量百分濃度為1% _5%，所述的酸為甲酸、乙酸、食用醋酸、鹽酸、硫酸或乳酸。
[0007]步驟(2)中，所述雙氧水的加入量為殼聚糖溶液體積的0.01% -1% ;所述雙氧水的質量百分濃度為10-20%。
[0008]步驟(2)中，所述超聲波功率為每升液體的微波功率0.05-1000W，超聲波發生源1-10個，含各種形狀的超聲波發生器。
[0009]步驟(3)中，所述微波功率為每升液體的微波功率0.05-1000W，含各種功率和形狀的微波發生器。
[0010]步驟(4)中，所述分子量分布指數低的低聚窄分子量分布殼聚糖產物的聚合度為4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、16、20，分子量分布指數為1.03-1.30，相應分子量為710-3600。
[0011]反應原理:過氧化氫可以解離出活性氧(如羥基自由基和超氧陰離子自由基等)，微波照射可加速這一過程。我們的早期研究還發現，在稀酸溶液及還原性有機物質(包括糖類物質)存在時，室溫時過氧化氫的氧化能力并不強。但這樣的體系在微波照射下、溫度為60°C左右時，殼聚糖會加速降解，達到Fenton反應產生自由基的效果。因此，利用這一現象，先把原料稀酸溶液加入定mole量的過氧化氫，室溫下先機械攪拌均勻，再經超聲波震蕩一定時間，使過氧化氫精細均勻的分布在殼聚糖鏈的周圍，即形成超均勻的自由基爆發點。產生的自由基會立即攻擊最近的糖苷鍵，使高分子糖鏈同時裂解，均勻的分布、同時裂解是得到低聚在分子量分布殼聚糖的前提條件。
[0012]本發明的有益效果為:
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，超聲波/微波聯用，協同控制過氧化氫催化氧化降解制備低聚窄分子量殼聚糖，反應速率高，反應時間短，操作極為簡單。
[0013]2.可在較低溫度下，通過控制氧化劑的用量、微波功率、降解時間得到所需降解范圍的低聚窄分子量分布殼聚糖。操作簡便、無污染、所選用試劑廉價易得、所得產品在實際