從海洋生物功能糖中制備寡糖的電化學反應器及制備方法
【專利摘要】本發明提供了從海洋生物功能糖中制備寡糖的電化學反應器及制備方法，屬于電解領域。它解決了現有并沒有通過電化學反應來從海洋生物功能糖中制得寡糖的技術等技術問題。本從海洋生物功能糖中制備寡糖的電化學反應器，包括具有空腔的反應槽，反應槽內固定有兩塊隔板，兩塊隔板將空腔分隔成三個腔室，三個腔室為反應腔和分別位于反應腔兩側的流動腔，兩塊隔板上開有連通反應腔和流動腔的流通孔，反應腔內設有極板組件。該電化學反應器具有易于實現集成控制與優化的優點。從海洋生物功能糖中制備寡糖的制備方法，包括A、進料；B、反應；C、出料；D、分離和收集。該制備方法具有能從海洋生物功能糖里提取寡糖的優點。
【專利說明】從海洋生物功能糖中制備寡糖的電化學反應器及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電解領域，涉及一種電化學反應器，特別是一種從海洋生物功能糖中制備寡糖的電化學反應器；本發明還涉及一種從海洋生物功能糖中制備寡糖的制備方法，屬于有機化學領域。
【背景技術】
[0002]海洋生物廣泛分布在海洋中，因此資源非常豐富，目前并沒有成熟的技術通過電化學反應來從海洋生物功能糖中制得寡糖。
[0003]同時目前的電化學反應器可控性角度，無法滿足從海洋生物功能糖中制得寡糖的要求,例如中國專利文獻公開的高效電化學反應器【CN101654294A】，包括槽體，槽體內平行排列若干極板。該類電化學反應器中極板之間的溶液流動非常不順暢，導致每個極板之間的反應情況均不相同，出現反應液反應不充分、不均勻的情況，導致在反應后無法控制反應液內產物的濃度，可控程度較低。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對現有的技術存在上述問題，提出了一種從海洋生物功能糖中制備寡糖的電化學反應器，本發明解決的技術問題是提高電化學反應的可控程度。
[0005]本發明還提出了一種從海洋生物功能糖中制備寡糖的制備方法，該發明解決的另一個技術問題是能從海洋生物功能糖中制備寡糖。
[0006]本發明解決的第一個技術問題可通過下列技術方案來實現:
[0007]從海洋生物功能糖中制備寡糖的電化學反應器，包括具有空腔的反應槽，所述反應槽內固定有兩塊隔板，兩塊隔板將空腔分隔成三個腔室，三個腔室為反應腔和分別位于反應腔兩側的流動腔，兩塊所述隔板上開有連通反應腔和流動腔的流通孔，所述反應腔內設有極板組件，極板組件包括兩塊平行設置的邊極板和位于兩塊邊極板之間的若干內極板，兩塊邊極板上均開有用于安裝電極的安裝孔，所述內極板與邊極板平行，所述內極板和邊極板均與隔板垂直，所述內極板和邊極板之間設有將內極板和邊極板定位在反應腔的定位結構。
[0008]將需要反應的溶液輸入空腔內，溶液均勻分布在反應腔和流動腔內，在反應時接通連接在兩個邊極板上的電極，溶液在邊極板和內極板之間反應產生寡糖，此時溶液不斷在反應腔和流動腔內流動，同時也在邊極板和內極板以及內極板之間流動，使得產生的寡糖能均勻分散在空腔內的溶液內，邊極板和內極板以及內極板之間的溶液不至于出現寡糖濃度不均勻的情況，使反應具有極強的選擇性，防止可能發生的副反應，增加反應的可控性；邊極板和內極板以及內極板之間的溶液保持一致的反應效率，使溶液能反應充分，增加了反應效率。
[0009]在上述的從海洋生物功能糖中制備寡糖的電化學反應器中，所述定位結構包括絕緣材料制成的定位桿，所述定位桿與隔板平行，所述定位桿的兩端分別與反應槽的槽壁抵靠，所述內極板和邊極板上均開有定位孔，所述定位孔的孔徑大小與定位桿的直徑大小相同，所述定位桿穿過每個內極板和邊極板上的定位孔，所述定位桿上設有若干定位套，所述定位套分別位于內極板與邊極板以及相鄰內極板之間。定位桿采用塑料制成，起到絕緣的作用；定位桿將內極板和邊極板連接在一起，使得內極板和邊極板始終保持平行，同時防止內極板和邊極板傾斜；定位套能固定內極板與邊極板以及相鄰內極板之間間隙大小，同時可根據實際生產需求更換不同長度的定位套以調節內極板與邊極板以及相鄰內極板之間間隙大小；固定桿與反應槽的槽壁抵靠使內極板和邊極板固定在反應腔內，避免在輸入或倒出溶液時出現移位，保證每次電化學反應的一致性，保證反應的可控性，且能實現連續生產。
[0010]在上述的從海洋生物功能糖中制備寡糖的電化學反應器中，所述定位桿穿出邊極板的兩端均設有固定套，兩塊邊極板分別與固定套抵靠，所述固定套的側面開設有固定孔，定位桿上開有與固定孔對應的安裝孔，固定套通過止退銷穿過固定孔和安裝孔固定在定位桿上。位于定位桿兩端的固定套將內極板和邊極板以及位于內極板和邊極板與相鄰內極板之間的定位套夾緊，使得內極板、邊極板和定位套之間緊密連接，內極板之間以及內極板與邊極板不會出現偏移，使電化學反應穩定進行，從而增加反應的可控性。
[0011]在上述的從海洋生物功能糖中制備寡糖的電化學反應器中，所述定位桿具有三根，內極板和邊極板上均開有三個定位孔，三個定位孔間依次連線形成等腰三角形，三根定位桿分別穿過內極板和邊極板上對應的定位孔。該結構使內極板和邊極板呈以整體，內極板之間以及內極板與邊極板不會出現偏移，使電化學反應穩定進行，從而增加反應的可控性。
[0012]在上述的從海洋生物功能糖中制備寡糖的電化學反應器中，所述安裝孔開設有邊極板的上端面的中部，安裝孔的孔壁上開有內螺紋。電極螺紋連接在安裝孔上，安裝孔的位置方便電極的安裝，該結構使邊極板上的電勢分布均勻，使邊極板和內極板以及內極板之間的溶液反應保持一致，增加反應的可控性。
[0013]在上述的從海洋生物功能糖中制備寡糖的電化學反應器中，兩塊所述內極板與邊極板的間隙以及相鄰內極板之間間隙在兩塊隔板上均具有相連通的流通孔。該結構能在反應時保證位于內極板與邊極板以及相鄰內極板之間間隙的溶液能在空腔內自由流動，使得產生的寡糖能均勻分散在空腔內的溶液內；邊極板和內極板以及內極板之間的溶液保持一致的反應效率,增加反應的可控性。
[0014]本發明解決的第二個技術問題可通過下列技術方案來實現:
[0015]從海洋生物功能糖中制備寡糖的制備方法，包括以下步驟:
[0016]A、進料:將適量的含海洋生物功能糖的混合溶液從儲罐輸送至電化學反應器的反應槽內，輸入的殼聚糖氯化鈉混合溶液的量根據電化學反應器上的液位計來判斷；
[0017]B、反應:將電化學反應器上兩個邊極板上的電極與恒流電源連接，對電化學反應器內的含海洋生物功能糖的混合溶液進行電化學降解，反應時間為T ；
[0018]C、出料:將反應完成的含有寡糖和單糖的反應產物溶液從電化學反應器輸送至儲液罐內儲存，并實時檢測反應產物溶液內寡糖的濃度；
[0019]D、分離和收集:將反應產物溶液從儲液罐輸送至層析柱，層析柱具有若干根，層析柱之間依次串連連接，反應產物溶液依次通過若干根層析柱，反應產物溶液在每根層析柱內均依次進行吸附寡糖、洗脫單糖、洗脫寡糖和收集洗脫出來的寡糖。
[0020]含海洋生物功能糖的混合溶液為殼聚糖氯化鈉混合溶液，輸入適量的混合溶液能使電化學反應器效率最大化，通過電化學反應器對含海洋生物功能糖的混合溶液電化學降解產生具有寡糖和單糖的反應產物溶液，再通過色譜分離的方式將寡糖分離出來并收集，從而在含海洋生物功能糖的混合溶液中制備出寡糖；串連的層析柱依次連續的對反應產物溶液進行色譜分離，能連續收集寡糖，效率高。
[0021]在上述的從海洋生物功能糖中制備寡糖的制備方法中，步驟C中，實時檢測的寡糖的濃度的數據傳輸至PID控制器，PID控制器將數據與預設的數據進行比較，并將比較結果傳輸至PLC控制器上，通過PLC控制器控制電極與恒流電源連接時間，從而控制電化學反應器的反應時間T。儲液罐內反應產物溶液內寡糖的濃度能直接反應出電化學反應器內的反應情況，檢測到寡糖的濃度較低時PID控制器發出信號給PLC控制器，PLC控制器控制增加電極與恒流電源連接時間，增加反應時間T使得含海洋生物功能糖的混合溶液充分反應；或者調節電化學反應器內內極板與邊極板以及相鄰內極板之間間隙的大小，從而加快或者減慢反應的速率來使得混合溶液充分反應。
[0022]在上述的從海洋生物功能糖中制備寡糖的制備方法中，步驟D中通過通過弱酸聚丙烯酸類型樹脂來吸附寡糖；通過去離子水洗脫單糖；通過鹽酸將吸附的寡糖洗脫出來，鹽酸的濃度為0.07mol/l?0.13mol/l。弱酸聚丙烯酸類型樹脂對聚合度為6左右的寡糖具有較強的吸附作用，對單糖及反應產物溶液內的其它物質則沒有吸附作用，因此采用弱酸聚丙烯酸類型樹脂吸附寡糖效率高；被弱酸聚丙烯酸類型樹脂吸附的寡糖可通過鹽酸洗脫出來；先將單糖洗脫再洗脫寡糖提高收集寡糖的純度。
[0023]在上述的從海洋生物功能糖中制備寡糖的制備方法中，步驟D中在收集完寡糖后通過去離子水將層析柱沖洗至中性。該步驟使得層析柱能循環連續分離寡糖。
[0024]與現有技術相比，本從海洋生物功能糖中制備寡糖的電化學反應器具有使得產生的寡糖能均勻分散在空腔內的溶液內，使邊極板和內極板以及內極板之間的溶液保持一致的反應效率，使溶液能反應充分，增加了反應效率；調節內極板與邊極板以及相鄰內極板之間間隙大小可調節電勢，或者通過控制電流參數，使反應具有極強的選擇性，防止可能發生的副反應，降解產物的官能團、結構單元基本沒有改變；同時本電化學反應器積小、操作簡單、產率高，沒有或很少產生污染整個過程的可控程度和自動控制水平都較高，易于實現集成控制與優化的優點。
[0025]本從海洋生物功能糖中制備寡糖的制備方法具有能從海洋生物功能糖里提取寡糖的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是本電化學反應器的俯視截面示意圖。
[0027]圖2是圖1中A-A的剖視結構示意圖。
[0028]圖3是圖1中B-B的剖視結構示意圖。
[0029]圖4是圖1中C部的放大結構示意圖。
[0030]圖中，1、反應槽；la、反應腔；lb、流動腔；2、隔板；2a、流通孔；3、邊極板；3a、安裝孔；4、內極板；5、定位桿；51、定位套；52、固定套；53、止退銷；6、液位計；7、絲座。
【具體實施方式】
[0031]以下是本發明的具體實施例并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明并不限于這些實施例。
[0032]實施例一
[0033]從海洋生物功能糖中制備寡糖的電化學反應器，如圖1至圖3所示，包括具有空腔的反應槽1，反應槽I內固定有兩塊隔板2，兩塊隔板2將空腔分隔成三個腔室，三個腔室為反應腔Ia和分別位于反應腔Ia兩側的流動腔Ib，兩塊隔板2上開有連通反應腔Ia和流動腔Ib的流通孔2a，反應腔Ia內設有極板組件，極板組件包括兩塊平行設置的邊極板3和位于兩塊邊極板3之間的若干內極板4，本實施例一中內極板4具有七塊；兩塊邊極板3上均開有用于安裝電極的安裝孔3a，安裝孔3a開設有邊極板3的上端面的中部，安裝孔3a的孔壁上開有內螺紋，電極采用常用的Pb板和石墨制成，對反應液不會產生污染。內極板4與邊極板3平行，內極板4和邊極板3均與隔板2垂直，兩塊內極板4與邊極板3的間隙以及相鄰內極板4之間間隙在兩塊隔板2上均具有相連通的流通孔2a。內極板4和邊極板3之間設有將內極板4和邊極板3定位在反應腔Ia的定位結構。
[0034]如圖1至圖4所示，定位結構包括采用塑料制成起到絕緣的作用定位桿5，定位桿5與隔板2平行，定位桿5的兩端分別與反應槽I的槽壁抵靠，內極板4和邊極板3上均開有定位孔，定位孔的孔徑大小與定位桿5的直徑大小相同。作為優選，本實施例一中定位桿5具有三根，內極板4和邊極板3上均開有三個定位孔，三個定位孔間依次連線形成等腰三角形，三根定位桿5分別穿過內極板4和邊極板3上對應的定位孔。定位桿5上設有八個定位套51，定位套51分別位于內極板4與邊極板3以及相鄰內極板4之間，定位套51能固定內極板4與邊極板3以及相鄰內極板4之間間隙大小，同時可根據實際生產需求更換不同長度的定位套51以調節內極板4與邊極板3以及相鄰內極板4之間間隙大小。定位桿5穿出邊極板3的兩端均設有固定套52，兩塊邊極板3分別與固定套52抵靠，固定套52的側面開設有固定孔，定位桿5上開有與固定孔對應的安裝孔3a，固定套52通過止退銷53穿過固定孔和安裝孔3a固定在定位桿5上。
[0035]如圖1和圖2所示,反應槽I的外側壁上固定液位計6,液位計6的進液口與反應槽I的槽底面齊平，液位計6的上端高于反應槽1，液位計6采用透明塑料制成，可通過觀察液位計6內液位的高度判斷反應槽I內溶液的高度；反應槽I的外側壁上還固定有絲座7，絲座7用于安裝電源的正負極。
[0036]本從海洋生物功能糖中制備寡糖的制備方法，包括以下步驟:
[0037]A、進料:將適量的含海洋生物功能糖的混合溶液從儲罐輸送至電化學反應器的反應槽I內，含海洋生物功能糖的混合溶液為殼聚糖氯化鈉混合溶液，輸入的殼聚糖氯化鈉混合溶液的量根據電化學反應器上的液位計6來判斷；
[0038]B、反應:將電化學反應器上兩個邊極板3上的電極與恒流電源連接，對電化學反應器內的含海洋生物功能糖的混合溶液進行電化學降解，調節電化學反應器內內極板4與邊極板3以及相鄰內極板4之間間隙的大小，從而加快或者減慢反應的速率來使得混合溶液充分反應，反應時間為T ；
[0039]C、出料:將反應完成的含有寡糖和單糖的反應產物溶液從電化學反應器輸送至儲液罐內儲存，并實時檢測反應產物溶液內寡糖的濃度，實時檢測的寡糖的濃度的數據傳輸至PID控制器，PID控制器將數據與預設的數據進行比較，并將比較結果傳輸至PLC控制器上，通過PLC控制器控制電極與恒流電源連接時間，從而控制電化學反應器的反應時間T，本實施例一中反應時間T的優選為兩小時。
[0040]D、分離和收集:將反應產物溶液從儲液罐輸送至層析柱，層析柱具有若干根，本實施例一中層析柱具有八根，八根層析柱之間依次串連連接，反應產物溶液依次通過八根層析柱，反應產物溶液在每根層析柱內均依次進行吸附寡糖、洗脫單糖、洗脫寡糖和收集洗脫出來的寡糖；在收集完寡糖后通過去離子水將層析柱沖洗至中性。
[0041]步驟D中通過通過弱酸聚丙烯酸類型樹脂來吸附寡糖；通過去離子水洗脫單糖；通過鹽酸將吸附的寡糖洗脫出來，鹽酸的濃度為0.lmol/1。弱酸聚丙烯酸類型樹脂對聚合度為6左右的寡糖具有較強的吸附作用，對單糖及反應產物溶液內的其它物質則沒有吸附作用，因此采用弱酸聚丙烯酸類型樹脂吸附寡糖效率高；被弱酸聚丙烯酸類型樹脂吸附的寡糖可通過鹽酸洗脫出來；先將單糖洗脫再洗脫寡糖提高收集寡糖的純度。
[0042]輸入適量的混合溶液進入反應槽I的空腔內，能使電化學反應器效率最大化，混合溶液均勻分布在反應腔Ia和流動腔Ib內，在反應時接通連接在兩個邊極板3上的電極，含海洋生物功能糖的混合溶液在邊極板3和內極板4之間反應產生寡糖和單糖的反應產物溶液，溶液不斷在反應腔Ia和流動腔Ib內流動，同時也在邊極板3和內極板4以及內極板4之間流動，使得產生的寡糖能均勻分散在空腔內的溶液內，邊極板3和內極板4以及內極板4之間的溶液不至于出現寡糖濃度不均勻的情況，使邊極板3和內極板4以及內極板4之間的溶液保持一致的反應效率，使溶液能反應充分；通過色譜分離的方式將寡糖分離出來并收集，從而在含海洋生物功能糖的混合溶液中制備出寡糖；串連的層析柱依次連續的對反應產物溶液進行色譜分離，能連續收集寡糖，效率高。
[0043]實施例二
[0044]本實施例同實施例一的結構及原理基本相同，不一樣的地方在于:定位結構包括定位板，定位板上開有若干插槽，插槽等間距設置，邊極板和內極板的下端均卡接在插槽內，定位板固定在反應槽位于反應腔的槽底面上。
[0045]實施例三
[0046]本實施例同實施例一的結構及原理基本相同，不一樣的地方在于:步驟D中通過0.07mol/l的鹽酸將吸附的寡糖洗脫出來。
[0047]實施例四
[0048]本實施例同實施例一的結構及原理基本相同，不一樣的地方在于:步驟D中通過
0.13mol/l的鹽酸將吸附的寡糖洗脫出來。
[0049]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬【技術領域】的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
【權利要求】
1.從海洋生物功能糖中制備寡糖的電化學反應器，包括具有空腔的反應槽(1)，所述反應槽(I)內固定有兩塊隔板(2)，兩塊隔板(2)將空腔分隔成三個腔室，三個腔室為反應腔(Ia)和分別位于反應腔(Ia)兩側的流動腔(Ib)，兩塊所述隔板(2)上開有連通反應腔(Ia)和流動腔(Ib)的流通孔(2a)，所述反應腔(Ia)內設有極板組件，極板組件包括兩塊平行設置的邊極板(3)和位于兩塊邊極板(3)之間的若干內極板(4)，兩塊邊極板(3)上均開有用于安裝電極的安裝孔(3a)，所述內極板(4)與邊極板(3)平行，所述內極板(4)和邊極板⑶均與隔板⑵垂直，所述內極板⑷和邊極板⑶之間設有將內極板⑷和邊極板(3)定位在反應腔(Ia)的定位結構。
2.根據權利要求1所述的從海洋生物功能糖中制備寡糖的電化學反應器，其特征在于，所述定位結構包括絕緣材料制成的定位桿(5)，所述定位桿(5)與隔板(2)平行，所述定位桿(5)的兩端分別與反應槽(I)的槽壁抵靠，所述內極板(4)和邊極板(3)上均開有定位孔，所述定位孔的孔徑大小與定位桿(5)的直徑大小相同，所述定位桿(5)穿過每個內極板(4)和邊極板(3)上的定位孔，所述定位桿(5)上設有若干定位套(51)，所述定位套(51)分別位于內極板⑷與邊極板(3)以及相鄰內極板⑷之間。
3.根據權利要求2所述的從海洋生物功能糖中制備寡糖的電化學反應器，其特征在于，所述定位桿(5)穿出邊極板(3)的兩端均設有固定套(52)，兩塊邊極板(3)分別與固定套(52)抵靠，所述固定套(52)的側面開設有固定孔，定位桿(5)上開有與固定孔對應的安裝孔(3a)，固定套(52)通過止退銷(53)穿過固定孔和安裝孔(3a)固定在定位桿(5)上。
4.根據權利要求2所述的從海洋生物功能糖中制備寡糖的電化學反應器，其特征在于，所述定位桿(5)具有三根，內極板(4)和邊極板(3)上均開有三個定位孔，三個定位孔間依次連線形成等腰三角形，三根定位桿(5)分別穿過內極板(4)和邊極板(3)上對應的定位孔。
5.根據權利要求1至4中任意一項所述的從海洋生物功能糖中制備寡糖的電化學反應器，其特征在于，所述安裝孔(3a)開設有邊極板(3)的上端面的中部，安裝孔(3a)的孔壁上開有內螺紋。
6.根據權利要求1至4中任意一項所述的從海洋生物功能糖中制備寡糖的電化學反應器，其特征在于，兩塊所述內極板(4)與邊極板(3)的間隙以及相鄰內極板(4)之間間隙在兩塊隔板(2)上均具有相連通的流通孔(2a)。
7.從海洋生物功能糖中制備寡糖的制備方法，包括以下步驟: A、進料:將適量的含海洋生物功能糖的混合溶液從儲罐輸送至電化學反應器的反應槽(I)內，輸入的殼聚糖氯化鈉混合溶液的量根據電化學反應器上的液位計(6)來判斷； B、反應:將電化學反應器上兩個邊極板(3)上的電極與恒流電源連接，對電化學反應器內的含海洋生物功能糖的混合溶液進行電化學降解，反應時間為T ； C、出料:將反應完成的含有寡糖和單糖的反應產物溶液從電化學反應器輸送至儲液罐內儲存，并實時檢測反應產物溶液內寡糖的濃度； D、分離和收集:將反應產物溶液從儲液罐輸送至層析柱，層析柱具有若干根，層析柱之間依次串連連接，反應產物溶液依次通過若干根層析柱，反應產物溶液在每根層析柱內均依次進行吸附寡糖、洗脫單糖、洗脫寡糖和收集洗脫出來的寡糖。
8.根據權利要求7所述的從海洋生物功能糖中制備寡糖的制備方法，其特征在于，步驟C中，實時檢測的寡糖的濃度的數據傳輸至PID控制器，PID控制器將數據與預設的數據進行比較，并將比較結果傳輸至PLC控制器上，通過PLC控制器控制電極與恒流電源連接時間，從而控制電化學反應器的反應時間T。
9.根據權利要求7所述的從海洋生物功能糖中制備寡糖的制備方法，其特征在于，步驟D中通過通過弱酸聚丙烯酸類型樹脂來吸附寡糖；通過去離子水洗脫單糖；通過鹽酸將吸附的寡糖洗脫出來，鹽酸的濃度為0.07mol/l?0.13mol/l。
10.根據權利要求7所述的從海洋生物功能糖中制備寡糖的制備方法，其特征在于，步驟D中在收集完寡糖后通過去離子水將層析柱沖洗至中性。
【文檔編號】C25B15/04GK104233365SQ201410525615
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月8日 優先權日:2014年10月8日
【發明者】林海波, 潘萬貴 申請人:林海波, 潘萬貴, 臺州職業技術學院