專利名稱：：自升溫氧化降解制備殼寡糖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種利用反應(yīng)自升溫使反應(yīng)體系維持在較低適宜溫度進(jìn)行氧化降解制備殼寡糖的方法。技術(shù)背景殼聚糖是由甲殼素經(jīng)脫乙?；磻?yīng)制得的脫乙酰度達(dá)70%以上的氨基葡萄糖多糖，分子中含有游離氨基，是天然多糖中唯一的堿性多糖。殼聚糖的分子量通常在幾十萬左右，因其分子中氫鍵的作用，只能溶于少數(shù)稀酸溶液中，而不能直接溶于水中，使其應(yīng)用范圍受到很大限制。殼寡糖是指平均分子量低于2000道爾頓的殼聚糖。不同分子量的殼聚糖具有不同的功效，殼寡糖的生理活性與它們的分子尺寸、氨基含量、物理性質(zhì)和化學(xué)結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，據(jù)研究顯示，分子量為8002000道爾頓的殼寡糖具有特別的抗癌等生理活性。殼寡糖具有許多優(yōu)于大分子量殼聚糖的功能性質(zhì)，還具有良好的水溶性、保濕增濕性、抑菌抗菌作用等性質(zhì)。殼寡糖所特有的各種生理活性和功能性質(zhì)，使其在保健食品、生物醫(yī)藥、植物生長促進(jìn)、日用化妝品等方面具有獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值，使殼聚糖的應(yīng)用得以真正實(shí)現(xiàn)。因此，在殼聚糖的應(yīng)用及產(chǎn)品開發(fā)中，必須解決的問題是通過適當(dāng)方法降低殼聚糖的分子量，制備殼寡糖。殼寡糖的制備方法主要包括水解法、物理法、利用糖轉(zhuǎn)移反應(yīng)、利用轉(zhuǎn)基合成、化學(xué)合成法等幾大類。目前以水解法為主，具體可分為酸降解法、酶降解法及氧化降解法。目前國內(nèi)利用氧化降解法制備低聚水溶性殼聚糖或殼寡糖的專利有(1)專利號為00114484.7的中國專利公布了一種高濃度法制備低聚水溶性殼聚糖的方法，雖然其殼聚糖重量百分濃度>2050%，也加入了醋酸或鹽酸促進(jìn)反應(yīng)，但由于其第一步是將大分子殼聚糖分散在重量百分濃度為0.012.0%的過氧化氫水溶液中，反應(yīng)體系中初始的過氧化氫含量較低，所以氧化降解進(jìn)行得很慢，必須采取水浴加熱的方式維持反應(yīng)體系的溫度使降解反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。(2)專利號為02135410.3的中國專利公布了一種常溫氧化降解方法，具體是將殼聚糖加到酸液中，再加入HA與FeS04混合液，常溫下攪拌反應(yīng)。這種方法存在的主要問題是加入了Fe2+，難以除掉；并且該方法只制備出分子量3000道爾頓以上的低分子殼聚糖，而沒能制備殼寡糖。(3)在公開號為CN1602891A的專利申請中公開了一種氧化降解制備低聚殼聚糖口服液的方法，這種方法簡便易行，但需要采用外加熱來控制維持反應(yīng)體系溫度，在406(TC反應(yīng)需要12小時(shí)，在95U0°。反應(yīng)需要0.52小時(shí)。該方法低溫反應(yīng)需要很長時(shí)間，高溫反應(yīng)則會產(chǎn)生有色副產(chǎn)物。(4)專利號為200410020831.1的中國專利公布了一種制備甲殼低聚糖化合物的方法。這種方法需要采用外加熱維持反應(yīng)體系溫度；反應(yīng)先后在酸性、堿性條件下進(jìn)行，耗時(shí)較長；反應(yīng)體系中使用的酸的量很多，產(chǎn)品顏色會較深，用堿中和后產(chǎn)品中含鹽量會較高；所得產(chǎn)品需要進(jìn)行乙醇沉淀等后處理，工藝較為復(fù)雜，生產(chǎn)成本偏高；未能制備出分子量小于2000道爾頓的殼寡糖。(5)專利申請?zhí)枮镃N200510009669.8的中國專利公布了一種水溶性殼寡糖的制備方法。這種方法需要外加熱維持反應(yīng)體系溫度在6080°C;反應(yīng)中引入了Na離子，分離困難；反應(yīng)中加入的過氧化氫為一次性加入，且加入的量較大，殼聚糖過氧化氫的重量比為1:24，致使反應(yīng)產(chǎn)物平均分子量太低，為609道爾頓，導(dǎo)致其產(chǎn)物藥用的生理活性較差。綜上所述，現(xiàn)有中國專利中利用各種氧化降解方法對殼聚糖進(jìn)行處理，都可以使其降解，但目前，大多數(shù)的降解方法還只是處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，存在這樣或那樣的不足。要真正制備出殼寡糖并最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)、產(chǎn)生顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益，還必須在其降解機(jī)理、降解效率、降解產(chǎn)物的分子量分布、降解產(chǎn)物的分離、純化等方面進(jìn)行更深入的研究，并探索新的環(huán)保、安全、經(jīng)濟(jì)可行的降解方法，開發(fā)新的生產(chǎn)工藝。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種利用反應(yīng)自升溫使反應(yīng)體系維持在較低適宜溫度進(jìn)行氧化降解、所得產(chǎn)品呈淺黃色、感官好的殼寡糖的制備方法，且本方法環(huán)保、安全、經(jīng)濟(jì)可行，降解產(chǎn)物分子量分布窄，單糖及分子量在IO，ooo道爾頓以上的殼聚糖極少，高生理活性的有效多糖含量高，完全水溶，無須分離、純化，便于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。用以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為，一種利用反應(yīng)自升溫使反應(yīng)體系維持在較低適宜溫度進(jìn)行氧化降解制備殼寡糖的方法，其操作步驟是(1)先將反應(yīng)容器中的水升溫至256(TC，然后將大分子量殼聚糖原料加入水中并攪勻，殼聚糖的質(zhì)量濃度為S30%。其中大分子量殼聚糖是指平均分子量在10萬道爾頓至100萬道爾頓的殼聚糖。(2)向反應(yīng)容器中加入過氧化氫水溶液并攪勻，其中過氧化氫水溶液中純過氧化氫的質(zhì)量濃度為1050%。(3)再向反應(yīng)容器中加入冰醋酸并攪勻，冰醋酸的加入量應(yīng)使反應(yīng)體系的pH值控制在67，隨后降解反應(yīng)即開始。在反應(yīng)進(jìn)行過程中，再加入過氧化氫水溶液，其中過氧化氫水溶液為分次加入，以上所有步驟純過氧化氫的累積加入量是殼聚糖質(zhì)量的0.51.0倍。經(jīng)過約2小時(shí)反應(yīng)完畢，得到殼寡糖的均勻水溶液。(4)將水溶液直接或者濃縮后進(jìn)行噴霧干燥、真空干燥或冰凍干燥即可得到淺黃色殼寡糖粉體。本發(fā)明采取先將水升溫的方法，將大分子量殼聚糖、過氧化氫和冰醋酸加入升溫后的水中攪勻后，即開始發(fā)生氧化降解放熱反應(yīng)。反應(yīng)本身放出的熱量就足以維持物料的適宜溫度，使得反應(yīng)既能夠平穩(wěn)進(jìn)行，又不會升至較高溫度導(dǎo)致產(chǎn)生副產(chǎn)物。在現(xiàn)有技術(shù)中大都是采用一次加入雙氧水，這樣的操作不利于反應(yīng)穩(wěn)定地進(jìn)行，對實(shí)際生產(chǎn)中的反應(yīng)裝置或其它方面提出了苛刻的要求，同時(shí)高生理活性殼寡糖在產(chǎn)物中的比例不高(通常為約1020%)。本發(fā)明在不同的操作步驟中分次加入雙氧水，結(jié)合之前的對水加熱的操作，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自升溫氧化降解反應(yīng)，這樣的操作不僅避免了副產(chǎn)物的大量產(chǎn)生，更重要的是提高了產(chǎn)物中高生理活性殼寡糖的比例(li^l達(dá)60X以上)。用冰醋酸將殼聚糖和過氧化氫混和物料的pH值調(diào)節(jié)至6~7，可以使反應(yīng)速度自始至終都比較均勻、易控，并且防止了由于最初反應(yīng)體系的pH過低導(dǎo)致的產(chǎn)品顏色深、感官差的現(xiàn)象，最終產(chǎn)品具有淺黃的色澤，感官較好。本發(fā)明的方法能夠制備出平均分子量低于2000道爾頓的淺黃色具體實(shí)施方式下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作更為詳細(xì)的描述。實(shí)施例1.1.將7公斤的水加入到反應(yīng)容器中，加熱使水升溫至30°C;然后將分子量為450，000道爾頓的殼聚糖2Kg加入到容器中，攪拌均勻，使原料均勻浸潤。2.將1.5Kg的過氧化氫(質(zhì)量濃度為35%)水溶液加入到殼聚糖浸潤液中，并混合均勻。此時(shí)，混合物料中殼聚糖的質(zhì)量濃度為19%，過氧化氫的質(zhì)量濃度為5%。3.隨后立即向上述混合溶液中加入100ml冰醋酸，并攪勻，此時(shí)得到混合物料的pH值在6~7之間。4.上述物料加完后，降解反應(yīng)即開始進(jìn)行，物料也隨之緩慢升溫。反應(yīng)進(jìn)行50分鐘后，再將0.5Kg的過氧化氫(質(zhì)量濃度為35%)水溶液加入物料中，并混合均勻。5.反應(yīng)再進(jìn)行20分鐘后，再將0.5Kg的過氧化氫(質(zhì)量濃度為35%)水溶液加入物料中，并混合均勻。6.重復(fù)步驟5的操作一次。再反應(yīng)30分鐘即可得到均勻的殼寡糖水溶液。此時(shí)，純過氧化氫的總加入量為1.05Kg，與殼聚糖原料的質(zhì)量比為0.525:1;反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)。7.測量殼寡糖水溶液溫度，為80。C。8.取樣，烘干后采用高效液相法測取殼寡糖的平均分子量及其分布,平均分子量為1670道爾頓。表l:殼寡糖產(chǎn)品分子量(單位道爾頓)分布分子量>100001000050005000300030002000<2000比率％02.2310.6217.8769.28實(shí)施例2.1.將7公斤的水加入到反應(yīng)容器中，加熱使水升溫至6(TC;然后將分子量為450，000道爾頓的殼聚糖2Kg加入到容器中，攪拌均勻，使原料均勻浸潤。2.將1.0Kg的過氧化氫(質(zhì)量濃度為35%)水溶液加入到殼聚糖浸潤液中，并混合均勻。此時(shí)，混合物料中殼聚糖的質(zhì)量濃度為20%，過氧化氫的質(zhì)量濃度為3.5%。3.隨后立即向上述混合溶液中加入100ml冰醋酸，并攪勻，此時(shí)得到混合物料的pH值在6~7之間。4.上述物料加完后，降解反應(yīng)即開始進(jìn)行，物料也隨之緩慢升溫。反應(yīng)進(jìn)行30分鐘后，再將1Kg的過氧化氫(質(zhì)量濃度為35%)水溶液加入物料中，并混合均勻。5.反應(yīng)再進(jìn)行30分鐘后，再將1Kg的過氧化氫(質(zhì)量濃度為35%)水溶液加入物料中，并混合均勻。6.重復(fù)步驟5的操作一次。再反應(yīng)30分鐘即可得到均勻的殼寡糖水溶液。此時(shí)，純過氧化氫的總加入量為1.4Kg，與殼聚糖原料的質(zhì)量比為0.7:1;反應(yīng)時(shí)間約為2小時(shí)。7.測量殼寡糖水溶液溫度，為85r。8.取樣，烘干后采用高效液相法測取殼寡糖的平均分子量及其分布,平均分子量為1124道爾頓。表2:殼寡糖產(chǎn)品分子量(單位道爾頓)分布<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本方法的反應(yīng)時(shí)間是根據(jù)投料量等實(shí)際反應(yīng)情況確定的。在投料量相同和同等品質(zhì)產(chǎn)品的情況下，本方法的反應(yīng)時(shí)間和制備技術(shù)明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)中的方法。權(quán)利要求1.一種制備殼寡糖的方法，其包括(1)先將反應(yīng)容器中的水升溫，然后將大分子量殼聚糖原料加入水中；(2)向反應(yīng)容器中加入過氧化氫水溶液；(3)再向反應(yīng)容器中加入酸，降解反應(yīng)隨即開始，在反應(yīng)進(jìn)行過程中，再加入過氧化氫水溶液，反應(yīng)完畢后，即得到殼寡糖的均勻水溶液；(4)將水溶液直接或者濃縮后進(jìn)行噴霧干燥、真空干燥或冰凍干燥即可得到平均分子量小于2000道爾頓的淺黃色殼寡糖粉體；上述大分子量殼聚糖原料是指平均分子量在10萬道爾頓至100萬道爾頓的殼聚糖；上述(3)中加入過氧化氫水溶液，是指分次加入。2.如權(quán)利要求1所述的制備殼寡糖的方法，其特征在于在第一步中，先將反應(yīng)容器中的水升溫至2560。C。3.如權(quán)利要求1所述的制備殼寡糖的方法，其特征在于在第一步中，加入大分子量殼聚糖原料并攪勻，殼聚糖的質(zhì)量濃度為830%。4.如權(quán)利要求1所說的制備殼寡糖的方法，其特征在于加入過氧化氫水溶液并攪勻，其中過氧化氫水溶液中純過氧化氫的質(zhì)量濃度為1050%，純過氧化氫的累積加入量是殼聚糖質(zhì)量的0.51倍。5.如權(quán)利要求1所說的制備殼寡糖的方法，其特征在于在第三步中，所加入的酸是無機(jī)酸和/或有機(jī)酸。6.如權(quán)利要求5所說的制備殼寡糖的方法，其特征在于所述的無機(jī)酸選自鹽酸、硝酸和硫酸中的一種或多種。7.如權(quán)利要求5所說的制備殼寡糖的方法，其特征在于所述的有機(jī)酸選自醋酸、檸檬酸和乳酸中的一種或多種。8.如權(quán)利要求57所說的制備殼寡糖的方法，其特征在于酸的加入量應(yīng)使反應(yīng)體系的pH值控制在67。9、一種制備殼寡糖的方法，其包括如下(1)將7公斤的水加入到反應(yīng)容器中，加熱使水升溫至30'C，然后將平均分子量為450，000道爾頓的殼聚糖2Kg加入到容器中，攪拌均勻，使原料均勻浸潤；(2)將1.5Kg的過氧化氫(質(zhì)量濃度為35%)水溶液加入到殼聚糖浸潤液中，并混合均勻，此時(shí)，混合物料中殼聚糖的質(zhì)量濃度為19%，過氧化氫的質(zhì)量濃度為5%;(3)隨后立即向上述混合溶液中加入100ml冰醋酸，并攪勻，此時(shí)得到混合物料的pH值在67之間；(4)上述物料加完后，降解反應(yīng)即開始進(jìn)行，物料也隨之緩慢升溫，反應(yīng)進(jìn)行50分鐘后，再將0.5Kg的過氧化氫(質(zhì)量濃度為35%)水溶液加入物料中，并混合均勻；(5)反應(yīng)再進(jìn)行20分鐘后，再將0.5Kg的過氧化氫(質(zhì)量濃度為35%)水溶液加入物料中，并混合均勻；(6)重復(fù)步驟5的操作一次，再反應(yīng)30分鐘即可得到均勻的殼寡糖水溶液，此時(shí)，純過氧化氫的總加入量為1.05Kg，與殼聚糖原料的質(zhì)量比為0.525:1;反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)；(7)測量殼寡糖水溶液溫度，為80°C;(8)取樣，烘干后采用高效液相法測取殼寡糖的平均分子量及其分布，即得到產(chǎn)品。10、一種制備殼寡糖的方法，其包括如下(1)將7公斤的水加入到反應(yīng)容器中，加熱使水升溫至6(TC，然后將平均分子量為450，000道爾頓的殼聚糖2Kg加入到容器中，攪拌均勻，使原料均勻浸潤；(2)將1.0Kg的過氧化氫(質(zhì)量濃度為35%)水溶液加入到殼聚糖浸潤液中，并混合均勻，此時(shí)，混合物料中殼聚糖的質(zhì)量濃度為20%，過氧化氫的質(zhì)量濃度為3.5%;(3)隨后立即向上述混合溶液中加入100ml冰醋酸，并攪勻，此時(shí)得到混合物料的pH值在67之間；(4)上述物料加完后，降解反應(yīng)即開始進(jìn)行，物料也隨之緩慢升溫，反應(yīng)進(jìn)行30分鐘后，再將1Kg的過氧化氫(質(zhì)量濃度為35%)水溶液加入物料中，并混合均勻；(5)反應(yīng)再進(jìn)行30分鐘后，再將lKg的過氧化氫(質(zhì)量濃度為35%)水溶液加入物料中，并混合均勻；(6)重復(fù)步驟5的操作一次，再反應(yīng)30分鐘即可得到均勻的殼寡糖水溶液，此時(shí)，純過氧化氫的總加入量為1.4Kg，與殼聚糖原料的質(zhì)量比為0.7:1;反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)；(7)測量殼寡糖水溶液溫度，為85";(8)取樣，烘干后采用高效液相法測取殼寡糖的平均分子量及其分布，即得到產(chǎn)品。全文摘要本發(fā)明涉及一種殼寡糖的制備方法，具體是一種利用自身反應(yīng)升溫氧化降解方式制備殼寡糖的方法。本發(fā)明通過先將水升溫到25～60℃，然后將大分子量殼聚糖原料加入水中攪勻，隨后再加入過氧化氫水溶液和酸并攪勻，降解反應(yīng)隨即開始。這種氧化降解反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，反應(yīng)開始后即不需要再給反應(yīng)體系額外提供能量。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，物料逐漸升溫，反應(yīng)速度也逐漸加快，經(jīng)過大約2小時(shí)即反應(yīng)完畢，得到殼寡糖的均勻水溶液。將水溶液直接或者濃縮后進(jìn)行噴霧干燥、真空干燥或冰凍干燥即可得到平均分子量小于2000道爾頓的殼寡糖粉體，產(chǎn)物分子量分布窄，高生理活性的有效多糖含量高。本發(fā)明的制備方法不需要長期加熱來維持反應(yīng)體系處于較高溫度，生產(chǎn)設(shè)備投資極少。本方法具有簡單、方便、安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、高效、生產(chǎn)成本很低、對環(huán)境無影響等特點(diǎn)。文檔編號C07H3/06GK101220061SQ200810006640公開日2008年7月16日申請日期2008年1月30日優(yōu)先權(quán)日2008年1月30日發(fā)明者楊志強(qiáng)申請人:楊志強(qiáng)