本發(fā)明涉及一種從蝦蟹殼中制備低聚合度甲殼素的方法，屬于化學、化工、生物領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

甲殼素是從甲殼綱動物的外殼中提取的含有氨基的，由β-1,4－N－乙酰－D－葡萄糖胺聚合組成的多聚糖，是蝦、蟹外殼的主要成分之一，又稱為殼蛋白、殼多糖、幾丁質(zhì)、甲殼質(zhì)、明角質(zhì)、聚乙酰氨基葡糖。甲殼素在自然界中的生物量非常巨大，僅次于纖維素，是一類可再生的生物質(zhì)資源。目前甲殼素的制備方法主要有工業(yè)上的酸堿反復(fù)處理法和溶劑的溶解再生法，所得甲殼素成品的聚合度較高，一般為5000～12000。高聚合度甲殼素因分子量大，其大分子鏈的交聯(lián)程度更為復(fù)雜，致使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，故而溶解性能更差，且不易被人體吸收。在其轉(zhuǎn)化為殼聚糖及其低聚衍生產(chǎn)品如寡糖時，需要更多的化學藥劑用量才能將高聚合度的甲殼素分子鏈打斷。相比之下，低聚合度甲殼素往往更具優(yōu)勢，在其轉(zhuǎn)化為寡糖的過程中，需要的物理化學條件會明顯降低，這對于節(jié)約藥品用量、降低生產(chǎn)成本及減少環(huán)境污染等具有高聚合度甲殼素所無法比擬的優(yōu)勢。

低聚合度甲殼素的制備方法目前主要包括(1)酸堿反復(fù)處理法(Carbohydr Polym,1998,35(3):223-231)。該方法是以1：21的料液比將聚合度約3700左右的脫乙酰甲殼素投入到40％的氫氧化鈉中，并于100℃加熱2h，并重復(fù)此堿處理一次。此后將洗滌并干燥后的甲殼素再以1：25的料液比投入到30℃的濃鹽酸中處理2h，而后過濾洗滌及干燥，最后得到的脫乙酰甲殼素的聚合度約為50～2000。(2)電子束等離子體輻照法(High Energy Chemistry,2016,50(2):150-154)。該方法直接以聚合度約為5000的高聚合度甲殼素為原料，在溫度60～90℃、電子束能量30keV及氧氣、氮氣、氬氣、氨氣、水蒸汽、氦氣等氣氛條件下處理高聚合度甲殼素1～60min，得到的甲殼素聚合度約為1～6。(3)高濃酸法(Int J Biol Macromol,2013,52:333-339)。該方法先以蝦殼為原料制備高聚合度甲殼素，而后對此甲殼素進行濃酸酸解以獲得低聚合度產(chǎn)品。其中涉及的步驟較為煩瑣，主要包括：將蝦殼在水中沸煮1h以去除水溶性組織，然后在160℃烘箱中烘干2h以將甲殼素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)打破。而后以料液比1：15將蝦殼投入室溫下1.5M鹽酸處理30min，將蝦殼洗至中性后烘干得到除鈣蝦殼。將除鈣蝦殼用45℃、2M的氫氧化鈉處理2h得到高聚合度的甲殼素產(chǎn)品。將該高聚合度甲殼素產(chǎn)品以1：50的料液比投入70℃的7N鹽酸溶液中處理3h，該方法得到甲殼素的聚合度約為12。

以上涉及的低聚合度甲殼素的制備方法均以高聚合度甲殼素為原料，制備過程中將其大分子鏈打斷從而獲得低聚合度產(chǎn)品。一般而言，甲殼素的解聚條件往往比較嚴苛，一般需要使用大量的化學藥劑(酸、堿)或非常規(guī)物理手段(電子束等離子體)，且制備周期長，還容易造成生產(chǎn)效率低、能耗大、環(huán)境污染等問題。

本發(fā)明以蝦蟹殼為原料，以鹽酸溶液為溶劑，一步獲得低聚合度甲殼素。由于蝦蟹殼中的化學成分除甲殼素之外，主要還包括碳酸鈣和蛋白質(zhì)。因此在獲得低聚合度甲殼素之前，需要將蝦蟹殼中的無機鹽和蛋白質(zhì)脫除。其中涉及的反應(yīng)原理為利用鹽酸溶液優(yōu)異的脫鹽能力去除蝦蟹殼中的碳酸鈣等礦物質(zhì)(Biomacromolecules,2003,4:12-18)，而且在加熱條件下鹽酸也會將蛋白質(zhì)水解(J Biol Chem,1954,207:501-514)，在一定程度上起到了替代堿液溶解蛋白質(zhì)的作用，從而實現(xiàn)了利用鹽酸溶液一步同時去除蝦蟹殼中碳酸鈣及蛋白質(zhì)的目的。此外，甲殼素作為長鏈碳水化合物，在酸性和加熱條件下亦會發(fā)生降解，致使其大分子鏈發(fā)生斷裂從而造成聚合度下降。因此，在一定溫度條件下使用鹽酸溶液能夠?qū)o機鹽和蛋白質(zhì)去除，同時還能將甲殼素降解，一步從蝦蟹殼中獲得了低聚合度甲殼素。

除此之外，在實際生產(chǎn)加工中只需使用鹽酸溶液作為溶劑，無需使用堿液或其它化學藥品，節(jié)省了生產(chǎn)成本。由于化學藥品單一也簡化了生產(chǎn)流程及降低了廢水處理難度。而且，由于本發(fā)明所涉及的制備低聚合度甲殼素的方法是直接以蝦蟹殼為原料，避免了傳統(tǒng)方法上先制備高聚合度甲殼素，再以高聚合度甲殼素為原料制備低聚合度甲殼素的長流程工序。本發(fā)明涉及的制備方法具有生產(chǎn)周期短、藥品用量少、產(chǎn)品性質(zhì)穩(wěn)定等特點，可用于制備氨基葡萄糖、功能性食品添加劑、化妝品等，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種制備低聚合度甲殼素的方法，應(yīng)用該方法制備的甲殼素在轉(zhuǎn)化為低聚的寡糖時所需的條件更加溫和，屬于清潔生產(chǎn)及綠色加工。

本發(fā)明提供了一種從蝦蟹殼制備低聚合度甲殼素的方法，其特征在于將蝦蟹殼水洗、干燥后與鹽酸溶液按一定的比例混合，加熱攪拌反應(yīng)一段時間。反應(yīng)結(jié)束后得到了不溶于鹽酸的甲殼素，經(jīng)洗滌干燥后得到低聚合度的甲殼素成品。

所述的的蝦蟹殼來源包括但不限于甲殼類蝦蟹殼。

所述粉碎后蝦蟹殼的粒徑為300目以下。

所述的鹽酸溶液的濃度為2～8wt％。

所述的蝦蟹殼與鹽酸溶液的料液比為1g：10ml～1g：40ml。

所述的加熱溫度為90～120℃。

所述的反應(yīng)時間為3～24h。

所述方法制備得到的甲殼素成品的顏色為白色或淡黃色，外觀為粉末、顆?；蚱瑺?，聚合度在200～400之間。

所述的甲殼素聚合度的測試方法是將甲殼素成品以0.3mg：1mL的料液比溶解于5wt％的氯化鋰/二甲基乙酰胺溶劑中得到混合液，而后經(jīng)落球粘度計測量該混合液的特性粘度，將特性粘度代入公式(1)(Polymer,2000,41:2463-2469)計算得到甲殼素成品的聚合度。

本發(fā)明方法與現(xiàn)有低聚合度甲殼素制備技術(shù)相比的區(qū)別是：直接采用蝦蟹殼為原料，僅使用鹽酸溶液一步可獲得低聚合度的甲殼素成品。在甲殼素深加工領(lǐng)域，該甲殼素由于聚合度及分子量較低，容易轉(zhuǎn)化為低聚合度的殼聚糖、寡糖及氨基葡萄糖。本發(fā)明涉及的低聚合度甲殼素的制備方法，工藝簡單，流程短，效率高，可廣泛用于食品、飼料、紡織、醫(yī)藥、化妝品、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。

具體實施方式

實施例1

將蟹殼在水中浸泡洗滌，除去其中的肉質(zhì)及水溶性物質(zhì)，隨后干燥并粉碎，得到80目的蟹殼粉末。將蟹殼粉末與5wt％的鹽酸溶液混合，加熱攪拌反應(yīng)，其中蟹殼與鹽酸溶液的料液比為1g：20ml，反應(yīng)溫度為110℃,反應(yīng)時間為7h。反應(yīng)結(jié)束后將不溶于鹽酸溶液的甲殼素洗滌并干燥，得到低聚合度的甲殼素成品。該成品外觀為白色粉末，聚合度為300。

實施例2

將蝦殼在水中浸泡洗滌，除去其中的肉質(zhì)及水溶性物質(zhì)，隨后干燥，得到片狀的蝦殼。將蝦殼與4wt％的鹽酸溶液混合，加熱攪拌反應(yīng)，其中蝦殼與鹽酸溶液的料液比為1g：30ml，反應(yīng)溫度為100℃,反應(yīng)時間為12h。反應(yīng)結(jié)束后將不溶于鹽酸溶液的甲殼素洗滌并干燥，得到低聚合度的甲殼素成品。該成品外觀為淡黃色片狀，聚合度為270。

實施例3

將蝦殼在水中浸泡洗滌，除去其中的肉質(zhì)及水溶性物質(zhì)，隨后干燥并粉碎，得到20目的蝦殼粉末。將蝦殼粉末與3wt％的鹽酸溶液混合，加熱攪拌反應(yīng)，其中蝦殼與鹽酸溶液的料液比為1g：40ml，反應(yīng)溫度為90℃,反應(yīng)時間為12h。反應(yīng)結(jié)束后將不溶于鹽酸溶液的甲殼素洗滌并干燥，得到低聚合度的甲殼素成品。該成品外觀為淡黃色顆粒，聚合度為230。

實施例4

將蟹殼在水中浸泡洗滌，除去其中的肉質(zhì)及水溶性物質(zhì)，隨后干燥并粉碎，得到160目的蟹殼粉末。將蟹殼粉末與2wt％的鹽酸溶液混合，加熱攪拌反應(yīng)，其中蟹殼與鹽酸溶液的料液比為1g：30ml，反應(yīng)溫度為110℃,反應(yīng)時間為8h。反應(yīng)結(jié)束后將不溶于鹽酸溶液的甲殼素洗滌并干燥，得到低聚合度的甲殼素成品。該成品外觀為白色顆粒，聚合度為400。

實施例5

將蟹殼在水中浸泡洗滌，除去其中的肉質(zhì)及水溶性物質(zhì)，隨后干燥并粉碎，得到300目的蟹殼粉末。將蟹殼粉末與3wt％的鹽酸溶液混合，加熱攪拌反應(yīng)，其中蟹殼與鹽酸溶液的料液比為1g：18ml，反應(yīng)溫度為90℃,反應(yīng)時間為24h。反應(yīng)結(jié)束后將不溶于鹽酸溶液的甲殼素洗滌并干燥，得到低聚合度的甲殼素成品。該成品外觀為白色粉末，聚合度為380。

實施例6

將蟹殼在水中浸泡洗滌，除去其中的肉質(zhì)及水溶性物質(zhì)，隨后干燥，得到片狀蟹殼。將蟹殼與8wt％的鹽酸溶液混合，加熱攪拌反應(yīng)，其中蟹殼與鹽酸溶液的料液比為1g：15ml，反應(yīng)溫度為90℃,反應(yīng)時間為3h。反應(yīng)結(jié)束后將不溶于鹽酸溶液的甲殼素洗滌并干燥，得到低聚合度的甲殼素成品。該成品外觀為白色片狀，聚合度為200。

實施例7

將蝦殼在水中浸泡洗滌，除去其中的肉質(zhì)及水溶性物質(zhì)，隨后干燥并粉碎，得到60目的蝦殼粉末。將蝦殼粉末與3wt％的鹽酸溶液混合，加熱攪拌反應(yīng)，其中蝦殼與鹽酸溶液的料液比為1g：20ml，反應(yīng)溫度為110℃,反應(yīng)時間為9h。反應(yīng)結(jié)束后將不溶于鹽酸溶液的甲殼素洗滌并干燥，得到低聚合度的甲殼素成品。該成品外觀為淡黃色粉末，聚合度為330。

實施例8

將蝦殼在水中浸泡洗滌，除去其中的肉質(zhì)及水溶性物質(zhì)，隨后干燥并粉碎，得到120目的蝦殼粉末。將蝦殼粉末與6wt％的鹽酸溶液混合，加熱攪拌反應(yīng)，其中蝦殼與鹽酸溶液的料液比為1g：10ml，反應(yīng)溫度為120℃,反應(yīng)時間為7h。反應(yīng)結(jié)束后將不溶于鹽酸溶液的甲殼素洗滌并干燥，得到低聚合度的甲殼素成品。該成品外觀為白色顆粒，聚合度為230。

實施例9

將蟹殼在水中浸泡洗滌，除去其中的肉質(zhì)及水溶性物質(zhì)，隨后干燥并粉碎，得到60目的蟹殼粉末。將蟹殼粉末與6wt％的鹽酸溶液混合，加熱攪拌反應(yīng)，其中蟹殼與鹽酸溶液的料液比為1g：15ml，反應(yīng)溫度為90℃,反應(yīng)時間為6h。反應(yīng)結(jié)束后將不溶于鹽酸溶液的甲殼素洗滌并干燥，得到低聚合度的甲殼素成品。該成品外觀為白色粉末，聚合度為200。

實施例10

將蝦殼在水中浸泡洗滌，除去其中的肉質(zhì)及水溶性物質(zhì)，隨后干燥并粉碎，得到20目的蝦殼粉末。將蝦殼粉末與7wt％的鹽酸溶液混合，加熱攪拌反應(yīng)，其中蝦殼與鹽酸溶液的料液比為1g：15ml，反應(yīng)溫度為100℃,反應(yīng)時間為5h。反應(yīng)結(jié)束后將不溶于鹽酸溶液的甲殼素洗滌并干燥，得到低聚合度的甲殼素成品。該成品外觀為淡黃色粉末，聚合度為240。

實施例11

將蝦殼在水中浸泡洗滌，除去其中的肉質(zhì)及水溶性物質(zhì)，隨后干燥并粉碎，得到60目的蝦殼粉末。將蝦殼粉末與5wt％的鹽酸溶液混合，加熱攪拌反應(yīng)，其中蝦殼與鹽酸溶液的料液比為1g：15ml，反應(yīng)溫度為100℃,反應(yīng)時間為5h。反應(yīng)結(jié)束后將不溶于鹽酸溶液的甲殼素洗滌并干燥，得到低聚合度的甲殼素成品。該成品外觀為淡黃色粉末，聚合度為340。

實施例12

將蝦殼在水中浸泡洗滌，除去其中的肉質(zhì)及水溶性物質(zhì)，隨后干燥并粉碎，得到120目的蝦殼粉末。將蝦殼粉末與4wt％的鹽酸溶液混合，加熱攪拌反應(yīng)，其中蝦殼與鹽酸溶液的料液比為1g：20ml，反應(yīng)溫度為110℃,反應(yīng)時間為8h。反應(yīng)結(jié)束后將不溶于鹽酸溶液的甲殼素洗滌并干燥，得到低聚合度的甲殼素成品。該成品外觀為淡黃色粉末，聚合度為320。