一種鐵活化過硫酸鹽制備低分子量褐藻多糖硫酸脂的方法
【專利摘要】一種鐵活化過硫酸鹽制備低分子量褐藻多糖硫酸脂的方法，屬于精細(xì)化工制備技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明通過亞鐵離子活化的過硫酸鹽氧化法，實(shí)現(xiàn)在室溫快速制備低分子量的褐藻多糖硫酸脂。相對于過氧化氫法及高氯酸氧化法，本法原料易于保存，副產(chǎn)物硫酸鹽，可以從化學(xué)平衡的角度抑制褐藻多糖硫酸脂的過度氧化，另外廢水中所含F(xiàn)e離子一般不被認(rèn)為是污染物。因此本專利內(nèi)容亞鐵離子活化的過硫酸鹽氧化法制備低聚褐藻多糖硫酸脂，具有節(jié)能，反應(yīng)易于控制，綠色環(huán)保，易于產(chǎn)業(yè)化等特點(diǎn)。
【專利說明】
一種鐵活化過硫酸鹽制備低分子量褐藻多糖硫酸脂的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明是一種綠色精細(xì)化工制備技術(shù)，屬于海洋生物資源高值化利用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】 褐藻多糖硫酸脂是L-褐藻糖-4-硫酸酯不同縮合度的產(chǎn)物。研究發(fā)現(xiàn)褐藻多糖硫酸脂， 特別是低聚合度的褐藻多糖硫酸脂具有一系列明顯的抗凝血作用、抗腫瘤作用、抗血栓作 用、抗氧化作用、抑制重金屬吸收作用、抗炎癥作用等。
[0002] 我國是全球褐藻養(yǎng)殖和消費(fèi)量最大的國家。從個(gè)體巨大的大型褐藻（海帶屬 (Laminaria)、巨藻屬(Macrocyst is)等）到浮生（馬尾藻屬（Sargassum)或附生於巖石的巖 藻(墨角藻屬〔Fucus〕、泡葉藻屬(Ascophyllum)都有養(yǎng)殖。但我國對這些藻類的利用主要是 當(dāng)做碘和鉀的主要來源以及作為食品。以海帶為例，在選料生產(chǎn)褐藻膠、碘和甘露醇等后， 剩余的海帶廢料往往丟棄處置，造成很大的資源浪費(fèi)。這些廢料中含有大量的未加以利用 的巖藻聚糖硫酸酯。
[0003]高聚合度的褐藻多糖硫酸脂，其來源充足，容易提取。但是因?yàn)槠渚酆隙却蠓肿恿?大，化學(xué)組成復(fù)雜，作為藥物使用時(shí)進(jìn)入人體后溶解性和吸收性差，從而臨床使用時(shí)往往由 于滲透壓等原因造成內(nèi)出血危險(xiǎn)，因此在臨床使用受到了很大的限制。
[0004] 低分子量的褐藻多糖硫酸脂作為藥物使用可以克服高聚合大分子的不足，在市場 具有很大的潛力。低聚合度褐藻多糖硫酸脂的制備方法主要有化學(xué)法和酶法。得自于海洋 微生物發(fā)酵生產(chǎn)的巖藻多糖酶，可以生產(chǎn)出低聚的褐藻多糖硫酸脂，但產(chǎn)業(yè)化的障礙還沒 有克服?；瘜W(xué)法不易控制，主要是利用過氧化氫、高氯酸氧化生產(chǎn)，產(chǎn)物純化難度大，得率 低，后續(xù)處理復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種可以在室溫下采用鐵活化的過硫酸鹽降解 高聚合狀態(tài)的褐藻多糖硫酸脂制備低分子量褐藻多糖硫酸脂的方法。
[0006] 本發(fā)明包括以下步驟： 1) 將褐藻多糖硫酸脂溶解于去離子水中，取得褐藻多糖硫酸脂溶液； 2) 將亞鐵鹽水溶液與褐藻多糖硫酸脂溶液混合并升溫到20-50 °C后再加入過硫酸鹽水 溶液進(jìn)行反應(yīng)； 3) 將反應(yīng)取得的溶液經(jīng)透析或超濾脫鹽后，取得濃縮液，再經(jīng)干燥或采用低碳醇溶液 結(jié)晶，取得低分子量褐藻多糖硫酸脂。
[0007] 本發(fā)明通過亞鐵離子活化的過硫酸鹽氧化法，實(shí)現(xiàn)在室溫快速制備低分子量的褐 藻多糖硫酸脂。相對于過氧化氫法及高氯酸氧化法，本法原料易于保存，副產(chǎn)物硫酸鹽，可 以從化學(xué)平衡的角度抑制褐藻多糖硫酸脂的過度氧化，另外廢水中所含F(xiàn)e離子一般不被認(rèn) 為是污染物。因此本專利內(nèi)容亞鐵離子活化的過硫酸鹽氧化法制備低聚褐藻多糖硫酸脂， 具有節(jié)能，反應(yīng)易于控制，綠色環(huán)保，易于產(chǎn)業(yè)化等特點(diǎn)。
[0008] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)： (1) 采用亞鐵離子活化的過硫酸鹽氧化法降解褐藻多糖硫酸脂，可以極大的降低反應(yīng) 溫度，縮短反應(yīng)時(shí)間； (2) 采用均一度高的原料，可得分子均一度極高的低分子量褐藻多糖，利于后期的分析 及使用； (3) 本發(fā)明工藝簡單、室溫操作、成本低廉、后續(xù)處理簡單，對環(huán)境無污染，利于擴(kuò)大生 產(chǎn)。
[0009]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述褐藻多糖硫酸脂在由亞鐵鹽水溶液、褐藻多糖硫酸脂溶液 和過硫酸鹽水溶液組成的混合反應(yīng)體系中的初始濃度為0.5~1.0%。如褐藻多糖硫酸脂的 重量百分比低于〇. 5%時(shí)，單位時(shí)間產(chǎn)率太低，而如高于1.0%，氧化反應(yīng)不容易控制，產(chǎn)物均 勻性變差。
[0010]所述步驟2)中，所述亞鐵鹽在由亞鐵鹽水溶液、褐藻多糖硫酸脂溶液和過硫酸鹽 水溶液組成的混合反應(yīng)體系中的初始濃度為0.05~0.5mol/L。亞鐵鹽作為反應(yīng)活化劑使 用，濃度低于0.05m〇VL時(shí)或高于0.5mol/L時(shí)，亞鐵離子可以消耗部分氧化劑，反而造成反 應(yīng)效率下降。
[0011] 所述步驟2)中，所述過硫酸鹽在由亞鐵鹽水溶液、褐藻多糖硫酸脂溶液和過硫酸 鹽水溶液組成的混合反應(yīng)體系中的初始濃度為10~500mM。過硫酸鹽作為氧化劑，濃度太低 時(shí)，反應(yīng)不充分，但當(dāng)反應(yīng)濃度大于500mM時(shí)，容易出現(xiàn)過氧化現(xiàn)象，造成產(chǎn)物不均勻。
[0012] 所述步驟2)中，所述過硫酸鹽為Na2S2〇8或(NH4)2S 2〇8或K2S2〇8此三種過硫酸鹽均適 用。
[0013]所述步驟3)中，所述干燥為噴霧干燥或冷凍干燥或真空干燥。
[0014] 所述步驟3)中，所述低碳醇為甲醇或乙醇。
[0015]本發(fā)明所述亞鐵鹽為硫酸亞鐵、氯化亞鐵或其水合物。
[0016]采用本發(fā)明方法制得的低分子量褐藻多糖硫酸脂重均分子量為50_220kDa褐藻多 糖硫酸脂(該數(shù)據(jù)依照原料褐藻多糖均重不同而不同）。
[0017] 高分子量的褐藻多糖硫酸脂是指重均分子量為240-2400kDa褐藻多糖硫酸脂或其 它重均分子量的原料褐藻多糖高分子硫酸脂(該數(shù)據(jù)依照褐藻多糖來源不同而不同）。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合具體實(shí)施范例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)注意，這些實(shí)例僅用于說明本發(fā) 明，而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對本發(fā)明做部分改動(dòng)或修改，例如:采用不同的亞鐵來源、不同的反應(yīng)溫度、不同的 反應(yīng)時(shí)間、不同重均分子量的褐藻多糖硫酸脂原料等，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附 后權(quán)利要求書限定的范圍。
[0019] 實(shí)施例1，不同溫度對降解褐藻多糖硫酸脂的影響： 以購自sigma-aldrich重均分子量為240-2400kDa的墨角藻褐藻多糖硫酸脂作為原料 進(jìn)行降解為例。分別加入去離子水中配制質(zhì)量濃度略大于1%的褐藻多糖硫酸脂溶液7份，分 別恒溫為20 °C、25 °C、30°C、35 °C、40 °C、45 °C、50 °C。將7份溶液分別放入反應(yīng)器中，快速攪 拌，加入配制好的亞鐵離子溶液和濃縮的過硫酸鹽溶液，并使混合后的初始的反應(yīng)體系中 墨角藻褐藻多糖硫酸脂的濃度為1%，亞鐵離子濃度為〇.5mM，過硫酸鹽的濃度為100mM，計(jì)時(shí) 開始進(jìn)行降解反應(yīng)。30min后停止攪拌，降溫反應(yīng)停止，將所得溶液用截流分子量為2000Da 的透析袋透析脫鹽后，將透析液濃縮后，加入甲醇至終濃度達(dá)到80%以上后，靜置12小時(shí)，抽 濾，將所得固體真空干燥1小時(shí)后，即可得到低分子量褐藻多糖硫酸脂。
[0020] 從表一可以看出，溫度對過硫酸鹽氧化法降解褐藻多糖硫酸脂有很大的影響，但 并非溫度越高降解效果越好，究其原因可能是伴隨著溫度的升高副反應(yīng)增加、氧化劑利用 率降低，另外產(chǎn)生的Fe 3+有可能抑制反應(yīng)的效率等。優(yōu)選溫度為25~30 °C。
[0021] 表一實(shí)施例1中有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
實(shí)施例2,不同反應(yīng)時(shí)間對降解褐藻多糖硫酸脂的影響： 以購自sigma-aldrich重均分子量為240-2400kDa的墨角藻褐藻多糖硫酸脂作為原料 進(jìn)行降解為例，分別加入去離子水配制質(zhì)量濃度略大于1%的褐藻多糖硫酸脂溶液6份，30 °C恒溫。將6份溶液分別放入反應(yīng)器中，快速攪拌，加入配制好的亞鐵離子溶液和濃縮的過 硫酸鹽溶液，并使混合后的初始的反應(yīng)體系中墨角藻褐藻多糖硫酸脂的濃度為1%，亞鐵離 子濃度為〇. 5mM，過硫酸鹽的濃度為100mM，計(jì)時(shí)開始進(jìn)行降解反應(yīng)。分別在10min、20min、 3011^11、401^11、501^11、601^11后停止攪拌令反應(yīng)停止，將所得溶液用截流分子量為20000 &的 透析袋透析脫鹽后，濃縮液經(jīng)過噴霧干燥得到低分子量褐藻多糖硫酸脂。
[0022] 從表二可以看出，在本例亞鐵鹽反應(yīng)溶液濃度及過硫酸鹽溶液反應(yīng)濃度條件下， 褐藻多糖硫酸脂的降解產(chǎn)率在60min內(nèi)隨著時(shí)間的增加而大，但并不呈線性關(guān)系，超過 30min后轉(zhuǎn)化率提升緩慢，以30min內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)較為合適。
[0023]表二實(shí)施例2中有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
實(shí)施例3，不同過硫酸鹽濃度對微波降解褐藻多糖硫酸脂的影響： 以購自sigma-aldrich重均分子量為240-2400kDa的墨角藻褐藻多糖硫酸脂作為原料 進(jìn)行降解為例，分別加入去離子水配制質(zhì)量濃度略大于1%的褐藻多糖硫酸脂溶液7份，恒溫 30 °C，快速攪拌，分別加入配制好的亞鐵離子溶液和過硫酸鹽溶液，并使混合后的初始的反 應(yīng)體系中墨角藻褐藻多糖硫酸脂的濃度為1%，亞鐵離子濃度為〇.5mM，過硫酸鹽的濃度分別 為 10禮、201111、501111、100111]\1，200111]\1、5001111、10001111進(jìn)行降解反應(yīng)，3011^11后停止攪拌令反應(yīng)停 止，將所得溶液用截流分子量為2000Da的透析袋透析脫鹽后，將透析液濃縮后，加入無水乙 醇至終濃度達(dá)到80%左右，靜置12小時(shí)，過濾，將所得固體真空干燥，即可得到低分子量褐藻 多糖硫酸脂。
[0024]從表三可以看出，過硫酸鹽濃度對褐藻多糖硫酸脂的降解有很大的影響，一般情 況下濃度越高降解效果越好，但產(chǎn)物均一性變差。另外但考慮濃度太大時(shí)容易出現(xiàn)過度氧 化現(xiàn)象，一般選擇100-500mM為易。
[0025]表三實(shí)施例3中有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
實(shí)施例4,不同褐藻多糖硫酸鹽濃度對降解褐藻多糖硫酸脂的影響： 以購自sigma-aldrich重均分子量為240-2400kDa的墨角藻褐藻多糖硫酸脂作為原料 進(jìn)行降解為例，分別加入蒸餾水中配制質(zhì)量濃度分別略大于〇. 1%、〇. 5%、1.0%、2.0%、4.0%的 褐藻多糖硫酸脂溶液5份，恒溫30°C，快速攪拌，加入配制好的亞鐵離子溶液和濃縮的過硫 酸鹽溶液，并使混合后的初始的反應(yīng)體系中墨角藻褐藻多糖硫酸脂的濃度分別為0.1%、 0.5%、1.0%、2.0%、4.0%，亞鐵離子濃度為0.5mM，過硫酸鹽的濃度為100mM，計(jì)時(shí)開始進(jìn)行降 解反應(yīng)。30min后降溫令反應(yīng)停止，將所得溶液用截流分子量為2000Da的透析袋透析脫鹽 后，將透析液濃縮后，濃縮液經(jīng)過低溫低壓干燥即可得到低分子量褐藻多糖硫酸脂。
[0026]表四實(shí)施例4中有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
注：以上各例中，過硫酸鹽為Na2S2〇8或(NH4)2S 2〇8或K2S2〇8;亞鐵鹽為硫酸亞鐵、氯化亞 鐵或其水合物。
[0027]本發(fā)明工藝簡單、流程短、成本低、降解廢水易于處理。通過該法可以得到均一度 高的低重均分子量褐藻多糖。用之制備藥物及保健品，可以大幅度提高褐藻多糖硫酸脂產(chǎn) 品的藥效及保健效果，且抗原性和毒副作用低。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鐵活化過硫酸鹽制備低分子量褐藻多糖硫酸脂的方法，其特征在于包括以下步 驟： 1) 將褐藻多糖硫酸脂溶解于去離子水中，取得褐藻多糖硫酸脂溶液； 2) 將亞鐵鹽水溶液與褐藻多糖硫酸脂溶液混合并升溫到20-50 °C后再加入過硫酸鹽水 溶液進(jìn)行反應(yīng)； 3) 將反應(yīng)取得的溶液經(jīng)透析或超濾脫鹽后，取得濃縮液，再經(jīng)干燥或采用低碳醇溶液 結(jié)晶，取得低分子量褐藻多糖硫酸脂。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述褐藻多糖硫酸脂在由亞鐵鹽水溶液、 褐藻多糖硫酸脂溶液和過硫酸鹽水溶液組成的混合反應(yīng)體系中的初始濃度為〇. 5~1.0%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述亞鐵鹽在由亞鐵鹽水溶液、褐藻多糖 硫酸脂溶液和過硫酸鹽水溶液組成的混合反應(yīng)體系中的初始濃度為〇. 05~0.5mol/L。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述過硫酸鹽在由亞鐵鹽水溶液、褐藻多糖 硫酸脂溶液和過硫酸鹽水溶液組成的混合反應(yīng)體系中的初始濃度為10~500mM。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于所述步驟2)中，所述過硫酸鹽為Na2S2O 8 或(NH4)2S2O8 或 K2S2O8o6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟3)中，所述干燥為噴霧干燥或冷凍 干燥或真空干燥。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟3 )中，所述低碳醇為甲醇或乙醇。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述亞鐵鹽為硫酸亞鐵、氯化亞鐵或其水合 物。
【文檔編號(hào)】C08B37/00GK105949339SQ201610451335
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】魯帥, 董昆明
【申請人】揚(yáng)州大學(xué)