一种低分子量壳聚糖的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种低分子量壳聚糖的制备方法，包括降解高分子量壳聚糖的步骤，在降解高分子量壳聚糖之前引入保护基团对壳聚糖进行氨基保护，所述保护基团选自苄氧羰基、叔丁氧羰基、三甲基硅乙氧羰基和笏甲氧羰基中的一种。所述高分子量壳聚糖通过短时间超声和过氧化氢化学降解相结合的技术进行降解。本发明专利技术的方法制备的低分子量壳聚糖含有较高的活性氨基数量，其分子量低、分子量分布较窄且色泽纯白、收率高，极大地增加了应用价值；超声预处理与化学氧化相结合提高了降解效率及能源利用率，极大地降低了生产成本；工艺简单，操作方便，反应易控制且反应条件温和，适合大规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于壳聚糖降解
，具体地说，是关于一种低分子量壳聚糖的制备方法。
技术介绍
甲壳素(Chitin)是类似于植物纤维的六碳聚合体，是存在于自然界中唯一的一种能生物降解的带阳离子的高分子材料，广泛存在于虾、蟹等甲壳动物及昆虫、藻类和细菌中，又称动物素、几丁质、甲壳质或壳多糖。甲壳素因其化学性质不活泼、溶解性能很差，带至其直接应用非常有限。对甲壳素进行脱乙酰化处理后所得的壳聚糖(Chitosan)，因分子结构中氨基活性基团的存在，其化学性质大为改变，是迄今为止发现的唯一天然碱性多糖，具有许多独特的生物活性，同时还具有无毒、生物相容性好和易于降解等优点。但其分子内外的氢键相互作用，形成有序的大分子结构，导致其分子量通常在几十万上百万，使其只溶于稀盐酸、硝酸等无机酸和大多数有机酸，而不溶于水和碱性溶液，致使壳聚糖的应用受到很大的限制。壳聚糖的分子量对其物理，化学和生物性质均有很大影响，若能够通过适当的方法将高分子量壳聚糖降低为低分子量壳聚糖，特别是分子量小于10000的低分子量聚壳聚糖，不仅溶于水，还能展现出独特优越的生理活性和物理化学性质。低分子量壳聚糖在医药、食品、化妆品、水处理等方面都有着广泛的应用，如具有促进脾脏抗体生成，抑制肿瘤生长的生理功能；可有效降低肝脏和血清中的胆固醇；可强化肝脏功能，防止痛风和胃溃。此外，它还可作为食品添加剂使用，可用于固定酶、蛋白质的提纯，造纸工业及水处理工业等方面。目前，低分子量壳聚糖的制备方法主要有酶降解法、物理降解法和氧化降解法。酶降解法是用专一性或非专一性酶对壳聚糖进行生物降解的方法，采用该方法能够得到平均相对分子量较低的低聚糖和单糖。整个降解过程中无其它反应试剂加入，无其它副反应发生，降解条件温和，降解过程及产物分子量分布较易控制。缺点是所使用的酶较为特殊，酶的活力有限，同时成本高，生产周期长，很难用于工业化生产。物理降解法主要是利用微波、超声波和γ射线等物理方式来降解壳聚糖，常用的是超声波降解法。超声波降解法操作简单，无三废产物，产物色泽良好，但95％的超声能量用于体系加热作用而非产物降解作用，因此降解效率较低，同时具有产物分子量分布较广，分子量较高的问题。氧化降解法是目前研究较多的方法，其中过氧化氢氧化法更有大量文献报道，但氧化降解法的反应过程不易控制，产物容易发生褐变，同时降解过程中引入了各种反应试剂，增加了控制降解副反应及降解产物分离纯化的难度，且产物结构易被修饰，导致活性氨基含量降低。中国专利CN102321194B，提供了一种超声波辅助过氧化氢制备低分子量聚壳聚糖的工艺方法，该方法以超声为反应源，通过分批加入过氧化氢解决了产物色泽较深、分子量分布较广的问题，但其超声次数多，超声时间长，导致该方法的超声效率低，能量浪费大，生产成本高。低分子量壳聚糖的良好性能，除了依赖于低分子量，其很大一部分还依赖于其结构上的较高的活性氨基含量及较窄的分子量分布，如：壳聚糖的在吸湿性和抑菌活性主要与其分子上的氨基数量有关。国内外现有的降解方法通常只注重降低壳聚糖的分子量，而忽视了低分子壳聚糖的活性氨基保持率和分子量分布等重要参数。因此，现有技术制备的低分子量壳聚糖的活性较低，直接降低了低分子量壳聚糖的使用价值。因此，研究一种低分子量壳聚糖的制备方法，不仅能够有效降低壳聚糖的分子量，还能保证制备的低分子量壳聚糖具有较窄的分子量分布和较高的活性氨基含量，且降解效率高，收率高，成本低就具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低分子量壳聚糖的制备方法，以克服现有技术在制备低分子量壳聚糖时活性氨基含量低，收率不高，分子量分布较广等问题，能够保证制备的低分子量壳聚糖具有较高的活性氨基含量和较窄的分子量分布且降解效率高，收率高，成本低。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种低分子量壳聚糖的制备方法，包括降解高分子量壳聚糖的步骤，在降解高分子量壳聚糖之前引入保护基团对壳聚糖进行氨基保护。所述保护基选自苄氧羰基(Cbz)、叔丁氧羰基(t-Boc)、三甲基硅乙氧羰基(Teoc)和笏甲氧羰基(Fmoc)中的一种。所述保护基团的引入包括如下步骤：1)将一定量的壳聚糖溶于适量的有机酸水溶液中，控制反应液中的壳聚糖的质量浓度为8～13％，调节体系至碱性，搅拌得到均匀的壳聚糖悬浊液；2)向步骤1)制备的壳聚糖悬浊液中加入与壳聚糖质量比为0.4～0.7:1的氨基保护化合物，控制温度不超过15℃，反应两小时，然后加入有机酸调节体系至酸性，搅拌均匀，得到完成了氨基保护的壳聚糖溶液。进一步地，所述步骤1)中的所述有机酸为冰醋酸、柠檬酸中的一种。进一步地，所述步骤1)中的所述有机酸水溶液的pH为3～5。进一步地，所述步骤1)中的碱性条件为pH值为8～10。进一步地，所述步骤2)中的酸性条件为pH值为3～5。进一步地，所述高分子量壳聚糖的脱乙酰度为75～90％。所述降解高分子量壳聚糖的步骤包括如下步骤：1)向完成了氨基保护的壳聚糖溶液中加入适量的过氧化氢，所述过氧化氢的加入量为总过氧化氢的60～80％，所述总过氧化氢与壳聚糖的质量比为0.3～0.65:1，搅拌均匀后进行超声降解；2)补加剩余的过氧化氢，控制反应温度为55℃～65℃，反应1.5～2.0h，然后静置，冷却，得到低分子量壳聚糖溶液。进一步地，所述步骤1)中的超声温度为常温，超声频率为30KHz～45KHz，超声功率为25W～45W，超声时间为20min～40min。进一步地，所述低分子量壳聚糖的制备方法还包括氨基保护基团的脱除步骤和分离纯化步骤，其中：所述氨基保护基团的脱除步骤为：向所述低分子量壳聚糖溶液中加入适量HBr，所述HBr与所述氨基保护化合物的质量比为1～2:1，常温反应1～2h，静止，分出水层；所述分离纯化步骤为：调节所述水层的pH值至8～9，然后经过过滤、浓缩、醇沉、洗涤和烘干，得到低分子量壳聚糖。进一步地，所述浓缩步骤将水层浓缩至壳聚糖质量浓度为25～30％。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1)、本专利技术的制备方法制备的低分子量壳聚糖含有较高的活性氨基数量，其分子
量低、分子量分布较窄，同时收率高，色泽纯白，极大地增加了其应用价值；2)采用超声短时间预处理与化学氧化相结合的技术，有效的避免了单一手段的缺点，提高了过氧化氢的活性，提高了降解效率和能源利用率，极大地降低了生产成本；3)工艺简单，操作方便，反应易控制且反应条件温和，适合大规模工业化生产。具体实施方式以下结合具体实施例，对本专利技术做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本专利技术而非用于限制本专利技术的范围。本专利技术中的所有原料均为市售。凝胶渗透色谱(GPC)检测：色谱仪型号：安捷伦GPC-220高温凝胶色谱仪色谱柱型号：色谱柱TSKgel G4000PWXL检测器：示差折光检测器流动相：0.1mol/L CH3COOH-0.05mol/L CH3COONa溶液流速：1.0ml/min柱温：30℃样品检测浓度：1mg/ml。壳聚糖中氨基含量的检测：壳聚糖中氨基含量具体测定步骤如下：精密称取约0.5克试样置于250ml三角烧瓶中，加入0.1mol/L盐酸溶液30ml，溶解完全后，用0.1mol/L氢氧化钠溶液滴定过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低分子量壳聚糖的制备方法，包括降解高分子量壳聚糖的步骤，其特征在于，在降解高分子量壳聚糖之前引入保护基团对壳聚糖进行氨基保护。

【技术特征摘要】
1.一种低分子量壳聚糖的制备方法，包括降解高分子量壳聚糖的步骤，其特征在于，在降解高分子量壳聚糖之前引入保护基团对壳聚糖进行氨基保护。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述保护基团选自苄氧羰基、叔丁氧羰基、三甲基硅乙氧羰基和笏甲氧羰基中的一种。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述保护基团的引入包括如下步骤：1)将一定量的壳聚糖溶于适量的有机酸水溶液中，控制反应液中的壳聚糖的质量浓度为8～13％，调节体系至碱性，搅拌得到均匀的壳聚糖悬浊液；2)向步骤1)制备的壳聚糖悬浊液中加入与壳聚糖质量比为0.4～0.7:1的氨基保护化合物，控制温度不超过15℃，反应两小时，然后加入有机酸调节体系至酸性，搅拌均匀，得到完成了氨基保护的壳聚糖溶液。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中的所述有机酸为冰醋酸、柠檬酸中的一种。5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中的所述有机酸水溶液的pH为3～5。6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中的碱性条件为pH值为8～10。7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的酸性条件为pH值为3～5。8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇，朱广东，
申请(专利权)人：上海宇昂水性新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31