一种利用脉冲电场制备低分子量壳聚糖的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用脉冲电场制备低分子量壳聚糖的方法，该方法是 以分子量大于2.5×105g/mol高分子量的壳聚糖为原料，利用脉冲电场处理制 备分子量小于2.3×104g/mol低分子量壳聚糖。包括以下步骤：高分子量壳聚 糖酸溶解、脉冲电场处理、碱液调pH、沉淀、离心、洗涤和干燥得低分子壳 聚糖。脉冲电场处理是将壳聚糖溶液在脉冲电场处理器中处理；电场场强为 40～60kV/cm，脉冲宽度10～100μs，脉冲频率100～1000Hz，脉冲波形为平 方波，壳聚糖受到脉冲电场处理的时间为1～1000ms；本发明专利技术的制备方法简 单可行、电场处理时间短，实用性强、节能环保、易于推广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低分子量壳聚糖的制备方法，特别涉及一种采用高强脉 冲电场处理制备低分子量壳聚糖的方法。
技术介绍
壳聚糖是甲壳素部分或全部脱乙酰化的产物，其分子链由3 -(1-4)-2-乙酰胺基-D-葡糖单元和P -(1-4)-2-氨基-D-葡糖单元组成的共聚物。壳聚糖 分子中含有活性氨基，氨基可以带正电，是唯一的天然碱性多糖。糖环上又 带有活性羟基，因而壳聚糖又具有很好的亲水性和保水性。壳聚糖具有抗菌、降胆固醇、降血脂、增强免疫功能、抗肿瘤功能等多 种生物活性功能，广泛用于食品、生物、医学、农业、环境、材料等行业。 壳聚糖是由甲壳素不同程度地脱乙酰化而来的，通常分子量在百万左右，但 现代研究表明壳聚糖的分子量与它的用途有着密不可分的联系。不同分子量 的壳聚糖性质差异很大，有时甚至表现出截然相反的特性，而上述壳聚糖的 许多独特功能只有在其分子质量降低到一定程度时才表现出来。因此，降解 制备低聚壳聚糖成为了当今研究的热点。目前，壳聚糖降解的主要传统方法 包括化学降解法、酶降解法和物理降解法。现已公开的关于制备低分子量 壳聚糖的物理技术主要包括中国专利技术专利申请200610113538.9公开了一种 制备低分子量壳聚糖的敏化辐射降解方法，首先将精制的壳聚糖固体与含有 敏化剂的水溶液混合均匀，形成半固体状样品，用无机酸或有机酸调节pH至4，其中壳聚糖的质量浓度为16 25%，敏化剂的质量浓度为15~30%， 然后用射线室温辐照降解，吸收量为1 10kGy;将辐照产物经喷雾干燥或经 真空干燥得低分子量壳聚糖；中国专利技术专利申请200610116248.X公开了一种 制备低分子量水溶性壳聚糖的方法，该方法是以甲壳素为原料，利用微波辐 射，制备低分子量水溶性壳聚糖；中国专利技术专利200410010767.9公开了一种 辐射法制备小分子量或水溶性壳聚糖的方法，用6QCo Y -射线对高分子壳聚糖 进行辐照降解，降解产物经溶解、脱色等后处理步骤得到小分子或水溶性壳 聚糖。这些方法的缺点在于1) 辐照降解对设备要求很高，同时可能产生有毒有害物质，2) 微波辐射制备低分子量壳聚糖属间歇操作，不利于连续化生产。3) 化学降解法存在着成本高、产量低、酸残留液需处理等诸多缺点；4) 酶降解法也有着诸如降解所用酶成本过高，发酵工艺复杂、无法 大批量工业化生产等问题。脉冲电场处理技术是近10多年来新兴的一种食品绿色加工技术，主要应 用于对液体物料的冷灭菌等。其高强度电场(大于20kV/cm)可直接导致微 生物细胞膜穿孔极化，菌体死亡，其窄脉冲(小于lOOps)和低频率(小于 1000Hz)可保证处理处于非加热状态。中国专利技术专利ZL01130064.7公布了 一种高压脉冲电场灭菌方法及其装置，中国专利技术专利ZL02152160.6公布了脉 冲电场灭菌设备的处理器的设计方法，中国专利技术专利ZL200410077405丄公布 了一种预极化脉冲电场灭菌方法及其设备；强电场也被应用于其它的食品工 业处理，如中国专利ZL00260065.X公布了一种采用强电场去除酱油沉淀的 装置，中国专利ZL200410052115.1公布了一种电磁场加速白兰地酒橡木陈酿的方法，中国专利申请200710031217.9公开了一种物理场酒类老熟方法及其 装置。但这些专利技术都未涉及到采用强脉冲电场处理制备低分子量壳聚糖 的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于通过采用强脉冲电场处理高分子量壳聚糖(分子量大 于2.5Xl()Sg/mo1，脱乙酰度大于60%)，提供一种制备低分子量壳聚糖(分 子量小于2.3X10"g/mo1)的物理方法。本专利技术可以通过以下技术方案予以实现，包括以下步骤(1) 壳聚糖溶解，将高分子量壳聚糖加入溶解液中，所述溶解液为无机 酸、有机酸水溶液、过氧化氢水溶液或加有无机酸或有机酸的过氧化氢水溶液，其中壳聚糖在溶液中的质量浓度为1 15%，无机酸或有机酸的质量浓 度为0.5 15%，过氧化氢的质量浓度为1 30%;所述的高分子量壳聚糖为 粘均分子量大于1.0xl05g/mol，脱乙酰度大于60%的壳聚糖；所述的无机酸 为盐酸，所述的有机酸为甲酸、乙酸、柠檬酸或乳酸；(2) 脉冲电场处理将壳聚糖溶液在脉冲电场处理器中处理；电场场强 为40 60kV/cm，脉冲宽度10 10(Vs，脉冲频率100 1000Hz，脉冲波形 为平方波，壳聚糖受到脉冲电场处理的时间为10 1000ms;(3) 向脉冲处理后的壳聚糖溶液中加入碱溶液，调节pH至6 8，静置 沉淀，离心得沉淀物；(4) 沉淀物用丙酮或乙醚洗涤1 3次，真空干燥即得低分子量壳聚糖。 所述的脉冲电场处理时间优选为300 500ms。所述的电场场强优选为45 55kV/cm。所述的碱溶液优选为NaOH、 NaOH、 KOH和NaHC03溶液的一种或多种。所述的碱溶液浓度为0.5 2mol/L。所述的低分子量壳聚糖为粘均分子量小于2.3X 104g/mol的壳聚糖。 与现有技术相比，本专利技术具有以下优点(1) 采用脉冲电场法制备低分子量壳聚糖，制备时间短，脉冲处理时间 为数秒钟，大大短于化学法所需要的数小时的化学反应时间；(2) 在制备过程中避免了加入大量的化学试剂，从而减少了后续的清洗 和污水治理，属于绿色清洁加工；(3) 脉冲处理过程在常温下进行，对比于高温加热的方法消耗能量小。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术做进一步描述,但本专利技术的实施方式不限于此。 实施例1将高分子量壳聚糖(粘均分子量M^3.0xl0Sg/mo1，脱乙酰度大于90%) 与含有乙酸的水溶液混合均匀，其中壳聚糖的质量浓度为1%，乙酸的质量 浓度为3%。用连续恒流泵将壳聚糖溶液泵入脉冲电场装置，同时调节电场 场强为40kV/cm，脉冲宽度10|Js，脉冲频率1000Hz，脉冲波形为平方波， 脉冲处理时间为10ms。向脉冲处理后的壳聚糖溶液中加入0.5mol/L氢氧化 钠溶液，调节pH至6.0，静置沉淀，离心得沉淀物。沉淀物用丙酮洗涤2次， 真空干燥即得低分子量壳聚糖(粘均分子量M^2.3xl0Vmo1，产率85%)。 实施例2将高分子量壳聚糖(粘均分子量M^6.8xl()Sg/mo1，脱乙酰度大于80%) 与含有过氧化氢的水溶液混合均匀，其中壳聚糖的质量浓度为10%，过氧化 氢的质量浓度为15%。用连续恒流泵将壳聚糖溶液泵入脉冲电场装置，同时 调节电场场强为50kV/cm,脉冲宽度50ps，脉冲频率100Hz，脉冲波形为平 方波，脉冲处理时间为200ms。向脉冲处理后的壳聚糖溶液中加入含1.Omol/L 碳酸氢钠和0.5mol/L氢氧化钾混合溶液，调节pH至7.2，静置沉淀，离心得 沉淀物。沉淀物用乙醚洗涤3次，真空干燥即得低分子量壳聚糖(粘均分子 量M^1.6xl()4g/mo1,产率85%)。实施例3将高分子量壳聚糖(粘均分子量M^4.5xl()Sg/mo1，脱乙酰度大于70%) 与含有甲酸和乳酸的水溶液混合均匀，其中壳聚糖的质量浓度为7%，甲酸 的质量浓度为8%，乳酸的质量浓度为12%。用连续恒流泵将壳聚糖溶液泵 入脉冲电场装置，同时调节电场场强为45kV/cm，脉冲宽度80Ms，脉冲频率 500Hz，脉冲波形为平方波，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用脉冲电场制备低分子量壳聚糖的方法，其特征在于包括以下步骤：　（１）壳聚糖溶解，将高分子量壳聚糖加入溶解液中，所述溶解液为无机酸、有机酸水溶液、过氧化氢水溶液或加有无机酸或有机酸的过氧化氢水溶液，其中壳聚糖在溶液中的质量浓度为１～１５％，无机酸或有机酸的质量浓度为０．５～１５％，过氧化氢的质量浓度为１～３０％；所述的高分子量壳聚糖为粘均分子量大于１．０×１０↑［５］ｇ／ｍｏｌ，脱乙酰度大于６０％的壳聚糖；所述的无机酸为盐酸，所述的有机酸为甲酸、乙酸、柠檬酸或乳酸；（２）脉冲电场处理：将壳聚糖溶液在脉冲电场处理器中处理；电场场强为４０～６０ｋＶ／ｃｍ，脉冲宽度１０～１００μｓ，脉冲频率１００～１０００Ｈｚ，脉冲波形为平方波，壳聚糖受到脉冲电场处理的时间为１０～１０００ｍｓ；　（３）向脉冲电场处理后的壳聚糖溶液中加入碱溶液，调节ｐＨ至６～８，静置沉淀，离心得沉淀物；　（４）沉淀物用丙酮或乙醚洗涤１～３次，真空干燥即得低分子量壳聚糖。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾新安，韩忠，于淑娟，扶雄，张本山，
申请(专利权)人：曾新安，韩忠，于淑娟，扶雄，张本山，
类型：发明
国别省市：81