一种不同分子量β-壳聚糖的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于海洋化学工程技术，具体涉及一种不同分子量壳聚糖的制备方 法。
【背景技术】
[0002] 壳聚糖多存在于软体动物软骨中，有异于a-壳聚糖的螺旋结构，为空间平 行结构，具有很好的生物活性、生物安全性、化学可修饰性等。因此，继a-壳聚糖以后，近 年来壳聚糖的开发与应用受到了广泛关注，有效应用于医药、食品、工业絮凝等多个方 面。然而，天然制备的壳聚糖分子量通常较高，多在2000KDa以上，溶解性困难，且粘度 较大。这与其原料所具备的高分子量有极大关系，在食品、农业、保健品的应用、开发方面造 成阻碍，且不同分子量的壳聚糖所表现出的化学、生物活性也有极大不同。因此为了更 好研宄0 _壳聚糖分子量对其吸附性、降解性、亲和性、抑菌性等各项生物活性的影响及相 关关系，我们迫切需要一种简单有效的方法制备不同分子量的壳聚糖。由于结构的不 同，壳聚糖与a-壳聚糖在制备和降解方面也存在着一定差异，初期壳聚糖分子量 表现出较快的下降趋势，但在制备小分子量0 _壳聚糖时却面临较大困难。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种不同分子量0 _壳聚糖的制备方法。
[0004] 为实现上述目的本发明采用的技术方案为：
[0005]-种不同分子量0-壳聚糖的制备方法，以乙酸溶解0-壳聚糖，在过氧化氢的 作用下，采用微波辅助方法降解高分子量、高粘度的壳聚糖，得不同分子量的壳聚 糖。
[0006] 进一步的说，将分子量为2000-6000KDa的壳聚糖溶于乙酸中，获得浓度为 1-3% (wt)的0-壳聚糖，而后加入的过氧化氢，在400-800w的微波作用下，反应温度为 70-90°C，即可获得不同分子量的壳聚糖。
[0007] 再进一步说，以乙酸溶解2000-60001(0&的|3-壳聚糖，在加入浓度0.5-3%过氧化 氢，经过氧化氢催化作用下，于70-90°C，500-800r/min的搅拌转速下，采用微波方法降解 溶解并催化后的高分子量、高粘度的0 _壳聚糖，降解l〇_40min即可得分子量低至lOKDa 左右的壳聚糖，微波降解时间延长至60-180min，可获得分子量8-3KDa的壳聚糖。
[0008] 更进一步的说，以乙酸溶解2000-60001(0&的|3-壳聚糖，在加入浓度达10-20%的 过氧化氢，经过氧化氢催化作用下，于70-90°C，500-800r/min的搅拌转速下，采用微波方 法降解溶解并催化后的高分子量、高粘度的0 _壳聚糖，降解l〇min时即可获得5KDa左右 的0 _壳聚糖，降解30min时即可获得分子量可达到2KDa左右的0 -壳聚糖，降解时间延 长至60min即可获得lKDa左右的|3 -壳寡糖。
[0009] 本发明的优点
[0010] 1.本发明采用微波辅助条件下制备不同分子量壳聚糖的方法，同时在较高 的过氧化氢浓度和较长的反应时间下，均未对壳聚糖的构型造成任何的影响。其采用 微波辅助反应条件有利于壳聚糖分子量的降解，使得高分子量的壳聚糖能够快速 简单的制备成不同目标分子量的0 -壳聚糖，使其在实际应用中更加方便灵活，为今后研 宄分子量对壳聚糖的吸附、抑菌、免疫等多项活性的影响奠定基础，进一步扩大其在医 疗、食品、化学修饰等方面的应用。
[0011] 2.本发明制备不同分子量0-壳聚糖的方法相比于酶法等其他方法，具有所需试 剂较少、操作简单、耗时低，环境污染小等特点。
[0012] 3.本发明制备不同分子量0-壳聚糖的方法重复性好、条件可控，通过对微波时 间、反应温度和过氧化氢浓度的控制，可有效制备不同目标分子量的0 _壳聚糖。
[0013] 4.本发明制备不同分子量0 -壳聚糖的方法在微波辅助条件下，控制反应温度和 过氧化氢浓度，可在较短的时间内制备得到分子量lKDa左右的0 -壳寡糖，由于其高粘度、 难溶解的特性，这是其他方法所不可比拟的。
[0014] 5.本发明全面探讨了不同浓度过氧化氢对微波辅助降解壳聚糖的影响，发现 在0. 5-3%的过氧化氢浓度下，0 -壳聚糖分子量可快速有效的降解至lOKDa左右，延长时 间可显著降低0 -壳聚糖的分子量到3KDa左右。将过氧化氢浓度提高到6-20%，则能快速 有效的降解分子量至l_5KDa左右。但与a-壳聚糖不同的是，对于a-壳聚糖的降解延长 反应时间和增加过氧化氢浓度，对分子量影响相对较小。
【附图说明】
[0015]图1A为本发明实施例提供的0-壳聚糖原料高效液相谱图，0-壳聚糖原料分子 量为4717KDa;
[0016] 图1B为本发明实施例提供的获得分子量为5743Da的低分子量0-壳聚糖高效液 相谱图；
[0017] 图1C为本发明实施例提供的获得分子量为1271Da的低分子量0-壳聚糖高效液 相谱图。
[0018] 图2A为为本发明实施例提供分子量为4717KDa的0-壳聚糖红外色谱图；
[0019]图2B为本发明实施例提供的获得分子量为5743Da的低分子量0-壳聚糖红外色 谱图；
[0020]图2C为本发明实施例提供的获得分子量为1271Da的低分子量0-壳聚糖红外色 谱图。
[0021]由上述图2A-2C中在1670cm-l附近，壳聚糖只有一个氨基峰，而另一氨基峰 则位于1580cm-l附近，符合0 -壳聚糖结构特征，表明在分子量降解过程中，并没有发生构 型的变化。 具体实施例
[0022] 下面结合说明书附图对本发明作进一步说明，并且本发明的保护范围不仅局限于 以下实施例。
[0023]本发明将壳聚糖溶于乙酸后，控制微波反应时间、反应温度和过氧化氢浓度 能有效、可控的制备不同目标分子量的壳聚糖。当高分子量、高粘度壳聚糖降低到 一定分子量时，不再受粘度对搅拌的干扰因素影响后，分子量随着微波时间的增加而降低， 后趋于平衡。T同时增加过氧化氢的用量，可有效提高壳聚糖的降解效率、获得更低分 子量的0 -壳聚糖。
[0024] 实施例1
[0025] 称取12§0-壳聚糖，分子量为47171(〇 &、脱乙酰度为91.〇4%，溶解于4〇〇1^2% (体积浓度）的冰乙酸溶液，搅拌溶解直至获得澄清、均质的浓度为3% (质量浓度）的 0-壳聚糖。取多个l〇〇ml微波反应器，每个反应器中加入上述溶解后的壳聚糖50ml， 而后分别加入30%过氧化氢1. 5mL，在600W，70°C条件下，搅拌转速为600r/min，分别反应 lOmin、15min、20min、25min、30min、40min、60min、80min、lOOmin、180min，将获得不同的反 应溶液透析、冻干并进行分子量及结构的测定（参见图1A、图1B、图2A和图2B)。采用高 效凝胶排阻色谱对壳聚糖降解产物的重均分子量（Mw)和数均分子量（Mn)进行分析 (表1)。具体分析条件如下，色谱柱：TSK G3000-PWXL、TSK G5000-PWXL ;流动相：0. 2M醋酸 /0. 1M 醋酸钠溶液；流速：G3000-0. 8mL/min，G5000-0. 6mL/min ;柱温：30°C;检测器：示差检 测器。样品浓度为0. 4% (w% )。采用不同分子量的葡聚糖2000000, 1100000,670000, 410 000, 270000, 80000, 50000, 25000,12000, 5000, lOOODa，对凝胶色谱柱进行校准。
[0026] 分子量为4717KDa、脱乙酰度为91. 04%的壳聚糖可通过市售获得，或是按如 下方式制备获得：
[0027] 将日本枪乌贼（Loligo Japonica)软骨表面的组织残留物清洗干净后烘干，称 取500g鱿鱼骨置于过量的4%的盐酸中浸泡7h，洗净至中性后置于过量的1 %的氢氧化 钠中，90°C水浴反应3h，洗净至中性烘干，即得甲壳素，称重170g，产率为34%。称 取170gf3-甲壳素，将其粉碎（粉碎成末，无杂质，即60目左右）后与40(wt)%的氢氧化 钠溶液按照质量体积比1:8的比例混合95°C反应6小时，获得133gf3 -壳聚糖，产率为 78. 24%，紫外光谱法测定脱乙酰度为91. 04%、高效液相法测定分子量为4717KDa(参见图 1A、2A)。
[0028] 表1 :2%过氧化氢浓度下不同微波时间对分子量的影响
【主权项】
1. 一种不同分子量(6-壳聚糖的制备方法，其特征在于：以乙酸溶解(6-壳聚糖，在 过氧化氢的作用下，采用微波辅助方法降解高分子量、高粘度的e-壳聚糖，得不同分子量 的e-壳聚糖。
2. 按权利要求1所述的不同分子量e-壳聚糖的制备方法，其特征在于：将分子量为 2000-6000KDa的0-壳聚糖溶于乙酸中，获得浓度为1-3% (wt)的0-壳聚糖，而后加入的 过氧化氢，在400-800?的微波作用下，反应温度为70-90°C，即可获得不同分子量的0 -壳 聚糖。
3. 按权利要求2所述的不同分子量0-壳聚糖的制备方法，其特征在于：以乙酸溶 解2〇〇〇-6〇〇〇1(〇3的0-壳聚糖，在加入浓度〇.5-3%过氧化氢，经过氧化氢催化作用下，于 70-90°C，500-800r/min的搅拌转速下，采用微波方法降解溶解并催化后的高分子量、高粘 度的壳聚糖，降解10_40min即可得分子量低至IOKDa左右的0-壳聚糖，微波降解时 间延长至60-180min，可获得分子量8-3KDa的0 -壳聚糖。
4. 按权利要求2所述的不同分子量0-壳聚糖的制备方法，其特征在于：以乙酸溶解 2〇〇〇-6〇〇〇1(〇&的0-壳聚糖，在加入浓度达1〇-2〇%的过氧化氢，经过氧化氢催化作用下， 于70-90°C，500-800r/min的搅拌转速下，采用微波方法降解溶解并催化后的高分子量、高 粘度的0 -壳聚糖，降解IOmin时即可获得5KDa左右的0 -壳聚糖，降解30min时即可获 得分子量可达到2KDa左右的0 -壳聚糖，降解时间延长至60min即可获得IKDa左右的 壳寡糖。
【专利摘要】本发明属于海洋化学工程技术，具体涉及一种不同分子量β-壳聚糖的制备方法。以乙酸溶解β-壳聚糖，在过氧化氢的作用下，采用微波辅助方法降解高分子量、高粘度的β-壳聚糖，得不同分子量的β-壳聚糖。本发明方法简单、高效，重复性好，可广泛应用于工业及相关产业生产，为β-壳聚糖的开发与应用奠定理论基础。
【IPC分类】C08B37-08
【公开号】CN104693319
【申请号】CN201510130907
【发明人】邢荣娥, 何晓飞, 李克成, 秦玉坤, 刘松, 李鹏程
【申请人】中国科学院海洋研究所
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月24日