[发明专利]N－乙酰氨基葡萄糖的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种N-乙酰氨基葡萄糖的合成方法。

背景技术

甲壳素是自然界第二丰富的生物聚合体、第二大再生资源，其分布十分广泛，广泛存在于甲壳类动物的外骨骼、昆虫、真菌和酵母的细胞壁中。每年的生物合成量约为100亿吨以上。同时甲壳素也是自然界中除蛋白质外数量最大的含氮天然有机高分子。

壳聚糖(chitosan)是一种由甲壳素脱乙酰基后的产物。鉴于壳聚糖及其衍生物具有优良的生理活性和功能保健作用。在食品，医药方面显示出非常诱人的应用价值。近年来，国内外对甲壳素以及壳聚糖的开发研究十分活跃。壳聚糖是由大部分D-氨基葡萄糖和少量的N-乙酰-D-氨基葡萄糖组成，以β-(1，4)糖苷键连接起来的直链多糖。壳聚糖因子其独特的分子结构，是天然多糖中唯一大量存在的碱性氨基多糖，因而具有一系列特殊功能性质。

N-乙酰氨基葡萄糖(N-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖2-Acetamido-2-deoxy-D-glucose，NAG)是葡萄糖分子中C₂上羟基被乙酰氨基所替代的一种单糖。NAG是生物细胞内糖蛋白、糖脂等重要生物多糖的基本组成部分，是甲壳素(chiain)的构成单位。在人乳中也含有N-乙酰葡萄糖胺的多种低聚糖。这些糖类在生物体内具有重要的生物学作用，如机体保护支持、免疫调节、信息传递、抗感染、抗炎症等。

早在20世纪30年代初就有文献报道了关于NAG的制备和定量测定方法。但在最近几十年来，对NAG在生物体中的生物活性仍有新的发现。随着人们对NAG在生物体中生理活性的不断认识，NAG越来越引起人们的关注。一些发达国家如日本、美国、欧洲都在开发NAG作为天然食品添加剂——功能性甜味剂，欧美已将NAG用于治疗和预防风湿性关节炎症，现已将N-乙酰氨基葡萄糖列为氨基葡萄糖系列中最新的第三代保健功能性食品补充剂。

NAG在自然界很少以游离状态存在，因此，NAG的主要制备是以甲壳素为原料经水解而进一步制得，通常有三种方法：一是酸水解法；二是酶水解法；三是化学合成法生产。

酸水解法：在甲壳素分子结构中，由于C₂上乙酰氨基的存在，一方面使分子中氢键的作用强，故甲壳素几乎不溶于一般的有机溶剂和稀酸稀碱液，在一些无机酸如浓盐酸、浓硝酸、浓氢氟酸、浓硫酸等中因缓慢降解而有一定的溶解度，但在温和的条件下糖苷键酸水解不完全，会得到二聚体、三聚体、四聚体等低聚糖，使单糖含量低，得率低，而且水解过程中还有副反应发生，如有氯代物的副产物产生；提高反应条件如增加浓度和温度，当糖苷键水解时，也引起葡糖胺上乙酰基的水解，生成氨基葡萄糖盐酸盐及低聚糖，副产物也会增加。有报道采用无水氢氟酸作为催化剂，水解甲壳素制备NAG可增加水解的选择性，减少乙酰基的水解，可以得到更多的NAG单体，得率比盐酸水解高得多。然而由于HF对于设备的极强腐蚀性，以及很难脱掉产物中的氟离子，因而工业化生产无法采用。

酶法：目前国际上已在研究应用甲壳素酶类进行酶解，将甲壳素从多聚体降解为NAG单体。酶水解的优点在于选择性强，产品应用于食品领域中的安全性好。酶法生产的一种主要机理是，由内切酶先将甲壳素按随机方式降解为高分子量的甲壳低聚糖，然后外切酶接着将这些高分子量的多聚体从非还原末端切下大多数的二聚体和少量的三聚体，最后甲壳二酶水解二聚体成为最终的单体——NAG。这些酶类主要包括甲壳素酶、甲壳二酶、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、溶菌酶等。还有一种酶解机理是，先由水解酶系统催化水解甲壳素的糖苷键，如外切酶从甲壳素分子链的非还原端开始，以甲壳二糖为单位，依次酶解；内切酶则随机水解糖苷键；由外切酶水解成的甲壳二糖，被β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶水解成单糖。酶水解的不足是降解非常的缓慢，寻求能水解甲壳素的酶类是酶法生产NAG的关键。这类酶广泛分布于脊椎动物的消化道中，一些典型的食昆虫物种胃粘液和胰可以分泌酶活非常高的甲壳素酶；一些海洋微生物中所含的N-乙酰氨基葡萄糖酶的量特别高，还有许多的细菌、霉菌、放线菌等微生物内都不等量的含有这些酶类。但这些酶的提取、纯化、生产的成本高，目前尚无商业化生产的甲壳素酶类。因此酶法生产NAG尚处于实验室研究阶段。