[发明专利]超声微波协同氧化制备低聚窄分子量分布壳寡糖的方法

说明书

技术领域

本发明涉及低聚壳寡糖制备技术领域，尤其是低聚窄分子量分布壳寡糖的制备。

背景技术

壳聚糖(Chitosan)是甲壳素脱乙酰化的产物，是由2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖单元和N-乙酰-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖以β-1,4糖苷键链接而成的二元线性共聚物，是白色无定型固体([1]蒋挺大. 甲壳素[M]. 北京：化学工业出版社, 2003: 23-28. [2]Varum K. M., Ottoy M. H., Smidsrod O. Acid hydrolysis of chitosans. Carbohydrate Polymers. 2001, 46(1): 89-98.)。凡是N-乙酰度在50%以上的就可以称为壳聚糖。壳聚糖是自然界中唯一存在的天然碱性多糖，无毒副作用，具有良好的生物降解性、生物相容性等。由于壳聚糖的优良的生物活性，壳聚糖在很多领域得到了广泛的应用。例如：壳聚糖可作为果蔬保鲜剂、保健食品添加剂、止血剂、降胆固醇剂，还可以用于食品工业废水和重金属废水的处理等。虽然壳聚糖的应用范围广泛，但是其分子量较大，通常在几十万到上百万左右，只溶于稀酸溶液，当水溶液体系在pH值为4.5以上时则溶解性很差，限制了壳聚糖的应用。将壳聚糖长链通过不同途径发生部分降解，糖苷键断裂形成分子量大小不等的片段，得到水溶性优良的不同分子量的低聚壳聚糖。而且壳聚糖许多优良的特性只有在分子量降低到一定程度时才能表现出来。

低聚壳聚糖(Chitooligosaccharide)是壳聚糖经降解生成的一类低聚物，是一种可生物降解的聚阳离子高分子材料。低聚壳聚糖也叫做壳寡糖、壳聚寡糖或几丁寡糖，学名叫β-1,4-寡糖-葡萄糖胺，是由2-10个葡萄糖氨基或N-乙酰葡萄糖氨基以β-1,4键连接构成的(王军, 周本权, 杨许召, 等. 低聚壳聚糖的制备及应用研究进展[J]. 日用化学工业. 2010, 40(2): 124-128.)。壳寡糖的相对分子量一般在1000-10000之间。壳寡糖不仅保持了壳聚糖原有的生理活性，而且还有许多独特的性质和功能，例如：水溶性、抗菌抑菌活性、吸湿保湿性、成膜性、调节免疫、降血脂、调节肠胃等生理活性。低聚壳聚糖在食品工业、生物医药、环境保护、农业、化妆品等领域中的应用得到了扩展。

目前制备水溶性壳寡糖的方法很多，包括化学法(如酸水解、氧化降解)、酶解法(如专一性酶、非专一性酶)、物理法(如核辐射、紫外辐射和微波处理法)等。虽然这些方法都能够降解得到不同分子量的壳寡糖，但是在一定程度上都存在一定的弊端。例如：酸解法的成本较低、操作简便，但是得到的壳寡糖的分子量分布难以控制，并且会对环境造成污染(刘晓, 石瑛, 白雪芳, 等. 甲壳低聚糖的酸水解[J]. 中国水产科学. 2003, 10(1): 69-72.)。酶解法的催化效率高、专一性强、对环境的污染小，但是酶的价格昂贵，反应时间长，成本较高。辐射法降解成本低、产品品质高，但是辐射容易引起一些交联和岐化反应，副产物较多。这些方法降解制备的壳寡糖分子量分布都比较宽，分子量分布指数大，壳寡糖的性质不均一，导致在一些高端行业的应用受到了限制。

因而，如何得到分子量和性质均一的低聚窄分子量分布壳寡糖，并且提高降解效率、降低成本、减少对环境的污染是壳聚糖降解中的重要问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备低聚窄分子量分布壳寡糖的降解方法，采用复合降解法提高降解效率，得到链长均一、分子量均一、性质均一的不同聚合度的低聚窄分子量分布壳寡糖。

本发明超声微波协同氧化法制备低聚窄分子量分布壳寡糖的方法，按照下述步骤进行：

（1）于40～60℃的油浴环境中，在体积浓度为0.5～1%的醋酸(HAc)溶液中加入高分子壳聚糖，边加边进行机械搅拌，直到形成均匀透明的粘稠状体系；

（2）在上述粘稠状体系中混入定量双氧水，继续机械搅拌2～20分钟； 

（3）将上述体系放入超声波发生器中超声5～40分钟，得到除去空气泡的均匀透明粘稠状体系；

（4）将上述体系放入微波催化合成/萃取仪中，设置一定的参数，进行微波降解，冷却；在功率和温度一定的条件下，随着加入双氧水量与微波照射时间的不同，降解得到不同聚合度的低聚窄分子量分布壳寡糖；

（5）用2mmol/L的KOH溶液调节pH至中性，抽滤，得到质量浓度为2～10%的低聚窄分子量分布壳聚糖水剂产品；