[发明专利]外循环微波辅助酸解几丁质制备氨基葡萄糖的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及以几丁质制备氨基葡萄糖的生产技术领域。

技术背景

几丁质又称甲壳素，是N-乙酰葡糖胺的同聚物，在动物和微生物中均广泛存在，尤其以水生甲壳类动物的外骨骼中含量最为丰富。我国甲壳素生物质资源储量大，来源广泛，是仅次于纤维素的第二大高分子物质，但目前大部分得不到合理利用、对资源造成极大的浪费，开发几丁质衍生物是副产物资源化、高值化加工的重要途径。

采用几丁质水解制备获得的氨基葡萄糖可促进人体粘多糖的合成，能改善关节的代谢机能，是形成软骨细胞的重要营养素，可作为健康关节软骨的天然组织成份。随着人体年龄的增长，体内氨基葡萄糖的缺乏越来越严重，关节软骨会不断退化和磨损，氨基葡萄糖可以帮助修复和维护软骨，并能刺激软骨细胞的生长。然而，传统工艺采用几丁质制备氨基葡萄糖需要在浓酸和高温下完成，对环境污染严重，设备要求高，反应需要消耗大量的浓酸。

微波作为一种电磁波，具有反射、折射、透射及伴随波进行能量传递等特性。不同物质，对微波辐射能呈现反射、吸收及穿透三种不同性质，金属类导体表面能反射微波，玻璃、塑料、陶瓷灯绝缘体可透过而不吸收微波，极性介质如水、极性有机物等则能吸收微波，引进分子的强烈振动，并被转变成热能，使自身温度升高。基于这些特性微波技术得到了广泛应用。采用微波加热是一种重要应用，具有快速、高效、均匀、灵敏、清洁、无污染、劳动强度低、节能、操作简便等优点，而且能够促进反应的速率和进程。

尽管到目前为止，对微波加速反应的机理研究尚未完全了解，而且存在着多种不同的争议，但主流的观点认为，微波辐照不仅仅是加热速度快，而且对极性物质具有加热选择性，使分子振动加速，甚至可以降低反应的活化能。由于微波在300MHz-3000MHz频率范围内的辐照能量低，不会引起分子振动能级的改变，因此一般情况下，不会改变反应历程，但可以加速反应进程。1980年加拿大科学家RichardGedye利用微波进行有机合成反应获得成功，将反应速率提高1000倍（Gedye等,TetrahedronLett.,1986,26,p.279），之后，世界各国科学家进一步发展了微波催化，并使微波化学成为一个新的研究领域。我国的刘龙飞等人采用微波辐射与盐酸催化相结合对纤维素进行水解，通过反应参数和工艺条件的改进，反应50min水解液中还原糖浓度达到36.7g/L，相比常规水浴加热所得还原糖浓度提高了14.4g/L（刘龙飞等,化工技术与开发,2009,38,p.13），提高幅度十分显著。周继承等人采用微波催化反应氧化降解技术处理废水，4-硝基苯酚和苯酚降解率均能达到99%以上，而一般光催化技术降解率仅为85%-95%（CN201210570240.6）。至今为止，微波已应用于合成反应、水解反应和缩合反应，从应用情况来看，与传统工艺相比，该反应具备反应快、产率高、产品质量高等技术优势。

然而微波催化的实际应用较少，尤其是缺乏规模化应用，主要研究大都基于实验规模或小试水平，主要原因在于微波辅助催化的装置开发滞后。目前大型的微波装备主要应用于微波加热、微波灭菌、微波处理废弃物等过程，针对的是固态或半固态物料，而对流体物料的辅助催化缺乏成型的装置。

此外，目前有关微波催化的水解反应主要集中于纤维素、淀粉等生物质的水解以及有机废水的降解处理，而通过微波催化几丁质水解反应制备氨基葡萄糖的研究较少。主要有林进妹等报道了“微波辐射快速制备氨基葡萄糖盐酸盐的研究”（林进妹等,漳州师范学院学报（自然科学版）,2006年第4期），其采用的是壳聚糖为原料，壳聚糖是几丁质脱除乙酰后的产物，这与本工艺使用的几丁质原料是不同的。朱玉霞硕士论文“壳寡糖的制备、分离分析及抑菌活性研究”报道了采用微波进行降粘，继而进行壳寡糖的制备，其辅助催化体系是非均相，且制备的产物是壳寡糖，这也是本研究团队的前期成果之一。另外，关丽等在“微波辐射制备羧甲基壳聚糖研究初探”中，提出了采用微波进行羧甲基壳聚糖的研究（关丽等,广东药学院学报,2003年21卷4期），也与本发明不同，但均体现了微波催化具有良好的应用前景。

目前工艺是采用高浓度的盐酸（质量浓度>20%）进行水解，水解得率仅为80%，且平均每公斤产品耗用浓盐酸在6kg以上，后续的水处理压力较大。

发明内容

为了克服现有技术中存在的反应时间长，浓酸用量大，反应温度高，能耗大等问题，本发明提出了一种新的微波催化制备氨基葡萄糖的工艺方法。