[发明专利]一种利用超声‑水力协同空化制备低聚壳聚糖的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低聚壳聚糖方法的制备方法，特别涉及一种利用超声-水力协同空化制备低聚壳聚糖的方法。

背景技术

一般由甲壳素脱乙酰化制得的壳聚糖分子量很大，且有紧密的晶体结构，不溶于普通溶剂，只能溶解于某些酸性介质中，这使得壳聚糖的应用受到极大的限制。另外，研究表明：不同相对分子质量的壳聚糖性质差异很大，有时甚至会表现出截然相反的特性，壳聚糖的许多特异性功能只有在相对分子质量降低到一定程度才表现出来。壳聚糖经降解得到的低聚水溶性壳聚糖，有着独特的、优越的生理活性和物化性质，具有广泛的应用领域和开发价值，从而倍受关注。

目前，壳聚糖降解方法主要有化学法、酶法和物理法。

（1）化学法是通过化学的方法对壳聚糖进行降解，主要有：酸降解法、NaNO₂降解法、氧化降解法等。化学降解过程反应不好控制，相对分子质量分布宽，容易对环境造成污染，产品颜色较深。

（2）酶法降解是利用专一性或非专一性酶对壳聚糖进行降解的方法。酶降解法降解过程和降解产物的相对分子质量易于被控制，并且是在较温和的条件下直接进行的，不需要加入其它化学反应试剂，对环境污染少。然而，酶法降解周期长，酶容易失活，生产成本高，目前还难以实现工业化。

（3）物理降解法目前主要是辐射法、微波法、超声波法及水力空化法。辐射降解法利用放射性射线降解壳聚糖，但辐射降解法对设备要求很高，同时可能产生有毒有害物质。微波法是通过微波辐射对壳聚糖进行降解，但微波降解壳聚糖目前还是停留在间歇操作，难以连续化生产。超声波降解主要是通过超声空化效应对壳聚糖进行降解，其降解作用十分明显，可得到较为均一的低相对分子质量壳聚糖，并且超声波降解法用酸量明显减少，后处理过程大为简化，对环境的污染也大大降低。但是，由于超声空化的总耗能中，只有5%-10%用于空化效应，其余的90%-95%以热能的形式使系统升温。这种升温不仅造成能量的浪费，同时不利于对热敏物质（例如生物、医药等行业）的处理；超声空化的另一个严重问题，在实验室和小规模小容器的有限空间条件下，效果较好，但是将应用放大至中试规模或更大规模时，就会出现很不稳定的功能削弱现象。本申请的申请人在较早前申请并获得了专利号为ZL2010101787923的中国发明专利，该专利是利用水力空化装置（文丘里管）制备低聚壳聚糖，但是在后续的研发过程中，申请人发现：水力空化降解通过空化泡溃灭在其周围产生局部高温和高压，并伴随出现强烈的冲击波和微射流，这些物理条件为溶液中壳聚糖降解提供了一个有利的理化环境，实现了通过自由基氧化、高温热解和超临界水氧化使壳聚糖分子发生降解作用。但若能进一步提高水力空化对壳聚糖的效率，对于节能降耗具有重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种利用超声-水力协同空化制备低聚壳聚糖的方法，该方法通过壳聚糖溶液本身超声-水力空化效应对壳聚糖进行降解，具有简便易行、能耗低、效率高等特点；具有大规模工业应用的优势。

解决上述技术问题的技术方案是：一种利用超声-水力协同空化制备低聚壳聚糖的方法，包括以下步骤：

第一步：壳聚糖溶解：将高分子量壳聚糖加入溶剂中溶解制成壳聚糖溶液，所述的溶剂为无机酸水溶液、有机酸水溶液或偏酸性的缓冲溶液之中的一种，其中，所述的无机酸水溶液或有机酸水溶液的质量浓度为1%-13%，所述的缓冲溶液的pH为3-5，所述的高分子量壳聚糖的相对分子质量大于2×10⁶，脱乙酰度大于60%；所述的无机酸为盐酸，有机酸为甲酸、乙酸、乳酸或柠檬酸，所述的缓冲溶液为乙酸-乙酸钠或柠檬酸-柠檬酸钠；

第二步：降解；

第三步：向降解完成后的壳聚糖溶液中加入碱溶液，调节pH为9-10，沉淀，离心得沉淀物；

第四步：沉淀物用丙酮和乙醚洗涤1-3次，真空干燥即得低聚壳聚糖；

第一步中所述的壳聚糖溶液的质量浓度为1g/L-10g/L；

所述第二步为超声-水力协同空化降解：将壳聚糖溶液在超声-水力空化装置中进行空化降解处理；

所述的超声-水力空化装置包括恒温水浴循环水箱、贮罐、泵、超声-水力空化器、输送壳聚糖溶液的管道以及安装在管道上的压力表、阀门；所述泵通过管道分别与贮罐、超声-水力空化器连通，超声-水力空化器通过管道与贮罐连通；