专利名称：：自升温氧化降解制备壳寡糖的方法
技术领域：
：本发明涉及一种利用反应自升温使反应体系维持在较低适宜温度进行氧化降解制备壳寡糖的方法。技术背景壳聚糖是由甲壳素经脱乙酰基反应制得的脱乙酰度达70%以上的氨基葡萄糖多糖，分子中含有游离氨基，是天然多糖中唯一的碱性多糖。壳聚糖的分子量通常在几十万左右，因其分子中氢键的作用，只能溶于少数稀酸溶液中，而不能直接溶于水中，使其应用范围受到很大限制。壳寡糖是指平均分子量低于2000道尔顿的壳聚糖。不同分子量的壳聚糖具有不同的功效，壳寡糖的生理活性与它们的分子尺寸、氨基含量、物理性质和化学结构紧密相关，据研究显示，分子量为8002000道尔顿的壳寡糖具有特别的抗癌等生理活性。壳寡糖具有许多优于大分子量壳聚糖的功能性质，还具有良好的水溶性、保湿增湿性、抑菌抗菌作用等性质。壳寡糖所特有的各种生理活性和功能性质，使其在保健食品、生物医药、植物生长促进、日用化妆品等方面具有独特的应用价值，使壳聚糖的应用得以真正实现。因此，在壳聚糖的应用及产品开发中，必须解决的问题是通过适当方法降低壳聚糖的分子量，制备壳寡糖。壳寡糖的制备方法主要包括水解法、物理法、利用糖转移反应、利用转基合成、化学合成法等几大类。目前以水解法为主，具体可分为酸降解法、酶降解法及氧化降解法。目前国内利用氧化降解法制备低聚水溶性壳聚糖或壳寡糖的专利有(1)专利号为00114484.7的中国专利公布了一种高浓度法制备低聚水溶性壳聚糖的方法，虽然其壳聚糖重量百分浓度>2050%，也加入了醋酸或盐酸促进反应，但由于其第一步是将大分子壳聚糖分散在重量百分浓度为0.012.0%的过氧化氢水溶液中，反应体系中初始的过氧化氢含量较低，所以氧化降解进行得很慢，必须采取水浴加热的方式维持反应体系的温度使降解反应持续进行。(2)专利号为02135410.3的中国专利公布了一种常温氧化降解方法，具体是将壳聚糖加到酸液中，再加入HA与FeS04混合液，常温下搅拌反应。这种方法存在的主要问题是加入了Fe2+，难以除掉；并且该方法只制备出分子量3000道尔顿以上的低分子壳聚糖，而没能制备壳寡糖。(3)在公开号为CN1602891A的专利申请中公开了一种氧化降解制备低聚壳聚糖口服液的方法，这种方法简便易行，但需要采用外加热来控制维持反应体系温度，在406(TC反应需要12小时，在95U0°。反应需要0.52小时。该方法低温反应需要很长时间，高温反应则会产生有色副产物。(4)专利号为200410020831.1的中国专利公布了一种制备甲壳低聚糖化合物的方法。这种方法需要采用外加热维持反应体系温度；反应先后在酸性、碱性条件下进行，耗时较长；反应体系中使用的酸的量很多，产品颜色会较深，用碱中和后产品中含盐量会较高；所得产品需要进行乙醇沉淀等后处理，工艺较为复杂，生产成本偏高；未能制备出分子量小于2000道尔顿的壳寡糖。(5)专利申请号为CN200510009669.8的中国专利公布了一种水溶性壳寡糖的制备方法。这种方法需要外加热维持反应体系温度在6080°C;反应中引入了Na离子，分离困难；反应中加入的过氧化氢为一次性加入，且加入的量较大，壳聚糖过氧化氢的重量比为1:24，致使反应产物平均分子量太低，为609道尔顿，导致其产物药用的生理活性较差。综上所述，现有中国专利中利用各种氧化降解方法对壳聚糖进行处理，都可以使其降解，但目前，大多数的降解方法还只是处于实验室研究阶段，存在这样或那样的不足。要真正制备出壳寡糖并最终实现产业化规模生产、产生显著的社会经济效益，还必须在其降解机理、降解效率、降解产物的分子量分布、降解产物的分离、纯化等方面进行更深入的研究，并探索新的环保、安全、经济可行的降解方法，开发新的生产工艺。
发明内容本发明的目的在于提供一种利用反应自升温使反应体系维持在较低适宜温度进行氧化降解、所得产品呈浅黄色、感官好的壳寡糖的制备方法，且本方法环保、安全、经济可行，降解产物分子量分布窄，单糖及分子量在IO，ooo道尔顿以上的壳聚糖极少，高生理活性的有效多糖含量高，完全水溶，无须分离、纯化，便于实现产业化生产和应用。用以实现本发明目的的技术方案为，一种利用反应自升温使反应体系维持在较低适宜温度进行氧化降解制备壳寡糖的方法，其操作步骤是(1)先将反应容器中的水升温至256(TC，然后将大分子量壳聚糖原料加入水中并搅匀，壳聚糖的质量浓度为S30%。其中大分子量壳聚糖是指平均分子量在10万道尔顿至100万道尔顿的壳聚糖。(2)向反应容器中加入过氧化氢水溶液并搅匀，其中过氧化氢水溶液中纯过氧化氢的质量浓度为1050%。(3)再向反应容器中加入冰醋酸并搅匀，冰醋酸的加入量应使反应体系的pH值控制在67，随后降解反应即开始。在反应进行过程中，再加入过氧化氢水溶液，其中过氧化氢水溶液为分次加入，以上所有步骤纯过氧化氢的累积加入量是壳聚糖质量的0.51.0倍。经过约2小时反应完毕，得到壳寡糖的均匀水溶液。(4)将水溶液直接或者浓縮后进行喷雾干燥、真空干燥或冰冻干燥即可得到浅黄色壳寡糖粉体。本发明采取先将水升温的方法，将大分子量壳聚糖、过氧化氢和冰醋酸加入升温后的水中搅匀后，即开始发生氧化降解放热反应。反应本身放出的热量就足以维持物料的适宜温度，使得反应既能够平稳进行，又不会升至较高温度导致产生副产物。在现有技术中大都是采用一次加入双氧水，这样的操作不利于反应稳定地进行，对实际生产中的反应装置或其它方面提出了苛刻的要求，同时高生理活性壳寡糖在产物中的比例不高(通常为约1020%)。本发明在不同的操作步骤中分次加入双氧水，结合之前的对水加热的操作，实现了系统的自升温氧化降解反应，这样的操作不仅避免了副产物的大量产生，更重要的是提高了产物中高生理活性壳寡糖的比例(li^l达60X以上)。用冰醋酸将壳聚糖和过氧化氢混和物料的pH值调节至6~7，可以使反应速度自始至终都比较均匀、易控，并且防止了由于最初反应体系的pH过低导致的产品颜色深、感官差的现象，最终产品具有浅黄的色泽，感官较好。本发明的方法能够制备出平均分子量低于2000道尔顿的浅黄色具体实施方式下面通过实施例对本发明作更为详细的描述。实施例1.1.将7公斤的水加入到反应容器中，加热使水升温至30°C;然后将分子量为450，000道尔顿的壳聚糖2Kg加入到容器中，搅拌均匀，使原料均匀浸润。2.将1.5Kg的过氧化氢(质量浓度为35%)水溶液加入到壳聚糖浸润液中，并混合均匀。此时，混合物料中壳聚糖的质量浓度为19%，过氧化氢的质量浓度为5%。3.随后立即向上述混合溶液中加入100ml冰醋酸，并搅匀，此时得到混合物料的pH值在6~7之间。4.上述物料加完后，降解反应即开始进行，物料也随之缓慢升温。反应进行50分钟后，再将0.5Kg的过氧化氢(质量浓度为35%)水溶液加入物料中，并混合均匀。5.反应再进行20分钟后，再将0.5Kg的过氧化氢(质量浓度为35%)水溶液加入物料中，并混合均匀。6.重复步骤5的操作一次。再反应30分钟即可得到均匀的壳寡糖水溶液。此时，纯过氧化氢的总加入量为1.05Kg，与壳聚糖原料的质量比为0.525:1;反应时间为2小时。7.测量壳寡糖水溶液温度，为80。C。8.取样，烘干后采用高效液相法测取壳寡糖的平均分子量及其分布,平均分子量为1670道尔顿。表l:壳寡糖产品分子量(单位道尔顿)分布分子量>100001000050005000300030002000<2000比率％02.2310.6217.8769.28实施例2.1.将7公斤的水加入到反应容器中，加热使水升温至6(TC;然后将分子量为450，000道尔顿的壳聚糖2Kg加入到容器中，搅拌均匀，使原料均匀浸润。2.将1.0Kg的过氧化氢(质量浓度为35%)水溶液加入到壳聚糖浸润液中，并混合均匀。此时，混合物料中壳聚糖的质量浓度为20%，过氧化氢的质量浓度为3.5%。3.随后立即向上述混合溶液中加入100ml冰醋酸，并搅匀，此时得到混合物料的pH值在6~7之间。4.上述物料加完后，降解反应即开始进行，物料也随之缓慢升温。反应进行30分钟后，再将1Kg的过氧化氢(质量浓度为35%)水溶液加入物料中，并混合均匀。5.反应再进行30分钟后，再将1Kg的过氧化氢(质量浓度为35%)水溶液加入物料中，并混合均匀。6.重复步骤5的操作一次。再反应30分钟即可得到均匀的壳寡糖水溶液。此时，纯过氧化氢的总加入量为1.4Kg，与壳聚糖原料的质量比为0.7:1;反应时间约为2小时。7.测量壳寡糖水溶液温度，为85r。8.取样，烘干后采用高效液相法测取壳寡糖的平均分子量及其分布,平均分子量为1124道尔顿。表2:壳寡糖产品分子量(单位道尔顿)分布<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本方法的反应时间是根据投料量等实际反应情况确定的。在投料量相同和同等品质产品的情况下，本方法的反应时间和制备技术明显优于现有技术中的方法。权利要求1.一种制备壳寡糖的方法，其包括(1)先将反应容器中的水升温，然后将大分子量壳聚糖原料加入水中；(2)向反应容器中加入过氧化氢水溶液；(3)再向反应容器中加入酸，降解反应随即开始，在反应进行过程中，再加入过氧化氢水溶液，反应完毕后，即得到壳寡糖的均匀水溶液；(4)将水溶液直接或者浓缩后进行喷雾干燥、真空干燥或冰冻干燥即可得到平均分子量小于2000道尔顿的浅黄色壳寡糖粉体；上述大分子量壳聚糖原料是指平均分子量在10万道尔顿至100万道尔顿的壳聚糖；上述(3)中加入过氧化氢水溶液，是指分次加入。2.如权利要求1所述的制备壳寡糖的方法，其特征在于在第一步中，先将反应容器中的水升温至2560。C。3.如权利要求1所述的制备壳寡糖的方法，其特征在于在第一步中，加入大分子量壳聚糖原料并搅匀，壳聚糖的质量浓度为830%。4.如权利要求1所说的制备壳寡糖的方法，其特征在于加入过氧化氢水溶液并搅匀，其中过氧化氢水溶液中纯过氧化氢的质量浓度为1050%，纯过氧化氢的累积加入量是壳聚糖质量的0.51倍。5.如权利要求1所说的制备壳寡糖的方法，其特征在于在第三步中，所加入的酸是无机酸和/或有机酸。6.如权利要求5所说的制备壳寡糖的方法，其特征在于所述的无机酸选自盐酸、硝酸和硫酸中的一种或多种。7.如权利要求5所说的制备壳寡糖的方法，其特征在于所述的有机酸选自醋酸、柠檬酸和乳酸中的一种或多种。8.如权利要求57所说的制备壳寡糖的方法，其特征在于酸的加入量应使反应体系的pH值控制在67。9、一种制备壳寡糖的方法，其包括如下(1)将7公斤的水加入到反应容器中，加热使水升温至30'C，然后将平均分子量为450，000道尔顿的壳聚糖2Kg加入到容器中，搅拌均匀，使原料均匀浸润；(2)将1.5Kg的过氧化氢(质量浓度为35%)水溶液加入到壳聚糖浸润液中，并混合均匀，此时，混合物料中壳聚糖的质量浓度为19%，过氧化氢的质量浓度为5%;(3)随后立即向上述混合溶液中加入100ml冰醋酸，并搅匀，此时得到混合物料的pH值在67之间；(4)上述物料加完后，降解反应即开始进行，物料也随之缓慢升温，反应进行50分钟后，再将0.5Kg的过氧化氢(质量浓度为35%)水溶液加入物料中，并混合均匀；(5)反应再进行20分钟后，再将0.5Kg的过氧化氢(质量浓度为35%)水溶液加入物料中，并混合均匀；(6)重复步骤5的操作一次，再反应30分钟即可得到均匀的壳寡糖水溶液，此时，纯过氧化氢的总加入量为1.05Kg，与壳聚糖原料的质量比为0.525:1;反应时间为2小时；(7)测量壳寡糖水溶液温度，为80°C;(8)取样，烘干后采用高效液相法测取壳寡糖的平均分子量及其分布，即得到产品。10、一种制备壳寡糖的方法，其包括如下(1)将7公斤的水加入到反应容器中，加热使水升温至6(TC，然后将平均分子量为450，000道尔顿的壳聚糖2Kg加入到容器中，搅拌均匀，使原料均匀浸润；(2)将1.0Kg的过氧化氢(质量浓度为35%)水溶液加入到壳聚糖浸润液中，并混合均匀，此时，混合物料中壳聚糖的质量浓度为20%，过氧化氢的质量浓度为3.5%;(3)随后立即向上述混合溶液中加入100ml冰醋酸，并搅匀，此时得到混合物料的pH值在67之间；(4)上述物料加完后，降解反应即开始进行，物料也随之缓慢升温，反应进行30分钟后，再将1Kg的过氧化氢(质量浓度为35%)水溶液加入物料中，并混合均匀；(5)反应再进行30分钟后，再将lKg的过氧化氢(质量浓度为35%)水溶液加入物料中，并混合均匀；(6)重复步骤5的操作一次，再反应30分钟即可得到均匀的壳寡糖水溶液，此时，纯过氧化氢的总加入量为1.4Kg，与壳聚糖原料的质量比为0.7:1;反应时间为2小时；(7)测量壳寡糖水溶液温度，为85";(8)取样，烘干后采用高效液相法测取壳寡糖的平均分子量及其分布，即得到产品。全文摘要本发明涉及一种壳寡糖的制备方法，具体是一种利用自身反应升温氧化降解方式制备壳寡糖的方法。本发明通过先将水升温到25～60℃，然后将大分子量壳聚糖原料加入水中搅匀，随后再加入过氧化氢水溶液和酸并搅匀，降解反应随即开始。这种氧化降解反应是一个放热反应，反应开始后即不需要再给反应体系额外提供能量。随着反应的进行，物料逐渐升温，反应速度也逐渐加快，经过大约2小时即反应完毕，得到壳寡糖的均匀水溶液。将水溶液直接或者浓缩后进行喷雾干燥、真空干燥或冰冻干燥即可得到平均分子量小于2000道尔顿的壳寡糖粉体，产物分子量分布窄，高生理活性的有效多糖含量高。本发明的制备方法不需要长期加热来维持反应体系处于较高温度，生产设备投资极少。本方法具有简单、方便、安全、经济、实用、高效、生产成本很低、对环境无影响等特点。文档编号C07H3/06GK101220061SQ200810006640公开日2008年7月16日申请日期2008年1月30日优先权日2008年1月30日发明者杨志强申请人:杨志强