[发明专利]一种微波-酶法耦合降解壳聚糖的方法

说明书

技术领域：

本发明属于壳聚糖制备技术领域，具体涉及一种微波-酶法耦合降解壳聚糖的方法，选用pH值为4-6的缓冲溶液为溶剂，通过微波-酶法耦合降解壳聚糖以制备低分子量壳聚糖。

背景技术：

壳聚糖又名壳糖胺、脱乙酰基甲壳质、几丁质糖，是由自然界广泛存在的甲壳素经脱乙酰作用得到的，也是迄今为止发现的唯一的天然碱性多糖。壳聚糖相对分子量大，可以溶于酸性溶液，但不溶于水和一般有机溶剂，这在很大程度上限制了它的应用；而经过降解获得的低分子量壳聚糖，不仅能够溶于水，而且具有降胆固醇、降血脂、抗菌、抗肿瘤等生理活性，能够广泛应用在医药、保健品、农业、化妆品、复合材料等领域。

目前降解壳聚糖的方法主要有物理降解法、化学降解法和生物降解法三大类，物理降解法主要是用微波、超声波、γ射线等方法降解壳聚糖，该方法具有速度快、无副产物、无环境污染等优点，但是存在容易发生交联反应和产物质量差等缺点；化学降解法主要包括酸降解法和氧化降解法，例如中国专利2012102227792公开的酸性离子液体水溶液中H₂O₂氧化降解壳聚糖和中国专利2010102227788公开的酸性离子液体水溶液降解法制备低分子量壳聚糖,以及中国专利201210197107公开的一种微波条件下双氧水氧化降解壳聚糖的方法，该类方法具有成本低廉、操作简便和便于工业化等优点，但是所用到的酸性溶剂会对环境造成较大污染且反应过程较难控制；生物降解法主要是指利用酶降解壳聚糖，该法具有反应条件温和、环境友好和专一性强等优点，但是酶降解法生产周较长且价格昂贵。

微波辐射作为一种新型加热方式，具有加热速度快、内外同步加热并传递能量的特点，微波辐射与酶解耦合作用，其一，不仅加热速度快，而且微波能够使化学键振动或转动，使得壳聚糖分子内氢键减弱或打开，提高其反应活性，促进反应的进行，使其易被酶催化降解；其二，微波能够改变酶分子的构象，使其空间结构更易与壳聚糖糖苷键结合，促进酶解反应进行；其三，微波产生的微声流对底物和酶分子产生冲击，使二者发生接触的几率增加，更利于降解反应；其四，调整微波功率和提高温度，能够直接使酶灭活，且效率高、工艺简便，容易控制。近年来，由于生物降解和微波技术符合“绿色、环保”的要求而发展迅速，在一些生物催化反应体系中,微波具有加快反应速度、提高反应产率以及增加产物的属性选择性等特点,继而产生微波-酶耦合催化的耦合效应；对很多具体酶促反应而言,适当的微波辐射与常规加热相比已表现出明显的优越性，因此本发明设计一种微波-酶法耦合降解壳聚糖的方法，结合了酶解和微波技术的优点，大大提高了降解效率，为壳寡糖及低聚糖的高效可控制备提供了新的方法。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术中壳聚糖降解时酶法降解反应周期长、成本高，物理降解时产物均一性差的缺点，提供一种物理法和酶解法联用的降解壳聚糖的方法，以提高降解效率。

为了实现上述目的，本发明涉及的微波-酶法耦合降解壳聚糖方法为：

(1)将高分子量的壳聚糖溶解在pH值为4-6的乙酸-乙酸钠缓冲溶液中，充分搅拌制成壳聚糖溶液；

(2)向步骤(1)制得的壳聚糖溶液中加入质量为壳聚糖质量的0.5-3％的酶，搅拌均匀后将壳聚糖溶液倒入反应瓶中，再将反应瓶放入微波反应器中，并在反应瓶中通入氮气，控制温度在65℃以下、微波功率100-1000W条件下进行降解反应10-180min；降解反应结束后将微波升温至100℃使酶灭活，灭活反应时间为10-15min；

(3)用1mol/L的氢氧化钠溶液将经步骤(2)反应后的溶液pH值调节至7-8，再经过滤除去沉淀，将所得滤液用透析法除去盐离子后冷冻干燥，即制得低分子量壳聚糖。

本发明中所述高分子量的壳聚糖是指用高效液相测定的数均分子量为5.0×10⁵Da-5.0×10⁶Da的壳聚糖；步骤(1)中制成的壳聚糖溶液中壳聚糖的重量百分比为1-5％；步骤(2)中加入的酶包括纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶中的一种或两种以上；步骤(3)中制得的低分子量壳聚糖经高效液相测定，其数均分子量为5.6×10²Da-1.7×10⁴Da。