[发明专利]纤维素低聚糖、纤维低聚糖接枝聚合物的制备方法、制得的纤维低聚糖接枝聚合物

说明书

本发明公开纤维素低聚糖的制备方法，涉及纤维低聚糖杂化材料技术领域，本发明包括以下步骤：(1)将纤维素、水和‑20℃的磷酸混合，快速搅拌溶解后，加热降解；(2)降解完成后，将溶液倒入水中沉淀，沉淀产物抽滤除去后，将滤液倒入甲醇中沉淀得到白色沉淀物，离心收集该白色产物，用丙酮洗涤后在室温下真空干燥，得到聚合度为5‑12的纤维素低聚糖。本发明还提供纤维低聚糖接枝聚合物的制备方法。本发明的有益效果在于：本发明制备方法耗时时间短，仅几个小时就能达到最佳产率，且纤维低聚糖DP7的产率波动性较低。通过本发明可获得具有聚合度为5～12的纤维低聚糖。

技术领域

本发明涉及纤维低聚糖杂化材料技术领域，具体涉及纤维素低聚糖、纤维低聚糖接枝聚合物的制备方法、制得的纤维低聚糖接枝聚合物。

背景技术

纤维素作为可再生资源，是地球上含量最多、分布最广的生物质材料。在我们的日常生活中，纤维素具有广泛的应用场景，涵盖人类活动的方方面面，在前沿科学中也有很多潜在的应用。然而，由于纤维素结构复杂，分子内与分子间充斥着大量的氢键，具有复杂的聚集态结构，一些物理和化学方面的性质还有待揭示。因此，可以将分子量较低的纤维低聚糖作为模型化合物，通过化学和物理的方法进行研究，揭示聚合度较高的纤维素特殊的物理化学性质。低聚糖是单糖通过糖苷键连接而成的聚合度较低的寡聚物，主要分为普通和功能性低聚糖两大类。普通低聚糖在人体内会被消化吸收并转化为血糖，如蔗糖、乳糖和麦芽糖等。功能低聚糖有纤维低聚糖、低聚木糖和低聚异麦芽糖等，这一类低聚糖虽然具有甜味，但是不会被人体内的胃酸、胃酶降解，也不会在小肠被吸收，可到达大肠部。功能性低聚糖具有很多的功效，可以降低肠道的pH值、提高人体的免疫力、促进人体对矿物质的吸收，以及抑制有害菌群。

纤维低聚糖通常由不超过10个葡萄糖结构单元组成，可以通过纤维素降解的方式获得，主要包括酶解、碱解和酸解这三种方式。对于聚合度可控的产品，酶解和酸解被认为是较为可行的方法，前者可用于工业化生产水溶性葡萄糖、纤维二糖或纤维四糖，后者适用于生产具有可控聚合度的纤维低聚糖。在室温下通过磷酸水解纤维素可以获得一种聚合度(DP)为 5～12的纤维低聚糖(Jiang,F.；Zhang,X.；Hwang,S.；Nishiyama,Y.；Briber,R.；Wang,H.Oligocellulose from acid hydrolysis:A revisit.Applied Surface Science,2021,537,147783)，因其中含量最多的是聚合度为7的纤维低聚糖，故将其命名为DP7。但是，上述这种在室温下制备纤维低聚糖的方法有很大的缺陷，一是耗时太长，需要数个月才能达到最佳产率，二是纤维低聚糖 DP7的产率有很大的波动性。这是由于将纤维素分散在磷酸溶液中进行降解时，纤维素在磷酸中完全溶解需要很长的时间，导致纤维素分子链不是在同一时间开始降解的，从而具有不同的降解动力学，使得纤维低聚糖的产率不好控制。至今，依旧没有一种制备聚合度为5-12的纤维低聚糖(DP7) 的简单快速高效的生产工艺，限制了这类纤维低聚糖在食品、农业、医药、化工、能源环境等领域的进一步应用。

高分子材料的性能与其拓扑结构密切相关，与线性的高分子聚合物相比，星型拓扑结构的聚合物材料拥有更加优异的性能。与高聚合度的纤维素不同，DP7在二甲基亚砜(DMSO)中具有很好的溶解性，因此可以轻松制备纤维低聚糖的衍生物。由于纤维低聚糖的分子量较低，对其结构单元中的羟基进行修饰后，可以利用可控的活性自由基聚合制备一系列具有星型拓扑结构的基于纤维低聚糖的接枝聚合物材料，进一步拓展纤维素材料的应用范围和领域。目前，还没有此类纤维低聚糖接枝聚合物材料的相关制备方法的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于现有技术中纤维低聚糖的制备方法耗时太长，需要数月才能达到最佳产率，且纤维低聚糖DP7的产率有很大的波动性，提供纤维低聚糖的制备方法、纤维低聚糖接枝聚合物的制备方法、制得的纤维低聚糖接枝聚合物。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题：

纤维素低聚糖的制备方法，包括以下步骤：