[发明专利]脉冲电场协同臭氧制备低分子量水溶性壳聚糖的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可控低分子量壳聚糖的制备方法，特别涉及一种采用高强脉冲电场与臭氧协同作用制备低分子量水溶性壳聚糖的方法。

背景技术

甲壳素又名甲壳质，几丁质，其化学名为：(1，4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖。

壳聚糖是甲壳素部分或全部脱乙酰化的产物，分子链由β-(1-4)-2-乙酰胺基-D-葡糖单元和β-(1-4)-2-氨基-D-葡糖单元组成的共聚物，其结构式如下：

甲壳素、壳聚糖是自然界中唯一的碱性多糖，糖环上又带有活性羟基，这一独特的分子结构，赋予甲壳素、壳聚糖及其衍生物独特的理化性质和生物活性，如抗菌、降胆固醇、降血脂、增强免疫功能、抗肿瘤功能等，广泛用于医药、食品、功能材料、化妆品、农业、环保、日用化学品及生命科学、功能材料等领域。

然而，壳聚糖的分子量通常在几十万到几百万之间，不能溶于水性溶剂中，但现代研究表明壳聚糖的分子量与它的用途有着密不可分的联系。不同分子量的壳聚糖性质差异很大，有时甚至表现出截然相反的特性，而上述壳聚糖的许多独特功能只有在其分子质量降低到一定程度时才表现出来，并将降解后分子量低于1万的壳聚糖命名为“壳寡糖”。因此，降解制备壳寡糖成为了当今研究的热点。目前，壳聚糖降解的主要方法包括：化学降解法、酶降解法和物理降解法。中国发明专利CN1389477A公开了一种可控分子量水溶性壳聚糖的制备方法。中国发明专利CN1283634A公开了一种水溶性壳聚糖的制备方法。中国发明专利CN1318567A公开了一种高浓度法制备低聚水溶性壳聚糖的方法。中国发明专利CN101643516A公开了一种将壳聚糖制备成水溶性壳寡糖的方法。中国发明专利CN101235101A公开了一种催化氧化降解壳聚糖制备水溶性低分子量的壳聚糖的方法。中国发明专利CN101240305A公开了一种酶法降解壳聚糖生产壳寡糖的方法。中国发明专利CN1563106A公开了一种辐射法制备小分子量或水溶性壳聚糖的方法。这些方法的缺点在于：

(1)化学降解法存在着降解条件难控制、后处理繁琐、成本高、产量低等缺点；

(2)酶降解法也有着诸如降解所用酶成本过高，发酵工艺复杂、无法大批量工业化生产等问题；

(3)辐照降解属间歇操作，不利于连续化生产，对设备要求很高，同时可能产生有毒有害物质。

(4)本发明的目的在于提供一种能够快速降解、反应条件容易控制、分子量可控的水溶性壳聚糖制备方法，具有工艺简单、操作方便、产品纯度高、品质稳定、生产成本低、对环境友好、污染少，适合工业化生产等特点。

发明内容

在于提供一种制备时间短，品质稳定，工艺环保的脉冲电场协同臭氧制备低分子量水溶性壳聚糖的装置与方法。

本发明可以通过以下技术方案予以实现：

本发明认识到β-(1，4)糖苷键的断裂是壳聚糖降解的主要的反应，壳聚糖酸溶液中，氨基被质子化，在电场处理下，壳聚糖在溶液中的链状结构更舒展，从而增加了自由基攻击β-(1，4)糖苷键的机会，同时，电场和臭氧协同作用，能增加壳聚糖溶液中的自由基浓度，促进了自由基反应，从而提高壳聚糖的降解效率。

本发明目的通过如下技术方案实现：

脉冲电场协同臭氧制备低分子量水溶性壳聚糖的方法，包括以下步骤：

(1)将分子量大于1.0×10⁵Da，脱乙酰度大于70％的高分子量壳聚糖溶于酸性溶液后置于夹套瓶的空心结构中，所述酸性溶液质量浓度为0.5～10％，壳聚糖在酸性溶液中的浓度为1～100g/L；所述的酸性溶液为盐酸、甲酸、乙酸、柠檬酸和乳酸中的一种或多种；

(2)打开氧气钢瓶的阀门，开启臭氧发生器，将浓度为10～3500mg/L的臭氧以0.1～3L/min的速度由气体分散器导入高分子量壳聚糖酸性溶液中，打开恒温循环器，使壳聚糖酸性溶液保持在25～40℃；

(3)将混有臭氧的壳聚糖酸性溶液泵入到脉冲电场处理器进行循环处理：电场场强为5～70kV/cm，脉冲宽度5～110μs，脉冲频率5～5000Hz，脉冲波形为平方波，壳聚糖酸性溶液的流速为10～120mL/min，脉冲电场处理的时间为30～120min；

(4)向脉冲电场处理后的壳聚糖降解液中加入碱溶液，调节pH至6～8，抽滤并依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤，滤液经浓缩后在真空干燥，即得分子量小于1.0×10⁴Da的低分子量水溶性壳聚糖。