一種微波-酶法耦合降解殼聚糖的方法
【專利摘要】本發明屬于殼聚糖制備【技術領域】，涉及一種微波-酶法耦合降解殼聚糖的方法：首先，將高分子量的殼聚糖溶解在pH值為4-6的乙酸-乙酸鈉緩沖溶液中，充分攪拌制成殼聚糖溶液；其次，向制得的殼聚糖溶液中加入質量為殼聚糖質量的0.5-3％的酶，攪拌均勻后將殼聚糖溶液倒入反應瓶中，再將反應瓶放入微波反應器中，并在反應瓶中通入氮氣，控制溫度在65℃以下、微波功率100-1000W條件下進行降解反應10-180min；降解反應結束后將微波升溫至100℃使酶滅活，滅活反應時間為10-15min；最后，用堿性溶液將反應后的溶液pH值調節至7-8，再經過濾除去沉淀，將所得濾液用透析法除去鹽離子后冷凍干燥，制得低分子量殼聚糖；其方法操作簡單，易于控制，條件溫和，環境友好。
【專利說明】一種微波-酶法耦合降解殼聚糖的方法
【技術領域】：
[0001] 本發明屬于殼聚糖制備【技術領域】，具體涉及一種微波-酶法耦合降解殼聚糖的方 法，選用pH值為4-6的緩沖溶液為溶劑，通過微波-酶法耦合降解殼聚糖以制備低分子量 殼聚糖。
【背景技術】：
[0002] 殼聚糖又名殼糖胺、脫乙酰基甲殼質、幾丁質糖，是由自然界廣泛存在的甲殼素經 脫乙酰作用得到的，也是迄今為止發現的唯一的天然堿性多糖。殼聚糖相對分子量大，可以 溶于酸性溶液，但不溶于水和一般有機溶劑，這在很大程度上限制了它的應用；而經過降解 獲得的低分子量殼聚糖，不僅能夠溶于水，而且具有降膽固醇、降血脂、抗菌、抗腫瘤等生理 活性，能夠廣泛應用在醫藥、保健品、農業、化妝品、復合材料等領域。
[0003] 目前降解殼聚糖的方法主要有物理降解法、化學降解法和生物降解法三大類，物 理降解法主要是用微波、超聲波、Y射線等方法降解殼聚糖，該方法具有速度快、無副產物、 無環境污染等優點，但是存在容易發生交聯反應和產物質量差等缺點；化學降解法主要包 括酸降解法和氧化降解法，例如中國專利2012102227792公開的酸性離子液體水溶液中 H202氧化降解殼聚糖和中國專利2010102227788公開的酸性離子液體水溶液降解法制備低 分子量殼聚糖，以及中國專利201210197107公開的一種微波條件下雙氧水氧化降解殼聚 糖的方法，該類方法具有成本低廉、操作簡便和便于工業化等優點，但是所用到的酸性溶劑 會對環境造成較大污染且反應過程較難控制；生物降解法主要是指利用酶降解殼聚糖，該 法具有反應條件溫和、環境友好和專一性強等優點，但是酶降解法生產周較長且價格昂貴。
[0004] 微波輻射作為一種新型加熱方式，具有加熱速度快、內外同步加熱并傳遞能量的 特點，微波輻射與酶解耦合作用，其一，不僅加熱速度快，而且微波能夠使化學鍵振動或轉 動，使得殼聚糖分子內氫鍵減弱或打開，提高其反應活性，促進反應的進行，使其易被酶催 化降解；其二，微波能夠改變酶分子的構象，使其空間結構更易與殼聚糖糖苷鍵結合，促進 酶解反應進行；其三，微波產生的微聲流對底物和酶分子產生沖擊，使二者發生接觸的幾率 增加，更利于降解反應；其四，調整微波功率和提高溫度，能夠直接使酶滅活，且效率高、工 藝簡便，容易控制。近年來，由于生物降解和微波技術符合"綠色、環保"的要求而發展迅速， 在一些生物催化反應體系中，微波具有加快反應速度、提高反應產率以及增加產物的屬性 選擇性等特點，繼而產生微波-酶耦合催化的耦合效應；對很多具體酶促反應而言，適當 的微波輻射與常規加熱相比已表現出明顯的優越性，因此本發明設計一種微波-酶法耦合 降解殼聚糖的方法，結合了酶解和微波技術的優點，大大提高了降解效率，為殼寡糖及低聚 糖的高效可控制備提供了新的方法。
【發明內容】
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[0005] 本發明的目的在于克服現有技術中殼聚糖降解時酶法降解反應周期長、成本高， 物理降解時產物均一性差的缺點，提供一種物理法和酶解法聯用的降解殼聚糖的方法，以 提1?降解效率。
[0006] 為了實現上述目的，本發明涉及的微波-酶法耦合降解殼聚糖方法為：
[0007] (1)將高分子量的殼聚糖溶解在pH值為4-6的乙酸-乙酸鈉緩沖溶液中，充分攪 拌制成殼聚糖溶液；
[0008] (2)向步驟（1)制得的殼聚糖溶液中加入質量為殼聚糖質量的0. 5-3%的酶，攪拌 均勻后將殼聚糖溶液倒入反應瓶中，再將反應瓶放入微波反應器中，并在反應瓶中通入氮 氣，控制溫度在65°C以下、微波功率100-1000W條件下進行降解反應10-180min ;降解反應 結束后將微波升溫至l〇〇°C使酶滅活，滅活反應時間為10-15min ;
[0009] (3)用lmol/L的氫氧化鈉溶液將經步驟（2)反應后的溶液pH值調節至7-8,再經 過濾除去沉淀，將所得濾液用透析法除去鹽離子后冷凍干燥，即制得低分子量殼聚糖。
[0010] 本發明中所述高分子量的殼聚糖是指用高效液相測定的數均分子量為 5.0X105Da-5.0X106Da的殼聚糖；步驟（1)中制成的殼聚糖溶液中殼聚糖的重量百 分比為1-5% ;步驟（2)中加入的酶包括纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶中的一 種或兩種以上；步驟（3)中制得的低分子量殼聚糖經高效液相測定，其數均分子量為 5. 6X102Da-l. 7X104Da。
[0011] 本發明與現有技術相比，采用物理法和酶解法相結合，利用微波與酶的耦合作用 使降解反應迅速，大大降低了酶解的反應時間；選用單酶或復合酶降解殼聚糖，比采用專一 性酶成本低；而且在微波耦合作用下所需加酶量較少，酶解完成后直接微波升溫滅酶即可； 所得殼聚糖的降解產物分子量更低，分布更窄；其方法操作簡單，易于控制，條件溫和，環境 友好，成本低廉，產品分子量低，適于廣泛推廣。
【專利附圖】
【附圖說明】：
[0012] 圖1為殼聚糖與降解產物低分子量殼聚糖的紅外光譜比較示意圖，其中曲線A代 表殼聚糖，曲線B代表降解產物，橫坐標表示波數（cm-1)，縱坐標表示透光率（％ )。
[0013] 圖2為殼寡糖標準品高效液相色譜檢測聚合度示意圖，其中A表示單糖，B表示二 糖，C表示三糖，D表示四糖，E表示五糖，F表示六糖，G表示七糖，Η表示八糖，I表示九糖。
[0014] 圖3為降解產物低分子量殼聚糖高效液相色譜檢測聚合度示意圖，Α表示單糖，Β 表示三糖，C表示四糖，D表示五糖，E表示六糖，F表示七糖。
【具體實施方式】：
[0015] 下面通過實施例對本發明作進一步詳細描述，但是本發明并不限于下述實施方 式。
[0016] 實施例1 :
[0017] 用乙酸和乙酸鈉配制pH = 5的緩沖溶液100ml，向緩沖溶液中加入lg高分子 殼聚糖（相對分子質量（以下簡寫為Mw)1.8X106Da)，經高效液相測定其數均分子量為 5. OX lOOTa-5. OX 106Da)，充分攪拌制成殼聚糖溶液；然后向殼聚糖溶液中加入0. 03g纖 維素酶，攪拌均勻后將殼聚糖溶液倒入反應瓶中，再將反應瓶放入微波反應器中，并在反 應瓶中通入氮氣，控制溫度在55°C、微波功率600W進行降解反應，lOmin后微波升溫至 100°C使酶滅活，滅活反應時間為10_15min ;用lmol/L氫氧化鈉溶液將反應后的溶液pH值 調節至7-8,再經過濾除去沉淀，將所得濾液用透析法除去鹽離子后冷凍干燥得到低分子 量殼聚糖，產率為89% ;經高效液相色譜法測量，制得的低分子量殼聚糖的平均分子量為 2. 6X104Da。
[0018] 實施例2:
[0019] 用乙酸和乙酸鈉配制pH = 5的緩沖溶液100ml，向緩沖溶液中加入lg高分子殼聚 糖（Mw = 1. 8 X 106Da，數均分子量5. 0 X l〇roa-5. 0 X 106Da)，充分攪拌制成殼聚糖溶液；然 后向殼聚糖溶液中加入〇. 〇3g纖維素酶，攪拌均勻后將溶液倒入反應瓶中，再將反應瓶放 入微波反應器中，并在反應瓶中通入氮氣，控制溫度在55°C、微波功率600W進行降解反應， 60min后微波升溫至100°C使酶滅活，滅活反應時間為10_15min ;用lmol/L氫氧化鈉溶液 將反應后的溶液pH值調節為7-8,再經過濾除去沉淀，將所得濾液用透析法除去鹽離子后 冷凍干燥得到低分子量殼聚糖，產率為82% ;經高效液相色譜法測量，所制得的殼聚糖的平 均分子量為9. 6X 103Da ;通過紅外譜圖分析，降解后殼聚糖的主鏈結構保持不變，如附圖1 所示。
[0020] 實施例3 :
[0021] 本實施例中降解殼聚糖的方法步驟與實施例1和實施例2相同，高分子量殼聚糖 的數均分子量為5. 0 X 105Da-5. 0 X 106Da，其他相關實驗數據如表1所示：
[0022]
【權利要求】
1. 一種微波-酶法耦合降解殼聚糖的方法，其特征在于具體步驟為： (1) 將高分子量的殼聚糖溶解在pH值為4-6的乙酸-乙酸鈉緩沖溶液中，充分攪拌制 成殼聚糖溶液； (2) 在步驟（1)制得的殼聚糖溶液中加入質量為殼聚糖質量的0. 5-3%的酶，攪拌均勻 后將殼聚糖溶液倒入反應瓶中，再將反應瓶放入微波反應器中，并在反應瓶中通入氮氣，控 制溫度小于65°C、微波功率100-1000W條件下進行降解反應10-180min ;降解反應結束后將 微波升溫至l〇〇°C使酶滅活，滅活反應時間為10-15min ; (3) 用濃度為lmol/L的氫氧化鈉溶液將經步驟⑵反應后的溶液pH值調節至7-8,再 經過濾除去沉淀，將所得濾液用透析法除去鹽離子后冷凍干燥，制得低分子量殼聚糖。
2. 根據權利要求1所述的微波-酶法耦合降解殼聚糖的方法，其特征在于所述高分子 量的殼聚糖是用高效液相測定的數均分子量為5. OX 105Da-5. OX 106Da的殼聚糖。
3. 根據權利要求1所述的微波-酶法耦合降解殼聚糖的方法，其特征在于步驟（1)中 制成的殼聚糖溶液中殼聚糖的重量百分比為1-5%。
4. 根據權利要求1所述的微波-酶法耦合降解殼聚糖的方法，其特征在于步驟（2)中 加入的酶包括纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶中的一種或兩種以上。
5. 根據權利要求1所述的微波-酶法耦合降解殼聚糖的方法，其特征在于制得的低分 子量殼聚糖是數均分子量為5. 6X 102Da-l. 7X 104Da。
【文檔編號】C08B37/08GK104098715SQ201410337271
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月16日 優先權日:2014年7月16日
【發明者】劉松, 周苗苗, 李克成, 李鵬程, 邢榮娥, 于華華, 秦玉坤 申請人:中國科學院海洋研究所