超聲波/微波聯(lián)用制備低聚窄分子量分布?xì)ぞ厶堑姆椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于低聚殼聚糖制備技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種超聲波與微波聯(lián)用，控制過氧化氫原位氧化，降解制備低聚窄分子量分布?xì)ぞ厶堑姆椒ā?br>【背景技術(shù)】
[0002]殼聚糖是一個天然的線性多糖，由氨基葡萄糖和乙酰氨基葡萄糖通過β -1, 4糖苷鍵連接而成，由甲殼素脫乙?；玫?。甲殼素的年生物產(chǎn)量極為豐富，屬于天然可再生資源。殼聚糖安全無毒、具有良好的生物兼容性、在農(nóng)業(yè)，食品醫(yī)藥，材料科學(xué)領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用。低分子量殼聚糖和殼寡糖是殼聚糖的降解產(chǎn)物，與殼聚糖相比水溶性大為提高，利于生物體吸收和利用。具有多種生理活性，如抗腫瘤，抗菌，抗炎，抗氧化，調(diào)節(jié)血糖血脂，增強(qiáng)免疫力，活化腸道菌群等。近年來研究發(fā)現(xiàn)不同聚合度的低聚殼聚糖可引起植物/作物/動物細(xì)胞的自身免疫應(yīng)答，提高植物/作物抗旱、抗寒、抗病等能力，還可影響一些動物細(xì)胞的信號傳遞。但這些作用與殼聚糖的聚合度(DP)密切相關(guān)，DP過小或過大都是無用的浪費。而現(xiàn)有國內(nèi)外相關(guān)通過降解制備的低聚殼聚糖通常忽略了這些因素，只是降到水能溶解即可(李鵬程，李克成，邢榮娥等.一種降解殼聚糖的方法.申請?zhí)?201210197107.0)，保證不了分子量分布指數(shù)、活性氨基保持率等近期研究確認(rèn)的重要參數(shù)。
[0003]目前，國內(nèi)外殼聚糖降解制備低聚水溶性殼聚糖的方法主要有酶降解法、氧化降解法、酸降解法，其次還有微波法、超聲波法、輻射法等?，F(xiàn)有的酶降解法主要依賴于殼聚糖酶、脂肪酶、溶菌酶以及其他非專一性水解酶，盡管可專一切斷糖苷鍵，但在對整條高分子鏈進(jìn)行均勻切割以得到均一寡糖方面也無能為力。其得到寡糖均一性的機(jī)理在于酶分子在殼聚糖溶液中的分布，影響因素很多。據(jù)報道這種方法能得到一定收率的六至八糖，產(chǎn)品在食品及醫(yī)藥方面(抗癌藥物)用途廣泛，但在選擇合適的酶種以適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)和有效祛除降解后產(chǎn)物中混雜酶的工藝上尚存在困難，即缺乏以經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的可能；而現(xiàn)已用于殼聚糖產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)的氧化降解法，包括H202氧化法、H202-NaC102法、H202-HC1法、和其他一些氧化降解法也存在一定的缺陷。氧化法在條件苛刻的條件下也可得到分子量在1000左右的較窄分子量分布的寡糖，但這時伴隨降解產(chǎn)生副產(chǎn)物單糖的比例大大增加(I:1或更多)。另外，這種方法對殼聚糖降解存在的最大問題是在降解過程中引入了各種反應(yīng)試劑，使得對其降解副反應(yīng)的控制以及在降解產(chǎn)物的分離純化方面增加了難度；酸降解法，它包括HCl降解法、酸-亞硝酸鹽法、過醋酸法、及其他酸解法。其中用HCl降解法得到的低聚水溶性殼聚糖-鹽酸鹽的分子量分布比較寬，但有報道用酸_亞硝酸鹽法可制備相對略尚含量的12至19 (分子量在2000—3000，分布相對狹窄)低聚水溶性殼聚糖。酸解法和單純的氧化降解法都是非特異性的降解過程，其降解過程較難控制，雖然已先后用于工業(yè)化生產(chǎn)，并且各種分子量范圍的殼聚糖產(chǎn)品都能得到，但要想得到特定分子量范圍且具有較高收率及能廣泛應(yīng)用的殼聚糖產(chǎn)品則比較困難；其他降解法如微波法、超聲波法、輻射法等，也可以得到低聚水溶性殼聚糖，但仍然屬于非特異性降解過程，目前尚屬基礎(chǔ)研究探索階段。由此可見所有非特異性降解過程降解得到的產(chǎn)物都有同一個無法解決的難題:平均分子量分布寬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種超聲波/微波聯(lián)用，協(xié)同控制過氧化氫催化氧化降解制備低聚窄分子量分布?xì)ぞ厶堑囊环N簡便方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種超聲波/微波聯(lián)用制備低聚窄分子量分布?xì)ぞ厶堑姆椒?，包括如下步驟:
(O以高分子量殼聚糖為原料，經(jīng)稀酸溶解得殼聚糖溶液；
(2)向步驟(I)得到的殼聚糖溶液中加入雙氧水，于40-70°C的溫度下機(jī)械攪拌6-24h后，利用超聲波振蕩10-20min，使溶液混合均勻；
(3)開啟微波，40-90°C加熱控制反應(yīng)溫度降解0.5-720min ；
(4)步驟(3)所得的降解產(chǎn)物用堿液調(diào)節(jié)pH至6-8，真空濃縮、醇沉，離心后收集沉淀，冷凍干燥，得到不同聚合度的分子量分布指數(shù)低的低聚窄分子量分布?xì)ぞ厶恰?br>[0006]步驟(I)中，所述高分子量殼聚糖經(jīng)稀酸溶解，是將高分子量殼聚糖溶解在稀的無機(jī)酸或有機(jī)酸中，所得殼聚糖溶液的質(zhì)量百分濃度為1% _5%，所述的酸為甲酸、乙酸、食用醋酸、鹽酸、硫酸或乳酸。
[0007]步驟(2)中，所述雙氧水的加入量為殼聚糖溶液體積的0.01% -1% ;所述雙氧水的質(zhì)量百分濃度為10-20%。
[0008]步驟(2)中，所述超聲波功率為每升液體的微波功率0.05-1000W，超聲波發(fā)生源1-10個，含各種形狀的超聲波發(fā)生器。
[0009]步驟(3)中，所述微波功率為每升液體的微波功率0.05-1000W，含各種功率和形狀的微波發(fā)生器。
[0010]步驟(4)中，所述分子量分布指數(shù)低的低聚窄分子量分布?xì)ぞ厶钱a(chǎn)物的聚合度為4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、16、20，分子量分布指數(shù)為1.03-1.30，相應(yīng)分子量為710-3600。
[0011]反應(yīng)原理:過氧化氫可以解離出活性氧(如羥基自由基和超氧陰離子自由基等)，微波照射可加速這一過程。我們的早期研究還發(fā)現(xiàn)，在稀酸溶液及還原性有機(jī)物質(zhì)(包括糖類物質(zhì))存在時，室溫時過氧化氫的氧化能力并不強(qiáng)。但這樣的體系在微波照射下、溫度為60°C左右時，殼聚糖會加速降解，達(dá)到Fenton反應(yīng)產(chǎn)生自由基的效果。因此，利用這一現(xiàn)象，先把原料稀酸溶液加入定mole量的過氧化氫，室溫下先機(jī)械攪拌均勻，再經(jīng)超聲波震蕩一定時間，使過氧化氫精細(xì)均勻的分布在殼聚糖鏈的周圍，即形成超均勻的自由基爆發(fā)點。產(chǎn)生的自由基會立即攻擊最近的糖苷鍵，使高分子糖鏈同時裂解，均勻的分布、同時裂解是得到低聚在分子量分布?xì)ぞ厶堑那疤釛l件。
[0012]本發(fā)明的有益效果為:
1.在原理上避開了目前工業(yè)生產(chǎn)中采用的以非特異性降解過程為機(jī)制的種種弊端和不足，人為的制造了特異性降解的氛圍，超聲波/微波聯(lián)用，協(xié)同控制過氧化氫催化氧化降解制備低聚窄分子量殼聚糖，反應(yīng)速率高，反應(yīng)時間短，操作極為簡單。
[0013]2.可在較低溫度下，通過控制氧化劑的用量、微波功率、降解時間得到所需降解范圍的低聚窄分子量分布?xì)ぞ厶恰２僮骱啽?、無污染、所選用試劑廉價易得、所得產(chǎn)品在實際