CN108912247B - 一种酸酶复合法制备的低聚甲壳素及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种酸酶复合法制备的低聚甲壳素及制备方法，制备方法为将原料甲壳素粉碎，用小于60目的筛子进行筛分，得到粒径小于250µm的甲壳素粉末，首先采用浓酸在20~50℃下通过控制反应时间对甲壳素粉末进行降解，然后再采用单酶或混酶对酸处理后的甲壳素进行二次降解，获得聚合度为2~20的低聚甲壳素。本方法将化学法降解甲壳素与生物法降解甲壳素相结合，克服了单一方法降解甲壳素的缺点，提高了甲壳素降解的反应效率。低聚甲壳素及其衍生物在农业和医药领域具有很好的应用前景。

Description

一种酸酶复合法制备的低聚甲壳素及制备方法
技术领域
本发明涉及甲壳素降解领域，具体涉及一种酸酶复合法制备低聚甲壳素及制备方法。
背景技术
甲壳素广泛存在于甲壳纲动物外壳、昆虫及真菌的细胞壁中，在自然界中每年生成量约100亿吨，是地球上仅次于纤维素的第二大可再生资源。甲壳素及其衍生物在农业、医药、环保、保健品、新材料等领域展现出广阔的应用前景。甲壳素的化学结构是由乙酰氨基葡萄糖通过β-(1,4)糖苷键聚合而成的大分子多糖。甲壳素具有稳定的晶体结构，分子间存在较强的氢键，这种结构使得甲壳素难于被利用。目前甲壳素主要的利用途径是将甲壳素转变为壳聚糖或壳寡糖。
低聚甲壳素在农业和医药领域具有很好的应用前景。低聚甲壳素通常由甲壳素降解获得，降解方法有酸降解、酶降解、氧化降解等。目前甲壳素降解主要以酸降解为主。酸降解反应速度快，原料成本低。但是酸降解反应剧烈，不易控制反应进行的程度，降解后得到的甲壳素分子量分布较宽，而且，采用酸降解对设备腐蚀大，酸液回收困难。酶降解甲壳素是利用对甲壳素具有水解作用的酶进行的一种生物降解。酶降解反应条件温和，副产物少，易控制反应条件以获得分子量分布范围较窄的低聚甲壳素，且能满足制备食品级和医药级甲壳素衍生物的要求。目前用酶降解大分子量甲壳素制备低聚甲壳素的技术还不能实现规模化，主要原因是降解甲壳素的专一性酶成本较高，而从微生物获得的菌种产甲壳素酶的酶活低，酶活不稳定，反应速率低。因此，如何将大分子甲壳素高效降解为低聚甲壳素是甲壳素利用的一个关键技术。
发明内容
本发明提出了一种酸酶复合法制备低聚甲壳素及制备方法，该方法结合了化学降解与生物降解技术的优势，为高效降解甲壳素制备低聚甲壳素提供了一种途径。
实现本发明的技术方案是：一种酸酶复合法制备的低聚甲壳素，结构式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，其中n=2~20。
所述的酸酶复合法制备低聚甲壳素的方法，步骤如下：
（1）称取一定量的甲壳素粉末，加入浓酸进行降解，降解结束后，将反应液体倒入去离子水中，不断搅拌得到白色沉淀，离心分离得到的白色沉淀物继续加去离子水离心，反复操作，直到白色沉淀物洗至中性，然后将沉淀物冻干，得到酸降解甲壳素；
（2）称取一定量的酸降解甲壳素加入到缓冲液中，再加入酶进行甲壳素降解，得到低聚甲壳素。
所述步骤（1）中将甲壳素用粉碎机粉碎、用60目~100目的筛子进行筛分，筛分后得到甲壳素粉末的粒径为150µm~250µm。
所述步骤（1）中浓酸为浓盐酸、浓硫酸、浓磷酸或浓硝酸的一种或几种。
所述步骤（1）中浓酸体积是甲壳素质量的5~20倍，反应温度为20~80℃，反应时间为20~120min。
所述步骤（2）中缓冲液为磷酸盐缓冲液和醋酸盐缓冲液，酸降解甲壳素与缓冲液的质量比为1:（20~100）。
所述步骤（2）中酶为几丁质酶、甲壳素酶、壳聚糖酶、溶菌酶、纤维素酶、脂肪酶、菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶和胶酶中的至少一种。
所述酶降解的温度20~50℃，pH为5.0~9.0，降解时间为10~36h，酶相对于甲壳素的用量为0.5%～5%重量。
所述甲壳素包括来自于虾壳、蟹壳中的天然甲壳素及再生甲壳素。
本发明的有益效果是：本发明采用部分酸降解的方法，可以在短时间内快速降解甲壳素，通过控制反应时间可以控制甲壳素降解后的分子量。酸降解甲壳素较原始甲壳素聚合度大大降低，以此为底物进行酶降解，能够提高酶降解反应效率，缩短酶解反应时间。酸酶复合降解方法实现了酸降解与酶降解的优势互补，大大提高了甲壳素降解制备低聚甲壳素的效率。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种酸酶复合法制备低聚甲壳素的制备方法，步骤如下：
将商品甲壳素（虾壳）用粉碎机粉碎、用100目的筛子进行筛分，筛分后得到甲壳素粉末的粒径为150µm。称取5g甲壳素粉末，加入浓盐酸进行降解，浓盐酸的体积与甲壳素质量比为10:1，反应温度为40℃，反应时间为75分钟。反应结束后，将反应液体倒入去离子水中，不断搅拌，得到白色沉淀，用离心进行分离，弃去上清液，得到的沉淀物继续加去离子水离心，如此反复操作，直到白色沉淀洗至中性，然后将沉淀物冻干，得到酸降解甲壳素，粘度法测得的分子量约为12000。
将1%制备的甲壳素加入到缓冲液中，再加入一定量的甲壳素酶/几丁质酶，酶底比为1:20，降解反应温度50℃，pH为6.0，反应时间36小时，获得分子量为500～6000的水溶性及部分非水溶性低聚甲壳素。
实施例2
一种酸酶复合法制备低聚甲壳素的制备方法，步骤如下：
将商品甲壳素（虾壳）用粉碎机粉碎、用100目的筛子进行筛分，筛分后得到甲壳素粉末的粒径为150µm。称取5g甲壳素粉末，加入浓盐酸进行降解，浓盐酸的体积与甲壳素质量比为10:1，反应温度为40℃，反应时间为75分钟。反应结束后，将反应液体倒入去离子水中，不断搅拌，得到白色沉淀，用离心进行分离，弃去上清液，得到的沉淀物继续加去离子水离心，如此反复操作，直到白色沉淀洗至中性，然后将沉淀物冻干，得到酸降解甲壳素，粘度法测得的分子量约为12000。
将1.5%制备的甲壳素加入到磷酸盐缓冲液中，再加入一定量的复合酶。复合酶包括纤维素酶、甲壳素酶、菠萝蛋白酶、脂肪酶。复合酶的酶底比为1:20，酶降解反应温度50℃，pH为5.5，反应时间30小时，获得分子量为500～5000的水溶性及部分非水溶性低聚甲壳素。
实施例3
一种酸酶复合法制备低聚甲壳素的制备方法，步骤如下：
将商品甲壳素（用粉碎机粉碎、用60目的筛子进行筛分，筛分后得到甲壳素粉末的粒径为250µm。称取5g甲壳素粉末，加入浓硫酸进行降解，浓硫酸的体积与甲壳素质量比为20:1，反应温度为50℃，反应时间为60分钟。反应结束后，将反应液体倒入去离子水中，不断搅拌，得到白色沉淀，用离心进行分离，弃去上清液，得到的沉淀物继续加去离子水离心，如此反复操作，直到白色沉淀洗至中性，然后将沉淀物冻干，得到酸降解甲壳素，粘度法测得的分子量为16000。
将1.5%制备的甲壳素加入到醋酸盐缓冲液中，再加入一定量的复合酶。复合酶包括纤维素酶、甲壳素酶、菠萝蛋白酶、脂肪酶。复合酶的酶底比为1:20，酶降解反应温度50℃，pH为5.5，反应时间30小时，获得分子量为500～5000的水溶性及部分非水溶性低聚甲壳素。
实施例4
一种酸酶复合法制备低聚甲壳素的制备方法，步骤如下：
将商品甲壳素（用粉碎机粉碎、用80目的筛子进行筛分，筛分后得到甲壳素粉末的粒径为180µm。称取5g甲壳素粉末，加入浓硫酸进行降解，浓硫酸的体积与甲壳素质量比为5:1，反应温度为80℃，反应时间为20分钟。反应结束后，将反应液体倒入去离子水中，不断搅拌，得到白色沉淀，用离心进行分离，弃去上清液，得到的沉淀物继续加去离子水离心，如此反复操作，直到白色沉淀洗至中性，然后将沉淀物冻干，得到酸降解甲壳素，粘度法测得的分子量为16000。
将0.5%制备的甲壳素加入到磷酸盐缓冲液中，再加入一定量的复合酶。复合酶包括纤维素酶、甲壳素酶、菠萝蛋白酶、胶酶。复合酶的酶底比为1:20，酶降解反应温度30℃，pH为5，反应时间30小时，获得分子量为500～5000的水溶性及部分非水溶性低聚甲壳素。
实施例5
一种酸酶复合法制备低聚甲壳素的制备方法，步骤如下：
将商品甲壳素（用粉碎机粉碎、用80目的筛子进行筛分，筛分后得到甲壳素粉末的粒径为200µm。称取5g甲壳素粉末，加入浓硫酸进行降解，浓硫酸的体积与甲壳素质量比为15:1，反应温度为20℃，反应时间为120分钟。反应结束后，将反应液体倒入去离子水中，不断搅拌，得到白色沉淀，用离心进行分离，弃去上清液，得到的沉淀物继续加去离子水离心，如此反复操作，直到白色沉淀洗至中性，然后将沉淀物冻干，得到酸降解甲壳素，粘度法测得的分子量为16000。
将5%制备的甲壳素加入到醋酸盐缓冲液中，再加入一定量的复合酶。复合酶包括纤维素酶、甲壳素酶、菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶。复合酶的酶底比为1:20，酶降解反应温度20℃，pH为9，反应时间10小时，获得分子量为500～5000的水溶性及部分非水溶性低聚甲壳素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种酸酶复合法制备的低聚甲壳素的方法，其特征在于步骤如下：
（1）称取一定量的甲壳素粉末，加入浓酸进行降解，降解结束后，将反应液体倒入去离子水中，不断搅拌得到白色沉淀，离心分离得到的白色沉淀物继续加去离子水离心，反复操作，直到白色沉淀物洗至中性，然后将沉淀物冻干，得到酸降解甲壳素；
其中，浓酸为浓盐酸、浓硫酸、浓磷酸或浓硝酸的一种或几种，浓酸体积是甲壳素质量的5~20倍，反应温度为20~80℃，反应时间为20~120min；
（2）称取一定量的酸降解甲壳素加入到缓冲液中，再加入酶进行甲壳素降解，得到低聚甲壳素；
低聚甲壳素的结构式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，其中n=2~20。
2.根据权利要求1所述的酸酶复合法制备低聚甲壳素的方法，其特征在于：所述步骤（1）中将甲壳素用粉碎机粉碎、用60目~100目的筛子进行筛分，筛分后得到甲壳素粉末的粒径为150µm~250µm。
3.根据权利要求1所述的酸酶复合法制备低聚甲壳素的方法，其特征在于：所述步骤（2）中缓冲液为磷酸盐缓冲液和醋酸盐缓冲液，酸降解甲壳素与缓冲液的质量比为1:（20~100）。
4.根据权利要求1所述的酸酶复合法制备低聚甲壳素的方法，其特征在于：所述步骤（2）中酶为甲壳素酶、壳聚糖酶、溶菌酶、纤维素酶、脂肪酶、菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶和胶酶中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的酸酶复合法制备低聚甲壳素的方法，其特征在于：所述酶降解的温度20~50℃，pH为5.0~9.0，降解时间为10~36h，酶相对于甲壳素的用量为0.5%～5%重量。
6.根据权利要求1所述的酸酶复合法制备低聚甲壳素的方法，其特征在于：所述甲壳素包括来自于虾壳、蟹壳中的天然甲壳素及再生甲壳素。
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