CN109504722A - 一种淀粉酶水解制备壳寡糖螯合硒的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种淀粉酶水解制备壳寡糖螯合硒的方法，包括如下步骤：1)壳聚糖的溶解；2)硒酸盐螯合反应；3)淀粉酶水解；4)壳寡糖螯合硒的纯化；5)成品制备。本技术利用高分子量壳聚糖游离氨基螯合无机硒，进一步通过淀粉酶水解方式制备低分子量壳寡糖螯合硒，该产品能通过作物叶片吸收，提高果蔬中硒含量，同时避免无机硒的毒性，对高品质农业发展具有显著作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种淀粉酶水解制备壳寡糖螯合硒的方法，属于生物技术领域。
背景技术
人类对硒的认识经历了漫长而逐渐深入的过程。上世纪30年代硒被认为是一种毒性元素，1957年美国营养学家Schworz和Scott等首次发现硒与人类和动物的生长、发育、繁殖以及抵抗疾病有着密切联系，从而明确了硒为人和动物体内必需的微量元素。近年来，国内外许多科学家从生物化学、营养学、病理学、动物生产学等角度探索硒的生物学效应，取得了很大进展。研究表明，适量补硒不但能够预防肿瘤、肝病等的发生，而且可以提高机体免疫能力，维护心、肝、肺、胃等重要器官正常功能，预防老年性心、脑血管疾病的发生。
硒在人体内无法合成，要满足人体对硒的需求，就需要每天补充硒。我国是一个缺硒大国，从东北三省起斜穿至云贵高原，占国土面积的72％地区存在一条低硒地带，中国二十二个省市的部分地区，约七亿人生活在低硒地区。按世界卫生组织要求：人体膳食中每日最低需求量为40微克硒，而营养补充在50--250微克硒为宜。补硒需谨慎，硒酸盐是剧毒试剂，以无机硒作为硒源，其风险性大，因为动物和人对硒的需要量和中毒剂量域值很窄，且对其吸收利用率低，过量摄入可导致中毒，出现脱发、脱甲等。
有机硒产品在毒理安全性、生理活性和吸收率上具有优越性，因此这类产品的开发与研究一直被广为关注。专利CN201710047521.6涉及一种茶氨酸硒螯合物的制备方法，以L-茶氨酸和硒盐为原料，以缓冲液为反应介质，在高温下反应获得成品，该技术反应条件苛刻，转化率不高，不适宜大规模生产；专利CN201810148455.6以灰树花蛋白为原料，采用碱性蛋白酶酶解，经分离纯化得到一种五肽化合物，该肽可以螯合硒元素，将无机硒转化为有机硒，该技术硒螯合率较高，但五肽化合物纯化成本高；专利CN201810849291.X公开一种利用茶渣生产富硒有机肥的方法，将茶渣与猪粪、蔗糖、腐解剂按比例混合发酵，形成富含硒化物的有机肥料，该技术生产成本低，但硒螯合效率无保障。截止目前未发现壳寡糖在有机硒制备方面的应用。
发明内容
本发明旨在设计一种淀粉酶水解制备壳寡糖螯合硒的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)取高分子量壳聚糖按1％-3％浓度加入到蒸馏水中，缓慢滴加冰醋酸，持续搅拌，将上述溶解液过滤得到粘稠透明液体，室温密封放置；
2)***钠配置成浓度10％的溶液，将***钠溶液以恒定速率滴加到步骤1)的粘稠液体中，维持温度25℃-45℃，持续搅拌6h-8h，得到壳聚糖螯合硒溶液；
3)将淀粉酶加入步骤2)的壳聚糖螯合硒溶液中，保持温度60℃-90℃，持续搅拌，至溶液粘度显著降低停止水解，迅速降温至25℃，得到壳寡糖螯合硒溶液；
4)将步骤3)的壳寡糖螯合硒溶液调节pH值为3.5-5.5，通过超滤膜处理，收集透出液，透出液在55℃-65℃情况下真空浓缩，浓缩液体积为透出液体积的1/3；
5)将步骤4)浓缩液放冷后，加入浓缩液2-3倍体积乙醇，低温静置3h，过滤得到壳寡糖螯合硒粗品，加入粗品等体积异丙醇浸洗1-2次，过滤烘干得到壳寡糖螯合硒成品。
进一步，步骤1)所述高分子量壳聚糖为由虾蟹壳制备的分子量大于一百万的食品级壳聚糖。
进一步，步骤1)壳聚糖溶解液过滤介质为纸浆板。
进一步，步骤2)***钠溶液与粘稠液体比例为1:25。
进一步，步骤2)***钠溶液滴定时间控制在1h-1.5h。
进一步，步骤3)所述淀粉酶为中温淀粉酶。
进一步，步骤3)溶液粘度低于30mPa·s时停止水解。
进一步，步骤4)超滤膜孔径为10000道尔顿分子量。
进一步，步骤5)浓缩液加入乙醇后静置温度为4℃-8℃。
本发明还要求保护使用上述方法制备得到的壳寡糖螯合硒及其在螺旋藻、金针菇、猴头菇、玉米、麦芽、茶叶、水稻、大蒜、苹果、葡萄、草莓、冬枣等作物上的应用。
本发明的有益效果是：
1)螯合率高。本技术充分利用虾蟹壳制备壳聚糖特有的α型空间结构，在较低反应温度情况下，利用邻位氨基对***根离子进行螯合，螯合速度快，反应充分，螯合率大于95％，吸收率高。
2)制备过程不涉及高温及富离子条件，避免***被氧化，产品适合作为有机硒源补充剂，吸收利用率大于90％，可显著提高作物硒含量，提高作物品质。
3)工艺操作简便，反应条件温和，适合大规模产业化。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
1)取0.5kg高分子量壳聚糖加入到50L蒸馏水中，缓慢滴加冰醋酸，持续搅拌，将上述溶解液经纸浆板过滤得到粘稠透明液体，室温密封放置；
2)取0.2kg***钠加入2L蒸馏水中配置成溶液2L，将***钠溶液以恒定速率滴加到步骤1)的粘稠液体中，维持温度25℃，滴加时间1h，持续搅拌6h，得到壳聚糖螯合硒溶液；
3)将中温淀粉酶加入步骤2)的壳聚糖螯合硒溶液中，保持温度60℃，持续搅拌，至溶液粘度低于30mPa·s时停止水解，迅速降温至25℃，得到壳寡糖螯合硒溶液；
4)将步骤3)的壳寡糖螯合硒溶液调节pH值为3.5，通过孔径为10000道尔顿分子量的超滤膜处理，收集透出液，透出液在55℃情况下真空浓缩，得到浓缩液体积约18L；
5)将步骤4)浓缩液放冷后，加入浓缩液3倍体积乙醇，4℃低温静置3h，过滤得到壳寡糖螯合硒粗品0.3Kg，加入600ml异丙醇浸洗2次，过滤烘干得到壳寡糖螯合硒成品0.18Kg；
6)将步骤5制得的成品兑水冲施于苹果作物上，在果树萌芽期冲施1次、果实膨大期冲施2次，每次间隔10天，采收时在果实中检测到硒元素，果实色泽亮丽，口感好。
实施例2
1)取10kg高分子量壳聚糖加入到500L蒸馏水中，缓慢滴加冰醋酸，持续搅拌，将上述溶解液经纸浆板过滤得到粘稠透明液体，室温密封放置；
2)取2kg***钠加入20L蒸馏水中配置成溶液20L，将***钠溶液以恒定速率滴加到步骤1)的粘稠液体中，维持温度35℃，滴定时间1.5h，持续搅拌8h，得到壳聚糖螯合硒溶液；
3)将中温淀粉酶加入步骤2)的壳聚糖螯合硒溶液中，保持温度75℃，持续搅拌，至溶液粘度低于30mPa·s时停止水解，迅速降温至25℃，得到壳寡糖螯合硒溶液；
4)将步骤3)的壳寡糖螯合硒溶液调节pH值为4.5，通过孔径为10000道尔顿分子量的超滤膜处理，收集透出液，透出液在55℃情况下真空浓缩，得到浓缩液体积约为150L；
5)将步骤4)浓缩液放冷后，加入浓缩液3倍体积乙醇，4℃低温静置3h，过滤得到壳寡糖螯合硒粗品4.8Kg，加入5L异丙醇浸洗2次，过滤烘干得到壳寡糖螯合硒成品3.7Kg；
6)将步骤5制得的成品兑水冲施于水稻作物上，在分蘖期、孕穗期、灌浆期各冲施1次，采收时在稻米中检测到硒含量为正常的6倍左右。
实施例3
1)取30kg高分子量壳聚糖加入到1000L蒸馏水中，缓慢滴加冰醋酸，持续搅拌，将上述溶解液经纸浆板过滤得到粘稠透明液体，室温密封放置；
2)取4kg***钠加入40L蒸馏水中配置成溶液40L，将***钠溶液以恒定速率滴加到步骤1)的粘稠液体中，维持温度45℃，滴加时间1h，持续搅拌8h，得到壳聚糖螯合硒溶液；
3)将中温淀粉酶加入步骤2)的壳聚糖螯合硒溶液中，保持温度90℃，持续搅拌，至溶液粘度低于30mPa·s时停止水解，迅速降温至25℃，得到壳寡糖螯合硒溶液；
4)将步骤3)的壳寡糖螯合硒溶液调节pH值为4.5，通过孔径为10000道尔顿分子量的超滤膜处理，收集透出液，透出液在65℃情况下真空浓缩，得到浓缩液体积约为330L；
5)将步骤4)浓缩液放冷后，加入浓缩液3倍体积乙醇，8℃低温静置3h，过滤得到壳寡糖螯合硒粗品15.5Kg，加入16L异丙醇浸洗2次，过滤烘干得到壳寡糖螯合硒成品13.8Kg。
6)将步骤5制得的成品稀释200倍喷施于金针菇菌丝生长期，共喷施2次，每次间隔5天，采收时在金针菇中检测到了硒这一微量元素，且含量高于对照。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (10)
1.一种淀粉酶水解制备壳寡糖螯合硒的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)取高分子量壳聚糖按1％-3％浓度加入到蒸馏水中，缓慢滴加冰醋酸，持续搅拌，将上述溶解液过滤得到粘稠透明液体，室温密封放置；
2)***钠配置成浓度10％的溶液，将***钠溶液以恒定速率滴加到步骤1)的粘稠液体中，维持温度25℃-45℃，持续搅拌6h-8h，得到壳聚糖螯合硒溶液；
3)将淀粉酶加入步骤2)的壳聚糖螯合硒溶液中，保持温度60℃-90℃，持续搅拌，至溶液粘度显著降低停止水解，迅速降温至25℃，得到壳寡糖螯合硒溶液；
4)将步骤3)的壳寡糖螯合硒溶液调节pH值为3.5-5.5，通过超滤膜处理，收集透出液，透出液在55℃-65℃情况下真空浓缩，浓缩液体积为透出液体积的1/3；
5)将步骤4)浓缩液放冷后，加入浓缩液2-3倍体积乙醇，低温静置3h，过滤得到壳寡糖螯合硒粗品，加入粗品等体积异丙醇浸洗1-2次，过滤烘干得到壳寡糖螯合硒成品。
2.根据权利要求1所述的一种淀粉酶水解制备壳寡糖螯合硒的方法，其特征在于，步骤1)所述高分子量壳聚糖为由虾蟹壳制备的分子量大于一百万的食品级壳聚糖。
3.根据权利要求1所述的一种淀粉酶水解制备壳寡糖螯合硒的方法，其特征在于，步骤1)壳聚糖溶解液过滤介质为纸浆板。
4.根据权利要求1所述的一种淀粉酶水解制备壳寡糖螯合硒的方法，其特征在于，步骤2)***钠溶液与粘稠液体比例为1:25。
5.根据权利要求1所述的一种淀粉酶水解制备壳寡糖螯合硒的方法，其特征在于，步骤2)***钠溶液滴定时间控制在1h-1.5h。
6.根据权利要求1所述的一种淀粉酶水解制备壳寡糖螯合硒的方法，其特征在于，步骤3)所述淀粉酶为中温淀粉酶。
7.根据权利要求1所述的一种淀粉酶水解制备壳寡糖螯合硒的方法，其特征在于，步骤3)溶液粘度低于30mPa·s时停止水解。
8.根据权利要求1所述的一种淀粉酶水解制备壳寡糖螯合硒的方法，其特征在于，步骤4)超滤膜孔径为10000道尔顿分子量。
9.根据权利要求1所述的一种淀粉酶水解制备壳寡糖螯合硒的方法，其特征在于，步骤5)浓缩液加入乙醇后静置温度为4℃-8℃。
10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的制备方法得到的壳寡糖螯合硒及其在螺旋藻、金针菇、猴头菇、玉米、麦芽、茶叶、水稻、大蒜、苹果、葡萄、草莓、冬枣等作物上的应用。
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