專利名稱：一種生產(chǎn)水溶性功能殼聚糖工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于殼聚糖生產(chǎn)領(lǐng)域，涉及一種采用微波和酶法生產(chǎn)水溶性功能殼聚糖工藝。
背景技術(shù)：
殼聚糖具有廣泛的生物學(xué)作用，特別是具有提高機(jī)體免疫功能、抗腫瘤、抗感染等 作用，但由于它們不溶于水，其開發(fā)利用受到了很大程度的限制，相比之下，水溶性殼 聚糖就具有良好的水溶性，且同時具有調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能和抗腫瘤等作用。抑菌活性試驗也表明，抑菌作用隨水溶性殼聚糖相對分子質(zhì)量的降低而逐漸增強(qiáng)， 尤以相對分子質(zhì)量為1500左右時抗菌效果較好。比較試驗還證明，游離氨基的存在是水 溶性殼聚糖抗菌抑菌作用的基礎(chǔ)。因為水溶性殼聚糖所帶的正電荷及其聚合分子結(jié)構(gòu)可 與病原菌表面的鞭毛及套膜吸附凝集，從而抑制病原菌的增殖。目前，關(guān)于幾丁質(zhì)和殼聚糖在降血脂、降膽固醇方面的功能已陸續(xù)有所報道，由于 水溶性殼聚糖無毒、不發(fā)生變態(tài)反應(yīng)，對機(jī)體作用溫和，作為降血脂、降膽固醇藥物方 面具有優(yōu)勢。水溶性殼聚糖無毒副作用，原料來源豐富，且與幾丁質(zhì)相比，具有十分突出的優(yōu)點(diǎn)易溶于水、無抗原性、體內(nèi)累積效應(yīng)較弱，在抗癌藥物、診斷試劑、植物生 理、食品、化妝品等方面得到廣泛應(yīng)用1. 醫(yī)藥保健品許多研究表明水溶性殼聚糖具有抑制腫瘤的生理功能。其作用機(jī) 理主要是乙酰糖胺殘基與巨噬細(xì)胞表面受體結(jié)合后，激活巨噬細(xì)胞、加速T細(xì)胞分化， 提高機(jī)體對腫瘤細(xì)胞的免疫力。低分子水溶性殼聚糖可作為早期腫瘤的治療藥物，目前 已成為國內(nèi)外開發(fā)的一個熱點(diǎn)。2. 飼料添加劑水溶性殼聚糖能調(diào)節(jié)動物腸道內(nèi)微生物的代謝活動，改善腸道微 生物區(qū)系分布，促進(jìn)雙歧桿菌生長繁殖，從而提高機(jī)體免疫力，使腸道內(nèi)pH下降，抑 制腸道有害菌生長，產(chǎn)生B族維生素，分解致癌物質(zhì)，促進(jìn)腸蠕動，增進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的吸 收。3. 功能性化妝品水溶性殼聚糖可改善皮膚和毛發(fā)的保濕功能且具有很強(qiáng)的抑菌性，可開發(fā)出皮膚護(hù)理劑和防曬劑。4.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水溶性殼聚糖對多品種水果蔬菜、糧食具有抗病蟲害和促進(jìn)長方面有 顯著作用，用水溶性殼聚糖液對小麥拌種，可以防止地下霉菌對種子的危害，提高抗病 能力，倒伏能力，葉面噴施可誘導(dǎo)植物體酶，促進(jìn)植物細(xì)胞代謝，提高植物免疫能力， 增加抗蛋白質(zhì)合成能力，，可增產(chǎn)10%以上。水溶性殼聚糖的制備方法主要有化學(xué)降解法、物理降解法和酶降解法，化學(xué)降解法 又分為酸解法和氧化法等多種，酸解法是研究最早的殼聚糖降解法，國外早在五十年代 就進(jìn)行了詳細(xì)研究，今年又出現(xiàn)了過醋酸法、濃硫酸法、氫氟酸法等新工藝，但這些方 法均存在環(huán)境污染，且反應(yīng)終點(diǎn)不宜控制等缺陷；氧化法以過氧化氫氧化法為代表，主 要有&02、 H202-HCL、 CKV法等，缺點(diǎn)是易產(chǎn)生副產(chǎn)物。酶解法是應(yīng)用專一性殼聚糖酶和非專一性的其它酶，如幾丁質(zhì)酶、纖維素酶、脂肪 酶等進(jìn)行殼聚糖的降解，能用于酶解法的各種酶有30多種。酶降解法通常優(yōu)于化學(xué)降 解法，它是在較溫和的反應(yīng)條件下進(jìn)行的，相對于其他兩種方法，酶降解法不需要加入大量的反應(yīng)試劑，對環(huán)境污染較少。專一性酶主要是特異性地開裂殼聚糖的e—i， 4_ 糖苷鍵來達(dá)到降解目的，在整個降解過程中無其他反應(yīng)試劑加入，無其它反應(yīng)副產(chǎn)物生 成，是殼聚糖降解的最理想方法，但目前專一性殼聚糖降解酶來源少、活性低、制備成 本高，非專一性酶解己被許多人研究，如江南大學(xué)采用麥胚脂肪酶進(jìn)行降解，獲得了均 聚分子量為幾萬的水溶性殼聚糖，此外，國外也有利用纖維素酶、木瓜蛋白酶、葡聚糖 酶對殼聚糖的進(jìn)行降解，但降解效率也不高，且不能獲得更低分子量的水溶性殼聚糖，如采用纖維素酶進(jìn)行殼聚糖降解，所需酶量約為底物的10%,采用蛋白酶進(jìn)行降解時， 只能夠?qū)ぞ厶堑?0%只有進(jìn)行轉(zhuǎn)化，因此單純采用非專一性酶進(jìn)行生產(chǎn)，產(chǎn)品成本上 不具有競爭性。物理法主要為超聲波、微波、電磁波輻射降解法，其中對超聲波降解法的研究比較 多，通過殼聚糖在輻射過程中因分子內(nèi)的化學(xué)鍵發(fā)生斷'裂而降解。但物理法降解制備水 溶性殼聚糖受降解機(jī)理所限，降解過程中殼聚糖的聚合鏈隨意斷裂，其產(chǎn)物的平均分子 量分布過寬，難以得到分子量在40,000以下的產(chǎn)品，所需聚合度為6 8的水溶性殼聚 糖含量低，導(dǎo)致原料大量浪費(fèi)，大大限制了物理法的應(yīng)用。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)成本較為經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)品質(zhì)量相對可控的水溶性殼聚糖的 生產(chǎn)方法。其技術(shù)思路如下聯(lián)合應(yīng)用物理法、化學(xué)法和生物酶法，取其精華，去其缺點(diǎn)；關(guān) 鍵工藝環(huán)節(jié)實現(xiàn)創(chuàng)新，聯(lián)合降解有機(jī)集成，多級控制使操作彈性范圍更大；應(yīng)用現(xiàn)代高 效分離技術(shù)裝備進(jìn)行組份精制，面向應(yīng)用領(lǐng)域和用戶需求定位產(chǎn)品類型。本發(fā)明的目的是通過下列技術(shù)措施實現(xiàn)的一種生產(chǎn)水溶性功能殼聚糖工藝，包括下列步驟a. 取殼聚糖，加入11202調(diào)勻，微波加熱適當(dāng)時間，冷卻；b. 將處理后的殼聚糖配成殼聚糖溶液，調(diào)節(jié)pH至5 6;(通常配制成稀乙酸或稀 鹽酸溶液，如殼聚糖水溶液用乙酸或鹽酸調(diào)節(jié)pH至5 6，攪拌使殼聚糖溶解即可)c. 向殼聚糖溶液中加入非專一性殼聚糖酶，酶解，滅酶，酶解液過濾和離心去除沉 淀，得清液；d. 清液進(jìn)行超濾，超濾液再進(jìn)行納濾脫除鹽分和小分子單糖；.e. 濾液噴霧干燥，制成產(chǎn)品。所述生產(chǎn)水溶性功能殼聚糖工藝，其中11202加入量為殼聚糖質(zhì)量的10%~30%。 所述生產(chǎn)水溶性功能殼聚糖工藝，其中微波加熱的功率為400~500W，微波加熱時 間為2 3min。所述生產(chǎn)水溶性功能殼聚糖工藝，其中非專一性殼聚糖酶為脂肪酶、纖維素酶、蛋 白酶的一種或多種，酶加入量為殼聚糖質(zhì)量的2~3%。所述生產(chǎn)水溶性功能殼聚糖工藝，其中酶解溫度為45 6(TC，酶解時間為3 6h。所述生產(chǎn)水溶性功能殼聚糖工藝，其中超濾條件為截留分子量30000D 2000D膜， 操作壓力0.8 1.2Mpa，操作溫度20~60°C。所述生產(chǎn)水溶性功能殼聚糖工藝，其中納濾條件為截留分子量300D 200D膜，操 作壓力1.5 2.0Mpa，操作溫度20 6(TC。本發(fā)明有益效果(1) 將微波降解與氧化降解有機(jī)整合，實現(xiàn)短時、高效、安全和高濃度預(yù)降解。主要特點(diǎn)如下所耗氧化劑(H202)不足化學(xué)法降解的5%。降解溫度在70。C以下，副 反應(yīng)大大減少。預(yù)降解時間在2 8min，時間大大縮短。由于殼聚糖粘度較高， 一般情 況下(如未經(jīng)微波降解與氧化降解)濃度達(dá)2~3%就粘結(jié)在一起攪拌不動了，本發(fā)明可 使殼聚糖底物濃度達(dá)到20%以上，是文獻(xiàn)報道的8 10倍。(2) 采用非專一性酶，解決酶制劑來源難題。專一性酶制劑尚未形成商品化開發(fā)， 僅有試劑級產(chǎn)品，價格極其昂貴，每千克在萬元以上。以專一性酶制劑進(jìn)行降解， 一般需要從菌種出發(fā)，先進(jìn)行制劑生產(chǎn)，產(chǎn)業(yè)過程長，影響因素多，不利于推廣，這也是水 溶性殼聚糖目前產(chǎn)業(yè)模式中的存在的最大問題。非專一性酶制劑來源廣泛，通過多酶種 的結(jié)合，對降解過程進(jìn)行靈活控制，且酶解控制參數(shù)相對溫和，給工藝過程帶來極大的 靈活性。非專一性酶尤其適合規(guī)?；a(chǎn)水溶性功能殼聚糖。


，圖1是本發(fā)明水溶性殼聚糖制備工藝流程圖。
具體實施方式
以下通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。實施例1稱取50g殼聚糖，然后加入50mLH202 (18%濃度)調(diào)勻，調(diào)節(jié)微波功率450W， 微波加熱時間為3min，取出自然冷去(]。加水配成15。/。殼聚糖溶液，用乙酸調(diào)節(jié)pH至5 6之間，加入3%殼聚糖質(zhì)量的纖維素酶，于55'C水浴反應(yīng)3h后，快速加熱到80'C滅 酶10min。酶解液過濾和離心去除沉淀，清液進(jìn)行截留分子量5000D膜超濾，操作壓力 l.OMpa ，操作溫度50土rC，濾液再進(jìn)行截留分子量200D膜納濾，操作壓力1.8Mpa， 操作溫度40士rC，脫除鹽分和小分子單糖，同時濃縮控制濾液濃度25±2%，噴霧干 燥制成產(chǎn)品，產(chǎn)品可以直接溶于水中形成透明溶液。實施例2稱取50g殼聚糖，然后加入60mL H202 (18%濃度)調(diào)勻，調(diào)節(jié)微波功率450W, 微波加熱時間為3min，取出自然冷卻。加水配成20。/。殼聚糖溶液，用鹽酸調(diào)節(jié)pH至5 6之間，加入2%殼聚糖質(zhì)量的脂肪酶，于45'C水浴反應(yīng)5h后，快速加熱到8(TC滅酶 10 min。酶解液過濾和離心去除沉淀，清液進(jìn)行截留分子量IOOOOD膜超濾，操作壓力 l.OMpa，操作溫度50士rC，濾液再進(jìn)行截留分子量300D膜納濾，操作壓力1.8Mpa， 操作溫度45土rC，脫除鹽分和小分子單糖，同時濃縮'控制濾液濃度25±2%，噴霧干 燥制成產(chǎn)品，產(chǎn)品可以直接溶于水中形成透明溶液。實施例3稱取50g殼聚糖，然后加入50mLH202 (18%濃度)調(diào)勻，調(diào)節(jié)微波功率450W， 微波加熱時間為3min，取出自然冷卻。加水配成15。/。殼聚糖溶液，用乙酸調(diào)節(jié)pH至5 6之間，加入3%殼聚糖質(zhì)量的木瓜蛋白酶，于6(TC水浴反應(yīng)4h后，快速加熱到9(TC滅酶10min。酶解液過濾和離心去除沉淀，清液進(jìn)行截留分子量3000D膜超濾，操作壓 力0.8Mpa，操作溫度55士rC，濾液再進(jìn)行截留分子量200D膜納濾，操作壓力1.5Mpa， 操作溫度45土rC,脫除鹽分和小分子單糖，同時濃縮控制濾液濃度25±2%，噴霧干 燥制成產(chǎn)品，產(chǎn)品可以直接溶于水中形成透明溶液。實施例4稱取50g殼聚糖，然后加入50mLH202 (25%濃度)調(diào)勻，調(diào)節(jié)微波功率400W， 微波加熱時間為3min，取出自然冷卻。加水配成22。/。殼聚糖溶液，用乙酸調(diào)節(jié)pH至5 6之間，加入3%殼聚糖質(zhì)量的木瓜蛋白酶，于6(TC水浴反應(yīng)4h后，快速加熱到9(TC 滅酶10min。酶解液過濾和離心去除沉淀，清液進(jìn)行截留分子量3000D膜超濾，操作壓 力1.2Mpa，操作溫度40土rC,濾液再進(jìn)行截留分子量200D膜納濾，操作壓力1.5Mpa， 操作溫度50土rC，脫除鹽分和小分子單糖，同時濃縮控制濾液濃度25±2%，噴霧干 燥制成產(chǎn)品，產(chǎn)品可以直接溶于水中形成透明溶液。實施例5稱取50g殼聚糖，然后加入50mLH202 (15%濃度)調(diào)勻，調(diào)節(jié)微波功率500W， 微波加熱時間為2min，取出自然冷卻。加水配成18。/。殼聚糖溶液，用乙酸調(diào)節(jié)pH至5 6之間，加入3%殼聚糖質(zhì)量的木瓜蛋白酶，于55'C水浴反應(yīng)5h后，快速加熱到90'C 滅酶10min。酶解液過濾和離心去除沉淀，清液進(jìn)行截留分子量20000D膜超濾，操作 壓力l.OMpa，操作溫度50± 1°C，濾液再進(jìn)行截留分子量300D膜納濾，操作壓力1.5Mpa， 操作溫度45土rC，脫除鹽分和小分子單糖，同時濃縮控制濾液濃度25±2%，噴霧干 燥制成產(chǎn)品，產(chǎn)品可以直接溶于水中形成透明溶液。
權(quán)利要求
1、一種生產(chǎn)水溶性功能殼聚糖工藝，其特征在于包括下列步驟a.取殼聚糖，加入H2O2調(diào)勻，微波加熱適當(dāng)時間，冷卻；b.將處理后的殼聚糖配成殼聚糖溶液，調(diào)節(jié)pH至5～6；c.向殼聚糖溶液中加入非專一性殼聚糖酶，酶解，滅酶，酶解液過濾和離心去除沉淀，得清液；d.清液進(jìn)行超濾，超濾液再進(jìn)行納濾脫除鹽分和小分子單糖；e.濾液噴霧干燥，制成產(chǎn)品。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述生產(chǎn)水溶性功能殼聚糖工藝，其特征在于H202加入量為殼 聚糖質(zhì)量的10%~30%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述生產(chǎn)水溶性功能殼聚糖工藝，其特征在于微波加熱的功率 為400 500W，微波加熱時間為2 3min。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述生產(chǎn)水溶性功能殼聚糖工藝，其特征在于非專一性殼聚糖 酶為脂肪酶、纖維素酶、蛋白酶的一種或多種，酶加入量為殼聚糖質(zhì)量的2~3%。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述生產(chǎn)水溶性功能殼聚糖工藝，其特征在于酶解溫度為45 ~60 'C，酶解時間為3 6h。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述生產(chǎn)水溶性功能殼聚糖工藝，其特征在于超濾條件為截留 分子量30000D-2000D膜，操作壓力0.8-1.2Mpa，操作溫度20-60。C 。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述生產(chǎn)水溶性功能殼聚糖工藝，其特征在于納濾條件為截留 分子量300D 200D膜，操作壓力1.5 2.0Mpa，操作溫度20 60'C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生產(chǎn)水溶性功能殼聚糖工藝。該工藝包括下列步驟取殼聚糖，加入H₂O₂調(diào)勻，微波加熱適當(dāng)時間，冷卻；將微波處理后的殼聚糖加入乙酸或鹽酸溶液，攪拌直至完全溶解，調(diào)節(jié)pH至5～6，配成殼聚糖溶液；向殼聚糖溶液中加入非專一性殼聚糖酶，酶解，滅酶，酶解液過濾和離心去除沉淀，得清液；清液進(jìn)行超濾，超濾液再進(jìn)行納濾脫除鹽分和小分子單糖；濾液噴霧干燥，制成產(chǎn)品。該工藝將微波降解、氧化降解與酶解有機(jī)整合，采用非專一性酶，解決酶制劑來源難題，酶解控制參數(shù)相對溫和，適合規(guī)?；a(chǎn)水溶性功能殼聚糖。
文檔編號C08J3/00GK101220157SQ20081001874
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月22日
發(fā)明者史勁松, 孫達(dá)峰, 和 張, 超 張, 張衛(wèi)明, 戚善龍, 楊生桂 申請人:揚(yáng)州日興生物科技股份有限公司;中華全國供銷合作總社南京野生植物綜合利用研究院