殼聚糖的水解方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于殼聚糖水解技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用纖維素酶水解殼聚糖的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]殼聚糖又稱脫乙酰甲殼素，是由自然界廣泛存在的幾丁質(zhì)經(jīng)過脫乙酰作用得到的，具有很多優(yōu)異的性能，在醫(yī)藥、食品、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、化妝品等領(lǐng)域應用廣泛。小分子量的殼聚糖有很好的生物活性而且能溶于水，尤其是分子量低于I萬的低聚殼聚糖具有獨特的應用功能與生理活性，比如:良好的水溶性、抑菌抗菌作用、沉淀重金屬、抗腫瘤及免疫促進作用等，使其在生物醫(yī)藥、保健食品、醫(yī)療診斷、農(nóng)業(yè)和生物生理等方面具有獨特的應用價值。殼聚糖的分子量高達幾百萬，不溶于水等溶劑，嚴重影響到殼聚糖的應用，而降解后殼聚糖具有水溶性增強、保濕性好、抗菌能力強等特性，從而能更廣泛應用于人類的生產(chǎn)生活中，因此，如何有效降解殼聚糖成為眾多學者研究的熱點。
[0003]目前，降解殼聚糖的方法有物理法、酸降解法、酶解法。酶法制備水溶性殼聚糖容易得到需要的分子量范圍，生成各種低分子量產(chǎn)物。由于酶具有較強的專一性，不會破壞殼聚糖原有的結(jié)構(gòu)，酶具有高效性，因此，酶解的反應條件比較溫和，所需酶用量少，不會形成其他副產(chǎn)物，對環(huán)境污染較少，產(chǎn)品所得率高。纖維素酶、果膠酶、蚓激酶、脂肪酶、木瓜蛋白酶等可以將殼聚糖水解。其次，這些酶混合使用都可降解殼聚糖。降解殼聚糖的專一性酶有殼聚糖酶，主要存在于細菌中。制備水溶性殼聚糖的方法很多，除了上述列舉的方法以外還有氧化法等，但是這些方法均有大量的副產(chǎn)物，產(chǎn)物的分子量范圍比較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的之一是在于解決水解殼聚糖的現(xiàn)有方法中存在大量的副產(chǎn)物且效率低的問題，進而提供了一種殼聚糖的水解方法，本發(fā)明方法用纖維素酶水解殼聚糖產(chǎn)品呈乳白色，并且水溶性好，生產(chǎn)過程中對環(huán)境不會造成污染。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種殼聚糖的水解方法，以殼聚糖為原料，用二元混合離子液體作為殼聚糖的溶劑，用纖維素酶作為水解的催化劑，恒溫振蕩反應條件下進行水解反應。
[0007]上述殼聚糖的水解方法，包括如下步驟:
[0008]—種殼聚糖的水解方法，以殼聚糖為原料，用二元混合離子液體作為殼聚糖的溶劑，用纖維素酶作為水解的催化劑，恒溫振蕩反應條件下進行水解反應。
[0009]進一步的，其特征在于，包括如下步驟:
[0010]步驟一:殼聚糖的溶解:
[0011]將殼聚糖溶解在二元混合離子液體中，攪拌下加熱至80?130°C保持一段時間直至溶液透明，殼聚糖在二元混合離子液體中的濃度為0.5?17wt%，冷至室溫后加入為殼聚糖摩爾量的0.1?10倍的水、重量為殼聚糖重量的0.05?10%的纖維素酶，調(diào)節(jié)溶液pH，常溫攪拌0.5?lh，得到殼聚糖的溶解液；
[0012]步驟二:殼聚糖的水解:
[0013]將所述殼聚糖的溶解液置于恒溫振蕩器中，溫度控制在45?58°C，反應時間為3?10h，反應結(jié)束后，于95?100°C對殼聚糖的溶解液進行滅活反應，過濾除去酶，溶液加入無水乙醇沉淀得到產(chǎn)物。
[0014]進一步的，二元混合離子液體為1- 丁基-3-甲基咪唑氯鹽與1-氫-3-甲基咪唑氯鹽按質(zhì)量比7?11: I混合，或者1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽與1-氫-3-甲基咪唑氯鹽按質(zhì)量比7?11: I混合。
[0015]進一步的，調(diào)節(jié)pH的試劑為醋酸或醋酸鈉溶液。
[0016]進一步的，反應pH值為3.6?5.0。
[0017]進一步的，纖維素酶與殼聚糖的比例0.05?10%。
[0018]本發(fā)明的有益效果為:
[0019]本發(fā)明具有高效、綠色、產(chǎn)率高的特點，具有產(chǎn)業(yè)化的前景；本發(fā)明所采用的離子液體溶劑是一種綠色溶劑，不揮發(fā)，可以回收；水溶性殼聚糖脫乙酰度平均值為56.15%,沉淀殼聚糖脫乙酰度平均值為86.52%，抗氧化值平均值75.45%，還原糖含量平均值為
4.73%，低聚殼聚糖分子量為1.98 X 104，低聚殼聚糖產(chǎn)率平均值為36.50%，利用纖維素酶水解殼聚糖，產(chǎn)品呈乳白色，并且水溶性好，生產(chǎn)過程中對環(huán)境不會造成污染。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明原料殼聚糖紅外圖；
[0021]圖2是本發(fā)明水溶性殼聚糖紅外圖；
[0022]圖3是本發(fā)明酶解后沉淀殼聚糖紅外圖；
[0023]圖4是本發(fā)明原料殼聚糖的n JC-C圖；
[0024]圖5是本發(fā)明上清液殼聚糖的n JC-C圖；
[0025]圖6是本發(fā)明沉淀殼聚糖的n sp/c-c圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合實施例進一步說明本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明的范圍。
[0027]實施例1殼聚糖的水解
[0028]—種殼聚糖的水解方法，以殼聚糖為原料，用二元混合離子液體作為殼聚糖的溶劑，用纖維素酶作為水解的催化劑，恒溫振蕩反應條件下進行水解反應。
[0029]上述殼聚糖的水解方法，包括如下步驟:
[0030]步驟一:殼聚糖的溶解
[0031]將甲殼素或殼聚糖溶解在二元混合離子液體中，攪拌下加熱至80?130°C保持一段時間直至溶液透明，殼聚糖在二元混合離子液體中的濃度為5wt %，冷至室溫后加入為殼聚糖摩爾量的5倍的水、重量為殼聚糖重量的5%的纖維素酶，調(diào)節(jié)溶液pH，常溫攪拌0.5?lh，得到殼聚糖的溶解液。
[0032]步驟二:殼聚糖的水解
[0033]將所述殼聚糖的溶解液置于恒溫振蕩器中，溫度控制在45?58°C，優(yōu)選為55°C ;反應pH值為3.6?5.0，優(yōu)選為4.3，調(diào)節(jié)pH的試劑為:醋酸或醋酸鈉溶液；酶/底比例為0.05-10%，優(yōu)選為5%;反應時間為3?10h，優(yōu)選為5h ;反應結(jié)束后，于95?100°C對殼聚糖的溶解液進行滅活反應，過濾去酶，溶液加入無水乙醇沉淀得到產(chǎn)物；二元混合離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽與1-氫-3-甲基咪唑氯鹽按質(zhì)量比7:1?11:1混合，或者1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽與1-氫-3-甲基咪唑氯鹽按質(zhì)量比7:1?11:1混合。
[0034]實施例2水解后殼聚糖的表征
[0035]將酶解完成后的殼聚糖經(jīng)離心后將沉淀物真空干燥，取少量的產(chǎn)物與溴化鉀混勻壓片，利用傅立葉紅外光譜儀測定紅外光譜圖。根據(jù)紅外光譜圖分析其水解后的脫乙酰度。同時，測定原料殼聚糖，酶解后仍不溶于水的殼聚糖的脫乙酰度，將其與水溶性殼聚糖的紅外圖對比。采用如下計算公式:
[0036]A = -1ogT,式中 T 為透光率(％ );
[0037]DD = (A1560/A2880-l.951)/-0.0148X100% ；
[0038]上述式中A為吸光度(％ ) ;DD為脫乙酰度(％ )。
[0039]圖1至圖3為纖維素酶降解殼聚糖前后以及酶解后沉淀殼聚糖的紅外光譜圖，1655cm1處為酰胺I譜帶的特征吸收峰，1560cm 1處為酰胺II普帶的特征吸收峰，1326cm 1處為酰胺III譜帶和_012搖擺吸收峰。由于降解后的殼聚糖脫乙酰度降低，導致酰胺1、I1、III處的吸收峰有所降低。從圖1至圖3可以得出，酶解前后殼聚糖的基本官能團位置沒有發(fā)生變化，只是吸收峰值的強度不同，表明殼聚糖在酶解前后化學結(jié)構(gòu)并沒有發(fā)生改變。
[0040]采用烏氏粘度法測定其酶解前和酶解后的沉淀與澄清部分的粘均分子量，以評價酶解后的殼聚糖分子量是否降低。測定方法為:配制0.2mol/L NaCl和0.3mol/L CH3COOH溶液，500mL以1:1的比例混合。分別配制濃度為0，0.5，l，2，4mg/mL的原料殼聚糖，沉淀殼聚糖，烘干后的上清液殼聚糖溶液，用烏氏粘度計分別測定每個溶液的流出時間，然后根據(jù)計算出ru、nsp、nsp/c后作圖，根據(jù)外推法求出特性粘度[n]，計算出粘均分子量M。
[0041]nr= t/t。，式中η 1^為相對粘度，t為不同濃度的殼聚糖溶液流出時間，t。為濃度為O的殼聚糖溶液流出時間。
[0042]n sp= η r-ι，式中n sp為增比粘度。
[0043][ η ] = kM°，式中 k = 1.81 X 10 3cm3.g \ α = 0.93。
[0044]根據(jù)烏氏粘度法測定殼聚糖的黏均分子量的結(jié)果如下圖所示，圖4中，[Tl]=243.47，計算得 M = 3.27 X 15;圖 5 中，[n] = 17.902，計算得 M = 1.98 X 10 4;圖 6 中，
[n ] = 120.22，計算得M= 1.53X 15O因此，可知，原料殼聚糖經(jīng)過酶解后成為了低分子量的殼聚糖，上清液的烘干產(chǎn)品中的分子量最低，沉淀殼聚糖的分子量相對于原料殼聚糖來說也降低了，因此，可以得出，酶解后殼聚糖從大分子變成了小分子。
[0045]本發(fā)明具有高效、綠色、產(chǎn)率高的特點，具有產(chǎn)業(yè)化的前景；本發(fā)明所采用的離子液體溶劑是一種綠色溶劑，不揮發(fā)，可以回收；水溶性殼聚糖脫乙酰度平均值為56.15%,沉淀殼聚糖脫乙酰度平均值為86.52%，抗氧化值平均值75.45%，還原糖含量平均值為
4.73%，低聚殼聚糖分子量為1.98 X 104，低聚殼聚糖產(chǎn)率平均值為36.50%，利用纖維素酶水解殼聚糖，產(chǎn)品呈乳白色，水溶性好，生產(chǎn)過程中對環(huán)境不會造成污染。
[0046]本文雖然已經(jīng)給出了本發(fā)明的一些實施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應當理解，在不脫離本發(fā)明精神的情況下，可以對本文的實施例進行改變。上述實施例只是示例性的，不應以本文的實施例作為本發(fā)明權(quán)利范圍的限定。
【主權(quán)項】
1.一種殼聚糖的水解方法，其特征在于，以殼聚糖為原料，用二元混合離子液體作為殼聚糖的溶劑，用纖維素酶作為水解的催化劑，恒溫振蕩反應條件下進行水解反應。2.如權(quán)利要求1所述的殼聚糖的水解方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一:殼聚糖的溶解: 將殼聚糖溶解在二元混合離子液體中，攪拌下加熱至80?130°C保持一段時間直至溶液透明，殼聚糖在二元混合離子液體中的濃度為0.5?17wt%，冷至室溫后加入為殼聚糖摩爾量的0.1?10倍的水、重量為殼聚糖重量的0.05?10%的纖維素酶，調(diào)節(jié)溶液pH，常溫攪拌0.5?lh，得到殼聚糖的溶解液； 步驟二:殼聚糖的水解: 將所述殼聚糖的溶解液置于恒溫振蕩器中，溫度控制在45?58°C，反應時間為3?10h，反應結(jié)束后，于95?100°C對殼聚糖的溶解液進行滅活反應，過濾除去酶，溶液加入無水乙醇沉淀得到產(chǎn)物。3.如權(quán)利要求2所述的殼聚糖的水解方法，其特征在于，二元混合離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽與1-氫-3-甲基咪唑氯鹽按質(zhì)量比7?11: I混合，或者1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽與1-氫-3-甲基咪唑氯鹽按質(zhì)量比7?11: I混合。4.如權(quán)利要求3所述的殼聚糖的水解方法，其特征在于，調(diào)節(jié)pH的試劑為醋酸或醋酸鈉溶液。5.如權(quán)利要求4所述的殼聚糖的水解方法，其特征在于，反應pH值為3.6?5.0。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種殼聚糖的水解方法，屬于殼聚糖水解技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明選用非專一性的纖維素酶，由于殼聚糖與纖維素有相似的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)，選用纖維素酶有較好的水解效果。一種殼聚糖的水解方法，以殼聚糖為原料，用二元混合離子液體作為殼聚糖的溶劑，用纖維素酶作為水解的催化劑，恒溫振蕩條件下進行水解反應。本發(fā)明方法的反應溫度為45～58℃，纖維素酶與殼聚糖比例0.05～10％，反應時間3～10h，反應pH值為3.6～5.0；本發(fā)明具有高效、綠色、產(chǎn)率高的特點，具有產(chǎn)業(yè)化的前景；本發(fā)明所采用的溶劑是一種綠色溶劑，不揮發(fā)，可以回收，重復利用。
【IPC分類】C12P19/26, C12P19/14
【公開號】CN105063135
【申請?zhí)枴緾N201510457985
【發(fā)明人】邵承斌, 王星敏, 李寧, 雷文玲
【申請人】重慶工商大學
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月30日