一種低分子量殼聚糖的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及一種低分子量殼聚糖的制備方法，包括：步驟一：改造殼聚糖的結(jié)構(gòu)。將殼聚糖與金屬離子配位使其轉(zhuǎn)化為殼聚糖金屬配合物，其中殼聚糖分子量為2萬?120萬，用于發(fā)生配位反應(yīng)的金屬離子來自金屬鹽選自Fe、Co、Ni、Cu的鹽酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽，乙酸鹽，優(yōu)選乙酸銅。步驟二：殼聚糖金屬配合物的氧化降解。在殼聚糖金屬配合物中加入氧化劑，氧化劑選自CH3COOOH、NaBO3、ClO2、Cl2和O3等，優(yōu)選CH3COOOH。步驟三：將步驟二中得到的產(chǎn)物分離提純，得到低分子量殼聚糖，其重均分子量為160?3000。
【專利說明】
一種低分子量殼聚糖的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種低分子量殼聚糖的制備方法，具體的是在乙酸介質(zhì)中用氧化劑氧 化降解殼聚糖。
【背景技術(shù)】
[0002] 殼聚糖（chitosan，CTS)是甲殼素即β-(1，4)-2_乙醜氛基_2_脫氧-D-匍萄聚 糖經(jīng)過脫乙酰化反應(yīng)后得到的一種生物高分子，即脫乙?；讱に兀羌讱に氐闹饕苌?物，學(xué)名是聚氨基葡萄糖，又被人稱為可溶性甲殼素，化學(xué)名稱為β - (1，4)-2-氨基-2-脫 氧-D-葡萄糖，別名甲殼胺，是由Ν-乙酰-D-氨基葡萄糖單體通過β -1，4-糖苷鏈連接起 來的直鏈狀高分子化合物，分子式為（C6HnN04) n如式I所示。
[0003]
[0004] 殼聚糖以β-(1，4)-2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖為結(jié)構(gòu)單元，是天然多糖中唯一 大量存在的陽離子多糖。殼聚糖具有無毒、生物相容性好、可生物降解、成膜性好、吸附性能 優(yōu)異等特點(diǎn)。隨著研究的深入，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)殼聚糖經(jīng)水解生成的低聚合度的殼聚糖具有獨(dú)特 的生理活性。由于低聚合度的殼聚糖分子量低，水溶性好，其活性基團(tuán)在分子內(nèi)充分暴露， 比高分子量殼聚糖的生物活性強(qiáng)，在醫(yī)療保健、食品衛(wèi)生、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各個領(lǐng)域有著廣泛 應(yīng)。
[0005] 殼聚糖降解的方法包括生物降解、物理降解和化學(xué)降解。生物降解即酶解法，其特 點(diǎn)是：反應(yīng)條件溫和、酶具有高度選擇性，這樣有利于控制降解過程，得到分子量分布窄的 殼聚糖。但酶降解法自身的一些缺點(diǎn)使其無法在大規(guī)模生產(chǎn)中使用。物理降解即Υ射線 輻射降解法，該方法對設(shè)備和輻射劑量的控制要求較高，有一定的危險，限制了其在實(shí)際和 大規(guī)模生產(chǎn)中的應(yīng)用。
[0006] 化學(xué)降解主要是氧化降解，利用不同的氧化劑對殼聚糖進(jìn)行氧化降解，氧化劑包 括NaB0 3、C102、Cl2H202和0 3等，其中最主要的是Η202氧化降解，Η202是一種具有強(qiáng)氧化能力 的氧化劑，自由基·〇Η和0^可以在一定條件下由過氧化氫生成，自由基·0Η和0[具備很強(qiáng) 的氧化能力，他們使殼聚糖主鏈β-(1，4)甙鍵因氧化斷裂來制備低分子量殼聚糖。H202在 銅等金屬離子存在下容易分解，氧化效率低。
[0007] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：通過殼聚糖與金屬離子配位得到配合物，改 變了殼聚糖的結(jié)構(gòu)，減少了殼聚糖分子間存在的部分氫鍵，降低了殼聚糖結(jié)晶性，使得氧化 降解的反應(yīng)條件變得溫和，易于控制降解產(chǎn)物的分子量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種低分子量殼聚糖的制備方法。
[0009] 殼聚糖分子結(jié)構(gòu)上存在有大量的羥基和氨基，其羥基和氨基都是良好的金屬配位 基團(tuán)，當(dāng)形成配合物后，與原來未配位時相比，金屬離子破壞殼聚糖的部分分子間氫鍵，會 改變殼聚糖分子之間的排列，使原殼聚糖分子結(jié)構(gòu)中分子之間的結(jié)合力降低。
[0010] 本方法試驗(yàn)方案包括先將殼聚糖與金屬離子配位，使其轉(zhuǎn)化為殼聚糖金屬配合 物，再用氧化劑對所產(chǎn)生的配合物進(jìn)行氧化降解，可以得到分子量低且分子分布較窄的殼 聚糖。該方法的降解反應(yīng)條件溫和，其反應(yīng)時間短，反應(yīng)溫度低，易于控制產(chǎn)物的分子量。 [0011] 本發(fā)明涉及一種低分子量殼聚糖的制備方法，包括：
[0012] 步驟一：改造殼聚糖的結(jié)構(gòu)。將殼聚糖與金屬離子配位使其轉(zhuǎn)化為殼聚糖金屬配 合物，其中殼聚糖分于量為2萬-120萬，例如：2萬，3萬，30萬，60萬，90萬，120萬，優(yōu)選3 萬。用于發(fā)生配位反應(yīng)的金屬離子來自金屬鹽，選自Fe、Co、Ni、Cu的鹽酸鹽、硝酸鹽、硫酸 鹽，乙酸鹽，優(yōu)選乙酸鹽，更優(yōu)選乙酸銅。
[0013] 步驟二：殼聚糖金屬配合物的氧化降解。在殼聚糖金屬配合物中加入氧化劑，氧化 劑選自 CH3C000H、NaB03、C102、H20 2、Cl2 和 03 等，優(yōu)選 CH3C000H。
[0014] 步驟三：將步驟二中得到的產(chǎn)物分離提純，得到低分子量殼聚糖。
[0015] -種低分子量殼聚糖的制備方法，具體包括：
[0016] 步驟一，改造殼聚糖的結(jié)構(gòu)：將殼聚糖與金屬離子配位反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)化為殼聚糖金 屬配合物，包括將殼聚糖置于容器中，加入過量乙酸溶液，在室溫下劇烈攪拌，待殼聚糖溶 解后，稱取一定量的金屬鹽加入到殼聚糖溶液中，金屬鹽選自Fe、Co、Ni、Cu的鹽酸鹽、硝酸 鹽、硫酸鹽，乙酸鹽，其中金屬離子與殼聚糖糖元的摩爾比為1 : 2-1 : 16,反應(yīng)溫度選自 20?！鉉-75°C，反應(yīng)時間為 0.5h-2h;
[0017] 步驟二，用氧化劑對殼聚糖金屬配合物進(jìn)行氧化降解：調(diào)整水浴溫度至一定溫 度，繼續(xù)將步驟一的容器置于恒溫水浴中，邊攪拌邊逐滴加入一定量的氧化劑，氧化劑選自 CH3C000H、NaB03、C102、Cl2和0 3,反應(yīng)溫度選自20°C _75°C，反應(yīng)時間為0. 5h-4h，反應(yīng)體系 的pH值控制為1-5,得到降解產(chǎn)物；
[0018] 步驟三，將步驟二中得到的產(chǎn)物分離提純，其中的分離提純包括采用常規(guī)去除金 屬離子的方法除去氧化降解反應(yīng)產(chǎn)物中的金屬離子，可以采用離子交換法除去反應(yīng)產(chǎn)物中 的金屬離于。調(diào)節(jié)溶液的PH值至堿性使其生成沉淀物，過濾洗滌沉淀得到低分子量殼聚 糖，具重均分子量為160-3000。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 步驟一：殼聚糖金屬配合物的制備。
[0020] 稱取0.5g分子量為2萬-120萬，例如：2萬，3萬，30萬，60萬，90萬，120萬，優(yōu) 選分子量為3萬的殼聚糖，置于100ml三口瓶中，量取50ml乙酸溶液加入到三口瓶中，在室 溫下劇烈攪拌30min，乙酸的濃度選自0.54%-4% (重量），優(yōu)選2% (重量），待殼聚糖溶 解后，稱取一定量的金屬鹽加入到殼聚糖溶液中，金屬鹽選自Fe、Co、Ni、Cu的鹽酸鹽、硝酸 鹽、硫酸鹽，乙酸鹽，優(yōu)選它們的乙酸鹽，更優(yōu)選乙酸銅，其中金屬離子與殼聚糖糖元的摩爾 比為1 : 2-1 : 16,優(yōu)選1 : 4,反應(yīng)溫度選自20°C-75°C，優(yōu)選反應(yīng)溫度40°C，反應(yīng)時間為 0· 5h-2h，優(yōu)選 lh。
[0021] 步驟二：殼聚糖金屬配合物的氧化。
[0022] 調(diào)整水浴溫度至一定溫度，繼續(xù)將"步驟一"的三口瓶置于恒溫水浴中，邊攪 拌邊逐滴加入一定量的濃度20 % (重量）的CH3C000H，反應(yīng)一段時間。反應(yīng)溫度選 自20°C -75 °C，反應(yīng)時間為0. 5h-4h，反應(yīng)體系的pH值控制為1-5, CH3C000H用量為 0. 3ml-l. 2ml，優(yōu)選反應(yīng)溫度70°C、反應(yīng)時間4h，CH3C000H用量為0. 75ml，pH為4的條件下 對殼聚糖進(jìn)行降解，所得降解產(chǎn)物重均分子量為160-3000。
[0023] 步驟三：提純低分子量殼聚糖。
[0024] 除去"步驟二"反應(yīng)產(chǎn)物中的金屬離子，調(diào)節(jié)溶液的PH值至堿性使其生成沉淀物， 過濾洗滌得到低分子量殼聚糖。其中可以采用常規(guī)去除銅離子的方法，例如：離子交換法 等。
[0025] 實(shí)施例1 :
[0026] 步驟一：殼聚糖金屬配合物的制備。
[0027] 稱取0· 5g分子量為3萬的殼聚糖，置于100ml三口瓶中，量取50ml濃度2% (重 量）的乙酸溶液加入到三口瓶中，在室溫下劇烈攪拌30min，待殼聚糖溶解后，稱取一定量 的乙酸銅，其中銅（II)與殼聚糖糖元的摩爾比為1 : 4,反應(yīng)溫度為40°C，反應(yīng)時間lh。
[0028] 步驟二：殼聚糖金屬配合物的氧化。
[0029] 調(diào)整水浴溫度至70°C溫度，繼續(xù)將"步驟一"的三口瓶置于恒溫水浴中，邊攪拌邊 逐滴加入〇. 75ml的濃度20% (重量）的CH3C000H，反應(yīng)4h，反應(yīng)體系的pH值控制為5,反 應(yīng)溫度70°C，反應(yīng)時間4h，對殼聚糖進(jìn)行降解，所得降解產(chǎn)物重均分子量為288。
[0030] 步驟三：提純低分子量殼聚糖。
[0031] 用離子交換法除去"步驟二"反應(yīng)產(chǎn)物中的銅離子，調(diào)節(jié)溶液的pH值至堿性使其 生成沉淀物，過濾洗滌得到低分子量殼聚糖。
[0032] 對比實(shí)施例1 :
[0033] 步驟一：殼聚糖溶液的制備。
[0034] 稱取0· 5g分子量為3萬的殼聚糖，置于100ml三口瓶中，量取50ml濃度2% (重 量）的乙酸溶液加入到三口瓶中，在室溫下劇烈攪拌30min。
[0035] 步驟二：殼聚糖的氧化。
[0036] 調(diào)整水浴溫度至70°C溫度，繼續(xù)將"步驟一"的三口瓶置于恒溫水浴中，邊攪拌邊 逐滴加入〇. 75ml的濃度20% (重量）的CH3C000H，反應(yīng)4h，反應(yīng)體系的pH值控制為5,反 應(yīng)溫度70°C，反應(yīng)時間4h，對殼聚糖進(jìn)行降解，所得降解產(chǎn)物重均分子量為3143。
[0037] 步驟三：提純低分子量殼聚糖。
[0038] 將"步驟二"中的反應(yīng)產(chǎn)物，調(diào)節(jié)溶液的pH值至堿性使其生成沉淀物，過濾洗滌得 到低分子量殼聚糖。
[0039] 通過實(shí)施例和對比例的比較可以看出：在相同的降解條件下，用CH3C000H氧化降 解金屬配位的殼聚糖所得產(chǎn)物的分子量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于直接CH 3C000H氧化降解殼聚糖所得產(chǎn)物 的分子量。
[0040] 用凝膠滲透色譜測試提純后殼聚糖分子量的條件。
[0041] PL-GPC50凝膠滲透色譜具有視差檢測器、光散射檢測器和粘度檢測器，通過以 上三種檢測器所得色譜圖通過軟件積分得到降解產(chǎn)物的分子量。儀器所用色譜柱為PL aquagel-〇H MIXED-8 μ m，300 X 7. 5mm。色譜柱柱溫為35°C，采用乙酸/乙酸鈉緩沖溶液作 為流動相，流動相流速為lml/min。進(jìn)樣前式樣經(jīng)過45 μ m濾膜過濾，進(jìn)樣量為100 μ 1。 [0042] 本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅限于以上實(shí)施例，通過控制反應(yīng)時間、改變反應(yīng)條件，例如 ： 反應(yīng)溫度為20°〇、301：、401：、551：、651：、751：等，銅（11)與殼聚糖糖元的摩爾比為1:2、 1 : 4、1 : 8、1 : 16等，反應(yīng)體系的pH值為1-5等，可以獲得不同分子量的低分子量殼聚 糖。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低分子量殼聚糖的制備方法，具體包括： 步驟一，改造殼聚糖的結(jié)構(gòu)：將殼聚糖與金屬離子配位反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)化為殼聚糖金屬 配合物，包括將殼聚糖置于容器中，加入過量乙酸溶液，在室溫下劇烈攪拌，待殼聚糖溶解 后，稱取一定量的金屬鹽加入到殼聚糖溶液中，金屬鹽選自Fe、Co、Ni、Cu的鹽酸鹽、硝酸 鹽、硫酸鹽，乙酸鹽，其中金屬離子與殼聚糖糖元的摩爾比為1 : 2-1 : 16,反應(yīng)溫度選自 20°C -75°C，反應(yīng)時間為 0. 5h-2h ; 步驟二，用氧化劑對殼聚糖金屬配合物進(jìn)行氧化降解：調(diào)整水浴溫度至一定溫度， 繼續(xù)將步驟一的容器置于恒溫水浴中，邊攪拌邊逐滴加入一定量的氧化劑，氧化劑選自 CH3C000H、NaB03、C102、Cl2和0 3,反應(yīng)溫度選自20°C _75°C，反應(yīng)時間為0. 5h-4h，反應(yīng)體系 的pH值控制為1-5,得到降解產(chǎn)物； 步驟三，將步驟二中得到的產(chǎn)物分離提純，得到低分子量殼聚糖，其重均分子量為 160-3000。2. 權(quán)利要求1所述的方法，其中殼聚糖分子量為2萬-120萬，用于發(fā)生配位反應(yīng)的金 屬鹽是乙酸鹽，配位反應(yīng)溫度為40°C，在殼聚糖金屬配合物中加入的氧化劑是CH 3COOOH,氧 化降解的反應(yīng)溫度為70°C，控制氧化降解反應(yīng)體系的pH值為1-5。3. 權(quán)利要求1或2所述的方法，其中0. 5g殼聚糖，其分子量為3萬，用于發(fā)生配位反 應(yīng)的金屬鹽是乙酸銅，銅（II)離子與殼聚糖糖元的摩爾比為1 : 4,濃度20% (重量）的 CH3COOOH為0. 3ml-l. 2ml，控制氧化降解反應(yīng)體系的pH值為4。4. 權(quán)利要求3所述的方法，其中CH3COOOH用量為0. 75ml。5. 權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其中的分離提純包括采用常規(guī)去除金屬離子的方法 除去氧化降解反應(yīng)產(chǎn)物中的金屬離子，調(diào)節(jié)溶液的PH值至堿性使其生成沉淀物，過濾洗滌 沉淀得到低分子量殼聚糖。6. 權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其中可以采用離子交換法除去反應(yīng)產(chǎn)物中的金屬離 子。
【文檔編號】C08B37/08GK105884932SQ201410735606
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月8日
【發(fā)明人】聶錦梅, 唐川江, 崔成民
【申請人】北京服裝學(xué)院