一種殼聚糖的製備方法與流程
2023-04-28 17:00:31
本發明屬於生物技術領域，具體涉及一種殼聚糖的製備方法。
背景技術：
殼聚糖又名脫乙醯甲殼素、可溶性甲殼素和聚氨基葡萄糖，其化學名稱為β-(1→4)-2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖，系甲殼素用濃鹼處理後脫去乙醯基而得到的產物。
甲殼素又名幾丁質、甲殼質等，是許多低等動物特別是節肢動物如蝦、蟹、昆蟲等外殼的重要成分(約含10-30％)，也存在於低等植物如菌藻類和真菌的細胞壁中，它是由2-乙醯氨基-2-脫氧-D-葡萄糖的基本單元經β(1→4)糖苷鍵連接的天然高分子聚合物，是迄今為止唯一發現的陽離子動物纖維和唯一的鹼性多糖。甲殼素及其衍生物具有許多獨特的功能和特性，在環保、食品、醫藥、製作功能材料、農林業、輕紡工業等領域得到了廣泛應用，具有巨大的經濟價值和廣闊的應剛前景，隨著甲殼素及其衍生物化學研究的不斷深入，甲殼素產業將會在本世紀得到蓬勃發展。
目前甲殼素的來源主要為蝦、蟹殼和昆蟲甲殼，其中昆蟲甲殼中甲殼素含量較高，鈣和重金屬含量低，雜質少，純度高，質量好，提取過程中對水、酸、鹼消耗少，生產成本低，因此，昆蟲甲殼素要優於蝦、蟹甲殼素。
中國專利CN102321192A提供了一種蠅蛆殼聚糖製備方法，將蠅蛆外殼採用鹽酸攪拌浸泡離心後，取沉澱物物加入氫氧化鈉水溶液中去除廢物，再經脫色得到粗製蠅蛆甲殼素，再經微波加熱法脫去乙醯基得到殼聚糖。該法所制殼聚糖的脫乙醯率較高，但由於殼聚糖的製備中使用了大量的濃鹼，使得殼聚糖的分子鏈大量斷裂，降低了其分子量和純度，限制了產品的應用範圍。
技術實現要素：
本發明提供了一種殼聚糖的製備方法，操作簡便、設備常規，所得殼聚糖的分子量高、純度高、脫乙醯度高。
本發明解決技術問題所採用的技術方案為：
一種殼聚糖的製備方法，包括如下步驟：
(1) 除鈣：將昆蟲甲殼粉碎後，置於質量濃度為10-20%的稀酸中於30-50℃浸煮4-6小時，過濾，取濾餅水洗3-5次後乾燥得脫鈣產物A待用，昆蟲外殼中含有大量的鈣質，利用稀酸將其溶解去除，將原料進一步分解。
(2) 脫蛋白：將脫鈣產物A、複合酶和水置於反應容器中，控制反應液PH為7.5-8.5，於40-55℃攪拌水解2-3小時後，過濾，取濾餅水洗乾燥得脫蛋白產物B待用；所述複合酶為胰蛋白酶、木瓜蛋白酶和鹼性脂肪酶的混合物，三者的質量比為1：1：2。利用複合酶將濾餅A中的蛋白質酶解並溶於水中，反應條件溫和，採用該配方的複合酶對昆蟲甲殼中蛋白質的酶解效率更高，酶解效果更好。相比於氫氧化鈉脫蛋白能獲得高質量的甲殼素，且不會造成甲殼素的分子鏈斷裂，從而降低其分子量。
(3) 純化：將脫蛋白產物B置於混合溶劑中，並加入中性鹽，於60-80℃攪拌溶解1-3小時後，過濾，濾液經減壓乾燥去除溶劑，再經水洗去除中性鹽，乾燥得所需甲殼素；所述混合溶劑為己酸、乙二酸和吡啶的混合物，三者的質量比為1：0.8：0.5。將濾餅B經混合溶劑溶解再濃縮得到高純度高分子量的甲殼素產品。甲殼素大分子中具有穩定的環狀結構和大分子之間存在強的氫鍵作用，使它的溶解性能變差，不溶於水、稀酸、稀鹼和一般的有機溶劑中。甲殼素在濃硫酸、鹽酸、硝酸和85％磷酸等強酸中可溶解，但與此同時會發生劇烈的降解，使相對分子質量明顯降低。本發明所採用的己酸、乙二酸和吡啶的混合溶劑，對甲殼素溶解率高，同時不會降低其分子量。加入中性鹽是為了增加反應液的離子強度，利用甲殼素的陽離子特性，增強其在混合溶劑中的溶解率。
(4) 脫乙醯：將步驟(3)所得甲殼素和15-20%NaOH水溶液加入石英玻璃反應容器中，置於紫外光下照射2-3小時，同時予以超聲處理，反應結束後降溫至室溫，離心，沉澱物水洗至中性，於50-60℃乾燥24小時後得殼聚糖。通常使用濃鹼脫乙醯基，在獲得高的脫乙醯率同時，甲殼素的主鏈降解嚴重，從而降低了殼聚糖的分子質量，影響了產品質量。本發明採用濃度較低的稀鹼，通過超聲-紫外聯合的方式，脫除乙醯基，在獲得高脫乙醯度的同時，減少了甲殼素主鏈降解，保證了殼聚糖產品質量。
作為優選，步驟(1)中所述稀酸為鹽酸、硫酸或磷酸。
作為優選，步驟(1)中所述稀酸質量為昆蟲甲殼質量的20-30倍。
作為優選，步驟(2)中所述脫鈣產物A、複合酶和水的質量比為1：0.05-0.08：10-30。
作為優選，步驟(3)中所述脫蛋白產物B、混合溶劑和中性鹽的質量比為1：15-20：0.1-0.3。
作為優選，所述中性鹽為NaCl、KCl、Na2SO4、MgCl2或MgSO4。
作為優選，步驟(4)中所述甲殼素與NaOH水溶液質量比為1：8-15。
本發明的有益效果為：
1、採用複合酶水解昆蟲外殼中的蛋白質和脂肪，水解條件溫和，酶解效率高，且不會降低甲殼素分子量。
2、採用己酸、乙二酸和吡啶組合的混合溶劑和中性鹽協同溶解甲殼素，對甲殼素溶解率高，有助於提高甲殼素回收率和純度，同時不會降低其分子量。
3、採用濃度較低的稀鹼，通過超聲-紫外聯合的方式，脫除乙醯基，在獲得高脫乙醯度的同時，減少了甲殼素主鏈降解，保證了殼聚糖產品質量。
4、本發明的殼聚糖製備工藝簡單，設備常規，酸鹼廢水產量低，符合綠色環保生產的要求。
具體實施方式
下面通過具體實施例，對本發明的技術方案作進一步的具體說明。
實施例1
(1) 除鈣：將10g昆蟲甲殼粉碎後，置於200g質量濃度為10%的稀酸中於50℃浸煮4小時，過濾，取濾餅水洗3-5次乾燥後得7.2g脫鈣產物A；
(2) 脫蛋白：將7.2g脫鈣產物A、0.09g胰蛋白酶、0.09g木瓜蛋白酶、0.18g鹼性脂肪酶和144g水置於三口燒瓶中，控制反應液PH為7.5，於40℃攪拌水解3小時後，過濾，取濾餅水洗乾燥得4.3g脫蛋白產物B；
(3) 純化：將4.3g脫蛋白產物B、28g己酸、22g乙二酸、14g吡啶和0.43gNaCl中，於60℃攪拌溶解3小時後，過濾，濾液經減壓乾燥去除溶劑，再經水洗去除NaCl，乾燥得3.2g甲殼素，HPLC純度為92.3%，回收率為29.54%，灰分為0.8%。
(4) 脫乙醯：將3g甲殼素和45g 15%NaOH水溶液加入石英玻璃反應容器中，置於245nm紫外光下照射2小時，同時予以超聲處理，反應結束後降溫至室溫，離心，沉澱物水洗至中性，於50℃乾燥24小時後得2.4g殼聚糖，其脫乙醯度為95.2%，純度為97.3%，粘度為165cp。
註：殼聚糖粘度的測定方法為：取0.5g殼聚糖溶於100ml 0.5%醋酸中，室溫下用旋轉粘度計測定，殼聚糖粘度越高，則其分子量越大。
實施例2
(1) 除鈣：將10g昆蟲甲殼粉碎後，置於250g質量濃度為15%的稀酸中於30℃浸煮6小時，過濾，取濾餅水洗3-5次乾燥後得7.8g脫鈣產物A；
(2) 脫蛋白：將7.8g脫鈣產物A、0.12g胰蛋白酶、0.12g木瓜蛋白酶、0.24g鹼性脂肪酶和78g水置於三口燒瓶中，控制反應液PH為8，於50℃攪拌水解2.5小時後，過濾，取濾餅水洗乾燥得5.1g脫蛋白產物B；
(3) 純化：將5.1g脫蛋白產物B、40g己酸、32g乙二酸、20g吡啶和1g MgSO4中，於70℃攪拌溶解2小時後，過濾，濾液經減壓乾燥去除溶劑，再經水洗去除MgSO4，乾燥得3.8g甲殼素，HPLC純度為93.8%，回收率為35.6%，灰分為0.78%。
(4) 脫乙醯：將3g甲殼素和30g 18%NaOH水溶液加入石英玻璃反應容器中，置於245nm紫外光下照射2.5小時，同時予以超聲處理，反應結束後降溫至室溫，離心，沉澱物水洗至中性，於55℃乾燥24小時後得2.7g殼聚糖，其脫乙醯度為94.8%，純度為96.3%，粘度為158cp。
實施例3
(1) 除鈣：將10g昆蟲甲殼粉碎後，置於300g質量濃度為20%的稀酸中於40℃浸煮5小時，過濾，取濾餅水洗3-5次乾燥後得6.9g脫鈣產物A；
(2) 脫蛋白：將6.9g脫鈣產物A、0.14g胰蛋白酶、0.14g木瓜蛋白酶、0.28g鹼性脂肪酶和水置於三口燒瓶中，控制反應液PH為8.5，於55℃攪拌水解2小時後，過濾，取濾餅水洗乾燥得4.6g脫蛋白產物B；
(3) 純化：將4.6g脫蛋白產物B、40g己酸、32g乙二酸、20g吡啶和1.4g Na2SO4中，於80℃攪拌溶解1小時後，過濾，濾液經減壓乾燥去除溶劑，再經水洗去除Na2SO4，乾燥得3.5g甲殼素，HPLC純度為93.1%，回收率為32.6%，灰分為0.72%。
(4) 脫乙醯：將3g甲殼素和24g 20%NaOH水溶液加入石英玻璃反應容器中，置於245nm紫外光下照射3小時，同時予以超聲處理，反應結束後降溫至室溫，離心，沉澱物水洗至中性，於60℃乾燥24小時後得2.2g殼聚糖，其脫乙醯度為93.6%，純度為96.8%，粘度為153cp。
以上所述的實施例只是本發明的一種較佳的方案，並非對本發明作任何形式上的限制，在不超出權利要求所記載的技術方案的前提下還有其它的變體及改型。