一種製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素凍乾粉的方法與流程
2023-10-29 00:45:27 1
一、技術領域
本發明屬於日化用功能添加劑技術領域，具體涉及一種製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素凍乾粉的方法。
二、
背景技術：
設計、製備具備多重功能、無毒害且可生物降解的新材料對食品日化等行業有重要意義，具有明確的應用價值和巨大的經濟效益。原花青素系多酚化合物，廣泛存在於各種植物中，溶於水、甲醇和乙醇等小分子有機溶劑。原花青素具備抗紫外線、抗輻射、抗衰老、螯合重金屬、增白、保溼等活性，對多種因素造成的皮膚老化都有獨特的功效，逐漸應用於功能性日化品和保健品中。雖然原花青素具備上述諸多優良性能，但是其本身可作為能被微生物利用的供氫體，故抗菌性質較差。此外，原花青素聚合度大於5以上時，其水溶性明顯下降。因此，若能夠對原花青素進行接枝改性，接上既具有抗菌能力、又能打破原花青素母核之間超強氫鍵作用、增加水溶解性的基團，就可以製備出既保持原花青素主要功能特性、又具有抗菌性的多功能新材料。
殼寡糖又名低聚殼聚糖，是聚合度在2～20之間、分子量≤3200da的由氨基葡萄糖構成的寡糖產品。殼寡糖分子中的c2伯氨基在生理ph及以下區間主要帶正電荷，既可中和微生物細胞表面的負電荷而影響微生物生長，表現出抗菌特性，又可以通過分子之間正電荷相互排斥作用而破壞原花青素母核間的超強氫鍵，從而可增強其水溶性。因此，若能將原花青素與殼寡糖進行交聯，就可以製備出水溶性好，抗菌性優異，可用在食品、日化和飼料等領域的新型多功能材料。
現有關於原花青素接枝交聯的技術，如2015年2月《江蘇醫藥》第24卷第4期刊登的論文《改性京尼平交聯殼聚糖人工神經導管的柔韌性和機械強度》，該文介紹了用京尼平將殼聚糖和原花青素交聯成人工神經導管的方法。由於京尼平系梔子苷水解產物，通過親核反應與蛋白質或殼聚糖伯氨基形成衍生物，該反應雖然溫和，但京尼平價格昂貴，每克高達數百元；而且，在弱鹼性條件下殼聚糖早已凝固，因此，交聯反應的傳遞阻力大，效率低；特別是京尼平分子體積大，不溶於水，未交聯者可能夾雜在交聯物中，產生副反應或副作用。因此，該方法難以用於規模化生產。又如2012年10月《皮革科學與工程雜誌》第22卷第5期發刊登的論文《原花青素交聯脫細胞豬真皮基質的研究》，該論文介紹了以原花青素直接交聯脫細胞豬真皮基質的方法，該法的不足之處是：原花青素作為一種植物單寧，與以蛋白質為主要成分的脫細胞豬真皮基質的交聯將形成蛋白質原花青素不溶物。由於蛋白質變性而不溶解，喪失了功能特性，因此，該方法製備的原花青素交聯物的應用受到極大限制。
三、
技術實現要素：
本發明的目的是針對現有原花青素交聯衍生物製備方法的不足，提供一種製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素凍乾粉的方法，該法具有操作簡單、耗能低、產品純度高、產品具備抗紫外線抗菌等多重功能、無副產物、生產成本低、易於推廣等特點。
本發明的主要原理是：殼寡糖溶於水，其游離伯氨基氫原子在酸性條件下可被環氧氯丙烷的氯取代，生成羥丙基殼寡糖；低聚原花青素有游離羥基，在鹼性條件下可與環氧基團發生醚化反應，因此，在鹼性條件下，用羥丙基殼寡糖與低聚原花青素反應，即生成接枝殼寡糖低聚原花青素；接枝殼寡糖低聚原花青素分子中既保持有大量酚羥基，又新增加了殼寡糖，因此仍保持其抗紫外線、抗輻射、抗衰老、螯合重金屬、增白、保溼等活性，又具備了抗菌性，成為具備多重功能的新材料。
本發明目的是這樣實現的：一種製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素凍乾粉的方法，以殼寡糖和原花青素為原料，經過製備羥丙基殼寡糖溶液、製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素溶液、製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素脫鹽濃縮溶液及製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素凍乾粉的步驟，就製備出收得率以原花青素計為93～99％的接枝羥丙基殼寡糖原花青素凍乾粉產品。其具體工藝步驟如下：
(1)製備羥丙基殼寡糖溶液
首先按照殼寡糖質量與純淨水體積之比為1∶4～19(kg/l)的比例，將市售平均分子量為500～1500da的殼寡糖用純淨水溶解，配製成殼寡糖質量百分濃度為5～20％的殼寡糖溶液。再用稀鹽酸調節該溶液的ph值為3～4.5，接著在80～120r/min的攪拌速度下將該溶液升溫至80～100℃，按照環氧氯丙烷的體積與質量百分濃度為5～20％的殼寡糖溶液的體積之比為1∶25～50(l/l)的比例加入環氧氯丙烷，在溫度為80～100℃、攪拌速度為80～120r/min的條件下進行取代反應60～120min，就製備出羥丙基殼寡糖溶液，用於下步製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素溶液。
(2)製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素溶液
第(1)步完成後，先將第(1)步製備的羥丙基殼寡糖溶液用質量百分濃度為40～50％的氫氧化鈉溶液調節ph值為9～11，再按照第(1)步加入環氧氯丙烷的體積與平均分子量為290～1450da的原花青素質量之比為1∶1～5(l/kg)的比例，在80～120r/min的攪拌速度下加入原花青素，控制溫度為80～100℃、ph值為9～11進行醚化反應2～4h。醚化反應完成後，用稀鹽酸調節反應液的ph至4.5～5.5，就製備出接枝羥丙基殼寡糖原花青素溶液，用於下步製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素脫鹽濃縮溶液。
(3)製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素脫鹽濃縮溶液
第(2)步完成後，將第(2)步製備的接枝羥丙基殼寡糖原花青素溶液泵入納濾器中，用截留分子量為200～1000da的納濾膜，在表壓為0.5～0.8mpa下進行第一次納濾脫鹽濃縮，直至第一次納濾濾過液與截留液的體積之比為7∶3～9∶1(l/l)時停止第一次納濾。分別收集第一次納濾截留液和第一次納濾濾過液，對收集的第一次納濾濾過液，泵送至廢水處理站進行生化處理，達標後排放；對收集的第一次納濾截留液，加入該截留液體積7～9倍的純淨水，進行第二次納濾脫鹽濃縮，直至第二次納濾濾過液與截留液的體積比為7∶3～9∶1(l/l)時停止第二次納濾。第二次納濾脫鹽濃縮的納濾膜截留分子量及納濾表壓，均與第一次納濾相同。第二次納濾完成後，分別收集第二次納濾濾過液和截留液，對收集的第二次納濾濾過液，泵送至廢水處理站進行生化處理，達標後排放；對收集的第二次納濾截留液，即為接枝羥丙基殼寡糖原花青素脫鹽濃縮溶液，用於下步製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素凍乾粉。
(4)製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素凍乾粉
第(3)步完成後，將第(3)步製備的接枝羥丙基殼寡糖原花青素脫鹽濃縮溶液置於-40～-20℃的冰箱中進行預凍6～12h，再轉移至真空冷凍乾燥機中，在溫度為-50～-40℃、真空度為20～50pa的條件下進行冷凍乾燥24～36h，就製備出接枝羥丙基殼寡糖原花青素凍乾粉。該凍乾粉的收得率以原花青素計為93～99％。
本發明採用上述技術方案後，主要有以下效果：
1、本發明以原花青素和殼寡糖為原料，通過環氧氯丙烷製備一種既具備抗紫外線、抗輻射、抗衰老、螯合重金屬、增白、保溼等活性，又具備抗菌性的多重功能新材料。該材料在水溶液中的溶解度為5～20％，有明顯的成膜性。
2、本發明製備的接枝羥丙基殼寡糖原花青素凍乾粉具有多種功能性質，其質量百分濃度為0.1％的水溶液，對250～360nm紫外光的平均吸收率超過95％；對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌性超過92％；有顯著的螯合重金屬(例如銅離子等)效果。
3、在本發明生產過程中僅產生少量含氯化鈉的中性廢水，並送至廢水處理站進行生化處理，達標後排放。充分利用原料資源，降低了成本，而且有利於環境保護。
4、本發明方法簡單，操作簡便，所用的生產設備易購置，生產成本低，便於推廣應用。
5、採用本發明方法製備出的產品，可廣泛應用於日化領域，如護膚、口紅等化妝品及食品和保健品等表面塗膜或抗菌、抗輻射材料中。
四、具體實施方式
下面結合具體實施方式，進一步說明本發明。
實施例1
一種製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素凍乾粉的方法，其具體工藝步驟如下：
(1)製備羥丙基殼寡糖溶液
首先按照殼寡糖質量與純淨水體積之比為1∶4(kg/l)的比例，將市售平均分子量為500～1500da的殼寡糖用純淨水溶解，配製成殼寡糖質量百分濃度為20％的殼寡糖溶液。再用稀鹽酸調節該溶液的ph值為3，接著在80r/min的攪拌速度下將該溶液升溫至80℃，按照環氧氯丙烷的體積與質量百分濃度為20％的殼寡糖溶液的體積之比為1∶25(l/l)的比例加入環氧氯丙烷，在溫度為80℃、攪拌速度為80r/min的條件下進行取代反應60min，就製備出羥丙基殼寡糖溶液，用於下步製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素溶液。
(2)製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素溶液
第(1)步完成後，先將第(1)步製備的羥丙基殼寡糖溶液用質量百分濃度為40％的氫氧化鈉溶液調節ph值為9，再按照第(1)步加入環氧氯丙烷的體積與平均分子量為290～1450da的原花青素質量之比為1∶1(l/kg)的比例，在80r/min的攪拌速度下加入原花青素，控制溫度為80℃、ph值為9進行醚化反應2h。醚化反應完成後，用稀鹽酸調節反應液的ph至4.5，就製備出接枝羥丙基殼寡糖原花青素溶液，用於下步製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素脫鹽濃縮溶液。
(3)製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素脫鹽濃縮溶液
第(2)步完成後，將第(2)步製備的接枝羥丙基殼寡糖原花青素溶液泵入納濾器中，用截留分子量為200da的納濾膜，在表壓為0.5mpa下進行第一次納濾脫鹽濃縮，直至第一次納濾濾過液與截留液的體積之比為7∶3(l/l)時停止第一次納濾。分別收集第一次納濾截留液和第一次納濾濾過液，對收集的第一次納濾濾過液，泵送至廢水處理站進行生化處理，達標後排放；對收集的第一次納濾截留液，加入該截留液體積7倍的純淨水，進行第二次納濾脫鹽濃縮，直至第二次納濾濾過液與截留液的體積比為7∶3(l/l)時停止第二次納濾。第二次納濾脫鹽濃縮的納濾膜截留分子量及納濾表壓，均與第一次納濾相同。第二次納濾完成後，分別收集第二次納濾濾過液和截留液，對收集的第二次納濾濾過液，泵送至廢水處理站進行生化處理，達標後排放；對收集的第二次納濾截留液，即為接枝羥丙基殼寡糖原花青素脫鹽濃縮溶液，用於下步製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素凍乾粉。
(4)製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素凍乾粉
第(3)步完成後，將第(3)步製備的接枝羥丙基殼寡糖原花青素脫鹽濃縮溶液置於-40℃的冰箱中進行預凍6h，再轉移至真空冷凍乾燥機中，在溫度為-50℃、真空度為20pa的條件下進行冷凍乾燥24h，就製備出接枝羥丙基殼寡糖原花青素凍乾粉。該凍乾粉的收得率以原花青素計為93～99％。
實施例2
一種製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素凍乾粉的方法，其具體工藝步驟如下：
(1)製備羥丙基殼寡糖溶液
首先按照殼寡糖質量與純淨水體積之比為1∶9(kg/l)的比例，將市售平均分子量為500～1500da的殼寡糖用純淨水溶解，配製成殼寡糖質量百分濃度為10％的殼寡糖溶液。再用稀鹽酸調節該溶液的ph值為4，接著在100r/min的攪拌速度下將該溶液升溫至90℃，按照環氧氯丙烷的體積與質量百分濃度為10％的殼寡糖溶液的體積之比為1∶35(l/l)的比例加入環氧氯丙烷，在溫度為90℃、攪拌速度為100r/min的條件下進行取代反應90min，就製備出羥丙基殼寡糖溶液，用於下步製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素溶液。
(2)製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素溶液
第(1)步完成後，先將第(1)步製備的羥丙基殼寡糖溶液用質量百分濃度為45％的氫氧化鈉溶液調節ph值為10，再按照第(1)步加入環氧氯丙烷的體積與平均分子量為290～1450da的原花青素質量之比為1∶3(l/kg)的比例，在100r/min的攪拌速度下加入原花青素，控制溫度為90℃、ph值為10進行醚化反應3h。醚化反應完成後，用稀鹽酸調節反應液的ph至5，就製備出接枝羥丙基殼寡糖原花青素溶液，用於下步製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素脫鹽濃縮溶液。
(3)製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素脫鹽濃縮溶液
第(2)步完成後，將第(2)步製備的接枝羥丙基殼寡糖原花青素溶液泵入納濾器中，用截留分子量為600da的納濾膜，在表壓為0.65mpa下進行第一次納濾脫鹽濃縮，直至第一次納濾濾過液與截留液的體積之比為4∶1(l/l)時停止第一次納濾。分別收集第一次納濾截留液和第一次納濾濾過液，對收集的第一次納濾濾過液，泵送至廢水處理站進行生化處理，達標後排放；對收集的第一次納濾截留液，加入該截留液體積8倍的純淨水，進行第二次納濾脫鹽濃縮，直至第二次納濾濾過液與截留液的體積比為4∶1(l/l)時停止第二次納濾。第二次納濾脫鹽濃縮的納濾膜截留分子量及納濾表壓，均與第一次納濾相同。第二次納濾完成後，分別收集第二次納濾濾過液和截留液，對收集的第二次納濾濾過液，泵送至廢水處理站進行生化處理，達標後排放；對收集的第二次納濾截留液，即為接枝羥丙基殼寡糖原花青素脫鹽濃縮溶液，用於下步製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素凍乾粉。
(4)製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素凍乾粉
第(3)步完成後，將第(3)步製備的接枝羥丙基殼寡糖原花青素脫鹽濃縮溶液置於-30℃的冰箱中進行預凍9h，再轉移至真空冷凍乾燥機中，在溫度為-45℃、真空度為35pa的條件下進行冷凍乾燥30h，就製備出接枝羥丙基殼寡糖原花青素凍乾粉。該凍乾粉的收得率以原花青素計為93～99％。
實施例3
一種製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素凍乾粉的方法，其具體工藝步驟如下：
(1)製備羥丙基殼寡糖溶液
首先按照殼寡糖質量與純淨水體積之比為1∶19(kg/l)的比例，將市售平均分子量為500～1500da的殼寡糖用純淨水溶解，配製成殼寡糖質量百分濃度為5％的殼寡糖溶液。再用稀鹽酸調節該溶液的ph值為4.5，接著在120r/min的攪拌速度下將該溶液升溫至100℃，按照環氧氯丙烷的體積與質量百分濃度為5％的殼寡糖溶液的體積之比為1∶50(l/l)的比例加入環氧氯丙烷，在溫度為100℃、攪拌速度為120r/min的條件下進行取代反應120min，就製備出羥丙基殼寡糖溶液，用於下步製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素溶液。
(2)製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素溶液
第(1)步完成後，先將第(1)步製備的羥丙基殼寡糖溶液用質量百分濃度為50％的氫氧化鈉溶液調節ph值為11，再按照第(1)步加入環氧氯丙烷的體積與平均分子量為290～1450da的原花青素質量之比為1∶5(l/kg)的比例，在120r/min的攪拌速度下加入原花青素，控制溫度為100℃、ph值為11進行醚化反應4h。醚化反應完成後，用稀鹽酸調節反應液的ph至5.5，就製備出接枝羥丙基殼寡糖原花青素溶液，用於下步製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素脫鹽濃縮溶液。
(3)製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素脫鹽濃縮溶液
第(2)步完成後，將第(2)步製備的接枝羥丙基殼寡糖原花青素溶液泵入納濾器中，用截留分子量為1000da的納濾膜，在表壓為0.8mpa下進行第一次納濾脫鹽濃縮，直至第一次納濾濾過液與截留液的體積之比為9∶1(l/l)時停止第一次納濾。分別收集第一次納濾截留液和第一次納濾濾過液，對收集的第一次納濾濾過液，泵送至廢水處理站進行生化處理，達標後排放；對收集的第一次納濾截留液，加入該截留液體積9倍的純淨水，進行第二次納濾脫鹽濃縮，直至第二次納濾濾過液與截留液的體積比為9∶1(l/l)時停止第二次納濾。第二次納濾脫鹽濃縮的納濾膜截留分子量及納濾表壓，均與第一次納濾相同。第二次納濾完成後，分別收集第二次納濾濾過液和截留液，對收集的第二次納濾濾過液，泵送至廢水處理站進行生化處理，達標後排放；對收集的第二次納濾截留液，即為接枝羥丙基殼寡糖原花青素脫鹽濃縮溶液，用於下步製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素凍乾粉。
(4)製備接枝羥丙基殼寡糖原花青素凍乾粉
第(3)步完成後，將第(3)步製備的接枝羥丙基殼寡糖原花青素脫鹽濃縮溶液置於-20℃的冰箱中進行預凍12h，再轉移至真空冷凍乾燥機中，在溫度為-40℃、真空度為50pa的條件下進行冷凍乾燥36h，就製備出接枝羥丙基殼寡糖原花青素凍乾粉。該凍乾粉的收得率以原花青素計為93～99％。