[发明专利]一种高生物活性甲壳素及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物材料领域，尤其涉及一种高生物活性甲壳素及其制备方法。

背景技术

目前市售的天然生物高分子材料甲壳素分离自虾蟹壳，来源丰富。目前已有多种方法从虾蟹壳中提取甲壳素，包括采取化学处理和机械研磨-超声-离心法、非均相合成方法、冷冻-解冻等方法。虾蟹壳的成分主要为甲壳质，这些甲壳质化学上不活泼，不与体液发生变化，对组织不起异物反应，无毒，具有抗血栓、耐高温消毒等特点。由甲壳质制备的甲壳素及其衍生物具有非常好的生物相容性、生物可降解性、抗菌消炎等特性，目前已经广泛应用于人工角膜支架、组织工程角膜、组织工程支架，人工玻璃体以及自修复等生物医学领域。

目前已有包括化学处理和机械研磨-超声-离心法、非均相合成方法、冷冻-解冻等方法从虾蟹壳中提取甲壳素，但是或多或少存在一些问题：

1、机械研磨-超声-离心法制备甲壳素得率较低；

2、非均相法利用高浓度碱液进行碱化，产品分子量降解严重，环境污染大；

3、非均相法在溶解和凝固过程中容易使聚集态机构受到破坏，得到的甲壳素力学性能弱且脆，限制了甲壳素作为膜材料的应用；

4、冷冻-解冻方法制备甲壳素溶液耗时、耗能，不适合大规模生产；

5、带有高活性的氨基能够溶解在稀酸中，在特定条件下发生化学反应，生成具有不同性能的衍生物；

6、高脱乙酰度的α-甲壳素具有较高氨基保留量，这些氨基能在一定条件下被质子化而使甲壳素成为带正电的天然高分子，参与吸附重金属离子、脂肪酸等阴离子化合物。但我们的研究表明，当α-甲壳素的脱乙酰度超过90％时，由于分子链趋于相对规整，结晶度提高导致在固态甲壳素表面和无定型区域的氨基含量降低，吸附效果骤然降低。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种高生物活性甲壳素及其制备方法，得到的甲壳素具有分子量高、吸附能力强、氨基保留量高、优异的吸附性和吸湿保湿性以及超高的β-甲壳素的脱乙酰度等特性，使得产品具有非常高的生物活性，可以广泛应用防霉杀菌除臭剂、医用手术线、伤口辅料、食品保鲜剂、抗病害养殖饲料、保湿剂与人工支架材料等领域。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种高生物活性甲壳素，所述高生物活性甲壳素为β-甲壳素，所述β-甲壳素采用以下步骤制备得到：

步骤S1：将含有β-甲壳质的生物体洗涤、干燥、粉碎成粉末；

步骤S2：将粉碎后的粉末倒入浓度为0.5M～10M的混合碱溶液中搅拌进行碱处理脱蛋白，并使固体与液体的体积比为1∶5～1∶50，搅拌速度为50～3000rpm，温度为30℃～150℃，搅拌时间0.5～24h，；其中，所述混合碱溶液包含的组分及其重量百分比为：氢氧化钠2-20wt％、氢氧化钾2-20wt％、聚乙二醇0-5wt％、尿素2-10wt％，余量为水；

步骤S3：将稀盐酸溶液加入到步骤S2经过碱处理脱蛋白的产物中，调节pH值至5～7，在20～30℃下静置，酸碱中和除去无机盐，过滤得到β-甲壳素。优选的，于20～30℃下静置8～16h；进一步优选的，于20～30℃下静置12h。

采用此技术方案，得到的β-甲壳素的脱乙酰度和分子量高，其脱乙酰度不小于95％，氨基含量不小于9.5％，且在保证高脱乙酰度下，保持高的氨基含量，不影响高活性氨基；另外分子量可以达到15万以上，高的可以高达35万，远远高于现有技术的甲壳素的分子量；且随着分子量的提高，其吸附能力也得到提高。

作为本发明的进一步改进，步骤S3中，调节pH值至6。

作为本发明的进一步改进，所述含有β-甲壳质的生物体为鱿鱼软骨。

作为本发明的进一步改进，还包括步骤S4：用去离子水反复冲洗β-甲壳素至中性，干燥研磨得到具有高生物活性的纯β-甲壳素产品。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中，在搅拌中还加入无机物致孔剂进行搅拌。

作为本发明的进一步改进，所述无机物致孔剂为NaCl、KCl、CaCl₂中的至少一种，所述无机物致孔剂的用量为0.05-1wt％。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中，所述粉末为10μm～2mm的纤维状粉末。

本发明还公开了一种如上所述的高生物活性甲壳素的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：将含有β-甲壳质的生物体洗涤、干燥、粉碎成10μm～2mm的纤维状粉末；优选的，所述含有β-甲壳质的生物体为鱿鱼软骨；