[发明专利]多糖的臭氧降解方法

说明书

本发明涉及食品医药或者化工领域多糖降解的方法，具体而言，使多糖在臭氧的作用下发生分子链的断裂生成分子量更小的多糖、低聚糖和/或寡糖。这些多糖包括从植物、中药材、动物、真菌或者微生物中提取得到的直链或者带有支链分支结构的聚糖类化合物，及其经过硫酸化或者酯化反应修饰后的硫酸多糖或者酯化多糖。该反应中臭氧作为氧化试剂可以单独使用，也可以在碱、金属离子、双氧水、紫外光及活性碳的催化下加速反应。本发明所采用的多糖降解方法比传统的酸催化降解的反应条件更加温和，反应效率高，反应过程可控，无需使用酸，并且减少了对环境的污染。

技术领域

本发明涉及食品医药和化工领域的多糖降解，具体为使多糖在臭氧存在下发生氧化降解，生成分子量更小的多糖、低聚糖或者寡糖。本发明的方法既适用于天然提取多糖，也适用于化学修饰后的多糖，包括硫酸化多糖、磷酸化多糖、甲酰化多糖或乙酰化多糖。

背景技术

多糖和蛋白质、核酸、脂肪一起都是构成生命的基本物质。多糖是植物和微生物细胞壁以及动物甲壳的结构物质之一，比如植物细胞壁的纤维素、海藻细胞壁的海藻多糖、微生物细胞壁的N-乙酰氨基葡聚糖。在动物细胞和体液中有大量的活性多糖存在，最常见的为糖胺聚糖。这些多糖是由单糖分子以糖苷键结合形成的聚合物，该聚合物的形状可以是线性、分支状或者网状结构。在体内，多糖往往与氨基酸、脂肪等结合，形成糖蛋白、糖脂共同发挥多种生物学功能。

天然提取的多糖在食品、医药、日化行业广泛使用。比如食品中的淀粉，保健品中的香菇多糖、灵芝多糖，抗凝血药肝素，果冻和牙膏中的增稠剂海藻酸钠等等。天然来源的多糖经过化学修饰可以改变物理化学性质，比如酸性的海藻酸经过硫酸化修饰以后，其在酸性条件下的水溶性得到明显改善，而与乙酸形成乙酰化海藻酸以后，水溶性变小，而粘度大大增强。通过化学改性，多糖的药理活性也发生变化，比如聚古洛糖醛酸经过硫酸化修饰后形成具有抗肿瘤活性的硫酸化聚古洛糖醛酸。另外，多糖的降解也是常用的多糖改性策略，即把分子量大的多糖降解成低分子量的多糖或者寡糖，使得多糖的粘度降低，或者改善在体内的药理活性。前者如低聚壳多糖，后者如低分子量肝素。

多糖的降解方法最常用的有酸降解，即在加热条件下，糖苷键在酸水中水解，糖链被打断。酸水解的方法并不适合所有的多糖降解，比如由肝素制备低分子量肝素的生产工艺中，就不能采用酸水解，这是因为肝素结构中含有硫酸根，直接在水中酸解硫酸根容易被破坏。制备低分子量肝素已有的生产工艺有亚硝酸、beta-消除和双氧水降解法，另外，肝素酶、高碘酸和次氯酸降解肝素也有报道。

臭氧作为一种强氧化剂用于彻底氧化降解有机物，从而除去该有机物。例如，臭氧广泛用于污水处理，特别适合含有芳香环类和不饱和双键烯烃类化合物的污水处理。例如可参见CN1182047C和CN1135117C。另外，臭氧也用于食品、医疗器械、药品和环境的消毒杀菌。为了提高臭氧的污水处理能力以及杀菌消毒的效果，工业上采用的臭氧氧化法在催化剂的存在下进行，例如CN104310534B、CN1275883C，CN102151567B、CN102897895B、CN104192981B等。但是，臭氧用在多糖的可控降解方面还未见报道。

如前所述，多糖降解的现有工艺最常见的为酸降解，这个工艺需要消耗比较多的酸，反应过程往往需要高温高压以促进反应的进行，反应完成后需要加入大量的碱中和，生产过程中会产生大量的盐，污水处理比较困难。对于像肝素那样的对酸敏感的多糖则不适合用酸降解。已有的方法中，酶解法专一性强，但反应效率低，成本高，不合适工业化大规模生产。双氧水降解工艺中，双氧水高浓度下不稳定，存储条件要求高，多余的双氧水需要加入过量的碱或者硫代硫酸钠去除。高碘酸或者次氯酸降解工艺会产生大量的卤族元素污染。亚硝酸法和beta-消除法只适合特定结构的多糖，适应范围窄，且对环境造成的污染大，生产成本高。

发明内容

本发明提供了一种基于臭氧降解多糖生产低分子量多糖或者寡糖的生产工艺，对现有的降解多糖的生产技术体系提供了一个重要的新工艺，该工艺大大减少了酸碱的使用量，反应过程可控，效率高，特别适合水中溶解度大的硫酸多糖的降解，避免了硫酸根的丢失。