[发明专利]一种酶解和清洁氧化耦合降解壳聚糖制备壳寡糖的方法

说明书

本发明提供了一种酶解与清洁氧化耦合降解壳聚糖制备壳寡糖的方法，包括以下步骤：(1)称取壳聚糖配置成一定浓度的壳聚糖溶液，加入活化后的降解酶进行酶解反应，得到初级壳聚糖降解液；(2)向初级壳聚糖降解液中加入过氧化氢溶液，进行氧化降解反应，得到含壳寡糖的降解液；(3)将含壳寡糖的降解液自然冷却到室温后进行过滤，除去未反应完全的固体壳聚糖原料，向滤液中加入无水乙醇进行醇沉，将过滤分离出的壳寡糖，减压干燥，得到壳寡糖。以壳聚糖为原料，采用酶解和氧化降解耦合技术，实现了壳寡糖的便捷、高效、经济及清洁制备，具有工艺简单、反应条件温和、产率高及过程清洁等显著特点，是一种具有工业化应用前景的壳寡糖制备技术。

技术领域

本发明涉及天然高分子降解及精细转化领域，具体涉及一种酶解和清洁氧化耦合降解壳聚糖制备壳寡糖的方法。

背景技术

壳聚糖是甲壳素脱乙酰基作用后的衍生物，在自然界中的产量仅次于纤维素(文献：Rojas G，Silva J，Flores JA，et al.Adsorption of chromium onto cross-linkedchitosan[J].Separation and Purification Technology，2005，44(1)：31-36.)，是至今发现的唯一的天然碱性氨基多糖，其脱乙酰后游离的氨基基团带有正电荷，使壳聚糖呈现独特的特性和多种生理活性，但由于壳聚糖的分子量较大，不溶于水等一些普通的溶剂，大大限制了其应用。壳寡糖，是壳聚糖降解而得到的高端衍生物，是多糖中唯一带正电荷的小分子物质，并具有稳定的三维结构，特殊的生理活性。与壳聚糖相比，壳寡糖具有相对分子质量小、水溶性好、生物活性高、易于吸收和应用范围广等优点。在医药、保健品、化妆品、农药、功能材料等方面展现出广阔的应用前景，被称为生命的“第六要素”(文献：邓培昌，胡杰珍，侯庆华，黄来珍.壳寡糖制备方法研究进展[J].广州化工，2012，40(6)：22-24)，因此，壳聚糖的降解制备壳寡糖获得了领域的广泛重视。

目前，壳聚糖制备壳寡糖的主要方法有：酸催化降解法、物理降解法、酶降解法和氧化降解法。酸降解法是壳聚糖分子中利用存在众多的游离氨基与溶液中氢离子结合，引起壳聚糖分子间与分子内部的氢键断裂，使得分子结构舒展，长链部分发生断裂，最终得到低分子量的壳聚糖(文献：刘燕，电化学降解壳聚糖的研究[硕士论文]，南京理工大学，2010)。酸降解法所用助剂价格低廉，但使用强酸，避免不了地造成环境污染和设备腐蚀等问题，且壳寡糖的产率相对较低，过程的环保性和绿色性不佳。物理降解法需采用专门的设备，降解产物的分子量较高，产率不佳，目前还处于实验室研究阶段。酶降解法通过专一性或非专一性酶作用于壳聚糖，选择性地切断聚多糖分子中的糖苷键(文献：蔡泉源，壳聚糖及透明质酸的电化学降解研究[D]，南京理工大学，2011)，从而制得低分子量的壳聚糖，具有反应条件温和、污染小等优点，是目前公认的比较理想的壳寡糖的绿色制备方法，但由于酶的反应周期较长，对外界环境敏感，酶的成本高及不能重复使用等因素制约其产业化应用进程。目前报道使用的酶包括专一性水解酶如壳聚糖酶，非专一性水解酶如脂肪酶、溶菌酶、蛋白酶、元酶、聚糖酶，采用高效廉价的酶是此方法工业应用的关键。氧化降解法多采用过氧化氢作为氧化剂，过氧化氢降解在碱性、中性和酸性条件下都可进行。具有工艺过程简单降解速度快等特点，但由于氧化剂用量大，存在由于产品过度氧化使产品质量变差的问题。林强等人用纤维素酶与过氧化氢联合的进行壳聚糖的降解，反应的最佳反应条件为：pH为5.6、酶/糖为0.1、反应温度为54℃、反应时间为6h，在反应结束前0.5h加入一定量过氧化氢进行氧化降解可以得到平均分子量为1500的低聚壳聚糖(文献：林强，马可力.纤维素酶-过氧化氢降解法制备低聚壳聚糖的研究[J].海洋科学，2003.27(6)：7.)，其反应时间相对较长，纤维素酶的价格相对较高，并且没有给出产物的收率数据，无法评价其先进性。

发明内容

针对现有技术中壳寡糖制备方法中的不足，本发明提供了一种廉价酶解与氧化耦合降解壳聚糖制备壳寡糖的方法，并通过工艺优化及降解用溶液的重复使用，实现了壳寡糖的便捷、高效、经济及清洁制备，为降解壳聚糖制备壳寡糖提供了新的路线。