一种利用自振空化制备低聚壳聚糖方法技术

本发明专利技术涉及一种利用自振空化制备低聚壳聚糖方法，该方法的特点是：采用自振空化降解，即将壳聚糖溶液在自振空化装置中进行自振空化降解处理；自振空化装置包括恒温水浴循环水箱、贮罐、泵、自振空化器和输送壳聚糖溶液的管道以及压力表、阀门；自振空化降解的工艺流程是：将壳聚糖溶液放在贮罐中，并通过循环水箱进行恒温，壳聚糖溶液通过泵输送到自振空化器进行空化降解，通过阀门调节入口压力，并通过压力表监控压力，经空化降解后的壳聚糖溶液回流到贮罐中。本发明专利技术的降解率与现有采用水力空化装置（文丘里管）制备低聚壳聚糖的降解率相比至少提高40%以上，具有简便易行、能耗低、效率高等特点；具有大规模工业应用的优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低聚壳聚糖方法的制备方法，特别涉及一种利用自振空化制备低聚壳聚糖方法。
技术介绍
一般由甲壳素脱乙酰化制得的壳聚糖分子量很大，且有紧密的晶体结构，不溶于普通溶剂，只能溶解于某些酸性介质中，这使得壳聚糖的应用受到极大的限制。另外，研究表明：不同相对分子质量的壳聚糖性质差异很大，有时甚至会表现出截然相反的特性，壳聚糖的许多特异性功能只有在相对分子质量降低到一定程度才表现出来。壳聚糖经降解得到的低聚水溶性壳聚糖，有着独特的、优越的生理活性和物化性质，具有广泛的应用领域和开发价值，从而倍受关注。目前，壳聚糖降解方法主要有化学法、酶法和物理法。（1）化学法是通过化学的方法对壳聚糖进行降解，主要有：酸降解法、NaNO2降解法、氧化降解法等。化学降解过程反应不好控制，相对分子质量分布宽，容易对环境造成污染，产品颜色较深。（2）酶法降解是利用专一性或非专一性酶对壳聚糖进行降解的方法。酶降解法降解过程和降解产物的相对分子质量易于被控制，并且是在较温和的条件下直接进行的，不需要加入其它化学反应试剂，对环境污染少。然而，酶法降解周期长，酶容易失活，生产成本高，目前还难以实现工业化。（3）物理降解法目前主要是辐射法、微波法和超声波法。辐射降解法利用放射性射线降解壳聚糖，但辐射降解法对设备要求很高，同时可能产生有毒有害物质。微波法是通过微波辐射对壳聚糖进行降解，但微波降解壳聚糖目前还是停留在间歇操作，难以连续化生产。超声波降解主要是通过超声空化效应对壳聚糖进行降解，其降解作用是十分明显，可得到较为均一的低相对分子质量壳聚糖，并且超声波降解法用酸量明显减少，后处理过程大为简化，对环境的污染也大大降低。但是，由于超声空化的总耗能中，只有5%-10%用于空化效应，其余的90%-95%以热能的形式使系统升温。这种升温不仅造成能量的浪费，同时不利于对热敏物质（例如生物、医药等行业）的处理；超声空化的另一个严重问题，是它的方向性和局部性。空化效应只发生在超声发生器附近很小区域内，由于空泡不发生整体迁移运动，空泡的形成、发展和溃灭过程，就被限定在该有限区域内，因而，超声空化存在能量利用率较低，空化效应区域小等问题，由于超声波降解法壳聚糖收率太低，导致生产成本过高，难以工业化应用。本申请的申请人在较早前申请并获得了专利号为ZL2010101787923的中国专利技术专利，该专利是利用水力空化装置（文丘里管）制备低聚壳聚糖，但是在后续的研发过程中，申请人发现：水力空化降解通过空化泡溃灭在其周围产生局部高温和高压，并伴随出现强烈的冲击波和微射流，这些物理条件为溶液中壳聚糖降解提供了一个有利的理化环境，实现了通过自由基氧化、高温热解和超临界水氧化使壳聚糖分子发生降解作用。但空化泡溃灭迅速，并不能充分长大后再溃灭，难以实现能量的高效利用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种利用自振空化制备低聚壳聚糖方法，该方法通过壳聚糖溶液本身自振空化效应对壳聚糖进行降解，具有简便易行、能耗低、效率高等特点；具有大规模工业应用的优势。解决上述技术问题的技术方案是：一种利用自振空化制备低聚壳聚糖方法，包括以下步骤：第一步：壳聚糖溶解：将高分子量壳聚糖加入溶剂中溶解制成壳聚糖溶液，所述的溶剂为无机酸水溶液、有机酸水溶液或偏酸性的缓冲溶液之中的一种，其中，所述的无机酸水溶液或有机酸水溶液的质量浓度为1%-13%，所述的缓冲溶液的pH为3-5，所述的高分子量壳聚糖的相对分子质量大于2×106，脱乙酰度大于60%；所述的无机酸为盐酸，有机酸为甲酸、乙酸、乳酸或柠檬酸，所述的缓冲溶液为乙酸-乙酸钠或柠檬酸-柠檬酸钠；第二步：降解；第三步：向降解完成后的壳聚糖溶液中加入碱溶液，调节pH为9-10，沉淀，离心得沉淀物；第四步：沉淀物用丙酮和乙醚洗涤1-3次，真空干燥即得低聚壳聚糖；第一步中所述的壳聚糖溶液的质量浓度为0.5g/L-5g/L；所述第二步为自振空化降解：将壳聚糖溶液在自振空化装置中进行自振空化降解处理；所述的自振空化装置包括恒温水浴循环水箱、贮罐、泵、自振空化器和输送壳聚糖溶液的管道以及安装在管道上的压力表、阀门，所述泵通过管道分别与贮罐、自振空化器连通，自振空化器通过管道与贮罐连通；所述壳聚糖溶液在自振空化装置中进行自振空化降解的工艺流程是：将壳聚糖溶液放在贮罐中，并通过循环水箱进行恒温，壳聚糖溶液通过泵输送到自振空化器进行空化降解，通过阀门调节入口压力，并通过压力表监控压力，经自振空化降解后的壳聚糖溶液回流到贮罐中；壳聚糖溶液在自振空化装置中进行空化降解的工艺条件是：入口压力：0.1-0.6MPa；温度：30-70℃；pH：3-5；溶液浓度：0.5-5g/L；降解时间：0.5-10h，根据对产物平均相对分子质量的不同要求而定。所述自振空化器是具有中空部分的管状结构，沿物料的流动方向，自振空化器的中空部分分别为第一圆孔段、第二圆孔段、第三圆孔段、喇叭口段和第四圆孔段，所述第一圆孔段直径D1与第二圆孔段D2的比值为1.5～3.5，第二圆孔段D2与第三圆孔段D3的比值为1.5～5。本专利技术之一种利用自振空化制备低聚壳聚糖方法的有益效果是：本专利技术方法通过将高分子量壳聚糖加入溶剂中溶解制成的壳聚糖溶液本身自振空化效应对高分子量壳聚糖进行降解来制备低聚壳聚糖，具有简便易行、能耗低、效率高等特点；本专利技术的降解率与现有水力空化装置（文丘里管）制备低聚壳聚糖的降解率相比有明显的提高，至少提高40%以上，具有大规模工业应用的优势。其原理如下：自振空化的产生是用一个长度为L、直径为D2的风琴管式谐振腔作为振荡放大器，谐振腔入口与直径为D1的来流管相连，(D1/D2)2构成谐振腔的入口收缩断面。谐振腔的下部与直径为D3的出口断面相连，(D2/D3)2构成谐振腔的出口收缩断面。出口收缩断面既是自激励机构，又是反馈机构。当稳定流体通过时，其收缩面既能使流体产生初始压力激动，又能将压力激动反馈回谐振腔，形成反馈压力振荡。根据瞬态流理论，如果压力激动的频率与谐振腔的固有频率匹配，反馈的压力振荡能得到放大，从而在谐振腔内产生流体共振，形成驻波，射流剪切层内涡流变成大结构分离环状涡流，而空化作用产生的空化泡在这种环境下可以充分的长大，溃灭时产生的能量更高，从而有效增强空化作用。且射流的剪切作用也有助于壳聚糖的降解，效率比之水力空化有很大的提升。附图说明图1：本专利技术之自振空化装置结构示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用自振空化制备低聚壳聚糖方法，包括以下步骤：第一步：壳聚糖溶解：将高分子量壳聚糖加入溶剂中溶解制成壳聚糖溶液，所述的溶剂为无机酸水溶液、有机酸水溶液或偏酸性的缓冲溶液之中的一种，其中，所述的无机酸水溶液或有机酸水溶液的质量浓度为1%‑13%，所述的缓冲溶液的pH为3‑5，所述的高分子量壳聚糖的相对分子质量大于2×106，脱乙酰度大于60%；所述的无机酸为盐酸，有机酸为甲酸、乙酸、乳酸或柠檬酸，所述的缓冲溶液为乙酸‑乙酸钠或柠檬酸‑柠檬酸钠；第二步：降解；第三步：向降解完成后的壳聚糖溶液中加入碱溶液，调节pH为9‑10，沉淀，离心得沉淀物；第四步：沉淀物用丙酮和乙醚洗涤1‑3次，真空干燥即得低聚壳聚糖；其特征在于：第一步中所述的壳聚糖溶液的质量浓度为0.5g/L‑5g/L；所述第二步为自振空化降解：将壳聚糖溶液在自振空化装置中进行自振空化降解处理；所述的自振空化装置包括恒温水浴循环水箱（5）、贮罐（1）、泵（2）、自振空化器（4）和输送壳聚糖溶液的管道以及安装在管道上的压力表（3）、阀门（6），所述泵通过管道分别与贮罐（1）、自振空化器（4）连通，自振空化器通过管道与贮罐连通；所述壳聚糖溶液在自振空化装置中进行自振空化降解的工艺流程是：将壳聚糖溶液放在贮罐中，并通过循环水箱进行恒温，壳聚糖溶液通过泵输送到自振空化器进行空化降解，通过阀门调节入口压力，并通过压力表监控压力，经自振空化降解后的壳聚糖溶液回流到贮罐中；壳聚糖溶液在自振空化装置中进行空化降解的工艺条件是：入口压力：0.1‑0.6MPa；温度：30‑70℃；pH：3‑5；溶液浓度：0.5‑5g/L；降解时间：0.5‑10h，根据对产物平均相对分子质量的不同要求而定。...

【技术特征摘要】
1.一种利用自振空化制备低聚壳聚糖方法，包括以下步骤：
第一步：壳聚糖溶解：将高分子量壳聚糖加入溶剂中溶解制成壳聚糖溶液，所述的溶剂
为无机酸水溶液、有机酸水溶液或偏酸性的缓冲溶液之中的一种，其中，所述的无机酸水溶
液或有机酸水溶液的质量浓度为1%-13%，所述的缓冲溶液的pH为3-5，所述的高分子量壳聚
糖的相对分子质量大于2×106，脱乙酰度大于60%；所述的无机酸为盐酸，有机酸为甲酸、乙
酸、乳酸或柠檬酸，所述的缓冲溶液为乙酸-乙酸钠或柠檬酸-柠檬酸钠；
第二步：降解；
第三步：向降解完成后的壳聚糖溶液中加入碱溶液，调节pH为9-10，沉淀，离心得沉淀
物；
第四步：沉淀物用丙酮和乙醚洗涤1-3次，真空干燥即得低聚壳聚糖；
其特征在于：
第一步中所述的壳聚糖溶液的质量浓度为0.5g/L-5g/L；
所述第二步为自振空化降解：将壳聚糖溶液在自振空化装置中进行自振空化降解处
理；
所述的自振空化装置包括恒温水浴循环水箱（5）、贮罐（1）、泵（2）、自振空化器（4）和输
送壳聚糖溶液的管道以及安装在管道上的压力表（3）、阀门（6），所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄永春，杨锋，李利军，许佳丽，任仙娥，黄承都，黄琼，谢清若，张昆明，
申请(专利权)人：广西科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45