一種制備羧甲基殼聚糖的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備羧甲基殼聚糖的方法，所述的方法是以甲殼素為原料，先將甲殼素堿化，使用冷熱交替法進行脫乙?；磻?yīng)，生產(chǎn)殼聚糖鈉鹽，再在堿性條件下進行羧化反應(yīng)，獲得羧甲基殼聚糖產(chǎn)品。本發(fā)明方法工藝簡單且易于控制，避免了殼聚糖分子鏈脫乙?；磻?yīng)時因長期高溫反應(yīng)出現(xiàn)的斷鏈現(xiàn)象，從而獲得了一種高粘度、高取代度和水溶性更好的羧甲基殼聚糖，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種制備羧甲基殼聚糖的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種制備羧甲基殼聚糖的方法，具體是一種制備高粘度和高取代度的羧甲基殼聚糖的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]甲殼素是一種無毒無味的白色或灰白色半透明的固體，在水、稀酸、稀堿以及一般的有機溶劑中難以溶解，但甲殼素經(jīng)濃堿處理N-乙?；撊?5%以上就變成可溶性甲殼素即殼聚糖，殼聚糖的化學(xué)名稱為(1，4)-2-氨基-2-脫氧-β-D-葡萄糖。羧甲基殼聚糖是對殼聚糖改性后獲得的一種水溶性殼聚糖衍生物，其具有抗菌性，是一種兩性聚電解質(zhì)，在化妝品、保鮮、醫(yī)藥等方面有多種應(yīng)用。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中制取羧甲基殼聚糖的方法有很多，例如專利CN1431229A公開了一種具有優(yōu)良吸濕、保濕性能的羧甲基殼聚糖的制備方法，并用這種方法制得的羧甲基殼聚糖替代透明質(zhì)酸用于化妝品和臨床醫(yī)學(xué)方面，其制備方法是以殼聚糖為原料通過酸酐充分乙?；驨-乙?；瘹ぞ厶?，再將N-乙?；瘹ぞ厶窃跉溲趸c溶液中與氯乙酸反應(yīng)制得所需的羧甲基殼聚糖，羧甲基取代度為0.6-1.0。還可以以甲殼素為原料，一定溫度下在40%~60%Na0H溶液中浸泡0.5~5h，然后邊攪拌邊加入氯乙酸，再在O~70°C反應(yīng)0.5~5h，堿酸質(zhì)量比控制在(1.2~1.6): 1，在0-80°C保溫5~36h，然后用稀鹽酸中和，分離產(chǎn)物，用75%乙醇溶液洗滌，于60°C干燥即得到羧甲基殼聚糖。
[0004]然而上述的傳統(tǒng)工藝中存在以下不足:1.傳統(tǒng)方法獲得的羧甲基殼聚糖溶解的PH范圍均大于等于7，而在食品，醫(yī)藥，化妝品等行業(yè)中，對于羧甲基殼聚糖溶解的pH范圍要求均在大于等于5，即在酸性溶液中也可以溶解，故傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的羧甲基殼聚糖完全無法應(yīng)用于上述領(lǐng)域中；2.傳統(tǒng)工藝反應(yīng)溫度高，造成斷鏈，導(dǎo)致分子量大幅下降，產(chǎn)品粘度低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足和存在的問題，提供一種高粘度、高取代度和水溶性更好的羧甲基殼聚糖的制備方法，以使其更加適合在食品，醫(yī)藥，化妝品等行業(yè)中的應(yīng)用。
[0006]為實現(xiàn)上述目的及其他目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]—種制備羧甲基殼聚糖的方法，包括以下步驟:
[0008]( I)脫乙?；磻?yīng):將甲殼素加入堿性水溶液中在攪拌條件下反應(yīng)3~6h，反應(yīng)溫度為50~80°C，然后在O~15°C下靜置，再在50~80°C下攪拌I~4h，最后離心脫水獲得殼聚糖鈉鹽；
[0009](2)羧化反應(yīng):在堿性條件下，將無水乙醇和氯乙酸加入殼聚糖鈉鹽中，在40~70°C下攪拌12~36h，離心脫水后獲得羧甲基殼聚糖鈉鹽；將羧甲基殼聚糖鈉鹽用水溶解后將PH調(diào)至中性，再用乙醇 反復(fù)洗滌析出，離心干燥后得到羧甲基殼聚糖。[0010]優(yōu)選地，上述步驟(1)中反應(yīng)在O~15°C溫度下靜置的時間為至少20h。
[0011 ] 優(yōu)選地，上述步驟(1)中堿性水溶液的濃度為10%~65%。更優(yōu)選地，上述步驟(1)中堿性水溶液的濃度為40%~65%。
[0012]所述的堿性水溶液的pH為大于7.0的水溶液，可以選自現(xiàn)有技術(shù)中常用的堿性水溶液，如氫氧化鈉水溶液，氫氧化鉀水溶液。
[0013]優(yōu)選地，上述步驟(1)中堿性水溶液的質(zhì)量為甲殼素質(zhì)量的5~20倍。
[0014]優(yōu)選地，上述步驟(1)中甲殼素用冷熱交替處理方法進行脫乙酰化反應(yīng)，降低了甲殼素脫乙酰化程度，所述的殼聚糖鈉鹽的脫乙酰度為0.5~0.65。
[0015]優(yōu)選地，上述步驟(2)中無水乙醇的質(zhì)量為殼聚糖鈉鹽質(zhì)量的2~5倍；
[0016]優(yōu)選地,上述步驟(2)中氯乙酸的質(zhì)量為殼聚糖鈉鹽質(zhì)量的0.5~I倍。
[0017]通過本發(fā)明的中上述方法獲得的羧甲基殼聚糖的分子量為30~70萬。優(yōu)選地，上述方法獲得的羧甲基殼聚糖的分子量為50~60萬。
[0018]上述步驟(2)中的獲得的羧甲基殼聚糖的羧甲基取代度為1.1~1.5。優(yōu)選地，步驟(2)中的獲得的羧甲基殼聚糖的羧甲 基取代度為1.15~1.3。傳統(tǒng)工藝獲得的羧甲基殼聚糖的羧甲基取代度一般小于1.0。由于本發(fā)明中羧甲基殼聚糖的高羧甲基取代度，使得其親水性、保濕性和吸濕性大幅上升，其作為化妝品保濕劑的效果也遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)工藝制取的羧甲基殼聚糖。
[0019]由本發(fā)明上述方法獲得的羧甲基殼聚糖的溶解的pH范圍為4.5~14.0。優(yōu)選地，本發(fā)明中所述的羧甲基殼聚糖可以溶解在PH為4.5~6.5的酸性溶液中。與傳統(tǒng)工藝獲得的羧甲基殼聚糖溶解的PH范圍為7.0~14.0相比，本發(fā)明方法獲得的羧甲基殼聚糖溶解的pH范圍更寬，拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。
[0020]傳統(tǒng)工藝中脫乙酰化反應(yīng)溫度較高，而本發(fā)明步驟(1)中采用低溫靜置的工藝，使得氫氧化鈉凝結(jié)，成功將甲殼素的分子結(jié)構(gòu)膨脹化，降低了 6C上取代反應(yīng)的難以程度，從而降低了產(chǎn)品的脫乙酰度；另外，由于降低反應(yīng)溫度，避免了反應(yīng)溫度高造成的斷鏈，從而使得本發(fā)明工藝制得的羧甲基殼聚糖具有極高的分子量以及黏度，按照本發(fā)明方法獲得的羧甲基殼聚糖制成1%的水溶液的其粘度可達到400cps，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有技術(shù)中的50cps。
[0021]本發(fā)明公開了一種羧甲基殼聚糖的方法，該方法以甲殼素為原料，先將甲殼素堿化，使用冷熱交替法進行脫乙?；磻?yīng)，生產(chǎn)殼聚糖鈉鹽，再在堿性條件下進行羧化反應(yīng)，獲得了水溶性、高粘度和高取代度的羧甲基殼聚糖?？朔藗鹘y(tǒng)工藝中生產(chǎn)羧甲基殼聚糖的不足，而且工藝簡單，易于控制，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0022]下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明:本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0023]實施例1
[0024]本實施例中制備羧甲基殼聚糖的具體工藝步驟如下:
[0025](I)脫乙?；磻?yīng):將40Kg甲殼素加入600Kg濃度為50%氫氧化鈉水溶液中，在攪拌條件下反應(yīng)4h，反應(yīng)溫度為75°C，然后在10°C下靜置24h，再在75°C下攪拌2h，最后離心脫水獲得150Kg殼聚糖鈉鹽；
[0026](2)羧化反應(yīng):在堿性條件下，將400Kg無水乙醇和SOKg氯乙酸加入步驟(1)中獲得的150Kg殼聚糖鈉鹽中，在50°C下攪拌24h，離心后獲得羧甲基殼聚糖鈉鹽；將羧甲基殼聚糖鈉鹽用水溶解后將PH調(diào)至中性，再用乙醇反復(fù)洗滌析出，離心干燥后得到羧甲基殼聚糖。
[0027]本實施例步驟(1)中殼聚糖鈉鹽的脫乙酰度為0.6 ;羧甲基殼聚糖的羧甲基取代度為1.3 ;將本實施例中獲得的羧甲基殼聚糖制成1%的水溶液的粘度為400cps，羧甲基殼聚糖的溶解pH范圍為4.5~14.0，在此pH范圍內(nèi)無不溶物(不溶物量≤0.01%)，當(dāng)pH=6.5時1%水溶液透光率達到98%。本實施例獲得的羧甲基殼聚糖適合在在食品，醫(yī)藥，化妝品等行業(yè)中應(yīng)用。
[0028]實施例2
[0029]本實施例中制備羧甲基殼聚糖的具體工藝步驟如下:
[0030](I)脫乙?；磻?yīng):將40Kg甲殼素加入500Kg濃度為65%氫氧化鈉水溶液中，在攪拌條件下反應(yīng)3h，反應(yīng)溫度為80°C，然后在15°C下靜置30h，再在80°C下攪拌lh，最后離心脫水獲得殼聚糖鈉鹽；
[0031](2)羧化反應(yīng):在堿性條件下，將300Kg無水乙醇和150Kg氯乙酸加入步驟(1)中獲得的殼聚糖鈉鹽中，在40°C下攪拌24h，離心后獲得羧甲基殼聚糖鈉鹽；將羧甲基殼聚糖鈉鹽用水溶解后將PH調(diào)至中性，再用乙醇反復(fù)洗滌析出，離心干燥后得到羧甲基殼聚糖。
[0032]本實施例步驟(1)中殼聚糖鈉鹽的脫乙酰度為0.65 ;羧甲基殼聚糖的羧甲基取代度為1.5;獲得的羧甲基殼聚糖的分子量為55萬，將本實施例中獲得的羧甲基殼聚糖制成1%的水溶液的粘度為300cps，這種羧甲基殼聚糖溶解pH范圍為4.5~14.0，在此pH范圍內(nèi)無不溶物(不溶物量< 0.01%)本實施例獲得的羧甲基殼聚糖適合在在食品，醫(yī)藥，化妝品等行業(yè)中應(yīng)用。
[0033]實施例3
[0034]本實施例中制備羧甲基殼聚糖的具體工藝步驟如下:
[0035](I)脫乙酰化反應(yīng):將40Kg甲殼素加入600Kg濃度為40%氫氧化鈉水溶液中，在攪拌條件下反應(yīng)6h，反應(yīng)溫度為50°C，然后在0°C下靜置20h，再在50°C下攪拌4h，最后離心脫水獲得殼聚糖鈉鹽；
[0036](2)羧化反應(yīng):在堿性條件下，將500Kg無水乙醇和IOOKg氯乙酸加入步驟(1)中獲得的殼聚糖鈉鹽中，在70°C下攪拌20h，離心后獲得羧甲基殼聚糖鈉鹽；將羧甲基殼聚糖鈉鹽用水溶解后將PH調(diào)至中性，再用乙醇反復(fù)洗滌析出，離心干燥后得到成品羧甲基殼聚糖。
[0037]本實施例步驟(1)中殼聚糖鈉鹽的脫乙酰度為0.5 ;羧甲基殼聚糖的羧甲基取代度為1.3 ;獲得的羧甲基殼聚糖的分子量為50萬，將本實施例中獲得的羧甲基殼聚糖制成1%的水溶液的粘度為200cps ;這種羧甲基殼聚糖溶解pH范圍為4.5~14.0，在此pH范圍內(nèi)無不溶物(不溶物量< 0.01%)本實施例獲得的羧甲基殼聚糖適合在在食品，醫(yī)藥，化妝品等行業(yè)中應(yīng)用。
[0038]實施例4
[0039]本實施例中制備羧甲基殼聚糖的具體工藝步驟如下:[0040](I)脫乙?；磻?yīng):將40Kg甲殼素加入700Kg濃度為30%氫氧化鈉水溶液中，在攪拌條件下反應(yīng)6h，反應(yīng)溫度為65°C，然后在10°C下靜置36h，再在60°C下攪拌3h，最后離心脫水獲得殼聚糖鈉鹽；
[0041](2)羧化反應(yīng):在堿性條件下，將450Kg無水乙醇和150Kg氯乙酸加入步驟(1)中獲得的殼聚糖鈉鹽中，在70°C下攪拌36h，離心后獲得羧甲基殼聚糖鈉鹽；將羧甲基殼聚糖鈉鹽用水溶解后將PH調(diào)至中性，再用乙醇反復(fù)洗滌析出，離心干燥后得到成品羧甲基殼聚糖。
[0042]本實施例步驟(1)中殼聚糖鈉鹽的脫乙酰度為0.6 ;羧甲基殼聚糖的羧甲基取代度為1.5 ;將本實施例中獲得的羧甲基殼聚糖制成1%的水溶液的粘度為350cps ;這種羧甲基殼聚糖溶解pH范圍為4.5~14.0，在此pH范圍內(nèi)無不溶物(不溶物量≤0.01%);本實施例獲得的羧甲基殼聚糖適合在在食品，醫(yī)藥，化妝品等行業(yè)中應(yīng)用。
[0043]實施例5
[0044]本實施例中制備羧甲基殼聚糖的具體工藝步驟如下:
[0045](I)脫乙?；磻?yīng):將40Kg甲殼素加入800Kg濃度為20%氫氧化鈉水溶液中，在攪拌條件下反應(yīng)4h，反應(yīng)溫度為65°C，然后在10°C下靜置36h，再在60°C下攪拌3h，最后離心脫水獲得殼聚糖鈉鹽；
[0046](2)羧化反應(yīng):在堿性條件下，將450Kg無水乙醇和120Kg氯乙酸加入步驟(1)中獲得的殼聚糖鈉鹽中，在60°C下攪拌36h，離心后獲得羧甲基殼聚糖鈉鹽；將羧甲基殼聚糖鈉鹽用水溶解后將PH調(diào)至中性，再用乙醇反復(fù)洗滌析出，離心干燥后得到成品羧甲基殼聚糖。
[0047]本實施例步驟(1)中殼聚糖鈉鹽的脫乙酰度為0.5 ;羧甲基殼聚糖的羧甲基取代度為1.5 ;將本實施例中獲得的羧甲基殼聚糖制成1%的水溶液的粘度為410cps ;這種羧甲基殼聚糖溶解pH范圍為4.5~14.0，在此pH范圍內(nèi)無不溶物(不溶物量≤0.01%);本實施例獲得的羧甲基殼聚糖適合在在食品，醫(yī)藥，化妝品等行業(yè)中應(yīng)用。
[0048]實施例6
[0049]本實施例中制備羧甲基殼聚糖的具體工藝步驟如下:
[0050](I)脫乙?；磻?yīng):將40Kg甲殼素加入200Kg濃度為65%氫氧化鈉水溶液中，在攪拌條件下反應(yīng)6h，反應(yīng)溫度為60°C，然后在5°C下靜置36h，再在60°C下攪拌3h，最后離心脫水獲得殼聚糖鈉鹽；
[0051](2)羧化反應(yīng):在堿性條件下，將500Kg無水乙醇和150Kg氯乙酸加入步驟(1)中獲得的殼聚糖鈉鹽中，在50°C下攪拌36h，離心后獲得羧甲基殼聚糖鈉鹽；將羧甲基殼聚糖鈉鹽用水溶解后將PH調(diào)至中性，再用乙醇反復(fù)洗滌析出，離心干燥后得到成品羧甲基殼聚糖。
[0052]本實施例步驟(1)中殼聚糖鈉鹽的脫乙酰度為0.52 ;羧甲基殼聚糖的羧甲基取代度為1.15 ;將本實施例中獲得的羧甲基殼聚糖制成1%的水溶液的粘度為300cps ;這種羧甲基殼聚糖溶解pH范圍為4.5~14.0，在此pH范圍內(nèi)無不溶物(不溶物量≤0.01%);本實施例獲得的羧甲基殼聚糖適合在在食品，醫(yī)藥，化妝品等行業(yè)中應(yīng)用。
[0053]實施例7
[0054]本實施例中制備羧甲基殼聚糖的具體工藝步驟如下:[0055](I)脫乙?；磻?yīng):將40Kg甲殼素加入200Kg濃度為50%氫氧化鈉水溶液中，在攪拌條件下反應(yīng)6h，反應(yīng)溫度為50°C，然后在5°C下靜置24h，再在60°C下攪拌3h，最后離心脫水獲得殼聚糖鈉鹽；[0056](2)羧化反應(yīng):在堿性條件下，將300Kg無水乙醇和IOOKg氯乙酸加入步驟(1)中獲得的殼聚糖鈉鹽中，在50°C下攪拌30h，離心后獲得羧甲基殼聚糖鈉鹽；將羧甲基殼聚糖鈉鹽用水溶解后將PH調(diào)至中性，再用乙醇反復(fù)洗滌析出，離心干燥后得到成品羧甲基殼聚糖。
[0057]本實施例步驟(1)中殼聚糖鈉鹽的脫乙酰度為0.52 ;羧甲基殼聚糖的羧甲基取代度為1.1 ;將本實施例中獲得的羧甲基殼聚糖制成1%的水溶液的粘度為300cps ;這種羧甲基殼聚糖溶解pH范圍為4.5~14.0，在此pH范圍內(nèi)無不溶物(不溶物量≤0.01%);本實施例獲得的羧甲基殼聚糖適合在在食品，醫(yī)藥，化妝品等行業(yè)中應(yīng)用。
【權(quán)利要求】
1.一種制備羧甲基殼聚糖的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟: O脫乙?；磻?yīng):將甲殼素加入堿性水溶液中在攪拌條件下反應(yīng)3~6h，反應(yīng)溫度為50~80°C，然后在O~15°C下靜置，再在50~80°C下攪拌I~4h，最后離心脫水獲得殼聚糖鈉鹽； 2)羧化反應(yīng):在堿性條件下，將無水乙醇和氯乙酸加入殼聚糖鈉鹽中，在40~70°C下攪拌12~36h，離心脫水獲得羧甲基殼聚糖鈉鹽；將羧甲基殼聚糖鈉鹽用水溶解后將pH調(diào)至中性，再用乙醇反復(fù)洗滌析出，離心干燥后得到羧甲基殼聚糖。
2.如權(quán)利要求1所述的制備羧甲基殼聚糖的方法，其特征在于，步驟I)中反應(yīng)在O~15°C下靜置的時間為至少20h。
3.如權(quán)利要求1所述的制備羧甲基殼聚糖的方法，其特征在于，步驟I)中堿性水溶液的濃度為10%~65%。
4.如權(quán)利要求1所述的制備羧甲基殼聚糖的方法，其特征在于，步驟I)中堿性水溶液的質(zhì)量為甲殼素質(zhì)量的5~20倍。
5.如權(quán)利要求1所述的制備羧甲基殼聚糖的方法，其特征在于，步驟I)中所述的殼聚糖鈉鹽的脫乙酰度為0.5~0.65。
6.如權(quán)利要求1所述的制備羧甲基殼聚糖的方法，其特征在于，步驟2)中所述的無水乙醇的質(zhì)量為所述的殼聚糖鈉鹽的質(zhì)量的2~5倍。
7.如權(quán)利要求1所述的制備羧甲基殼聚糖的方法，其特征在于，步驟2)中所述的氯乙酸的質(zhì)量為所述的殼聚糖鈉鹽的質(zhì)量的0.5~I倍。
8.如權(quán)利要求1所述的制備羧甲基殼聚糖的方法，其特征在于，步驟2)中的獲得的羧甲基殼聚糖的羧甲基取代度為1.1~1.5。
9.如權(quán)利要求1所述的制備羧甲基殼聚糖的方法，其特征在于，步驟2)中的獲得的羧甲基殼聚糖的羧甲基取代度為1.15~1.3。
10.一種如權(quán)利要求1~9任一所述的方法獲得的羧甲基殼聚糖，其特征在于，所述的羧甲基殼聚糖溶解的PH范圍為4.5~14.0。
【文檔編號】C08B37/08GK103539868SQ201310536202
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月1日
【發(fā)明者】徐宇帆 申請人:徐宇帆