一種制備羧甲基化米糠多糖的設備及方法
【專利摘要】一種制備羧甲基化米糠多糖的設備及方法，主要針對現(xiàn)有米糠多糖羧甲基化產(chǎn)物取代度較低、反應速度較慢等問題，提供一種制備羧甲基化米糠多糖設備及方法。該設備由反應器，循環(huán)泵，超聲波發(fā)生器，溫控裝置，超聲波控制器，液體進料口，固體進料口，出料口組成；一種制備羧甲基化米糠多糖的方法，具體步驟為：將米糠多糖加入到NaOH溶液中，再加入氯乙酸，在超聲條件下反應，減壓蒸餾，乙醇沉淀，最后真空干燥。本發(fā)明的設備使反應時間縮短，提高羧甲基化效率，和傳統(tǒng)水浴條件相比，其產(chǎn)品取代度升高，可以更好的清除自由基，抗氧化活性得以增強；本發(fā)明提出的工藝過程簡單、科學、合理，所制得的產(chǎn)物可以作為抗癌類藥物及保健品進一步開發(fā)。
【專利說明】一種制備羧甲基化米糠多糖的設備及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種制備羧甲基化米糠多糖的設備及方法，特別涉及一種超聲波條件 下的米糠多糖羧甲基化反應，屬于米糠精深加工的【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 米糠是糙米碾白后的副產(chǎn)品，中國年產(chǎn)量超過1億噸，其含有的多糖存在于稻谷 穎果皮層里，是目前尚待深入開發(fā)和廣泛應用的主要營養(yǎng)成分之一。天然的米糠多糖具有 很多生物活性，但是活性較弱，因此需要進一步提高和改善其某些方面的活性才具有應用 價值。常用的多糖分子修飾的方法主要有硫酸酯化、羧甲基化、羧乙基化、乙?；?、磷酸酯 化、苯甲?；⒘u乙基化、羥丙基化、棕櫚?；⒂仓；?、雙基團衍生化、碘化和氨化、降解 修飾等。經(jīng)驗證，許多種類的多糖經(jīng)羧甲基化修飾后其抗氧化性能夠得以有效提升，目前已 應用于雞腿菇多糖、紅松松塔多糖等的產(chǎn)品開發(fā)中，表現(xiàn)出較為顯著的抗氧化性效果。但目 前尚未見羧甲基化修飾在米糠多糖中的應用實例。
[0003] 現(xiàn)有的羧甲基化反應多是在水浴條件下進行，相對耗時較長，平均為2h_5h，且多 糖羧甲基化產(chǎn)物取代度較低，針對這些問題的存在，有必要對羧甲基化反應進行改善。超聲 波是頻率高于20000Hz的聲波，方向性較好，穿透能力強，傳播距離遠，易于獲得較集中的 能量。由于超聲波頻率很高，因而可以產(chǎn)生空化作用，當液體處于超聲波輻射狀態(tài)下時，液 體微粒會劇烈振動，從而在內(nèi)部產(chǎn)生許多小空洞。這些小空洞迅速脹大和閉合，會使液體微 粒之間發(fā)生猛烈的撞擊作用，從而產(chǎn)生幾千到上萬個大氣壓的壓強。鑒于此，合理地應用超 聲波的空化效應可以加快米糠多糖羧甲基化反應速率，提高相應產(chǎn)品取代率。然而目前的 超聲波技術(shù)一般主要是利用超聲波清洗器、超聲波反應器等，反應液在超聲條件下處于靜 置狀態(tài)，汲取能量不均勻，距離超聲波發(fā)生器的遠近會影響局部的反應效果，因此需要開發(fā) 出一種高效利用超聲波能量的設備以達到節(jié)約能源，充分反應的目的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明提出一種制備羧甲基化米糠多糖的設備及方法，該設備 為外循環(huán)式超聲波反應裝置，使反應液汲取能量均勻，反應時間縮短，提高羧甲基化效率， 和傳統(tǒng)水浴條件相比，其產(chǎn)品取代度升高，可以更好的清除自由基，抗氧化活性得以增強。 該制備方法是一種科學、高效地方法，并能提高并保持多糖衍生物的生物活性。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0006] -種制備羧甲基化米糠多糖的設備，由反應器，循環(huán)泵，超聲波發(fā)生器，溫控裝置， 超聲波控制器，液體進料口，固體進料口，出料口組成；所述反應器頂端設有液體進料口和 固體進料口，底端設有出料口，所述控溫裝置與反應器相連接，循環(huán)泵的進口與反應器的底 部相連，循環(huán)泵的出口與超聲波發(fā)生器相連，超聲波發(fā)生器出口與反應器的頂部相連接，超 聲波控制器與超聲波發(fā)生器相連接。
[0007] 該設備為外循環(huán)式超聲波反應裝置，所述超聲波發(fā)生器探頭為6-10個并且平行 排列在管道兩端，溫控裝置內(nèi)的加熱管采取螺旋管形狀，循環(huán)泵為液體輸送泵。
[0008] -種制備羧甲基化米糠多糖的方法，具體實現(xiàn)步驟如下：
[0009] a、米糠多糖的制備；
[0010] b、從固體進料口向反應器內(nèi)加入步驟a制得的米糠多糖10g，然后從液體進料口 加入300mL質(zhì)量分數(shù)為20 %的NaOH溶液，制成米糠多糖混合液，并靜置混合0. 5h ;
[0011] C、自固體進料口向步驟b制得的米糠多糖混合液中加入60g氯乙酸，充分混合，得 混合液；
[0012] d、開啟循環(huán)泵與超聲波發(fā)生器，將步驟c得到的混合液經(jīng)外循環(huán)超聲處理進行羧 甲基化反應，超聲處理條件為：超聲功率100W-200W，超聲時間為5min-25min，反應溫度為 40 〇C -60 0C ；
[0013] e、反應結(jié)束后待反應溶液冷卻至室溫,從液體進料口加入質(zhì)量分數(shù)為20%的 NaOH溶液將反應液調(diào)至pH7. 0,然后從出料口放出反應液對其進行減壓蒸餾，除去氯乙酸 和部分水分，殘留物用蒸餾水透析l〇h。
[0014] f、加入步驟e透析后溶液三倍體積的無水乙醇，4°C靜置10h，離心分離得到沉淀 物，真空凍干制得羧甲基化米糠多糖；
[0015] 所述步驟a米糠多糖的制備具體步驟為：米糠柏粉碎、20目過篩一擠壓膨化一烘 干、粉碎、40目過篩一纖維素酶、果膠酶復合酶解一離心取上清液一淀粉酶酶解一離心取上 清液一Sevag法除蛋白一冷凍離心取上清液一醇沉一離心取沉淀一溶解一透析一冷凍干 燥一米糠多糖。
[0016] 所述制得的羧甲基化米糠多糖的取代度為0. 68-1. 43。
[0017] 所述步驟d中超聲波輔助制備羧甲基化米糠多糖超聲處理條件的優(yōu)化：在超聲波 輔助反應的單因素實驗的基礎(chǔ)上進行正交試驗得到最佳條件為超聲功率160w，超聲時間 15min，反應溫度60°C，得到的羧甲基化米糠多糖的取代度為1.43。
[0018] 本發(fā)明的有益效果是：
[0019] 目前的超聲設備一般是向容器內(nèi)部產(chǎn)生高頻振蕩輻射或者是在溶液中插入超聲 波發(fā)生棒，溶液都是處于靜置狀態(tài)，本發(fā)明所提出的設備是讓反應液處于循環(huán)流動的狀態(tài)， 均勻快速的接受超聲輻射，避免了能量分布不均勻的弊端，該設備使反應時間縮短，提高羧 甲基化效率，和傳統(tǒng)水浴條件相比，其產(chǎn)品取代度升高，可以更好的清除自由基，抗氧化活 性得以增強。
[0020] 國內(nèi)外現(xiàn)有制備多糖羧甲基化衍生物的方法相關(guān)報道，是將多糖與羧甲基化試劑 在水浴的條件下反應2h_5h，時間較長，比較浪費資源。因而本發(fā)明的優(yōu)勢在于利用超聲最 大限度地縮短了反應的時間，所提出的工藝過程簡單、科學、合理，既可節(jié)能又保持米糠多 糖羧甲基化衍生物中的諸多活性物質(zhì)，并具有較高的自由基清除能力，提高了抗氧化活性。
[0021] 本發(fā)明對超聲處理條件進行了最佳條件的優(yōu)化，在超聲波輔助反應的單因素實驗 的基礎(chǔ)上，設計正交試驗，最后得到了超聲處理的最佳反應條件，羧甲基化反應階段利用超 聲波輔助更有利于羧酸根和多糖大分子的結(jié)合，使得取代度增加，而取代度和羧甲基化米 糠多糖衍生物自身的功效也有一定的聯(lián)系。經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)取代度高的分子其自由基清除能力 有所提升，利用超聲使其取代度升高，同時也提高了其功效。
[0022] 本發(fā)明的另一個有益之處在于，將米糠多糖提取純化后，再進行羧甲基化改性，使 其具有較強的抗氧化活性，對自由基清除率更高，所制得的產(chǎn)物可以作為抗癌類藥物及保 健品進一步開發(fā)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明制備羧甲基化米糠多糖的設備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明制備羧甲基化米糠多糖的方法的流程圖；
[0025] 圖3為超聲功率對多糖衍生物取代度的影響的曲線圖；
[0026] 圖4為超聲時間對多糖衍生物取代度的影響的曲線圖；
[0027] 圖5為溫度對多糖衍生物取代度的影響的曲線圖；

【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0029] 實施例1
[0030] 參照圖1，一種制備羧甲基化米糠多糖的設備，由反應器1，循環(huán)泵2,超聲波發(fā)生 器3,溫控裝置4,超聲波控制器5,液體進料口 6,固定進料口 7,出料口 8組成；所述反應器 1頂端設有液體進料口 6和固體進料口 7,底端設有出料口 8,所述溫控裝置4與反應器1相 連接，循環(huán)泵2的進口與反應器1的底部相連，循環(huán)泵2的出口與超聲波發(fā)生器3相連，超 聲波發(fā)生器3出口與反應器1的頂部相連接，超聲波控制器5與超聲波發(fā)生器3相連接。
[0031] 該設備為外循環(huán)式超聲波反應裝置，所述超聲波發(fā)生器3的探頭為6-10個并且平 行排列在管道兩端，所述循環(huán)泵2為液體輸送泵，溫控裝置4內(nèi)的加熱管采取螺旋管形狀。
[0032] 參照圖2,一種制備羧甲基化米糠多糖的方法，按下述步驟實現(xiàn)：
[0033] a、米糠多糖的制備；
[0034] b、從固體進料口 7加入步驟a制得的米糠多糖10g，然后從液體進料口 6加入 300mL質(zhì)量分數(shù)為20 %的NaOH溶液，制成米糠多糖混合液，并靜置混合0. 5h ;
[0035] c、自固體進料口 7向步驟b制得的米糠多糖混合液中加入60g氯乙酸，充分混合， 得混合液；
[0036] d、開啟循環(huán)泵2與超聲波發(fā)生器3,將步驟c得到的混合液經(jīng)外循環(huán)超聲處理進行 羧甲基化反應，超聲處理條件為：超聲功率100W-200W，超聲時間為5min-25min，反應溫度 為 40°C -60°C ;
[0037] e、反應結(jié)束后待反應溶液冷卻至室溫,從液體進料口 6加入質(zhì)量分數(shù)為20 %的 NaOH溶液將反應液調(diào)至pH7.0,然后從出料口 8放出反應液對其進行減壓蒸餾，除去氯乙酸 和部分水分，殘留物用蒸餾水透析IOh ;
[0038] f、加入步驟e透析后溶液三倍體積的無水乙醇，4°C靜置10h，離心分離得到沉淀 物，真空凍干制得羧甲基化米糠多糖。
[0039] 所述步驟a米糠多糖的制備具體步驟為：米糠柏粉碎、20目過篩一擠壓膨化一烘 干、粉碎、40目過篩一纖維素酶、果膠酶復合酶解一離心取上清液一淀粉酶酶解一離心取上 清液一Sevag法除蛋白一冷凍離心取上清液一醇沉一離心取沉淀一溶解一透析一冷凍干 燥一米糠多糖。
[0040] 所述制得的羧甲基化米糠多糖的取代度為0. 68-1. 43。
[0041] 實施例2
[0042] 與實施例1的不同之處在于：
[0043] 步驟d中的超聲處理條件為：超聲功率140W，超聲時間為lOmin，反應溫度為 40 0C ；
[0044] 步驟f中加入步驟e透析后溶液三倍體積的無水乙醇，4°C靜置10h，離心分離得到 沉淀物，真空凍干制得羧甲基化米糠多糖，其取代度為〇. 68。
[0045] 實施例3
[0046] 與實施例1的不同之處在于：
[0047] 步驟d中的超聲處理條件為：超聲功率180W，超聲時間為15min，反應溫度為 40 0C ；
[0048] 步驟f中加入步驟e透析后溶液三倍體積的無水乙醇，4°C靜置10h，離心分離得到 沉淀物，真空凍干制得羧甲基化米糠多糖，其取代度為1. 39。
[0049] 對實施例1中所述步驟d中超聲處理最佳條件的優(yōu)化：
[0050] (1)對超聲波輔助反應的單因素實驗
[0051] 不同功率對取代度的影響：反應溫度為60°C，反應時間為20min的條件下，改變超 聲波的功率，分別選取功率為l〇〇W、120W、140W、160W、180W、200W，通過對取代度的測定，如 圖3所示，得出超聲功率選取160W較好；
[0052] 不同反應時間對取代度的影響：選取超聲功率140W，反應溫度為60°C，改變反應 時間，分別選取時間為5min、10min、15min、20min、25min，通過對取代度的測定，如圖4所 示，得出當時間選擇15min時結(jié)果最佳，取代程度最好；
[0053] 不同溫度對取代度的影響：選取超聲功率140W，反應時間為20min的條件下，改變 反應環(huán)境的溫度，分別選取溫度為20°C、30°C、40°C、50°C、60°C、70°C，反應一段時間后，通 過對取代度的測定，如圖5所示，得出當溫度為50°C時，取代度最好；
[0054] (2)超聲波輔助羧甲基化反應的正交實驗
[0055] 在超聲波輔助反應的單因素實驗的基礎(chǔ)上，設計正交試驗進一步加以驗證，得利 用超聲波輔助制備米糠多糖羧甲基化衍生物最佳工藝為：A2B2C3,即超聲功率160w，超聲 時間15min，反應溫度60°C，在此條件下得到產(chǎn)品的取代度為1.43 ;
[0056] 實驗因素水平見表1，具體實驗中各因素水平配比見表2,方差分析見表3:
[0057] 表1因素水平表
[0058]

【權(quán)利要求】
1. 一種制備羧甲基化米糠多糖的設備，其特征在于，它是由反應器，循環(huán)泵，超聲波發(fā) 生器，溫控裝置，超聲波控制器，液體進料口，固體進料口，出料口組成；所述反應器頂端設 有液體進料口和固體進料口，底端設有出料口，所述控溫裝置與反應器相連接，循環(huán)泵的進 口與反應器的底部相連，循環(huán)泵的出口與超聲波發(fā)生器相連，超聲波發(fā)生器出口與反應器 的頂部相連接，超聲波控制器與超聲波發(fā)生器相連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種制備羧甲基化米糠多糖的設備，其特征在于，該設備為外 循環(huán)式超聲波反應裝置，所述超聲波發(fā)生器探頭為6-10個并且平行排列在管道兩端，溫控 裝置內(nèi)的加熱管采取螺旋管形狀，循環(huán)泵為液體輸送泵。
3. -種制備羧甲基化米糠多糖的方法，按下述步驟實現(xiàn)： a、 米糠多糖的制備； b、 從固體進料口向反應器內(nèi)加入步驟a制得的米糠多糖10g，然后從液體進料口加入 300mL質(zhì)量分數(shù)為20 %的NaOH溶液，制成米糠多糖混合液，并靜置混合0. 5h ; c、 自固體進料口向步驟b制得的米糠多糖混合液中加入60g氯乙酸，充分混合，得混合 液； d、 開啟循環(huán)泵與超聲波發(fā)生器，將步驟c得到的混合液經(jīng)外循環(huán)超聲處理進行羧甲 基化反應，超聲處理條件為：超聲功率100W-200W，超聲時間為5min-25min，反應溫度為 4(TC -60。。； e、 反應結(jié)束后待反應溶液冷卻至室溫，從液體進料口加入質(zhì)量分數(shù)為20 %的NaOH溶 液將反應液調(diào)至PH7. 0,然后從出料口放出反應液對其進行減壓蒸餾，除去氯乙酸和部分水 分，殘留物用蒸餾水透析l〇h。 f、 加入步驟e透析后溶液三倍體積的無水乙醇，4°C靜置10h，離心分離得到沉淀物，真 空凍干制得羧甲基化米糠多糖。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種制備羧甲基化米糠多糖的方法，其特征在于，所述步驟a米 糠多糖的制備具體步驟為：米糠柏粉碎、20目過篩一擠壓膨化一烘干、粉碎、40目過篩一纖 維素酶、果膠酶復合酶解一離心取上清液一淀粉酶酶解一離心取上清液一Sevag法除蛋白 -冷凍離心取上清液一醇沉一離心取沉淀一溶解一透析一冷凍干燥一米糠多糖。
5. 如權(quán)利要求3所述的一種制備羧甲基化米糠多糖的方法，其特征在于，所述制得的 羧甲基化米糠多糖的取代度為〇. 68-1. 43。
6. 如權(quán)利要求4所述的一種制備羧甲基化米糠多糖的方法，其特征在于，所述步驟d中 超聲波輔助制備羧甲基化米糠多糖超聲處理條件的優(yōu)化：在超聲波輔助反應的單因素實驗 的基礎(chǔ)上進行正交試驗得到最佳條件為超聲功率160w，超聲時間15min，反應溫度60°C，得 到的羧甲基化米糠多糖的取代度為1.43。
【文檔編號】B01J19/10GK104292349SQ201410469322
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】肖志剛, 李哲, 周麟依, 李德敏, 王娜, 朱旻鵬, 袁媛, 段玉敏 申請人:沈陽師范大學