本發(fā)明涉及多糖降解技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于低溫等離子體技術(shù)的多糖降解制寡糖的方法。
背景技術(shù)：
多糖作為一種公認的具有良好生物活性的物質(zhì)，在醫(yī)藥領(lǐng)域具有廣闊的應用開發(fā)前景。但是多糖作為一種生物大分子聚合物質(zhì)，其分子量大、難以吸收入體內(nèi)、分子結(jié)構(gòu)變化多端、生產(chǎn)品質(zhì)難以控制，為藥品控制帶來困難。寡糖具有與多糖相類似的多種生物學功能，其分子結(jié)構(gòu)簡單明確、利于人體吸收利用代謝，其產(chǎn)品品質(zhì)可控，利于食品藥品專業(yè)機構(gòu)評價監(jiān)督，是一種優(yōu)質(zhì)的天然生理活性物質(zhì)。但自然界功能寡糖的含量很低難于獲取，且目前寡糖還無法實現(xiàn)規(guī)?；铣?，研究如何將多糖降解成結(jié)構(gòu)明確、品質(zhì)可控、回收率高的寡糖降解技術(shù)，成為解決制約糖類藥物實際應用的一個難點。
與多糖相比寡糖在保持了應有的生理功能的前提下，具有明顯的優(yōu)勢。首先，分子結(jié)構(gòu)明確，其活性在根本上得到了有效的保證；其次，寡糖分子結(jié)構(gòu)簡單，因而最終產(chǎn)品品質(zhì)可控，利于食品藥品專業(yè)機構(gòu)評價監(jiān)督；再次，寡糖利于人體吸收利用也利于在人體內(nèi)代謝排除。但是開發(fā)寡糖也存在一定的問題，最突出的問題是難于獲取，由于糖類自身結(jié)構(gòu)的復雜性，目前寡糖還無法實現(xiàn)規(guī)?；铣刹⑦M行實際應用，而自然界功能寡糖的含量很低，直接提取制備成本高昂難于獲得。但是多糖在自然界的生物質(zhì)存量卻極其豐富，且易于獲得，所以，目前學界一致認為，研究如何將多糖降解成結(jié)構(gòu)明確、品質(zhì)可控、回收率高的寡糖降解技術(shù)，將成為解決制約糖類藥物實際應用的一把關(guān)鍵鑰匙。
目前，針對多糖降解的技術(shù)方法主要分成三類，分別是化學降解法、生物降解法和物理降解法。其中化學降解法制備的寡糖產(chǎn)品穩(wěn)定性和重復性差，影響最終產(chǎn)品品質(zhì)。而且，在降解過程中引入了化學助劑，化學助劑的殘留易對人體產(chǎn)生負面影響。生物降解法主要是酶降解法，酶降解法可特異性地、選擇性地切斷某些糖苷鍵，與化學降解相比，酶降解反應條件溫和，不需要加入大量的反應試劑，降解速度快，但酶對周圍環(huán)境很敏感，溶液中各種因素，如溫度、氫離子濃度、酶濃度、底物濃度等都能顯著地影響酶的催化反應速度，甚至使酶失去催化能力，且酶的價格較高，效率卻不高，至今仍沒有找到適合工業(yè)使用的多糖降解酶，因而受到了很大限制。物理降解法，包括輻射法和超聲波法。物理降解法的優(yōu)點在于并不向多糖中添加其他化學試劑，因而可以保證產(chǎn)品品質(zhì)，節(jié)省能源和時間、簡化操作程序、減少有機溶劑使用、提高反應速率和顯著降低化學反應產(chǎn)生的廢棄物對環(huán)境造成的危害等優(yōu)點，且降解作用十分明顯。是一種良好的降解多糖方式。但輻射法生產(chǎn)成本比較高，且對生產(chǎn)工人健康有損害，超聲波法需要高壓高溫條件，無法做到批量生產(chǎn)，因而仍然不是非常理想的多糖降解方法。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對化學降解、生物降解、物理降解等目前常用方法存在的缺陷，提供一種操作簡單、成本低廉、低碳環(huán)保、具有市場競爭力，適宜工業(yè)化降解多糖的新技術(shù)。
為了達到上述目的，本發(fā)明提一種多糖降解為寡糖的低溫等離子體降解方法，包括如下步驟：
S1、將多糖進行干處理或濕處理，得到等離子體多糖溶液；
所述多糖為干燥、粉狀；
所述干處理的具體操作方法為：
以水或質(zhì)量濃度為0～10％的鹽水為介質(zhì)制備低溫等離子體；
所述鹽水為常見無毒鹽即可，優(yōu)選NaCl、KCl、CaCl2、Na2SO4；
取多糖與所述低溫等離子體混合，攪拌，得到等離子體多糖溶液；
優(yōu)選方式下，所述多糖與所述低溫等離子體按料液比按料液比1:1～1000(g/mL)混合，攪拌時間為1s～10min。
所述濕處理的具體操作方法為：
配制質(zhì)量濃度為0.1～10％的多糖水溶液或多糖鹽水溶液，所述鹽水溶液中含鹽量為0.1～10wt％，將所述多糖水溶液或多糖鹽水溶液以石英或玻璃容器為媒介物裝載，置于放電電極之間的空間中，進行放電處理，得到等離子體多糖溶液；
所述鹽水為常見無毒鹽即可，優(yōu)選NaCl、KCl、CaCl2、Na2SO4；
優(yōu)選方式下，所述放電處理輸入電壓為110～220V，主機輸入電流為0.1～3A，頻率范圍為5～20KHz，降解時間為10s～10min。
本步驟中所述濕處理是多糖溶于溶液后再經(jīng)過等離子體放電而實現(xiàn)降解；干處理是多糖與經(jīng)過等離子體放電處理的溶液進行混合而實現(xiàn)降解；優(yōu)選濕處理。
S2、在適當?shù)臈l件下對步驟S1制得的等離子體多糖溶液在40～200℃條件下，加溫處理0s～10min，得到寡糖溶液；
0秒的意思是，對于某些多糖(如：硫酸軟骨素等)，其含有某些對等離子體敏感而易于斷裂的糖苷鍵，可以越過此步驟不經(jīng)過加熱處理也能達到降解成寡糖的效果。
優(yōu)選方式下，步驟S2采用硅油傳熱，將所述等離子體多糖溶液油浴。
S3、降解得寡糖的純化回收：取步驟S2制得的寡糖溶液進行透析或者超濾處理除鹽；將經(jīng)過除鹽的寡糖溶液冷凍干燥，得到的干粉即為多糖降解后的寡糖。
所述透析處理的具體操作為：將所述寡糖溶液置于透析袋內(nèi)，以流水沖洗透析袋外表面，使鹽離子透過膜流走而寡糖保留；具體為：將步驟S2制得的寡糖溶液放入透析袋中，綁緊袋口，放于容器中，向容器內(nèi)通水，水流速為0.1～100mL/min，1～24h后收集袋內(nèi)溶液。
所述超濾處理的具體操作為：將所述寡糖溶液放置于超濾膜一側(cè)并施加壓力，使水和鹽離子透過膜，而寡糖不透過膜；具體處理方法為：將步驟S2制得的寡糖溶液放入超濾機中，通入自來水1～24h，收集截留液。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點；
1、本發(fā)明方法制備的寡糖產(chǎn)品均一性好，分離后的產(chǎn)物通過液相譜圖檢測呈現(xiàn)單一峰；活性官能團變化小，如硫酸基可保留50％以上；本發(fā)明方法寡糖回收率高，可達70％以上。
2、本發(fā)明方法制備的寡糖產(chǎn)品同降解前多糖相比，得到的寡糖分子量低、結(jié)構(gòu)簡單；與其他降解方法相比具有產(chǎn)物均一性好、回收率高等優(yōu)點。
3、本發(fā)明方法采用的降解介質(zhì)僅為水或鹽，不引入有毒有害助劑，消除產(chǎn)品使用安全隱患。本發(fā)明方法降解方式操作簡單，成本低廉，低溫等離子體在放電室中產(chǎn)生，斷電后消失，沒有任何殘留物，安全無污染；降解過程僅引入電力能源，在生產(chǎn)過程中無污染物質(zhì)排放，符合低碳環(huán)保的環(huán)境標準；有利于生產(chǎn)工人生產(chǎn)。
4、本發(fā)明方法物理降解多糖，產(chǎn)品生產(chǎn)成本低廉，有市場競爭力，不會受到國外貿(mào)易保護的高門檻技術(shù)壁壘的限制，利于出口。
本發(fā)明利用低溫等離子技術(shù)將多糖降解為寡糖。本發(fā)明以純水或鹽水為材料制備等離子體，以等離子體為降解試劑降解多糖，與傳統(tǒng)的降解方式相比，在具有良好的降解效果的前提下，還具有以下優(yōu)勢：首先，采用的降解多糖介質(zhì)僅為水，因而克服了其他技術(shù)方案中引入化學助劑，造成產(chǎn)品潛在的安全性問題；其次，降解過程僅引入電力能源，在生產(chǎn)過程中無污染物質(zhì)排放，符合低碳環(huán)保的環(huán)境標準；由于使用的是物理降解多糖技術(shù)，其產(chǎn)品生產(chǎn)成本低廉，具有市場競爭力，不會受到國外貿(mào)易保護的高門檻技術(shù)壁壘的限制，利于出口。
附圖說明
圖1是實施例1中肝素鈉溶液經(jīng)過等離子體處理后的高效液相色譜分析圖譜。
具體實施方式
實施例1
肝素是一種多糖，本實施例以肝素為多糖原料。
以10mL純水為介質(zhì)制備低溫等離子體液：將低溫等離子體發(fā)生電源的下電極用石英覆蓋，設(shè)置電壓10V，電流3A，放電時間10min。取肝素10mg，與制備的等離子體液混合，攪拌10min，混合均勻。收集混合溶液進行加溫處理，以硅油為介質(zhì)，160℃油浴加熱10min，收集得到降解的寡糖溶液。之后將寡糖溶液冷凍干燥，得到的干粉即為降解后的寡糖產(chǎn)品。
回收率計算方式為：寡糖產(chǎn)物的重量除以降解前多糖的重量，本實施例制得寡糖產(chǎn)品8.1mg，產(chǎn)品回收率達到80％。
本例降解效果見附圖1。以分子篩柱TSK-gel G4000PW XL作為固定相，以水為流動相。出峰時間越晚則分子量越小，由圖可知在降解前(0min)肝素鈉表現(xiàn)為一個均一性良好的峰型，而經(jīng)過一定時間等離子體降解后的寡糖樣品(3-9min)則出峰時間后移，峰型單一，說明其分子量變小，其分子量均一。說明等離子體可以很好的將肝素鈉降解為寡聚肝素。
實施例2
以1mL 1％NaCl溶液為介質(zhì)制備低溫等離子體液，將低溫等離子體發(fā)生電源的上、下兩個電極用石英覆蓋，設(shè)置電壓1000V，電流0.1A，放電時間10s。取硫酸軟骨素1g，與上述制備的等離子體液混合，攪拌1s，混合均勻，收集即得到降解的寡糖溶液。將寡糖溶液透析24h，之后將寡糖溶液冷凍干燥，得到的干粉即為降解后的寡糖產(chǎn)品，本實施例制得寡糖產(chǎn)品0.85g，回收率達到85％。
實施例3
以10mL10％KCl溶液為介質(zhì)制備低溫等離子體液，將低溫等離子體的下電極用玻璃覆蓋，設(shè)置電壓1000V，電流0.1A，放電時間10min。取香菇多糖1g，與上述制備的低溫等離子體液混合，攪拌10s，混合均勻，收集混合后的溶液40℃油浴加熱10min，收集即為寡糖溶液，將寡糖溶液超濾24h，之后將寡糖溶液冷凍干燥，得到的干粉即為降解后的寡糖產(chǎn)品，本實施例制得寡糖產(chǎn)品0.75g，回收率達到75％。
實施例4
以1mL 1％Na2SO4溶液為介質(zhì)制備低溫等離子體液：將低溫等離子體發(fā)生電源的下電極用石英覆蓋，設(shè)置電壓10V，電流0.1A，放電時間10min。取殼聚糖10mg，與上述制備的低溫等離子體液混合，攪拌10min。收集混合后的溶液超濾24h，收集超濾后的溶液即為降解后的寡糖溶液，之后將寡糖溶液冷凍干燥，得到的干粉即為降解后的寡糖產(chǎn)品，本實施例制得寡糖產(chǎn)品5mg，回收率達到50％。
實施例5
以1mL純水溶液為介質(zhì)制備低溫等離子體液：將低溫等離子體發(fā)生電源的下電極用石英覆蓋，設(shè)置電壓1000V，電流0.1A，放電時間10s。取殼聚糖10mg，與上述制備的低溫等離子體液混合，攪拌10min。收集混合后的溶液即為降解后的寡糖溶液，之后將寡糖溶液冷凍干燥，本實施例制得寡糖產(chǎn)品7mg，得到的干粉即為降解后的寡糖產(chǎn)品，回收率達到70％。
實施例6
以10mL純水為介質(zhì)制備低溫等離子體液：將低溫等離子體發(fā)生電源的上、下兩個電極用石英覆蓋，設(shè)置電壓1000V，電流3A，放電時間10s，取硫酸軟骨素10mg，與制備的等離子體液混合，攪拌10s，混合均勻。收集混合后的溶液200℃油浴加熱10s，收集即為降解后的寡糖溶液。之后將寡糖溶液冷凍干燥，得到的干粉即為降解后的寡糖產(chǎn)品，本實施例制得寡糖產(chǎn)品7.5mg，回收率達到75％。
實施例7
將10％質(zhì)量濃度的海參多糖水溶液1mL置于石英板上，用低溫等離子體實驗電源進行介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生低溫等離子體對多糖進行降解，設(shè)置輸入電壓110V，電流3A，頻率20KHz，極板間距8mm，處理時間為10min，待放電結(jié)束后，收集石英板上的多糖溶液即為寡糖溶液，之后將寡糖溶液冷凍干燥，得到的干粉即為降解后的寡糖產(chǎn)品，回收率達到80％。
實施例8
將0.1％質(zhì)量濃度的硫酸角質(zhì)素水溶液2mL置于玻璃板上，用低溫等離子體實驗電源進行介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生低溫等離子體對多糖進行降解，設(shè)置輸入電壓220V，電流0.1A，頻率20KHz，極板間距0mm，處理時間為10s，待放電結(jié)束后，收集玻璃板上的多糖溶液，即為寡糖溶液，之后將寡糖溶液冷凍干燥，得到的干粉即為降解后的寡糖產(chǎn)品，回收率達到80％。
實施例9
將10％質(zhì)量濃度的硫酸皮膚素氯化鈉水溶液(1％NaCl配制)置于石英板上，用低溫等離子體實驗電源進行介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生低溫等離子體對多糖進行降解，設(shè)置輸入電壓110V，電流3A，頻率20KHz，極板間距8mm，處理時間為10min，待放電結(jié)束后，收集石英板上的多糖溶液，100℃油浴加熱10min，收集即為寡糖溶液，將寡糖溶液透析1h，之后將寡糖溶液冷凍干燥，得到的干粉即為降解后的寡糖產(chǎn)品，回收率達到80％。
實施例10
將0.1％質(zhì)量濃度的果膠多糖水溶液置于玻璃板上，用低溫等離子體實驗電源進行介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生低溫等離子體對多糖進行降解，設(shè)置輸入電壓220V，電流0.1A，頻率5KHz，極板間距8mm，處理時間為10s，待放電結(jié)束后，收集玻璃板上的果膠多糖溶液即為果膠寡糖溶液，之后將果膠寡糖溶液冷凍干燥，得到的干粉即為降解后的果膠寡糖產(chǎn)品，回收率達到70％。
實施例11
將1％質(zhì)量濃度的纖維素氯化鉀水溶液(2％KCl配制)置于石英板上，用低溫等離子體實驗電源進行介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生低溫等離子體對纖維素進行降解，設(shè)置輸入電壓220V，電流3A，頻率20KHz，極板間距0mm，處理時間為10s，待放電結(jié)束后，收集石英板上的多糖溶液，140℃油浴加熱10min，收集即為寡聚纖維素溶液，之后將寡聚纖維素溶液冷凍干燥，得到的干粉即為降解后的寡寡聚纖維素產(chǎn)品，回收率達到90％。
實施例12
將1％質(zhì)量濃度的昆布多糖氯化鉀水溶液(9％KCl配制)置于玻璃板上，用低溫等離子體實驗電源進行介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生低溫等離子體對多糖進行降解，設(shè)置輸入電壓220V，電流3A，頻率5KHz，極板間距0mm，處理時間為10min，待放電結(jié)束后，收集玻璃板上的多糖溶液，200℃油浴加熱10min，收集即為寡糖溶液，將寡糖溶液超濾1h，之后將寡糖溶液冷凍干燥，得到的干粉即為降解后的寡糖產(chǎn)品，回收率達到80％。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。