概述殼寡糖的制備方法

鄭瀚 楊蘭花 劉亞麗

【摘 要】殼寡糖具有獨(dú)特的生理活性和功能性質(zhì)，在多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛用途，殼寡糖的制備主要是通過對(duì)殼聚糖的降解獲得的，其主要的制備方法有化學(xué)法、酶解法和物理法。而酶降解法通常優(yōu)于化學(xué)降解法，它是在較為溫和的反應(yīng)條件下進(jìn)行的，相對(duì)于其他的兩種制備方法，酶降解法以其不需要加入大量的反應(yīng)試劑，對(duì)環(huán)境污染小，產(chǎn)率高，反應(yīng)容易控制及所得的低聚物適中等優(yōu)點(diǎn)而成為了進(jìn)行殼聚糖降解的最首選途徑。

【關(guān)鍵詞】殼寡糖；制備；化學(xué)法；酶解法；物理法；降解

殼寡糖，殼聚糖的水解產(chǎn)物，是將殼聚糖作為原料，通過生物技術(shù)降解產(chǎn)生的，它的功效有是殼聚糖的數(shù)十倍。主要是由于殼寡糖不僅擁有易吸收、水溶性好等許多優(yōu)點(diǎn)，且還有許多功能，如抗細(xì)菌、真菌、保水保濕、抗癌及調(diào)節(jié)機(jī)體免疫能力等，在許多的領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的發(fā)展?jié)摿?，如農(nóng)業(yè)、食品、生物醫(yī)藥、化妝品等，所以現(xiàn)今學(xué)者研究的熱點(diǎn)之一就是制備殼寡糖的方法[1]。殼寡糖在目前的制備方法主要是分為酶解法和酸解法兩種，而通過酸解法獲得的產(chǎn)品，其得率比較低，降解產(chǎn)物的聚合度比較小，通常是以二聚物或者三聚物為主，而且生產(chǎn)過程中使用的強(qiáng)酸對(duì)環(huán)境會(huì)造成了較大污染，反應(yīng)條件也較苛刻；而酶解法則以產(chǎn)率較高、易與控制且反應(yīng)條件比較溫和、所得低聚物的聚合度適中及產(chǎn)物的安全性比較好等優(yōu)點(diǎn)而受到人們的廣泛關(guān)注。所以當(dāng)前生產(chǎn)功能性殼寡糖的首選途徑是通過用殼聚糖酶來對(duì)殼聚糖進(jìn)行降解[2-3]。同時(shí)，通過用殼聚糖酶降解殼聚糖也成為了研究甲殼素工業(yè)的最前沿。

制備殼寡糖的方法：

目前，主要是通過對(duì)殼聚糖的降解來獲得殼寡糖。主要可分為化學(xué)法、酶解法和物理法等制備方法。

1 化學(xué)法

過氧化氫、過硼酸鈉氧化降解法，酸解法等是降解殼聚糖的主要化學(xué)方法。

1.1 氧化降解法

氧化降解法是一種目前使用較多的降解殼聚糖的方法。氧化降解法中的過氧化氫氧化法已被用作殼寡糖的生產(chǎn)方法，這種方法在許多的文獻(xiàn)中都有出現(xiàn)。

1.2 酸水解法

殼寡糖是通過將殼聚糖在HF、H2SO4、HCl和HNO2等酸性試劑的作用下進(jìn)行劇烈的降解反應(yīng)得到的，其中，殼寡糖的工業(yè)化生產(chǎn)主要依賴HCl降解法。酸水解法中的反應(yīng)條件比較苛刻，經(jīng)常和高溫、高壓有關(guān)，所以整個(gè)過程較難控制，并且酸水解法產(chǎn)物的分子量分布比較寬，也很難控制其水解程度，較難對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分離和純化，產(chǎn)量較低，選擇性偏差，而且使用大量的化學(xué)試劑會(huì)腐蝕設(shè)備以及污染環(huán)境。

2 酶解法

使用反應(yīng)條件較為溫和的方法——酶法來降解殼聚糖，在其整個(gè)降解過程中不加入其它的反應(yīng)試劑，不會(huì)發(fā)生其它的一些副反應(yīng)，容易控制其降解的過程和控制降解產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量分布，通過酶法降解殼寡糖的得率比較高、對(duì)環(huán)境的影響和污染比較小，所以使用酶法降解是一種比較好的降解方法。酶降解法分為兩種：專一性酶降解法和非專一性酶降解法。至今，已經(jīng)有37種不同的水解酶（例如糖苷酶、蛋白酶、脂肪酶等）被人們所發(fā)現(xiàn)，它們對(duì)殼聚糖均表現(xiàn)出較好的降解效果。

2.1 專一性酶降解法

專一性底物是殼聚糖的殼聚糖酶被稱為專一性水解酶，包括有溶菌酶、殼聚糖酶和甲殼素酶等，通過高選擇性地切斷殼聚糖中的 β-1，4-糖苷鍵從而使殼聚糖水解。較溫和的反應(yīng)條件以及不需使用大量的試劑，使殼寡糖進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)成為了可能，此種殼寡糖制備方法是比較理想的。

2.2 非專一性酶降解法

目前專一性酶的來源有限，很大部分都是從真菌細(xì)胞中獲得的，大批量的獲取受到限制。而且由于專一性酶的價(jià)格比較昂貴，實(shí)現(xiàn)商品化有很大的難度，所以尋找非專一性酶來降解殼聚糖就變得非常重要。在目前，已經(jīng)被人們發(fā)現(xiàn)能夠用來降解殼聚糖的非專一性酶有脂肪酶、蛋白酶、多糖酶等30多種，而其中效果最好的是一些多糖酶，如半纖維素酶、纖維素酶、果膠酶等。

然而用非專一性酶降解法制備殼寡糖也有有一定的缺陷。在用非專一性的水解酶降解殼聚糖到了一定的程度之后，不論酶量再怎樣增加也很難提高其水解程度，造成了水解程度有限，而且水解產(chǎn)物較為復(fù)雜，分離比較不容易，如果要進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)對(duì)酶的需求量會(huì)非常大，成本也會(huì)隨之增高。

3 物理法

物理法是通過將殼聚糖分子內(nèi)的化學(xué)鍵在輻射過程中發(fā)生斷裂而降解，有微波輻射，電磁波輻射，超聲波輻射等降解方法，其中研究比較多的是超聲波降解法。但降解機(jī)理限制了物理法降解制備殼寡糖，殼聚糖的聚合鏈在降解過程中會(huì)隨意發(fā)生斷裂，從而使得產(chǎn)物的平均分子量分布得太寬，很難得到分子量40000以下的產(chǎn)品，而且被需要的聚合度在6～8的殼寡糖含量不高，從而大量浪費(fèi)了原料，物理法的應(yīng)用受到很大的限制。

丁盈紅等學(xué)者通過使用微波輻射，以及過氧化氫非均相來降解殼聚糖。并且通過正交試驗(yàn)法將其反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化[4]。對(duì)比下發(fā)現(xiàn)物理降解法的操作比酶法和化學(xué)法簡單，且具有較好地可控性。所以如果將其他的降解方法與這些物理方法結(jié)合起來一起使用，取得的效果一定會(huì)更好。

4 糖轉(zhuǎn)移法

目前對(duì)糖轉(zhuǎn)移法，即化學(xué)合成法的研究已經(jīng)取得了較大的進(jìn)展。但步驟較為復(fù)雜，因?yàn)樵谄浜铣傻倪^程中遇到了基團(tuán)保護(hù)和基團(tuán)脫去等過程，通過在酶反應(yīng)的基礎(chǔ)之上利用酶來作用低聚合度的寡糖，使其的糖鏈得以延長，從而成為具有較高聚合度的寡糖。

【參考文獻(xiàn)】

[1]Moon JS， Kim HK， Koo HC， et al. The antibacterial and immunostimulative effect of chitosan-oligosaccharides against infection by Staphylococcus aureus isolated from bovine mastitis [J]. Appl Microbiol Biotechnol， 2007，l 75：989-998.

[2]曾嘉，鄭連英.幾丁質(zhì)固定化殼聚糖酶的研究[J].食品科學(xué)，2001，22：21-24.

[3]Adachi W， Sakihama Y， Shimizu S， et al. Crystal structure of family GH-8 chitosanase with subclass II specificity from Bacillus sp K17[J]. J Mol Biol， 2004， 343： 785-795.

[4]丁盈紅，李若琦，伍錕賢.微波輻射快速制備水溶性殼聚糖[J].中國生化藥物雜志，2002，23（3）：132-133.

[責(zé)任編輯：王迎迎]