天然多糖改性方法研究進(jìn)展

湯陳鵬，呂 峰

(福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002)

天然多糖改性方法研究進(jìn)展

湯陳鵬，呂 峰*

(福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002)

多糖是指由10個(gè)以上的單糖分子脫水縮合而成的一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜且龐大的糖類物質(zhì)。不同種類的多糖有著獨(dú)特的理化性質(zhì)和生物活性，這與多糖的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。為了改善多糖的諸多性能，人們常對(duì)天然多糖進(jìn)行分子修飾或改性。本文綜述了目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)天然多糖常見的改性方法及其研究進(jìn)展。

天然多糖；生物活性；改性；研究進(jìn)展

多糖是一類有著結(jié)構(gòu)多樣性的生物高分子，其來源廣泛，含量豐富，與人類的生活息息相關(guān)，對(duì)維持生命活動(dòng)有著重要的意義。多糖作為某些生物轉(zhuǎn)化識(shí)別過程中的關(guān)鍵物質(zhì)已被人們深刻認(rèn)識(shí)[1]。天然多糖具有許多優(yōu)異的生物活性，如免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、抗病毒、抗氧化和降血糖等[2]。天然多糖的生物活性和理化性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。為了更好地發(fā)揮多糖的功效，使其在食品、藥品、材料等多個(gè)領(lǐng)域有著更為廣泛的應(yīng)用，研究人員常常利用科學(xué)的手段，對(duì)多糖分子進(jìn)行修飾或改性。

目前，天然多糖的修飾或改性方法包括物理方法，如共混改性、濕熱改性、超聲改性等；化學(xué)方法，如酯化改性、醚化改性、絡(luò)合改性等；生物方法，如酶法改性、微生物改性等。

1 物理改性方法

1.1 共混改性

共混改性是高分子物質(zhì)常用的改性方法，其是通過以聚合物為改性劑，加入到被改性的聚合物材料中，采用合適的工藝使兩者充分混合，從而制得具有新穎結(jié)構(gòu)特征和性能的材料。共混改性過程如果組分間有著良好的相容性，便可達(dá)到協(xié)同增效的目的，這充分發(fā)揮了共混聚合物的優(yōu)點(diǎn)，也擴(kuò)大了高分子材料的應(yīng)用范圍。常見的物理共混法包括干粉共混法、熔體共混法、溶液共混法和乳液共混法四種，其所需設(shè)備、適用范圍不同，且對(duì)應(yīng)不同的聚合物體系。

范江洋[3]將魔芋葡甘聚糖與黃原膠通過干粉共混，所得的產(chǎn)物作為釋藥載體的親水性凝膠骨架片，具有較高的強(qiáng)度和抗水性。李崇高等[4]將魔芋葡甘聚糖與殼聚糖通過溶液共混生成共混膜，并將其應(yīng)用于甜玉米的涂膜保鮮，具有成膜性強(qiáng)、抗菌性好、透氣性好等優(yōu)勢(shì)。陳善飛等[5]人將殼聚糖、可溶性淀粉、環(huán)糊精、卡拉膠、瓊脂、羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)等多糖與鰱魚皮膠原蛋白進(jìn)行共混，得出殼聚糖/膠原蛋白共混膜的性能最佳，當(dāng)膠原蛋白與殼聚糖比例為3∶1時(shí)，共混膜抗拉強(qiáng)度最大，水溶性和水蒸氣透過率低于單一膠原蛋白膜，說明共混改性有效地克服了膠原蛋白膜本身的缺陷，改善了膠原蛋白膜的性能。Abdul Khalil H P S[6]將殼聚糖與納米纖維素進(jìn)行溶液共混，產(chǎn)生的共混物有良好的抗菌性、金屬離子吸附性、吸臭能力，在食品包裝、生物醫(yī)學(xué)、水處理等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

1.2 濕熱改性

濕熱改性(HMT)是淀粉改性的常用方法，是指通過將淀粉在水分含量較低、一定的溫度條件下進(jìn)行處理而改變其性質(zhì)的一種改性方法[7]。濕熱改性的過程僅僅涉及到水和熱，工藝簡(jiǎn)單、操作方便，不會(huì)造成環(huán)境污染，較化學(xué)改性有著更高的安全性，在淀粉研究領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注。經(jīng)濕熱改性的淀粉，其糊化溫度范圍更高更寬，同時(shí)膨脹率下降，熱穩(wěn)定性更強(qiáng)。Ye Xiaoting等[8]發(fā)現(xiàn)，對(duì)玉米淀粉進(jìn)行濕熱改性可以提高玉米淀粉的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，通過控制變量，最后得出在濕度為23.60%、114.8℃加熱9.04 h、快速消化淀粉(RDS)含量為82.21%～89.91%時(shí)，改性效果達(dá)到最佳。姚映西等[9]通過濕熱改性大米粉，發(fā)現(xiàn)在濕度為30%、溫度為100℃的條件下加熱2.5 h，改性淀粉的直鏈淀粉含量最高，形成更加穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu)，濕熱改性后大米粉的糊化性質(zhì)和凝膠性質(zhì)出現(xiàn)了明顯的變化。

1.3 超聲改性

超聲波是一種新型的物理加工技術(shù)，其原理為在超聲作用于溶液時(shí)，溶液會(huì)產(chǎn)生空化效應(yīng)，從而引起機(jī)械效應(yīng)和自由基效應(yīng)，使溶質(zhì)組分結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。當(dāng)采用超聲波處理多糖溶液時(shí)，可使多糖的分子結(jié)構(gòu)遭到破壞、聚合度下降、分子質(zhì)量減小等性質(zhì)改變，進(jìn)而使得多糖的功能特性發(fā)生改變。張琪[10]使用超聲處理裂褶多糖，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物具有良好的降解作用，但并未改變其糖鏈類型和鏈接方式，通過體外及體內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)超聲改性的多糖有著良好的免疫和抗腫瘤活性。王麗波等[11]使用不同頻率的超聲波對(duì)南瓜籽多糖進(jìn)行改性，發(fā)現(xiàn)改性后的產(chǎn)物主要基團(tuán)和單糖類型并未發(fā)生變化，而多糖組成單元——單糖發(fā)生了轉(zhuǎn)化與降解，其中經(jīng)30 min、100 Hz超聲處理的產(chǎn)物對(duì)DPPH自由基有著最高的清除率，在質(zhì)量濃度為2.5 mg/mL時(shí)，清除率為68.34%。Abad L V等[12]使用超聲波對(duì)卡拉膠低聚物進(jìn)行加工，產(chǎn)物可用作植物生長(zhǎng)促進(jìn)劑，且擁有抗病毒、抗腫瘤、抗氧化、抗凝血、抗血栓形成等功能，這些功能均與有著特定分子量范圍的寡聚體有關(guān)。

但超聲改性作為新興的多糖改性方法，其作用機(jī)理尚存在很多不明之處，這將成為其實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。在未來的研究中，探明超聲波斷裂多糖分子鍵的作用機(jī)理及其產(chǎn)生的自由基反應(yīng)機(jī)理，將會(huì)成為超聲改性領(lǐng)域中最受關(guān)注的課題。

2 化學(xué)改性方法

2.1 酯化改性

2.1.1 硫酸酯化改性

硫酸酯化多糖是一類含有硫酸基團(tuán)的天然或者半合成的多糖衍生物，其大多具有抗病毒、抗凝血、抗腫瘤、抗氧化、增強(qiáng)機(jī)體免疫等獨(dú)特的生物活性，尤其是抗HIV作用被發(fā)現(xiàn)后，硫酸酯化多糖更受研究者的重視，成為活性多糖研究的熱點(diǎn)[13]。

硫酸酯化改性的原理為：溶于一定溶劑中的多糖與相應(yīng)的硫酸化試劑在一定的條件下反應(yīng)，使得多糖鏈上的某些羥基接上硫酸基團(tuán)。多糖硫酸酯化的方法根據(jù)多糖性質(zhì)而異：中性多糖一般能溶于有機(jī)溶劑，可直接被硫酸酯化；吡喃型多糖的硫酸酯化一般常采用Wolfrom法，而呋喃型多糖常采用Ngasawa法。

XuFangfang等[14]對(duì)寶樂果中提取的中性多糖進(jìn)行硫酸酯化，所得產(chǎn)物具有優(yōu)良的抗腫瘤活性。陳士國(guó)等[15]采用三氧化硫吡啶-二甲基亞砜(DMSO)體系和三乙胺(TBA)-三氧化硫吡啶-DMSO體系對(duì)北太平洋魷魚墨多糖進(jìn)行硫酸酯化，酯化產(chǎn)物的生物活性增強(qiáng)，具有較好的延長(zhǎng)活化部分凝血活酶時(shí)間(APTT)和凝血酶原時(shí)間(PT)的效果。龔方等[16]對(duì)卡拉膠海藻多糖進(jìn)行硫酸酯化，掌握了在不同分子量下的最適處理時(shí)間，并發(fā)現(xiàn)在適應(yīng)的條件下，卡拉膠多糖硫酸酯化反應(yīng)均勻、充分，為卡拉膠多糖的抗流感病毒活性研究奠定了基礎(chǔ)。

近年來，隨著多糖硫酸酯化研究日益的深入，越來越多的硫酸酯化方法被開發(fā)，對(duì)硫酸酯化多糖結(jié)構(gòu)性質(zhì)的研究也在同時(shí)進(jìn)行。硫酸酯化多糖生物活性作用機(jī)理的深入解析，將為硫酸酯化多糖在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用奠定深厚的理論基礎(chǔ)。

2.1.2 磷酸酯化改性

磷酸酯化是指向多糖引入磷酸酯基的改性方法。糖的磷酸酯是一類較為重要的糖類衍生物，具有抗病毒、抗菌、免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤等活性。常見的磷酸酯化試劑有磷酰氯、磷酸酐、磷酸或其鹽等。吳瓊等[17]采用化學(xué)修飾法，使用三氯氧磷對(duì)堿溶性銀耳多糖進(jìn)行磷酸酯化，得到了4種磷酸酯化衍生物，磷酸取代度越大，其水溶解性越好；當(dāng)最高取代度為0.041時(shí)，溶解度為37.33 mg/mL；體外抗氧化實(shí)驗(yàn)表明，磷酸酯化堿溶性銀耳多糖對(duì)1，1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)的清除作用均好于堿溶性銀耳多糖。孫捷等[18]對(duì)南瓜多糖進(jìn)行磷酸酯化改性，通過正交實(shí)驗(yàn)確定了在90℃、pH9.0、反應(yīng)時(shí)間6 h、酯化試劑添加量為20%的情況下，改性工藝達(dá)到最優(yōu)，改性產(chǎn)物對(duì)羥基自由基的清除效果比原多糖明顯增強(qiáng)，且具有原多糖十分微弱的對(duì)超氧自由基的清除能力。

2.1.3 硝酸酯化改性

纖維素硝酸酯是迄今最重要的多糖硝酸酯，即“硝化棉”，在多個(gè)領(lǐng)域均有所運(yùn)用。多糖硝酸酯通常由多糖與硝酸和磷酸的混合硝化劑按一定的比例反應(yīng)制備，硝化劑的種類會(huì)影響改性產(chǎn)物的取代度。

2.1.4 其他酯化改性

除上述常見的酯化改性方法外，天然多糖還能與多種酯化劑發(fā)生酯化反應(yīng)。Ye Fan等[19]使用辛烯基琥珀酸酐對(duì)玉米淀粉進(jìn)行酯化，所得的產(chǎn)物具有雙親媒性、較好的乳化穩(wěn)定性和成膜性，在食品、制藥、個(gè)人護(hù)理行業(yè)都有著良好的應(yīng)用前景。Mei Jiqiang等[20]使用檸檬酸與木薯淀粉發(fā)生酯化反應(yīng)，結(jié)果證明檸檬酸酯化處理顯著提高了產(chǎn)物內(nèi)抗性淀粉的含量，產(chǎn)物的溶脹力和溶解度均低于天然淀粉，表現(xiàn)出更好的凍融穩(wěn)定性，該改性有望成為制備高熱穩(wěn)定性抗性淀粉的有效方法。

不同種類的多糖結(jié)構(gòu)各異，在與不同的酯化劑發(fā)生酯化反應(yīng)的過程中，其生物活性也會(huì)發(fā)生不同的變化。通過挖掘新的多糖、開發(fā)新的酯化劑、研究并改善酯化改性的方法等途徑將使多糖酯化改性的深度及廣度得到進(jìn)一步的提高。

2.2 醚化改性

醚化改性是多糖化學(xué)改性中極具多樣化的一種方法，指的是使用各種醚化劑，如鹵代物、環(huán)氧化合物以及烯類單體等，與多糖進(jìn)行反應(yīng)，生成醚化多糖的改性方法。多糖醚化改性的方式有羧甲基化、甲基化、季堿化、芐基化、璜烷基化等。

柳紅[21]使用溶媒法對(duì)南瓜多糖進(jìn)行羧甲基化，得出采用二次加堿法，以乙醇為介質(zhì)并改變醚化劑的加入順序可以制備出高取代度的羧甲基化南瓜多糖，經(jīng)測(cè)試，羧甲基化后的南瓜多糖能有效清除超氧陰離子自由基，提高了南瓜多糖的生物活性。曹明昭等[22]以瓊脂為原料，以氯乙酸為羧甲基化試劑，制備了羧甲基化瓊脂，經(jīng)過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其與原瓊脂相比，隨羧甲基化程度的增加，羧甲基化瓊脂的溶解溫度、凝膠溫度、凝膠再溶溫度、凝膠強(qiáng)度以及硬度、脆性、粘附性、膠粘性、咀嚼性都呈下降趨勢(shì)，而其凝膠的彈性和內(nèi)聚性呈上升趨勢(shì)，且羧甲基化瓊脂凝膠的骨架結(jié)構(gòu)比原瓊脂更加致密。

Ren Juili等[23]對(duì)從蔗渣提取的半纖維素使用3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨(CHMAC)以水和乙醇溶劑為反應(yīng)體系分別進(jìn)行季銨化，發(fā)現(xiàn)通過堿活化不溶于水的半纖維素，有利于發(fā)生親核反應(yīng)，增加聚糖超微結(jié)構(gòu)的可及度。另外，半纖維素在熱水中進(jìn)行預(yù)溶脹，可以使木聚糖快速轉(zhuǎn)變成更加均一的凝膠。經(jīng)過季銨化改性的半纖維素其基團(tuán)取代度較高，同時(shí)具有陽(yáng)離子聚合物和兩性聚合物的化學(xué)性質(zhì)，其水溶性提升，熱穩(wěn)定性有所下降。

甲基化是多糖化學(xué)結(jié)構(gòu)分析中的重要方法，對(duì)多糖上的羥基進(jìn)行完全甲基化，并經(jīng)水解、還原以及乙?；螅蛇\(yùn)用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀檢測(cè)其降解后所得的部分甲基化糖醇(Alditol)乙酸酯的種類，以此來確定多糖化學(xué)結(jié)構(gòu)中的糖苷鍵類型。沈競(jìng)等[24]對(duì)傳統(tǒng)的甲基化方法——箱守法(Hakomori法)[25]進(jìn)行了改進(jìn)，新方法反應(yīng)產(chǎn)物沒有傳統(tǒng)方法中的水，使得甲基化不會(huì)受到生成物的抑制。多糖的甲基化反應(yīng)能夠一次完成，使多糖擁有更高的甲基化程度，分析時(shí)結(jié)果更為準(zhǔn)確。

多糖的醚化改性為多糖的進(jìn)一步開發(fā)提供了新的可能性，然而比起其他較為成熟的改性方法，醚化改性的反應(yīng)機(jī)理研究不夠深入，部分改性工藝存在取代度低、污染較大、副產(chǎn)物影響實(shí)驗(yàn)等一系列的問題。在未來的研究中，優(yōu)化改性工藝可能成為發(fā)展多糖醚化改性的主要任務(wù)。

2.3 交聯(lián)改性

交聯(lián)改性是指通過化學(xué)試劑或物理操作等方法使物質(zhì)分子內(nèi)部和分子間通過氫鍵等物理力或共價(jià)鍵結(jié)合，從而使物質(zhì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的改性方法。在多糖領(lǐng)域的應(yīng)用中，常見于對(duì)淀粉和纖維素等物質(zhì)的改性。

金秀明[26]使用交聯(lián)劑1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽/N-羥基琥珀酰亞胺(EDC/NHS)對(duì)鹿茸多糖和膠原兩種生物活性物質(zhì)進(jìn)行了交聯(lián)改性，經(jīng)過分析，交聯(lián)產(chǎn)物的吸水率、透光率、力學(xué)性能、體外降解率及表面結(jié)構(gòu)等性質(zhì)均比單純的膠原膜有所改善，多糖與膠原兩種高分子材料具有良好的相容性，它們之間的相互作用力使交聯(lián)膜能夠更廣泛地應(yīng)用到生物、制藥等領(lǐng)域之中。O’Connor N A等[27]通過研究，發(fā)現(xiàn)了一種使用表氯醇交聯(lián)多糖和多胺制備多元水凝膠的方法，其反應(yīng)過程簡(jiǎn)便快捷，產(chǎn)物多樣性可通過原料比例進(jìn)行控制，其受控吸收和電荷底物的釋放可通過改變水凝膠的聚胺含量來達(dá)成。交聯(lián)產(chǎn)物在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著較高的利用價(jià)值。鄧偉[28]使用天然多糖海藻酸鈉和殼多糖為原料，使用Ca2+、Ba2+、Zn2+、Mn2+四種離子交聯(lián)劑制備海藻酸鹽/殼多糖微膠囊，并研究了微膠囊的機(jī)械性能和通透性能，為細(xì)胞固定化提供了更多的選擇類型。

2.4 接枝共聚改性

高分子接枝共聚物的主鏈主要由一種組分的高分子組成，另一種組分的高分子作為支鏈鏈接于主鏈上。接枝共聚改性是獲得高分子復(fù)合材料的有效手段，其能夠?qū)⒉煌Y(jié)構(gòu)和性能的聚合物結(jié)合在大分子主鏈上，使不同性能互相彌補(bǔ)，形成更加有使用價(jià)值的新型材料。接枝共聚改性可分為自由基聚合機(jī)理引發(fā)接枝、離子聚合機(jī)理引發(fā)接枝、等離子體引發(fā)接枝以及其他接枝等方法。

楊霞[29]研究了多糖溶液與丙烯酸類單體的接枝共聚反應(yīng)，多糖溶液本身并無耐水性，接枝丙烯酸類單體后，共聚物的耐水性增加；反應(yīng)過程中，以N，N-亞甲基二丙烯酰胺為交聯(lián)劑，通過測(cè)定產(chǎn)物的耐水性，得出了最佳的反應(yīng)條件；當(dāng)30 g多糖溶液與5 mL單體反應(yīng)，產(chǎn)物在水中浸泡3 h時(shí)，損失率為87.15%；當(dāng)產(chǎn)物在水中浸泡4 h 時(shí)，損失率為86.96%。Abdelwahab N A等[30]采用自由基聚合技術(shù)，將醋酸纖維素與等摩爾的丙烯酸、丙烯酰胺二元混合物通過過氧化苯甲酰作為引發(fā)劑，進(jìn)行接枝改性；經(jīng)檢測(cè)，當(dāng)單體與引發(fā)劑的摩爾比為1∶1、反應(yīng)溫度為80℃、反應(yīng)時(shí)間為3 h時(shí)，接枝共聚效果最佳；通過接枝共聚改性的醋酸纖維素具有顯著的鉛吸附能力，鉛吸附能力從改性前的9.4 mg/g提高到接枝改性后的66.67 mg/g。李儼[31]將阿維菌素、惡霉靈、嘧霉胺三種農(nóng)藥通過接枝共聚的方式接枝到以蝦蟹殼為原料制備的殼聚糖分子上，獲得一系列偶合物，通過研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖與農(nóng)藥產(chǎn)生了協(xié)同作用，提高了農(nóng)藥的活性和穩(wěn)定性，從而為解決農(nóng)藥帶來的環(huán)境和安全問題開辟了新的途徑。

接枝共聚改性在實(shí)驗(yàn)室研究層面上已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)某晒且度牍I(yè)化生產(chǎn)，還面臨著改性工藝繁雜、改性成本較高、改性設(shè)備特殊等一系列缺點(diǎn)；另外，如何保證改性產(chǎn)物在產(chǎn)生協(xié)同作用的情況下依然具有原材料的優(yōu)點(diǎn)，也是接枝共聚改性在未來的研究中需要著眼的問題。

2.5 氧化改性

多糖的氧化改性一般是指通過氧化劑將多糖分子中醇羥基隨機(jī)氧化成羰基、醛基、羧基，同時(shí)發(fā)生解聚反應(yīng)的改性方法。在pH較高時(shí)，更趨向于產(chǎn)生羧酸。引入羧酸可以產(chǎn)生靜電排斥效應(yīng)和空間位阻效應(yīng)，使得氧化多糖不易形成凝膠，從而改變多糖的黏度。一般常用的氧化劑為次氯酸鈉，其他如氯氣、雙氧水、高錳酸鉀等氧化劑也有所使用，但由于存在污染，使用幾率較低。

2，2，6，6-四甲基哌啶(TEMPO)氧化是一種重要的多糖氧化改性方法，其原理是利用小分子TEMPO為催化劑，用次氯酸鈉為氧化劑，溴化銨為助催化劑，選擇性地將高分子多糖鏈上的糖單元C6上的伯醇基氧化成羧基的一種可控氧化方法。TEMPO氧化反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)產(chǎn)物和過程相對(duì)于傳統(tǒng)氧化改性更為環(huán)保。TEMPO氧化產(chǎn)物氧化度精確可控，所得產(chǎn)物的羧基量固定，親水性極大提高[32]。陳小東[33]使用TEMPO法，對(duì)魔芋多糖進(jìn)行氧化改性，改性后的魔芋多糖具有可控負(fù)電荷性質(zhì)，也具有還原響應(yīng)的特征，在食品和生物醫(yī)藥領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用價(jià)值。Delattre C等[34]以黃原膠為原料，使用TEMPO/次氯酸鈉/溴化鈉系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行氧化改性，制備出一種新型的聚葡糖酸鈉鹽，其擁有較強(qiáng)的抗氧化能力。

2.6 絡(luò)合改性

多糖的絡(luò)合改性是指多糖與金屬或某些非金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，生成配合物的改性方法。常見的多糖配合物有多糖鈣、多糖鐵、多糖鋅、多糖硒等。

何瑞雪等[35]使用三氯化鐵與水溶性大豆多糖發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，確定大豆多糖與鐵的比例為1.03∶1、反應(yīng)pH為4.76、反應(yīng)時(shí)間為1.5 h為最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)，其水溶性大豆多糖-鐵(III)配合物中鐵的絡(luò)合量為857.32 mg/g，絡(luò)合率為88.3%，配合物的得率為45.37%。張霞忠等[36]使用氯化鈣與洋蔥多糖發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，經(jīng)過檢測(cè)，得出當(dāng)pH為8.5、反應(yīng)溫度為65℃、料液比(V/V)為1∶60、每0.5 g洋蔥多糖所用氯化鈣用量0.005 mol為最佳反應(yīng)條件，該條件下洋蔥多糖鈣合成率為60%。姜俊等[37]采用檸檬酸三鈉-三氯化鐵法制備孔石莼多糖鐵絡(luò)合物，得pH為8、反應(yīng)時(shí)間為4 h、孔石莼多糖與檸檬酸三鈉用料比為1∶2時(shí)為最佳反應(yīng)條件，經(jīng)還原實(shí)驗(yàn)表明孔石莼多糖鐵具有較強(qiáng)的還原性，有望成為新型的生物補(bǔ)鐵劑。Liberman G N等[38]使用氯化鋅，對(duì)細(xì)胞壁硫酸化的海洋紅微藻多糖進(jìn)行絡(luò)合改性，所得的多糖鋅絡(luò)合物具有較強(qiáng)的抗菌能力，在制藥和化妝品行業(yè)有著較好的應(yīng)用前景。

多糖絡(luò)合改性的產(chǎn)物具有優(yōu)良的生物活性，許多文獻(xiàn)都發(fā)現(xiàn)了被絡(luò)合的金屬更容易被生物體所吸收利用。鈣、鐵、鋅、硒等元素為生物維持生命運(yùn)動(dòng)所必需的礦物質(zhì)，通過絡(luò)合改性，形成多糖絡(luò)合物，不但可以加入食品、保健品、藥品中改善人體對(duì)礦物質(zhì)的吸收，也可作為飼料提供家禽、家畜在生長(zhǎng)過程所需要的微量元素。此外，絡(luò)合改性還可提高多糖的抗腫瘤性、抗菌性、抗氧化性等生物活性。絡(luò)合改性現(xiàn)今已成為最受關(guān)注的多糖改性方法之一，在化工、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、食品等各個(gè)行業(yè)均有著重大的意義。

3 生物改性方法

3.1 酶法改性

酶法改性是指采用酶催化多糖發(fā)生結(jié)構(gòu)變化的方法，如在相應(yīng)酶的作用下，或使多糖部分降解，形成較低分子量的多糖；或部分轉(zhuǎn)化為低聚糖或發(fā)生空間結(jié)構(gòu)改變等。

賈俊強(qiáng)等[39]通過α抗淀粉酶對(duì)蛹蟲草多糖進(jìn)行酶法改性，確定最優(yōu)工藝條件為酶解溫度48.5℃、酶解pH5.8、加酶量259.5 U/g；抗氧化實(shí)驗(yàn)表明，α抗淀粉酶修飾能夠明顯提高蛹蟲草多糖的抗氧化活性，其清除DPPH·和螯合Fe2+的EC50值(能引起50%最大效應(yīng)的濃度，Concentration for 50% of maximal effect)分別為0.024 7、1.012 0 mg/mL，分別比原多糖提高了55.1%和39.8%；此外，其還原能力也顯著提高。王愛梅[40]使用D-半乳糖-6-硫酸化酶對(duì)卡拉膠進(jìn)行了酶法改性，發(fā)現(xiàn)在0～20 U酶活力范圍內(nèi)卡拉膠硫酸基含量逐漸降低，而其凝膠強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，最高凝膠強(qiáng)度達(dá)到1 249.23 g/cm2，提升了8.2倍，為制備高凝膠強(qiáng)度卡拉膠提出了新的思路。Leathers T D等[41]使用真菌β葡聚糖酶對(duì)天然裂褶多糖進(jìn)行改性，改性后的多糖保留天然多糖的基本結(jié)構(gòu)，但分子量降低，且隨分子量的降低表現(xiàn)出逐漸下降趨勢(shì)的溶液黏度曲線；此改性方法可以在較寬的分子量范圍內(nèi)進(jìn)行，且改性損失較??；通過這種改性方法，有機(jī)會(huì)制造出符合特定商業(yè)需求的黏度的裂褶多糖。

與化學(xué)改性相比，酶法改性沒有化學(xué)污染，且通過對(duì)酶促反應(yīng)條件的控制，可產(chǎn)生不同結(jié)構(gòu)的多糖，其理化性質(zhì)和功能也有所不同，具有較高的安全性、可控性。隨著生物技術(shù)的進(jìn)步，酶制劑生產(chǎn)技術(shù)的日漸完善，酶法改性在將來有望實(shí)現(xiàn)對(duì)多糖的定向設(shè)計(jì)改性。另外，除了使用單一酶外，還有使用復(fù)合酶協(xié)同改性的研究，將酶法改性與物理、化學(xué)方法改性相結(jié)合，也是多糖酶法改性領(lǐng)域的新風(fēng)向。

3.2 微生物改性

微生物改性指的是通過微生物的發(fā)酵作用使多糖的組成結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而改變多糖的物理性質(zhì)和生物活性。

張玉榮等[42]采用植物乳桿菌對(duì)大米淀粉進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵使大米淀粉的凝膠硬度、粘附性和咀嚼性有所增加，對(duì)淀粉凝膠的形成和老化產(chǎn)生了影響，經(jīng)紅外光譜和X衍射研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵未破壞淀粉的原有基本結(jié)構(gòu)，而使得其結(jié)晶區(qū)比例上升。張?chǎng)┑萚43]使用醋酸桿菌對(duì)羥甲基纖維素鈉、羥甲基淀粉鈉、海藻酸鈉進(jìn)行發(fā)酵改性，所得的細(xì)菌纖維素的持水性、復(fù)水性、孔隙率、透濕率等材料學(xué)特性均比改性前優(yōu)良。

微生物改性技術(shù)加工工藝簡(jiǎn)單，加工過程安全、污染小，有著相當(dāng)廣闊的發(fā)展前景。但是在發(fā)展過程中，發(fā)酵改性的機(jī)理和影響產(chǎn)物性質(zhì)的原理尚須通過研究來明確。為了能夠使發(fā)酵產(chǎn)物獲得最理想的物理性質(zhì)和生物活性，發(fā)酵菌種的選擇和發(fā)酵條件的控制等因素仍然是研究的重點(diǎn)。

4 展望

多糖作為自然界來源最廣泛的生物大分子，其豐富的儲(chǔ)量和多樣的種類一直為眾人看好。海洋生物多糖是一類重要的天然多糖，根據(jù)其來源可分為海藻多糖、海洋動(dòng)物多糖、海洋微生物多糖等。一部分海洋生物多糖，如螺旋藻多糖、殼聚糖、鯊魚軟骨素等已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在藥品、保健品行業(yè)中。在科技發(fā)展迅速的當(dāng)今，越來越多的多糖改性方法被開發(fā)，多糖的改性技術(shù)逐漸從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化。多糖的改性可以提高海洋生物多糖的生物活性和吸收效率，并賦予其新的功效。同時(shí)多糖改性技術(shù)也能為一些因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)性質(zhì)而無法發(fā)揮其活性或是無法投入工業(yè)化生產(chǎn)的海洋生物多糖提供新的利用途徑。但是，許多改性方法還存在著缺陷，如改性成本高昂、改性條件苛刻、改性工藝危險(xiǎn)、改性副產(chǎn)物阻礙改性進(jìn)行或造成污染等，這些極大地限制了多糖改性技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。在未來的研究中，優(yōu)化改性工藝依然是發(fā)展多糖改性的第一要?jiǎng)?wù)。另外，研究人員對(duì)多糖的改性作用機(jī)制的解析在許多方面仍然存在著空白，對(duì)改性機(jī)制的研究也是未來要進(jìn)行的一大重要課題。

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Research advance on modification of natural polysaccharide

TANG Chenpeng，Lü Feng*

(College of Food Science Fujian Agriculture and Forestry University，F(xiàn)uzhou 350002，China)

Polysaccharide refers to a carbohydrate with complex and huge molecular structure.It is formed by dehydration with more than 10 monosaccharide molecules.Different types of polysaccharides have unique physi-chemical properties and biological activities.And they are closely related to polysaccharide’s structure.In order to improve the performance of polysaccharides，researchers often modify polysaccharide structure in different ways.This paper reviewed some progresses of the research on polysaccharide modification from both domestic and overseas.

natural polysaccharide；biological activity；modification；research advance

2016-12-16

海洋生物資源綜合加工及安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工程研究中心(612014043).

湯陳鵬(1994-)，男，碩士研究生，主要研究方向：食品化學(xué)與營(yíng)養(yǎng).E-mail：475629233@qq.com

呂 峰(1964-)，女，博士，教授、碩士生導(dǎo)師，主要研究方向：天然產(chǎn)物的綜合利用、農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏. E-mail：1245075427@qq.com

O629.12

A

1006-5601(2017)02-0157-08

湯陳鵬，呂 峰.天然多糖改性方法研究進(jìn)展[J].漁業(yè)研究，2017，39(2)：157-164.