概述殼寡糖的制備方法

鄭瀚 楊蘭花 劉亞麗

【摘 要】殼寡糖具有獨特的生理活性和功能性質，在多個領域具有廣泛用途，殼寡糖的制備主要是通過對殼聚糖的降解獲得的，其主要的制備方法有化學法、酶解法和物理法。而酶降解法通常優于化學降解法，它是在較為溫和的反應條件下進行的，相對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試劑，對環境污染小，產率高，反應容易控制及所得的低聚物適中等優點而成為了進行殼聚糖降解的最首選途徑。

【關鍵詞】殼寡糖；制備；化學法；酶解法；物理法；降解

殼寡糖，殼聚糖的水解產物，是將殼聚糖作為原料，通過生物技術降解產生的，它的功效有是殼聚糖的數十倍。主要是由于殼寡糖不僅擁有易吸收、水溶性好等許多優點，且還有許多功能，如抗細菌、真菌、保水保濕、抗癌及調節機體免疫能力等，在許多的領域都具有廣闊的應用前景和巨大的發展潛力，如農業、食品、生物醫藥、化妝品等，所以現今學者研究的熱點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品，其得率比較低，降解產物的聚合度比較小，通常是以二聚物或者三聚物為主，而且生產過程中使用的強酸對環境會造成了較大污染，反應條件也較苛刻；而酶解法則以產率較高、易與控制且反應條件比較溫和、所得低聚物的聚合度適中及產物的安全性比較好等優點而受到人們的廣泛關注。所以當前生產功能性殼寡糖的首選途徑是通過用殼聚糖酶來對殼聚糖進行降解[2-3]。同時，通過用殼聚糖酶降解殼聚糖也成為了研究甲殼素工業的最前沿。

制備殼寡糖的方法：

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

1 化學法

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方法，這種方法在許多的文獻中都有出現。

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行劇烈的降解反應得到的，其中，殼寡糖的工業化生產主要依賴HCl降解法。酸水解法中的反應條件比較苛刻，經常和高溫、高壓有關，所以整個過程較難控制，并且酸水解法產物的分子量分布比較寬，也很難控制其水解程度，較難對產物進行分離和純化，產量較低，選擇性偏差，而且使用大量的化學試劑會腐蝕設備以及污染環境。

2 酶解法

使用反應條件較為溫和的方法——酶法來降解殼聚糖，在其整個降解過程中不加入其它的反應試劑，不會發生其它的一些副反應，容易控制其降解的過程和控制降解產物的相對分子質量分布，通過酶法降解殼寡糖的得率比較高、對環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）被人們所發現，它們對殼聚糖均表現出較好的降解效果。

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。較溫和的反應條件以及不需使用大量的試劑，使殼寡糖進行大規模的生產成為了可能，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格比較昂貴，實現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，已經被人們發現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，而且水解產物較為復雜，分離比較不容易，如果要進行工業化生產對酶的需求量會非常大，成本也會隨之增高。

3 物理法

物理法是通過將殼聚糖分子內的化學鍵在輻射過程中發生斷裂而降解，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隨意發生斷裂，從而使得產物的平均分子量分布得太寬，很難得到分子量40000以下的產品，而且被需要的聚合度在6～8的殼寡糖含量不高，從而大量浪費了原料，物理法的應用受到很大的限制。

丁盈紅等學者通過使用微波輻射，以及過氧化氫非均相來降解殼聚糖。并且通過正交試驗法將其反應條件進行優化[4]。對比下發現物理降解法的操作比酶法和化學法簡單，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合起來一起使用，取得的效果一定會更好。

4 糖轉移法

目前對糖轉移法，即化學合成法的研究已經取得了較大的進展。但步驟較為復雜，因為在其合成的過程中遇到了基團保護和基團脫去等過程，通過在酶反應的基礎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】

[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.幾丁質固定化殼聚糖酶的研究[J].食品科學，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.

[責任編輯：王迎迎]