超聲技術降解海洋多糖現狀研究

藍尉冰，李游，陳美花，張自然

(1.欽州學院，廣西 欽州 535099；2.廣西北部灣特色海產品資源開發與高值化利用高校重點實驗室，廣西 欽州 535099；3.廣西大學，南寧 530004；4.廣西北部灣海洋生物多樣性養護重點實驗室/北部灣海洋生物資源開發與保護重點實驗室，廣西 欽州 535099)

我國海洋資源豐富，廣西北部灣是我國西北部地區的半封閉海灣，面積大于渤海，含有豐富的海洋資源。隨著多糖成為研究熱點，海洋多糖備受重視。但海洋多糖因其分子量過大導致其功能性質受限制，故降解多糖技術成為熱潮。超聲技術被運用于多糖大分子物質的降解方面，且已成為研究熱點。但對陸生動植物方面的研究較多，如玉米淀粉、香菇多糖、魔芋葡甘聚糖等。超聲技術在海洋多糖降解中處于較新穎的地位，且我國只有少部分沿海城市的研究機構在使用超聲降解技術降解海洋性多糖。因此為充分應用超聲降解技術，我們可以從原理和技術上研究在降解多糖時存在的問題，期望將此技術用于北部灣海洋多糖，擴大被用于調味料生產的小分子糖如蔗糖、葡萄糖、麥芽糖等的來源，解決我國調味品資源緊缺，并帶動北部灣經濟區經濟社會的發展。故本文綜述了海洋性多糖的種類、超聲降解大分子物質的基本原理、超聲降解技術優缺點及超聲降解技術在海洋多糖中的應用，為更好開發海洋資源提供了基礎。

1 海洋性多糖的種類

1.1 海洋動物多糖

魚類、貝類及甲殼類均屬于海洋動物，其機體中的所有組織器官幾乎存在有活性多糖[1]。在組織基質和細胞間質中，活性多糖的含量更高。隨著而定的多糖在機體中的分布并不均一，如硫酸軟骨素[2]、透明質酸等[3]。常見海洋動物多糖有鮑魚多糖、海參多糖、海綿多糖、牡蠣多糖、扇貝多糖等[4]，海洋動物多糖所含的多聚糖及酸性粘多糖不僅用于藥物，也適用于食品及保健品中。

1.2 海洋植物多糖

海洋植物多糖，又稱為海藻多糖，含有各種高分子碳水化合物，常見的海洋植物多糖有螺旋藻多糖、褐藻多糖、紫球藻多糖等。其中應用最為廣泛的活性多糖為卡拉膠[5]，是從紅藻等海草中提取出的混合物。卡拉膠在食品方面用于果凍生產、冰淇淋生產、軟糖生產等，不僅用于食品工業，也應用于化妝品等化工工業。

1.3 海洋微生物多糖

海洋微生物十分豐富，這些多糖大多是微生物細胞外的多糖[6]，可從海泥、海水和海藻中的細菌分離出來，如革蘭式陰性菌細胞膜外的多糖[7]。常見的海洋微生物多糖有假胞單菌多糖、胞外硫酸多糖、糖胺多糖等[8]。目前，國內外在海洋性多糖的研究上，海洋細菌多糖處于待挖掘區域，在海洋微藻多糖和海洋細菌多糖上取得成果較多。隨著不斷的研究，海洋性多糖的藥用價值被不斷發掘出來，如免疫活性等[9]。

2 超聲降解技術

2.1 超聲降解大分子的機理

超聲波是一種振動頻率大于20 kHz以上的，超出人耳聽覺上限的聲波。超聲波具有良好的方向性，極強的穿透能力，集中聲能，在不同介質中傳播的距離不同。超聲降解大分子(多糖)技術機理主要是自由基理論及機械剪切作用。超聲波的機械剪切作用即空化氣泡在振蕩的過程中形成聲流，在聲流的作用下，振動氣泡表面速度梯度升高，粘滯應力也升高，從而大分子主鏈上的碳鏈在剪切作用下斷裂，達到降解高分子的作用。超聲波的自由基理論主要為自由基的氧化還原反應，主要是超聲波作用于液體溶劑，形成空化反應。液相分子在頻率大于16 kHz的超聲波的輻照下，形成空化泡(空穴)，這些空穴絕熱崩潰時會產生高溫高壓，為自由基提供能量，并通過水分子分解反應產生高氧化活性物質，有利于誘發大分子物質降解。超聲波的反應結果因溶劑類型不同、形成的自由基不同而不同[10]。

2.2 超聲降解技術的優點

海洋性多糖屬于大分子物質，降解這類大分子物質可以使用多種降解方法，如物理降解法。超聲降解就是屬于物理降解法中的一種，它可以降低對實驗物質的污染及對外界環境的污染[11]。超聲降解法與其他降解法相比，在能源的利用上大大節省，耗時短，操作步驟簡單，方便操作，降解后的產物副產物少，對實驗結論影響較小等。超聲降解技術還可與其他降解技術相結合，已達到最佳的實驗效果，如利用超聲波對物質進行預處理，再進一步酶降解的木質纖維的工藝研究[12]；利用超聲波降解玉米皮纖維進行優化等[13]。

2.3 超聲降解技術的缺點

超聲降解技術存在很多影響因素，自身的因素有超聲頻率、聲能強度和聲壓振幅，這3個因素都是通過影響空化效率而影響降解。除了自身因素外，超聲降解受物質性質的影響，如：空化氣體、溶液pH、粘滯系數、表面張力系數、溶液溫度和超聲化學反應器類型等。此外，超聲降解技術仍在基礎研究階段，只有部分進行實際應用，在國內外對該技術的熟悉程度遠低于其他降解技術，在這方面只有少數研究所和實驗室在進行試驗和研究，并且在超聲化學反應器的造價成本上，也高于其他降解技術。

3 超聲降解在海洋性多糖的應用

海洋中存在豐富的資源，許多天然活性多糖分布在豐富的海洋資源中。多糖是人體新陳代謝時必不可少的營養元素。近幾年，超聲降解海洋性多糖逐漸成為研究的熱點，如胡尊麗等[14]研究超聲波降解海帶硫酸化多糖的降解工藝，結果表明：超聲波功率為200 W，多糖濃度為1 mg/mL，降解時間為15 min時對海帶硫酸化多糖的降解工藝為最優工藝；劉梅等[15]研究降解紫球藻胞外多糖時，超聲波的影響因素，一多糖粘度的值為參考，獲得最優的條件，結果表明：采用振幅39%、處理時間245 s、脈沖9.5 s超聲波處理，對多糖粘度有顯著降低的效果；美國研究超聲降解肉參巖藻聚糖硫酸酯的降解規律等，結果表明：最佳溫度為7.83 ℃，超聲場強為469 W/cm2或12 ℃，508 W/cm2時，對多糖的降解效果最佳。除此之外，超聲波降解技術在海洋性多糖中的應用還有很多[16]，降解條斑紫菜多糖、硫酸軟骨素等，隨著對海洋的不斷探索，對海洋多糖的探索也在不斷擴大，超聲降解技術也被更多地運用。

4 總結與展望

多糖的降解及其產物在醫學、食品、化妝品等領域的前景十分廣闊。由于海洋生物多樣，海洋多糖呈現多樣性，從各種海洋生物中提取多糖也在不斷地研究。海洋多糖因其分子量過大會導致其功能性質受限制，造成海洋多糖高值化利用還處于低時期。超聲降解技術具有無二次污染、綠色高效、操作簡單等特點，在對海洋性多糖的降解上有巨大的發展前景，國內外科研人員都在不斷摸索超聲降解多糖技術。北部灣作為西南地區的經濟發展區，更應該投入研究海洋資源，從海洋中提取海洋性多糖，期望將超聲技術用于北部灣海洋多糖，擴大被用于調味料生產的小分子糖如蔗糖、葡萄糖、麥芽糖等的來源，解決我國調味品資源緊缺，并帶動北部灣經濟區經濟社會的發展，為更好開發海洋資源提供基礎。

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