殼寡糖的制備及應用的研究進展

摘要：甲殼質是自然界中分布廣泛、產量很高的一種多糖，但是其內外氫鍵之間存在相互作用力，進而組成了有序的大分子結構，導致其在常用的溶劑中的溶解性受到抑制。它的脫乙?；a物為殼聚糖，殼聚糖的水溶性仍然沒有得到很好的改善。而殼寡糖是殼聚糖糖苷鍵經改性斷裂后降解得到的寡糖產品，在改善難溶的物理特性的同時，也使其擁有了多種更高的生物活性，如抗氧化、抑菌、抗炎、抗腫瘤、促進作物生長等功能。文章綜述了制備殼寡糖的幾種方法并且比較了它們的優缺點，討論了它們在食品等領域中的具體應用，最后嘗試對不同相對分子質量、具有不同特性的殼寡糖在各個領域的應用進行了總結。

關鍵詞：殼寡糖；制備方法；應用；相對分子質量；抗氧化

中圖分類號：TS201.1""""" 文獻標志碼：A"""" 文章編號：1000-9973（2024）11-0205-08

Research Progress of Preparation and Application of Chitooligosaccharides

ZHANG Pei-yao1， ZHAO Ning2， XI Jun2， SHAN Yan-qin3，

HE Xu-dong4， YU Hai1*

（1.College of Food Science and Engineering， Yangzhou University， Yangzhou 225100， China;

2.Jiangsu Longlife Group Co.， Ltd.， Nantong 226500， China; 3.Jiangsu Natural

Food Co.， Ltd.， Xinghua 225700， China; 4.Yangzhou Food and Drug

Inspection and Testing Center， Yangzhou 225001， China）

Abstract： Chitin is a kind of polysaccharide widely distributed in nature with high yield， but the interaction between the internal and external hydrogen bonds forms an ordered macromolecular structure， which results in the inhibition of its solubility in common solvents. Its deacetylation product is chitosan， and the water solubility of chitosan has not been well improved. Chitooligosaccharides are oligosaccharide products obtained by the degradation of chitosan after its glycoside bonds are broken by modification， which not only improves the insoluble physical properties， but also enables them to have a variety of higher biological activities， such as antioxidation， anti-bacteria， anti-inflammation， anti-tumor， and promoting crop growth. In this paper， several methods of preparing chitooligosaccharides are reviewed， their advantages and disadvantages are compared， their specific applications in food and other fields are discussed， and finally， the application of chitooligosaccharides with different relative molecular weights and different characteristics in various fields is summarized.

Key words： chitooligosaccharides; preparation method; application; relative molecular weight; antioxidation

收稿日期：2024-05-07

基金項目：江蘇省科技廳重點研發項目（BE2022333）

作者簡介：張沛堯（1999—），男，碩士，研究方向：殼寡糖的制備及抗氧化性能。

*通信作者：于海（1973—），男，教授，博士，研究方向：發酵肉制品及微生物。

1 介紹

甲殼質又稱幾丁質，是世界范圍內聚合物中一種十分重要的天然多糖物質，產量僅次于纖維素[1]，在自然界中，甲殼質廣泛存在于甲殼動物的外殼、真菌的細胞壁、低等菌類、蝦蟹、昆蟲中。它具有化學惰性，乙?；潭瘸^90%，極不易溶于酸和水，這些特性使其水解產物殼聚糖成為用途更加廣泛的重要衍生物[2]。甲殼質經過脫乙酰反應后可以得到殼聚糖，殼聚糖是呈堿性的天然氨基多糖，化學名為β-（1→4）-2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖[3]。殼聚糖是可再生資源，且安全無毒，具有許多生物特性和良好的生物相容性，已經得到廣泛應用。雖然殼聚糖具有大量優異特性，但是其分子中羥基、氨基和未脫去的N-乙酰氨基在分子間及內部形成較多氫鍵，使殼聚糖形成晶相區，溶解于小部分酸性溶液，難溶于水及堿性溶液，使其應用范圍受到了許多限制[4]。

殼寡糖是殼聚糖經過降解得到的低分子聚合物，一般來說，聚合度在2～20之間，平均相對分子質量小于3 200 Da。其鏈段分子上有氨基和羥基等活潑基團，低相對分子質量和活潑基團使殼寡糖具有溶解度高、吸濕保濕性好、易被人體吸收和生物相容性較好等優點[5]。殼寡糖具有不同的化學特性，可用聚合度、脫乙酰度、相對分子質量分布范圍和N-乙酰化模式的區別來進行描述，殼寡糖的生物學特性和理化性質主要受這些因素影響。與殼聚糖相比，殼寡糖具有較高的水溶性和較低的黏度，這些優良的生物特性使其在許多相關領域得到更好的應用。研究結果表明[6]，殼寡糖的水溶性良好，但不溶于乙醇和丙酮，微溶于二甲基亞砜和甲醇，2～4聚合度的殼寡糖可以溶于甲醇。因為殼寡糖的分子間相互作用力水平低，相對分子質量在1 500 Da以下的殼寡糖在較寬的pH范圍內有很好的水溶性。殼寡糖具有抗氧化、增強免疫力、促進人體傷口愈合、抗腫瘤、促進脾臟產生抗體、降血壓、降血脂、增殖人體腸道雙歧桿菌等多種獨特的生理活性[7]。殼寡糖因其優良的生物活性，使得開發和優化殼寡糖的制備工藝以及殼寡糖在各個領域的應用變得尤為重要。

為此，本文綜述了殼寡糖的制備方法、特性及應用三個主要方面，對殼寡糖進行探討，并且嘗試總結殼寡糖的相對分子質量與用途的關系，以期為指導殼寡糖的生產和實際應用提供理論依據。

2 殼寡糖的制備

殼寡糖的制備方法包含化學法、物理法、酶解法，還有數種方法結合使用的綜合法。

2.1 化學法

化學法降解制備殼寡糖主要有酸解和氧化降解兩種方法。

2.1.1 酸解法

酸解法的原理是利用溶液中的氫離子可與殼聚糖分子鏈上的游離氨基相結合的特點，使殼聚糖分子內部與分子間的氫鍵斷裂，進而使分子結構的舒展性增強，導致長鏈部分的糖苷鍵斷裂，產生不同聚合度的分子片段。早在1957年，Barker等[8]用濃鹽酸部分水解殼聚糖，在Dowex-50陽離子交換色譜柱下，制備的產物包含單糖～五糖，單糖占比超過總產物的1/3，占比較大。劉曉等[9]進行殼聚糖降解，研究表明，為使降解速率更快以及得到產物的聚合度更低，酸溶解時間長、酸濃度高、溫度高都是正影響因素。將5.0 g/L的殼聚糖用6.0 mol/L HCl在100 ℃條件下水解3 h，得到33.6%的殼寡糖。在濃鹽酸的水解下，產物中單糖較多，鹽酸的消耗量高，反應條件苛刻，后續的分離純化有一定困難，容易破壞環境，所以酸解法不夠理想。

2.1.2 氧化降解法

氧化降解法和酸解法的原理類似，使殼聚糖的β-1，4糖苷鍵斷裂，得到殼寡糖。過氧化氫、臭氧等都是目前較常用的氧化劑。H2O2相比酸解法具有無副產物生成、產物較易分離純化、更環保衛生的優勢。當單獨使用過氧化氫時，自由基團的形成實際上是低效的。因此，為了提高水解效率，Goncalves等[10]將過氧化氫與其他降解模式結合，如結合紫外線的照射、磷鎢酸的催化等。吳麗華等[11]使用2 g殼聚糖，以期制備聚合度在6以下的殼寡糖。在56 ℃下，用4%的乙酸對殼聚糖進行溶解，然后加入4.5%的H2O2降解6 h，真空濃縮，用乙醇沉淀后真空干燥處理。檢測后發現聚合度在1～6的糖含量較多，隨后得出結論：通過控制單因素的變量，可以有效得到低聚合度的產物。邵健等[12]在中性條件下，將10 g殼聚糖（90%脫乙酰度、40 000 kDa）加入500 mL 6%的雙氧水中進行降解，在60 ℃的水浴條件下對殼聚糖進行攪拌反應6 h。不溶性物質在不斷的攪拌下被過濾出去后，將溶液置于旋轉蒸發儀上減壓濃縮，用乙醇使其沉淀再進行水洗，此過程重復3次，最終制得相對分子質量約為1 000 Da的殼寡糖。氧化降解法在殼聚糖的降解中易產生褐變現象，對產物的顏色以及后續提純均有影響。

雖然化學法操作步驟相對簡單，但降解得到的產物質量（相對分子質量）分布范圍大，目標產物分離純化具有一定難度，需要消耗大量試劑并且后處理比較復雜，后續需要更先進的工藝優化來改善這一現狀。

2.2 物理法

2.2.1 超聲波和微波輔助法

超聲波的機械效應可以使分子之間碰撞的速度加快，其較大的沖擊力能夠使殼聚糖的分子鏈斷裂。同時，超聲波在介質中被吸收利用，有熱能產生，這對殼聚糖的降解有幫助[13]。所以，制備殼寡糖時使用超聲波輔助能提高效率。李大鵬等[14]通過超聲波法降解制備殼寡糖，通過正交試驗確定了降解的最佳條件：在50 ℃下超聲2.5 h，HCl質量分數為2.5%，超聲波頻率為400 kHz，所得殼寡糖最小的相對分子質量為4 370 Da，并且總結了各因素影響程度的大小為超聲時間gt;鹽酸質量分數gt;超聲波頻率gt;反應溫度。

微波輻射可以由分子振蕩引起的機械剪切力來影響化學鍵的斷裂和產熱降解，也能在制備殼寡糖中起到輔助作用。周苗苗[15]用微波輔助離子液體降解殼聚糖，相對分子質量為1 800 kDa的5%殼聚糖在150 ℃下，設置微波功率為700 W，[PrSO3HP]HSO4濃度為15%，最終得到相對分子質量為5 240 Da的殼寡糖。

超聲波法能夠降低能耗，減少污染，但是生產成本較高。微波輔助法節省原料、污染小、耗時短，但是加熱過快，降解產生的單體較多。微波法和超聲波法一樣，應當用作輔助降解[16]。

2.2.2 伽馬射線

殼聚糖在伽馬射線的照射下輻射降解，放射性射線使殼聚糖內部分子間產生電離或激發反應，進而引發分子鏈的斷裂。Hai等 [17]通過增加伽馬射線劑量，將殼聚糖降解成不同相對分子質量的殼寡糖，在劑量增加初期，殼聚糖的相對分子質量顯著降低，直到劑量達到200 kGy及以上時相對分子質量的降低才逐漸減緩，但產物的最低相對分子質量仍然大于10 000 Da。伽馬射線與其他降解方法相比，不需要化學引發劑，并且不會產生影響產品純度的副產物，還有消毒的好處。由伽馬射線照射制備的殼寡糖在生物醫學領域具有廣泛的應用[18]。但是伽馬輻射也會帶來殼聚糖的褐變效應，對產物顏色有影響[19]。

物理法在降解過程中，聚合鏈不受約束地斷裂，所得產物的平均相對分子質量分布范圍較廣，聚合度在6～8范圍內的殼寡糖含量較低。因此，物理法制備殼寡糖受到了很大的限制[20]。

2.3 酶解法

與前文中兩種降解方法相比，酶解法的產率較高，產物的均一性好，對環境的污染小，因此，酶解法成為近些年主流的降解方法，也是研究的趨勢和重點。酶解法包括專一性酶解法、非專一性酶解法和復合酶解法[21]。專一性酶解法常用的酶包括殼聚糖酶和甲殼素酶。非專一性酶解法常用的酶包括蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶、多糖酶等。

趙華等[22]在單因素試驗中選擇響應面法進一步改進制備工藝。用殼聚糖酶水解制備殼寡糖，在53 ℃、pH 5.6、殼聚糖質量分數2.09%、酶解時間157 min的最佳條件下，殼寡糖的產量可以達到35.73 mmol/mL。

相比于從蘇云金桿菌中提取的活性較低的粗制殼聚糖酶，Chen等[23]利用細胞表面展示技術，將粗酶在大腸桿菌表面成功表達，重組體酶保持了基本的酶學特性，且具有較高的穩定性。在最佳反應條件下，反應7 d時殼寡糖產率也可以達到41%。在室溫下，重組體懸液在40 d后也具有較高的穩定性。重組體酶有更高的穩定性，對金屬離子有更好的耐受性，更高的酶活性，以及更低的資金耗費。

季珂等[24]使用自行構建的重組菌體E. coli Rosetta-gami（DE3）/ChiE 發酵產酶，在經過純化濃縮操作后，所得殼聚糖酶的酶活為2 260 U/mL。用10 mL 1%的殼寡糖溶液在加酶量為120 U/g的最佳條件下可以制得聚合度為2～4的殼寡糖，產物相對分子質量較低，為后續實驗做好了良好的準備。

然而，殼聚糖酶的較高成本和嚴格的特異性限制了其應用，所以盡可能尋找低成本的殼聚糖酶是未來使用專一性酶解法的關鍵。

黃曉月等[25]在工藝優化后使用木瓜蛋白酶對殼聚糖進行降解制備殼寡糖，該生產工藝制備的殼寡糖具有更高的生產效率，為（45.07±3.52）%，平均分子質量較低，為1 603 U，且所需時間僅為1 h，產品具有更好的抗氧化活性。木瓜蛋白酶因價格較低、獲取范圍廣泛、穩定性高等優勢，降解效果優于脂肪酶和纖維素酶。

2.4 綜合法

雖然目前已經有物理法、化學法、酶解法3種常規方法制備殼寡糖，但是這3種方法各有利弊，即使經過多次細節上的改進也很難根除其缺點。所以，為了使各個方法的優勢最大化以及盡量減少其缺點所帶來的影響，許多學者采用綜合法嘗試新工藝（如物理法結合酶解法、混合酶解法等），以提高生產效率，實現殼寡糖的規?；a。

汪金秀等[26]為提高殼寡糖的生產效率，采用微波與果膠酶法制備殼寡糖，通過正交試驗探究得到最佳工藝條件為果膠酶用量2 000 U/g、酶解溫度45 ℃、反應體系pH 4.5、微波功率550 W，最終得到的殼寡糖含量為1.755 mg/mL。

將幾丁質脫乙酰酶CDA20和殼聚糖酶CHIS5兩種酶混合，混合酶在55 ℃、50 mmol/L醋酸緩沖液（pH 5.5）中30 min內有效水解殼聚糖為脫乙酰殼寡糖。其中，殼聚糖酶CHIS5優先將殼聚糖水解為聚合度為2～5的乙酰化殼寡糖，再由甲殼素脫乙酰酶CDA20去除乙?；?，生成脫乙酰殼寡糖 [27]。

El-Sayed等[28]在pH 5.0、50 ℃條件下，用99 g甘氨酸鹽酸鹽水溶液或2%的乙酸與1 g殼聚糖片一起加入圓底燒瓶中，加入0.12 g淀粉酶，最終得到相對分子質量為1.15 kDa、聚合度為7、平均脫乙酰度為92%左右的殼寡糖。朱玉霞[29]利用微波輻射、過氧化氫作催化劑，與殼聚糖酶作用制備低相對分子質量的殼寡糖：在460 W下，添加過氧化氫對3 g殼聚糖降黏。在45 ℃、pH 5.8的條件下，用10 U/g的殼聚糖酶酶解300 min，可以得到76%脫乙酰度、2 027數均相對分子質量的殼寡糖。

3 殼寡糖的應用

3.1 抗氧化作用

殼寡糖的二級結構呈網狀，對水分子的流失具有很好的保護作用。殼寡糖具有顯著的保濕性，因為水分子與殼寡糖中的極性基團相互作用，進而影響流動阻力和水的活度。一方面，具有聚陽離子性質的殼寡糖通過細胞表面的靜電堆積來干擾細菌代謝；另一方面，將穿透的殼寡糖吸附到DNA分子上來阻斷DNA中的RNA轉錄，產生良好的抗菌性。殼寡糖能夠有效地清除羥基自由基、DPPH自由基以及超氧自由基，抗氧化性能突出，這些特性使得殼寡糖得以在食品中廣泛應用[30]。

一般情況下，脂肪含量高的食物易產生與脂質氧化相關的異味，在含有多不飽和脂肪酸的食物中更明顯，進而導致食品保質期縮短。為了更好地抑制此類現象，殼寡糖因其具有游離氨基，可以給脂肪酸自由基提供氫離子，從而被用作天然抗氧化劑[31]。Singh等[32]研究了單獨及聯合使用不同濃度的殼寡糖和表沒食子兒茶素沒食子酸酯對黃鰭金槍魚片品質和顏色的影響，實驗結果表明殼寡糖可以抑制高鐵血紅蛋白的形成及脂質的氧化，并且延長魚片的顏色維持，最終延長了其保質期。

近幾百年來，二氧化硫作為抗氧化劑被應用于葡萄酒中，但是隨之帶來的過敏反應、奇怪氣味以及對人體健康的負面影響難以控制[33]。郝振銘等[34]創新性地嘗試以殼寡糖替代二氧化硫作為抗氧和抑菌的功能產品，與已經老化過的葡萄酒相比，含有殼寡糖的葡萄酒對羥基自由基和DPPH自由基的清除率分別增加了4.48%、3.96%，原因可能是殼寡糖能夠提高抗氧化酶的活性、抑制氧化酶的活性，以及自身的抗氧化性共同導致。Ru等[35]用1 000 Da 1%的殼寡糖檢測其抗氧化性對黃瓜冷害作用的抑制效果。實驗結果表明添加殼寡糖后，在貯藏7 d和14 d時，黃瓜中丙二醛含量顯著降低，這是因為殼寡糖可以刺激抗氧化基因（SOD、POD、CAT、APX）和熱休克蛋白（HSP70、HSP45.9）的表達上調，通過穩定膜結構、清除活性氧、與水果中的抗氧化系統協同工作緩解冷害狀況。朱玥[36]探究了殼寡糖對成品酥性餅干和海綿蛋糕品質的影響，發現相對分子質量小于3 000 U的1%殼寡糖可以明顯降低餅干的酸價、過氧化值和硫代巴比妥酸值，因此可以有效地減緩餅干在貯藏期的氧化酸敗，提高了餅干的抗氧化性。

殼寡糖可以清除自由基，保護人體免受有毒活性氧的侵害，減緩許多慢性疾病帶來的危害。殼寡糖及其衍生物通過中斷徑向鏈式反應清除自由基和防止氧化損傷的能力已經得到充分證實。殼寡糖抗氧化或自由基清除特性主要由其相對分子質量和DD（脫乙酰度）決定[37]。Ngo等[38]通過酸水解和超濾膜過濾產生相對分子質量為 1～3 kDa和低于1 kDa的殼寡糖，證明殼寡糖無細胞毒性，且在細胞系統中具有抗氧化作用。然而，較高相對分子質量的殼寡糖在蛋白質氧化和活細胞內自由基的生成方面比低相對分子質量的殼寡糖更有效。它們可以清除自由基以減少DNA和膜蛋白的氧化。此外，它們不僅具有直接的自由基清除作用，而且能刺激細胞內谷胱甘肽含量的升高。殼寡糖具有潛在的自由基清除作用，以劑量依賴性方式防止活細胞中自由基對生物分子的損害。它們可以通過控制自由基對細胞系統的損傷，以用作抗氧化應激的清除劑，并顯示出在其他領域的應用前景。Yang等[39]比較了1 100 Da的殼寡糖Ch1100和500 Da的殼寡糖Ch500的超氧自由基清除活性、對致癌物誘導的活性氧的清除活性和對釋放的過氧化氫的清除活性，結果表明1 100 Da的殼寡糖更有效。Mendis等[40]探究了兩種相對分子質量（小于1 kDa和1～3 kDa）的殼寡糖對小鼠黑色素瘤細胞B16F1的自由基清除效果，結果表明低相對分子質量的殼寡糖對細胞內自由基的產生有明顯的抑制作用。

由上述實驗結果可知，僅僅從相對分子質量的角度無法總結殼寡糖的抗氧化性能。

3.2 抗菌抑菌作用

成熟后的鮮食糯玉米在采摘后的儲藏期間，外界微生物的侵染會使木質素積累，影響產品的品質。龔魁杰等[41]研究了單獨使用ClO2、單獨使用殼寡糖涂膜處理以及兩者共同涂膜處理對貯藏期間鮮食糯玉米的影響，最終得出15 mg/mL 的殼寡糖與200 mg/L的ClO2復合涂膜處理具有良好的抑菌能力。谷新晰等[42]研究脫乙酰度高于90%、平均相對分子質量在1 500 U以下的殼寡糖對泡菜品質的影響，發現殼寡糖不僅能夠有效抑制可產生硝酸鹽還原酶的微小桿菌屬，而且可以同時促進可降解亞硝酸鹽的乳球菌屬的生長能力。殼寡糖對發酵環境中的結構和菌群豐度都具有積極影響，添加0.5%殼寡糖的實驗組在發酵1 d時，菌群豐度最高；泡菜中殼寡糖添加量為1%，發酵15 d后，亞硝酸鹽含量下降了一半左右，氨基酸態氮含量提高了近1/3，總酸含量增加了87%。殼寡糖也被認定是一種益生元物質，能夠提升食品的風味和有效菌屬微生物的生長水平，也能輔助控制發酵過程中微生物的指標，對食品品質具有很好的正面影響。李大鵬等[14]在對殼寡糖抗菌作用的研究中發現，相對分子質量越低的殼寡糖，抗真菌能力越強。而Meng等[43]在使用殼寡糖誘導大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的應激反應實驗中得出結論，對于不同霉菌，殼寡糖的最低抑菌濃度不同，可能與其菌種、脫乙酰度、聚合度、相對分子質量等相關。同時發現殼寡糖對革蘭氏陰性菌大腸桿菌有更好的抑菌性能，可能是革蘭氏陽性菌有較厚的肽聚糖層，可以為細菌的細胞壁提供更高的結構強度。

No等[44]對6種不同相對分子質量的殼寡糖的抗菌作用進行了研究，發現1 kDa的殼寡糖對革蘭氏陰性菌的抑菌活性較高，4 kDa和2 kDa的殼寡糖對革蘭氏陽性菌的抑菌活性較高。Xia等[45]討論了殼寡糖在不同條件下的抗菌活性，與不同學者所得的結果相互矛盾，表明用單一的相對分子質量難以總結殼寡糖抗菌性能的強弱，但其作用在人體的安全性能夠得到很好的保證。殼寡糖的抑菌特性使其在開發食品添加劑和食品防腐劑方面具有很好的潛力。

3.3 促生長作用

殼寡糖無毒，無變異現象，具有很好的安全性，對于動物腸道內微生物代謝活動的調節十分有益，可以選擇性地活化有益菌種并促進其生長。作為有益添加劑，殼寡糖不僅能夠提高生物體的免疫能力，而且能降低血脂和膽固醇含量。因此，殼寡糖在提高水產養殖生物、肉禽類的抗病能力和免疫能力以及促生長方面具有良好的應用前景。Liu等[46]研究了不同相對分子質量的殼寡糖充當飼料添加劑對南美白對蝦生長性能、先天免疫、肝胰腺形態的影響，結果表明1 kDa的殼寡糖相比于3，5，9，12 kDa的殼寡糖對南美白對蝦表現出了更高的濕重、體重增加、比生長率、存活率。

Xu等[47]研究了在蛋雞的日糧中添加不同濃度的殼寡糖對母雞的產蛋量、雞蛋品質、血液生化、抗氧化能力、免疫力的影響。通過對照重復實驗的結果，發現殼寡糖提高了產蛋量和飼料轉化率；另外，發現添加 125 mg/kg 殼寡糖可顯著增加血清白蛋白中的蛋白含量并顯著降低血清膽固醇水平。與喂養日糧的對照組的雞相比，日糧中補充殼寡糖顯著降低了血清甘油三酯水平。此外，殼寡糖能夠顯著提高總抗氧化能力，顯著降低血清丙二醛水平，但對抗氧化酶活性無明顯影響。總體來看，殼寡糖可被視為一種新的母雞生產性能增強劑，可提升母雞的健康狀況和雞蛋的品質，并且根據實驗數據總結出最適的殼寡糖濃度為75 mg/kg。

Thongsong等[48]發現，與飼喂高相對分子質量（65 kDa）殼寡糖的豬相比，飼喂低相對分子質量（8 kDa）殼寡糖的豬的生長性能和一些主要養分消化率有所改善。Meng等[49]研究表明添加低相對分子質量（3 kDa）的殼寡糖提高了尼羅羅非魚的生長性能和飼料利用率，還發現添加低相對分子質量（3 kDa）的殼寡糖顯著提高了尼羅羅非魚的溶菌酶活性。然而，Walsh等[50]研究表明，與較低相對分子質量的殼寡糖相比，添加相對分子質量在5～10 kDa之間的殼寡糖的飼料增加了斷奶仔豬日糧的營養消化率?？傮w來看，不同相對分子質量的殼寡糖在飼料添加劑上的不同應用效果還需要進行具體分析。

3.4 抗腫瘤活性

殼寡糖因無毒且具有高生物相容性，可以抑制腫瘤血管內皮細胞的生長和繁殖，有抗腫瘤活性和抗癌功能。季珂等[24]在探究殼寡糖的抗腫瘤活性時發現，高質量濃度的殼寡糖（1.25～20 mg/mL）明顯抑制了細胞增長，而低質量濃度的殼寡糖（0.078～1.25 mg/mL）呈現負抑制作用。Maeda等[51]在實驗中證明低相對分子質量的殼寡糖可以有效地增加腸上皮內淋巴細胞和脾淋巴細胞中的自然殺傷活性。 Salah等[52]使用人類腫瘤細胞系THP-1評估了幾丁質、殼聚糖和殼寡糖的抗癌活性，測定了相對分子質量和靜電相互作用與活性的關系。結果表明，低相對分子質量的殼寡糖具有最好的抑制 THP-1腫瘤細胞生長的能力，隨著相對分子質量的降低，腫瘤抑制活性顯著增加，且聚合度（DP）為3～12的殼寡糖表現更好。總的來看，低相對分子質量的殼寡糖具有更好的抗腫瘤活性[53]，但抗癌、抗腫瘤活性不僅受到相對分子質量的影響，而且受到脫乙?；潭群途酆隙鹊挠绊?，所以還需要綜合考慮。

殼寡糖還具有提高免疫力、保護神經、促進組織再生、促進傷口愈合等作用。在未來的研究中，它們的機理和應用將會得到進一步探索。

此外，郭平強[54]以1 200 Da的殼寡糖為主要原料，研究出兩種具有增強免疫力和輔助降血脂功能的膠囊產品，從而為殼寡糖保健食品的大規模開發生產提供了一定的參考，也為新產品的研發提供了實驗研究基礎。

3.5 其他

3.5.1 在食品中的應用

殼寡糖具有糖單元之間的糖苷鍵，胺基、乙酰氨基基團以及C3和C6位上的伯羥基和仲羥基，這些位點及官能團可以進行更加深入的化學修飾，這些修飾可能會促進殼寡糖衍生物、復合物及偶聯物的發展[2]。殼寡糖不僅存在上述改性的可能性，而且其優秀的抗氧化活性和抗菌活性使得很多學者在食品領域展開應用。

碳量子點是農產品領域中的新型納米材料，Lu等 [55]通過高溫美拉德反應在材料中組合了2 000 Da的殼寡糖和花生短肽，所得產品不僅保留了碳量子點的納米性和熒光特性，而且成功結合了殼寡糖優異的抗菌特性和花生短肽的抗氧化特性。在后續實驗中，對油青菜心噴灑結合后的納米材料，其產量和抗氧化性得到提升，除此之外，在檢測了菜心的揮發性風味物質后，發現（Z）-3-hexeny-1-ol acetate and butane-4-isothiocyanate的相對豐度較高，材料賦予了菜心辛辣味和草莓香味，很好地提升了油青菜心的品質和貨架期。Wang等 [56]通過靜電作用和氫鍵使殼寡糖修飾明膠，以增強食品級高內向乳液的穩定性。修飾成功后，減少了高內向乳液液滴的聚集并且賦予了乳液良好的流變穩定性，這項研究在后續食品的3D打印方面具有指導作用。

上述研究證明，殼寡糖在食品中的應用不應只考慮其本身的各種優異生理活性，還應當在其可延伸性良好的位點和官能團上做更加寬泛和深入的研究，這將為其在食品領域的更多應用帶來可能性。

3.5.2 在農業中的應用

殼寡糖作為一種植物免疫誘抗劑，可以誘導農作物產生抗病因子。殼寡糖可以用于防控作物病害，如防病毒、細菌、真菌病害等。也可以作用在防蟲、調節作物生長、抗逆、降低農藥殘留等領域[57]。李雨新等[58]總結概括了對殼寡糖結構與化學成分的分析方法，也詳細介紹了其在種植業領域的應用研究進展。殼寡糖因其良好的水溶性和低相對分子質量等優點，能將土壤中的微生物簡單有效地降解為H2O和CO2。整個降解過程中無危害殘留，在種植業領域中還具有促進產率增長、提高生長能力、誘導抗病、提升產品品質、延長貯藏期等作用。聶青玉[59]研究不同濃度的殼寡糖（1%、2%、3%）對采后的西蘭花感官與營養品質的影響，發現采用2%的殼寡糖涂被紙包裝的西蘭花品質最好。殼寡糖以正確的方式和用量進行使用，不僅能減少農藥的使用，而且能降低作物中的農藥殘留，在農業上發揮其綠色可持續的積極作用[60]。Zhang等[61]研究了聚合度為2～8的殼寡糖單體對小麥幼苗生長和光合特性的影響，發現殼七糖使其鮮重、可溶性糖含量提升，總葉綠素含量、細胞間CO2濃度和蒸騰速率均最高。該實驗有利于揭示殼寡糖的促生長機制，拓寬其在農業中的應用。

3.5.3 在化妝品中的應用

化妝品領域中有著一些常見的保濕劑，如透明質酸，而殼寡糖與其有著非常類似的結構與性能。兩者均可以促進分子內氫鍵的形成，賦予產品優異溶解性的同時形成帶有彈性和黏性的流體，可以填充在細胞與膠原纖維空間之中并覆蓋在表皮組織上，產生良好的保濕效果。殼寡糖的制備方法眾多，其原料甲殼素儲備量大且可再生，相較于昂貴的透明質酸有著巨大的優勢。殼寡糖在韓國、日本等國家已被應用于清潔、精華類產品的開發中，在化妝品領域有著占據更大市場的潛力[62]。除此之外，殼寡糖單元結構中的還原性羰基、活性基團—NH2和—OH不僅可以與羥基自由基形成穩定性能良好的大分子物質，而且可以與超氧陰離子自由基反應起到抗氧化作用，可以高效吸收紫外線，其防輻射功效在化妝品領域有著巨大應用前景[63]。

4 討論與展望

在3種常規制備殼寡糖的方法中，化學法因存在降解產物質量分布范圍大、分離純化難度大、消耗試劑量大且后處理較復雜等缺點，在沒有良好的改進措施下不應提倡。物理法具有簡單易操作、條件可控、污染少、易保持純度的優點，但是也存在產物相對分子質量分布范圍大的問題，產率更是差強人意。酶解法相比于前兩種制備方法是一種比較理想且環保的方法，但要實現殼寡糖工業化的大規模生產，受到酶的種類、酶解工藝等因素的影響，成本預算相對較高。在一定程度上限制了其廣泛的應用。因此，前文提到的酶綜合法會成為未來的趨勢，例如先使用化學試劑來降低殼聚糖的黏度，再進行酶促反應以生產特定聚合度的殼寡糖等。尋找更好的酶種類、改進制備工藝、提高產率且節省成本是未來研究的方向。

不同相對分子質量的殼寡糖的生理活性受相對分子質量、聚合度、濃度等因素的綜合影響。殼寡糖因其具有抗氧化、抗腫瘤、抗菌等生物活性，從而在很多領域都已經被廣泛使用。在前文的探索中，相對分子質量在1～3 kDa的殼寡糖相比于分子質量小于1 kDa的殼寡糖有更好的抗氧化作用，而低相對分子質量卻能帶來更好的抗腫瘤活性和抑菌性；中相對分子質量（1～5 kDa）具有更好的抗肥胖、降膽固醇功能。僅靠相對分子質量的不同似乎難以總結其生物活性的高低。所以，綜合考慮其相對分子質量、聚合度、濃度等因素，進而應對各個領域的開發及應用需求是未來的研究重點。

因此，在未來的科研中，在嘗試解決殼寡糖制備上的缺陷方面需要付出更多精力，例如在菌群中提取出更優質的酶制備殼寡糖，在酶解法中結合物理法、化學法達到更高的產率和更低的制備成本。從殼寡糖混合物中分離純化出單一聚合度的單糖，有助于進一步了解其作用機制和生物活性，更深入地了解不同聚合度的殼寡糖的生理活性。殼寡糖上的羥基和氨基具有較高活性，對殼寡糖進行改性，有助于提高其性能和應用范圍，為推動殼寡糖產業的進一步發展做出貢獻。

參考文獻：

[1]RINAUDO M. Chitin and chitosan： properties and applications[J].Progress in Polymer Science，2006，31（7）：603-632.

[2]NAVEED M， PHIL L， SOHAIL M， et al. Chitosan oligosaccharide （COS）： an overview[J].International Journal of Biological Macromolecules，2019，129：827-843.

[3]VONGCHAN P， WUTTIIN Y， SAJOMSANG W， et al. N，N，N-Trimethyl chitosan nanoparticles for the delivery of monoclonal antibodies against hepatocellular carcinoma cells[J].Carbohydrate Polymers，2011，85（1）：215-220.

[4]湯薇，董靜，趙金榮，等.殼聚糖改性及改性殼聚糖應用研究進展[J].濟南大學學報（自然科學版），2023，37（1）：84-93.

[5]DANG Y B， LI S， WANG W X， et al. The effects of chitosan oligosaccharide on the activation of murine spleen CD11c+ dendritic cells via Toll-like receptor 4[J].Carbohydrate Polymers，2011，83（3）：1075-1081.

[6]楊靖亞，鄭雯靜，李詩怡.殼寡糖的制備及生物活性研究進展[J].國際藥學研究雜志，2020，47（7）：502-507.

[7]GUAN Z W， FENG Q. Chitosan and chitooligosaccharide： the promising non-plant-derived prebiotics with multiple biological activities[J].International Journal of Molecular Sciences，2022，23（12）：6761.

[8]BARKER S A， FOSTER A B， STACEY M， et al. 451.Amino-sugars and related compounds.Part Ⅳ.Isolation and properties of oligosaccharides obtained by controlled fragmentation of chitin[J].Journal of the Chemical Society （Resumed），1958：2218-2227.

[9]劉曉，石瑛，白雪芳，等.甲殼低聚糖的酸水解[J].中國水產科學，2003（1）：69-72.

[10]GONCALVES C， FERREIRA N， LOURENCO L. Production of low molecular weight chitosan and chitooligosaccharides （COS）： a review[J].Polymers，2021，13（15）：2466.

[11]吳麗華，周萌，鄭必勝，等.殼聚糖氧化降解制備聚合度6以下的殼寡糖[J].現代食品科技，2017，33（9）：140-146，55.

[12]邵健，楊宇民，姚成.低聚氨基葡萄糖的吸濕、保濕和抑菌性質[J].中國海洋藥物，2000（4）：25-27.

[13]董岸杰，張曉麗，李軍，等.超聲波在殼聚糖降解反應中的作用[J].高分子材料科學與工程，2002（6）：187-189.

[14]李大鵬，王瑩，劉偉，等.超聲波降解法制備低聚殼聚糖工藝及其抗菌作用研究[J].農產品加工（學刊），2013（13）：10-12.

[15]周苗苗.微波輔助降解殼聚糖的研究[D].青島：中國科學院研究生院（海洋研究所），2015.

[16]張金豫.不同原料殼寡糖的制備及抑菌活性研究[D].天津：天津科技大學，2018.

[17]HAI L， DIEP T B， NAGASAWA N， et al. Radiation depolymerization of chitosan to prepare oligomers[J].Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B： Beam Interactions with Materials and Atoms，2003，208（1）：466-470.

[18]TABASSUM N， AHMED S， ALI M A. Chitooligosaccharides and their structural-functional effect on hydrogels： a review[J].Carbohydrate Polymers，2021，261（5）：117882.

[19]CHOI W S， AHN K J， LEE D W， et al. Preparation of chitosan oligomers by irradiation[J].Polymer Degradation and Stability，2002，78（3）：533-538.

[20]李振達.殼寡糖的制備及其在水產養殖上的應用研究[D].舟山：浙江海洋大學，2011.

[21]梁慧培，覃小麗，鐘金鋒.殼寡糖制備和生理活性的研究進展[J].食品工業科技，2016，37（3）：384-388.

[22]趙華，樊龍星，張朝正.響應面法優化組成型殼聚糖酶酶解條件[J].中國釀造，2020，39（1）：165-169.

[23]CHEN Y L， LING Z M， MAMTIMIN T， et al. Chitooligosaccharides production from shrimp chaff in chitosanase cell surface display system[J].Carbohydrate Polymers，2022，277：118894.

[24]季珂，李恒，龔勁松，等.酶法制備殼寡糖及其抗腫瘤活性評價[J].食品與生物技術學報，2021，40（6）：93-99.

[25]黃曉月，畢思遠，區家豪，等.木瓜蛋白酶法制備抗氧化活性殼寡糖的工藝優化[J].生物學雜志，2022，39（1）：104-109.

[26]汪金秀，李丹丹，柏韻，等.微波-酶法制備殼寡糖工藝優化[J].飼料研究，2018（2）：62-64，70.

[27]GUAN F F， HAN Y S， YAN K， et al. Highly efficient production of chitooligosaccharides by enzymes mined directly from the marine metagenome[J].Carbohydrate Polymers，2020，234（2）：115909.

[28]EL-SAYED W N， ALKABLI J， ALOQBI A， et al. Optimization enzymatic degradation of chitosan into amphiphilic chitooligosaccharides for application in mitigating liver steatosis and cholesterol regulation[J].European Polymer Journal，2021，153（7）：110507.

[29]朱玉霞.殼寡糖的制備、分離分析及抑菌活性研究[D].無錫：江南大學，2013.

[30]王魯霞，吳延立，馬文平.殼寡糖的制備方法及其在食品中的應用現狀[J].安徽農業科學，2014，42（32）：11485-11487.

[31]MITTAL A， SINGH A， BUATONG J， et al. Chitooligosaccharide and its derivatives： potential candidates as food additives and bioactive components[J].Foods，2023，12（20）：3854.

[32]SINGH A， BENJAKUL S， ZHOU P， et al. Effect of squid pen chitooligosaccharide and epigallocatechin gallate on discoloration and shelf-life of yellow fin tuna slices during refrigerated storage[J].Food Chemistry，2021，351（10）：129296.

[33]孟紫強，秦國華，張波，等.吸入二氧化硫對小鼠腦細胞DNA的損傷作用[J].中華預防醫學雜志，2002（6）：11-14.

[34]郝振銘，孫珍.殼寡糖對葡萄酒的抗氧化和抑菌作用[J].現代食品科技，2019，35（12）：216-224，60.

[35]RU L， JIANG L， WILLS R B H， et al. Chitosan oligosaccharides induced chilling resistance in cucumber fruit and associated stimulation of antioxidant and HSP gene expression[J].Scientia Horticulturae，2020，264：109187.

[36]朱玥.殼寡糖對餅干和蛋糕品質的影響[D].武漢：武漢輕工大學，2021.

[37]ANIL S. Potential medical applications of chitooligosaccharides[J].Polymers，2022，14（17）：3558.

[38]NGO D N， LEE S H， KIM M M， et al. Production of chitin oligosaccharides with different molecular weights and their antioxidant effect in RAW 264.7 cells[J].Journal of Functional Foods，2009，1（2）：188-198.

[39]YANG Y M， SHU R G， SHAO J， et al. Radical scavenging activity of chitooligosaccharide with different molecular weights[J].European Food Research and Technology，2006，222（1）：36-40.

[40]MENDIS E， KIM M M， RAJAPAKSE N， et al.An in vitro cellular analysis of the radical scavenging efficacy of chitooligosaccharides[J].Life Sciences，2007，80（23）：2118-2127.

[41]龔魁杰，陳利容，祁國棟，等.ClO2殺菌復合殼寡糖涂膜對鮮食糯玉米的保鮮效果[J].食品科學，2018，39（21）：279-284.

[42]谷新晰，王晨笑，于宏偉，等.殼寡糖對泡菜品質、微生物多樣及演替規律的影響[J].中國食品學報，2021，21（10）：125-132.

[43]MENG L Y， MA J Q， LIU C H， et al.The microbial stress responses of Escherichia coli and Staphylococcus aureus induced by chitooligosaccharide[J].Carbohydrate Polymers，2022，287（5）：119325.

[44]NO H K， PARK N Y， LEE S H， et al. Antibacterial activity of chitosans and chitosan oligomers with different molecular weights[J].International Journal of Food Microbiology，2002，74（1-2）：65-72.

[45]XIA W S， LIU P， ZHANG J L， et al. Biological activities of chitosan and chitooligosaccharides[J].Food Hydrocolloids，2011，25（2）：170-179.

[46]LIU Y L， XING R G， LIU S， et al. Effects of chitooligosaccharides supplementation with different dosages， molecular weights and degrees of deacetylation on growth performance， innate immunity and hepatopancreas morphology in Pacific white shrimp （Litopenaeus vannamei）[J].Carbohydrate Polymers，2019，226：115254.

[47]XU Q， AZZAM M M M， ZOU X， et al. Effects of chitooligosaccharide supplementation on laying performance， egg quality， blood biochemistry， antioxidant capacity and immunity of laying hens during the late laying period[J].Italian Journal of Animal Science，2020，19（1）：1180-1187.

[48]THONGSONG B， SUTHONGSA S， PICHYANGKURA R， et al. Effects of chito-oligosaccharide supplementation with low or medium molecular weight and high degree of deacetylation on growth performance， nutrient digestibility and small intestinal morphology in weaned pigs[J].Livestock Science，2018，209：60-66.

[49]MENG X， WANG J T， WAN W J， et al. Influence of low molecular weight chitooligosaccharides on growth performance and non-specific immune response in Nile tilapia Oreochromis niloticus[J].Aquaculture International，2017，25（3）：1265-1277.

[50]WALSH A M， SWEENEY T， BAHAR B， et al. The effect of chitooligosaccharide supplementation on intestinal morphology， selected microbial populations， volatile fatty acid concentrations and immune gene expression in the weaned pig[J].Animal，2012，6（10）：1620-1626.

[51]MAEDA Y， KIMURA Y.Antitumor effects of various low-molecular-weight chitosans are due to increased natural killer activity of intestinal intraepithelial lymphocytes in sarcoma 180-bearing mice[J].The Journal of Nutrition，2004，134（4）：945-950.

[52]SALAH R， MICHAUD P， MATI F， et al. Anticancer activity of chemically prepared shrimp low molecular weight chitin evaluation with the human monocyte leukaemia cell line， THP-1[J].International Journal of Biological Macromolecules，2013，52：333-339.

[53]PARK J K， CHUNG M J， CHOI H A， et al. Effects of the molecular weight and the degree of deacetylation of chitosan oligosaccharides on antitumor activity[J].International Journal of Molecular Sciences，2011，12（1）：266-277.

[54]郭平強.酶法制備殼寡糖及其保健食品的功能研究[D].福州：福建師范大學，2018.

[55]LU B S， CHEN X J， OUYANG X， et al. The roles of novel chitooligosaccharide-peanut oligopeptide carbon dots in improving the flavor quality of Chinese cabbage[J].Food Chemistry：X，2023，20（43）：100963.

[56]WANG H X， HU L D， DU J， et al. Development of rheologically stable high internal phase emulsions by gelatin/chitooligosaccharide mixtures and food application[J].Food Hydrocolloids，2021，121（12）：107050.

[57]郭蔓，趙華，張朝正.殼寡糖的制備及應用研究[J].中國食品添加劑，2022，33（10）：267-271.

[58]李雨新，李尚勇，陳雪紅.殼寡糖的分析方法及其在種植業領域的應用[J].農村經濟與科技，2020，31（8）：78-80.

[59]聶青玉.殼寡糖涂被紙包裝對西蘭花采后保鮮的影響[J].食品科技，2014，39（6）：63-66.

[60]魏夕雅，張麗麗，顧超珩，等.殼寡糖對番茄和韭菜中有機磷類農藥降解的生理調控作用[J].植物生理學報，2020，56（2）：285-293.

[61]ZHANG X Q， LI K C， LIU S， et al. Size effects of chitooligomers on the growth and photosynthetic characteristics of wheat seedlings[J].Carbohydrate Polymers，2016，138：27-33.

[62]王魯霞，馬文平，朱輝，等.殼寡糖的性能及其在化妝品中的應用[J].科技創新與應用，2014（27）：16-17.

[63]耿懂懂.酶解法制備殼寡糖工藝及其抑菌活性的研究[D].上海：上海應用技術大學，2020.