概述壳寡糖的制备方法

郑瀚 杨兰花 刘亚丽

【摘 要】壳寡糖具有独特的生理活性和功能性质，在多个领域具有广泛用途，壳寡糖的制备主要是通过对壳聚糖的降解获得的，其主要的制备方法有化学法、酶解法和物理法。而酶降解法通常优于化学降解法，它是在较为温和的反应条件下进行的，相对于其他的两种制备方法，酶降解法以其不需要加入大量的反应试剂，对环境污染小，产率高，反应容易控制及所得的低聚物适中等优点而成为了进行壳聚糖降解的最首选途径。

【关键词】壳寡糖；制备；化学法；酶解法；物理法；降解

壳寡糖，壳聚糖的水解产物，是将壳聚糖作为原料，通过生物技术降解产生的，它的功效有是壳聚糖的数十倍。主要是由于壳寡糖不仅拥有易吸收、水溶性好等许多优点，且还有许多功能，如抗细菌、真菌、保水保湿、抗癌及调节机体免疫能力等，在许多的领域都具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力，如农业、食品、生物医药、化妆品等，所以现今学者研究的热点之一就是制备壳寡糖的方法[1]。壳寡糖在目前的制备方法主要是分为酶解法和酸解法两种，而通过酸解法获得的产品，其得率比较低，降解产物的聚合度比较小，通常是以二聚物或者三聚物为主，而且生产过程中使用的强酸对环境会造成了较大污染，反应条件也较苛刻；而酶解法则以产率较高、易与控制且反应条件比较温和、所得低聚物的聚合度适中及产物的安全性比较好等优点而受到人们的广泛关注。所以当前生产功能性壳寡糖的首选途径是通过用壳聚糖酶来对壳聚糖进行降解[2-3]。同时，通过用壳聚糖酶降解壳聚糖也成为了研究甲壳素工业的最前沿。

制备壳寡糖的方法：

目前，主要是通过对壳聚糖的降解来获得壳寡糖。主要可分为化学法、酶解法和物理法等制备方法。

1 化学法

过氧化氢、过硼酸钠氧化降解法，酸解法等是降解壳聚糖的主要化学方法。

1.1 氧化降解法

氧化降解法是一种目前使用较多的降解壳聚糖的方法。氧化降解法中的过氧化氢氧化法已被用作壳寡糖的生产方法，这种方法在许多的文献中都有出现。

1.2 酸水解法

壳寡糖是通过将壳聚糖在HF、H2SO4、HCl和HNO2等酸性试剂的作用下进行剧烈的降解反应得到的，其中，壳寡糖的工业化生产主要依赖HCl降解法。酸水解法中的反应条件比较苛刻，经常和高温、高压有关，所以整个过程较难控制，并且酸水解法产物的分子量分布比较宽，也很难控制其水解程度，较难对产物进行分离和纯化，产量较低，选择性偏差，而且使用大量的化学试剂会腐蚀设备以及污染环境。

2 酶解法

使用反应条件较为温和的方法——酶法来降解壳聚糖，在其整个降解过程中不加入其它的反应试剂，不会发生其它的一些副反应，容易控制其降解的过程和控制降解产物的相对分子质量分布，通过酶法降解壳寡糖的得率比较高、对环境的影响和污染比较小，所以使用酶法降解是一种比较好的降解方法。酶降解法分为两种：专一性酶降解法和非专一性酶降解法。至今，已经有37种不同的水解酶（例如糖苷酶、蛋白酶、脂肪酶等）被人们所发现，它们对壳聚糖均表现出较好的降解效果。

2.1 专一性酶降解法

专一性底物是壳聚糖的壳聚糖酶被称为专一性水解酶，包括有溶菌酶、壳聚糖酶和甲壳素酶等，通过高选择性地切断壳聚糖中的 β-1，4-糖苷键从而使壳聚糖水解。较温和的反应条件以及不需使用大量的试剂，使壳寡糖进行大规模的生产成为了可能，此种壳寡糖制备方法是比较理想的。

2.2 非专一性酶降解法

目前专一性酶的来源有限，很大部分都是从真菌细胞中获得的，大批量的获取受到限制。而且由于专一性酶的价格比较昂贵，实现商品化有很大的难度，所以寻找非专一性酶来降解壳聚糖就变得非常重要。在目前，已经被人们发现能够用来降解壳聚糖的非专一性酶有脂肪酶、蛋白酶、多糖酶等30多种，而其中效果最好的是一些多糖酶，如半纤维素酶、纤维素酶、果胶酶等。

然而用非专一性酶降解法制备壳寡糖也有有一定的缺陷。在用非专一性的水解酶降解壳聚糖到了一定的程度之后，不论酶量再怎样增加也很难提高其水解程度，造成了水解程度有限，而且水解产物较为复杂，分离比较不容易，如果要进行工业化生产对酶的需求量会非常大，成本也会随之增高。

3 物理法

物理法是通过将壳聚糖分子内的化学键在辐射过程中发生断裂而降解，有微波辐射，电磁波辐射，超声波辐射等降解方法，其中研究比较多的是超声波降解法。但降解机理限制了物理法降解制备壳寡糖，壳聚糖的聚合链在降解过程中会随意发生断裂，从而使得产物的平均分子量分布得太宽，很难得到分子量40000以下的产品，而且被需要的聚合度在6～8的壳寡糖含量不高，从而大量浪费了原料，物理法的应用受到很大的限制。

丁盈红等学者通过使用微波辐射，以及过氧化氢非均相来降解壳聚糖。并且通过正交试验法将其反应条件进行优化[4]。对比下发现物理降解法的操作比酶法和化学法简单，且具有较好地可控性。所以如果将其他的降解方法与这些物理方法结合起来一起使用，取得的效果一定会更好。

4 糖转移法

目前对糖转移法，即化学合成法的研究已经取得了较大的进展。但步骤较为复杂，因为在其合成的过程中遇到了基团保护和基团脱去等过程，通过在酶反应的基础之上利用酶来作用低聚合度的寡糖，使其的糖链得以延长，从而成为具有较高聚合度的寡糖。

【参考文献】

[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，郑连英.几丁质固定化壳聚糖酶的研究[J].食品科学，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，伍锟贤.微波辐射快速制备水溶性壳聚糖[J].中国生化药物杂志，2002，23（3）：132-133.

[责任编辑：王迎迎]