超声技术降解海洋多糖现状研究

蓝尉冰，李游，陈美花，张自然

(1.钦州学院，广西 钦州 535099；2.广西北部湾特色海产品资源开发与高值化利用高校重点实验室，广西 钦州 535099；3.广西大学，南宁 530004；4.广西北部湾海洋生物多样性养护重点实验室/北部湾海洋生物资源开发与保护重点实验室，广西 钦州 535099)

我国海洋资源丰富，广西北部湾是我国西北部地区的半封闭海湾，面积大于渤海，含有丰富的海洋资源。随着多糖成为研究热点，海洋多糖备受重视。但海洋多糖因其分子量过大导致其功能性质受限制，故降解多糖技术成为热潮。超声技术被运用于多糖大分子物质的降解方面，且已成为研究热点。但对陆生动植物方面的研究较多，如玉米淀粉、香菇多糖、魔芋葡甘聚糖等。超声技术在海洋多糖降解中处于较新颖的地位，且我国只有少部分沿海城市的研究机构在使用超声降解技术降解海洋性多糖。因此为充分应用超声降解技术，我们可以从原理和技术上研究在降解多糖时存在的问题，期望将此技术用于北部湾海洋多糖，扩大被用于调味料生产的小分子糖如蔗糖、葡萄糖、麦芽糖等的来源，解决我国调味品资源紧缺，并带动北部湾经济区经济社会的发展。故本文综述了海洋性多糖的种类、超声降解大分子物质的基本原理、超声降解技术优缺点及超声降解技术在海洋多糖中的应用，为更好开发海洋资源提供了基础。

1 海洋性多糖的种类

1.1 海洋动物多糖

鱼类、贝类及甲壳类均属于海洋动物，其机体中的所有组织器官几乎存在有活性多糖[1]。在组织基质和细胞间质中，活性多糖的含量更高。随着而定的多糖在机体中的分布并不均一，如硫酸软骨素[2]、透明质酸等[3]。常见海洋动物多糖有鲍鱼多糖、海参多糖、海绵多糖、牡蛎多糖、扇贝多糖等[4]，海洋动物多糖所含的多聚糖及酸性粘多糖不仅用于药物，也适用于食品及保健品中。

1.2 海洋植物多糖

海洋植物多糖，又称为海藻多糖，含有各种高分子碳水化合物，常见的海洋植物多糖有螺旋藻多糖、褐藻多糖、紫球藻多糖等。其中应用最为广泛的活性多糖为卡拉胶[5]，是从红藻等海草中提取出的混合物。卡拉胶在食品方面用于果冻生产、冰淇淋生产、软糖生产等，不仅用于食品工业，也应用于化妆品等化工工业。

1.3 海洋微生物多糖

海洋微生物十分丰富，这些多糖大多是微生物细胞外的多糖[6]，可从海泥、海水和海藻中的细菌分离出来，如革兰式阴性菌细胞膜外的多糖[7]。常见的海洋微生物多糖有假胞单菌多糖、胞外硫酸多糖、糖胺多糖等[8]。目前，国内外在海洋性多糖的研究上，海洋细菌多糖处于待挖掘区域，在海洋微藻多糖和海洋细菌多糖上取得成果较多。随着不断的研究，海洋性多糖的药用价值被不断发掘出来，如免疫活性等[9]。

2 超声降解技术

2.1 超声降解大分子的机理

超声波是一种振动频率大于20 kHz以上的，超出人耳听觉上限的声波。超声波具有良好的方向性，极强的穿透能力，集中声能，在不同介质中传播的距离不同。超声降解大分子(多糖)技术机理主要是自由基理论及机械剪切作用。超声波的机械剪切作用即空化气泡在振荡的过程中形成声流，在声流的作用下，振动气泡表面速度梯度升高，粘滞应力也升高，从而大分子主链上的碳链在剪切作用下断裂，达到降解高分子的作用。超声波的自由基理论主要为自由基的氧化还原反应，主要是超声波作用于液体溶剂，形成空化反应。液相分子在频率大于16 kHz的超声波的辐照下，形成空化泡(空穴)，这些空穴绝热崩溃时会产生高温高压，为自由基提供能量，并通过水分子分解反应产生高氧化活性物质，有利于诱发大分子物质降解。超声波的反应结果因溶剂类型不同、形成的自由基不同而不同[10]。

2.2 超声降解技术的优点

海洋性多糖属于大分子物质，降解这类大分子物质可以使用多种降解方法，如物理降解法。超声降解就是属于物理降解法中的一种，它可以降低对实验物质的污染及对外界环境的污染[11]。超声降解法与其他降解法相比，在能源的利用上大大节省，耗时短，操作步骤简单，方便操作，降解后的产物副产物少，对实验结论影响较小等。超声降解技术还可与其他降解技术相结合，已达到最佳的实验效果，如利用超声波对物质进行预处理，再进一步酶降解的木质纤维的工艺研究[12]；利用超声波降解玉米皮纤维进行优化等[13]。

2.3 超声降解技术的缺点

超声降解技术存在很多影响因素，自身的因素有超声频率、声能强度和声压振幅，这3个因素都是通过影响空化效率而影响降解。除了自身因素外，超声降解受物质性质的影响，如：空化气体、溶液pH、粘滞系数、表面张力系数、溶液温度和超声化学反应器类型等。此外，超声降解技术仍在基础研究阶段，只有部分进行实际应用，在国内外对该技术的熟悉程度远低于其他降解技术，在这方面只有少数研究所和实验室在进行试验和研究，并且在超声化学反应器的造价成本上，也高于其他降解技术。

3 超声降解在海洋性多糖的应用

海洋中存在丰富的资源，许多天然活性多糖分布在丰富的海洋资源中。多糖是人体新陈代谢时必不可少的营养元素。近几年，超声降解海洋性多糖逐渐成为研究的热点，如胡尊丽等[14]研究超声波降解海带硫酸化多糖的降解工艺，结果表明：超声波功率为200 W，多糖浓度为1 mg/mL，降解时间为15 min时对海带硫酸化多糖的降解工艺为最优工艺；刘梅等[15]研究降解紫球藻胞外多糖时，超声波的影响因素，一多糖粘度的值为参考，获得最优的条件，结果表明：采用振幅39%、处理时间245 s、脉冲9.5 s超声波处理，对多糖粘度有显著降低的效果；美国研究超声降解肉参岩藻聚糖硫酸酯的降解规律等，结果表明：最佳温度为7.83 ℃，超声场强为469 W/cm2或12 ℃，508 W/cm2时，对多糖的降解效果最佳。除此之外，超声波降解技术在海洋性多糖中的应用还有很多[16]，降解条斑紫菜多糖、硫酸软骨素等，随着对海洋的不断探索，对海洋多糖的探索也在不断扩大，超声降解技术也被更多地运用。

4 总结与展望

多糖的降解及其产物在医学、食品、化妆品等领域的前景十分广阔。由于海洋生物多样，海洋多糖呈现多样性，从各种海洋生物中提取多糖也在不断地研究。海洋多糖因其分子量过大会导致其功能性质受限制，造成海洋多糖高值化利用还处于低时期。超声降解技术具有无二次污染、绿色高效、操作简单等特点，在对海洋性多糖的降解上有巨大的发展前景，国内外科研人员都在不断摸索超声降解多糖技术。北部湾作为西南地区的经济发展区，更应该投入研究海洋资源，从海洋中提取海洋性多糖，期望将超声技术用于北部湾海洋多糖，扩大被用于调味料生产的小分子糖如蔗糖、葡萄糖、麦芽糖等的来源，解决我国调味品资源紧缺，并带动北部湾经济区经济社会的发展，为更好开发海洋资源提供基础。

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