殼聚糖的制備及其應(yīng)用進(jìn)展

左一萌 申沖沖 李婉聰 茍志豪

摘 要：殼聚糖是幾丁質(zhì)脫乙?；纬傻囊环N生物高分子材料，本文綜述了殼聚糖的來(lái)源及其在農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用，歸納整理殼聚糖的酸堿水解法、EDTA法、酶解法、生物發(fā)酵法等制備方法，并比較總結(jié)了各種方法制備殼聚糖的優(yōu)缺點(diǎn)，最后討論了目前殼聚糖工業(yè)化過(guò)程的瓶頸問(wèn)題，并做出展望，以期為殼聚糖的進(jìn)一步利用提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：殼聚糖；生物材料；生物發(fā)酵法；展望

幾丁質(zhì)是由N-乙酰氨基葡萄糖聚合而成的一種天然高分子黏性多糖，廣泛存在于蝦殼，蟹殼中及許多節(jié)肢動(dòng)物外殼、低等植物體內(nèi)。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，每年幾丁質(zhì)產(chǎn)量在天然聚合物和含氮有機(jī)化合物中均位列第二，僅海洋生物體內(nèi)的幾丁質(zhì)儲(chǔ)量就高達(dá)0.1億t。殼聚糖是幾丁質(zhì)脫乙?；漠a(chǎn)物，是一種堿性多糖，高黏、具有強(qiáng)吸潮性與良好的生物活性，如消炎、抗氧化等，因此被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)等諸多領(lǐng)域。

殼聚糖的大多來(lái)自于節(jié)肢動(dòng)物、真菌和藻類(lèi)。一些甲殼類(lèi)昆蟲(chóng)體內(nèi)的殼聚糖含量較高，但不易提取，而工業(yè)廢料蝦殼、蟹殼等因易富集、含量高等優(yōu)點(diǎn)成為殼聚糖的制備的首要原材料。

1 殼聚糖的制備方法

1.1酸堿水解法

幾丁質(zhì)脫掉乙?；缶褪菤ぞ厶牵０锋I可被強(qiáng)酸或強(qiáng)堿水解。目前，經(jīng)過(guò)濃酸濃堿脫乙酰法在工業(yè)上占主導(dǎo)地位。在實(shí)驗(yàn)室研究中，孫麗發(fā)現(xiàn)甲殼素在低溫條件下的主反應(yīng)為降解反應(yīng)；濃酸一般選用濃鹽酸，而石國(guó)宗則用硫酸，制備過(guò)程中無(wú)酸霧產(chǎn)生，對(duì)此法有了一定的創(chuàng)新。但此法仍存在諸多缺陷：獲得的殼聚糖不穩(wěn)定，又消耗了大量的酸堿，幾丁質(zhì)碳鏈也易被濃酸破壞，環(huán)境污染嚴(yán)重，且后續(xù)工藝復(fù)雜，增加了成本。

1.2 EDTA法

EDTA絡(luò)合生物體內(nèi)的金屬離子而使其沉降以純化甲殼素。王婷[3]將克氏原螯蝦殼內(nèi)的無(wú)機(jī)鹽用EDTA除去，蛋白質(zhì)用NaOH處理來(lái)制備甲殼素；張士康等[4]以蝦蛄殼為原料，研究了EDTA法提取甲殼素的最佳條件；孟凡欣使用響應(yīng)面分析擬合期望函數(shù)對(duì)此法進(jìn)行了工藝優(yōu)化，提取率增加了1/5。EDTA溶解

鈣鹽但不破壞甲殼素的碳鏈，顯得更為安全，且其可以循環(huán)利用。

1.3 酶解法

幾丁質(zhì)酶來(lái)源廣、制備殼聚糖效果好，因此殼聚糖的酶解法廣受關(guān)注，自1905年幾丁質(zhì)酶被發(fā)現(xiàn)后起，酶解法就成為研究的熱點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)混合酶解法效果更佳，另一方面，付博等用納豆菌水解蝦殼中的蛋白質(zhì)，并探究了不同條件下納豆菌蛋白酶的活性。相較于前兩種方法，酶法反應(yīng)條件更為溫和，且酶的來(lái)源廣泛，生產(chǎn)過(guò)程也可控，但獲得幾丁質(zhì)酶需要大量地投入資金，耗時(shí)長(zhǎng)。

1.4 生物發(fā)酵法

微生物發(fā)酵時(shí)會(huì)分泌蛋白酶和有機(jī)酸，此二者分別分解蛋白質(zhì)和無(wú)機(jī)鹽，從而提純殼聚糖。自從首次用生物發(fā)酵法提取了甲殼素以來(lái)，微生物發(fā)酵法被廣泛關(guān)注。目前研究最多的是細(xì)菌發(fā)酵法，陳亞等以克氏原螯蝦蝦殼為原料，利用乳酸菌發(fā)酵來(lái)提取甲殼素。此外，霉菌也是良好的選擇，肖麗鳳等研究了藍(lán)色犁頭霉的蝦殼發(fā)酵，發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生的幾丁質(zhì)酶水解幾丁質(zhì)得到殼聚糖。生物發(fā)酵法反應(yīng)條件較為溫和，但此法耗時(shí)長(zhǎng)，并且需添加額外的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，目前還停留于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

2 殼聚糖的應(yīng)用

2.1 在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用

殼寡糖有植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)的作用。研究表明在瓜果作物種植時(shí)，低濃度的殼寡糖可以防止果蔬干旱、促進(jìn)植株生長(zhǎng)、延緩植株衰老；殼聚糖可以作為植物的滅菌劑。在西紅柿果實(shí)表面噴灑殼聚糖溶液，能夠抵抗煙草斑紋病毒的感染，以增強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)力。研究表明一定濃度的的殼寡糖對(duì)多種葉病毒都有良好的預(yù)防作用，如蔟葉病毒、花葉病毒等。

2.2 在食品方面的應(yīng)用

殼聚糖與酸性多糖反應(yīng)可生成酸性多糖絡(luò)鹽，可用于組織填充材料，被制成保健型仿生肉；甲殼素的性能優(yōu)于纖維素，還有增稠、乳化等用途，可作為食品添加劑；它有優(yōu)良的抑菌活性，可阻止微生物侵染，保證食品品質(zhì)，可用于食品防腐；它還有良好的抗氧化性能，其抗氧化活性的體現(xiàn)是機(jī)體血液循環(huán)中的氧化應(yīng)激水平的降低。

2.3 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用

殼聚糖對(duì)人體有親和性、成膜性，可促進(jìn)細(xì)胞再生，而被制成人造皮膚；殼聚糖骨架上的正電氨基可吸引紅細(xì)胞表面負(fù)電荷而形成網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)凝血，陳全等[7]證明了溫敏甲殼素水凝膠對(duì)鼠肝臟出血有明顯的止血效果；殼聚糖在進(jìn)入人體后，通過(guò)電荷互作來(lái)增強(qiáng)機(jī)體的免疫能力；殼聚糖還可作為藥物控釋載體，將其衍生物制成微球，可提高醫(yī)用效率，還有較好的抗酸活性，能有效減少藥物的毒副作用。

2.4 在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用

殼聚糖可作為絮凝劑來(lái)處理污水。研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖相較于化學(xué)絮凝劑來(lái)源更廣，對(duì)環(huán)境幾乎無(wú)副作用，且具有一定的殺菌作用[8]；殼聚糖有沉降重金屬的能力，其分子內(nèi)的氨基和羥基能鰲合金屬離子而沉降金屬，因此可用于濕法冶金；殼聚糖還可以用于多種廢棄物的處理，粘質(zhì)沙雷氏菌等已被廣泛用于以蟹殼等幾丁質(zhì)廢棄物的分解，并制備高經(jīng)濟(jì)價(jià)值單細(xì)胞蛋白，有巨大的商業(yè)價(jià)值。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

幾丁質(zhì)在自然界儲(chǔ)備量巨大，有多種生理功能，可增強(qiáng)免疫力、治療三高疾病。殼聚糖具有良好的生物活性，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，其市場(chǎng)需求量也日益增大，前景廣闊。殼聚糖的制備方法中酸堿水解法在工業(yè)生產(chǎn)中仍處于主導(dǎo)地位，此法雖可高效提取甲殼素，但弊端顯著，尤其是環(huán)境問(wèn)題；EDTA法的安全性相對(duì)較高，且EDTA可循環(huán)利用，適合工業(yè)化生產(chǎn)，此法值得改進(jìn)與發(fā)展；酶法作用條件溫和、無(wú)二次污染、操作簡(jiǎn)單，但酶的造價(jià)高昂，限制了其發(fā)展；生物發(fā)酵法對(duì)環(huán)境十分友好，可大量獲得產(chǎn)品，且蛋白成分可回收利用，但其限制因素為資源利用率低、高成本，不適宜長(zhǎng)期大規(guī)模生產(chǎn)。

綜上所述，殼聚糖的制備法的進(jìn)展頗多，然而距離最終工業(yè)化還很遠(yuǎn)，就目前篩選高產(chǎn)菌種、構(gòu)建基因工程菌、優(yōu)化微生物的發(fā)酵條件、探究新的制備方法是殼聚糖工業(yè)化發(fā)展的立足點(diǎn)。

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