壳聚糖降解方法的研究

来源:用户上传      作者: 修 垒

　　虽然一系列研究表明,壳聚糖本身在分析化学、食品工业、功能材料、医药、农业和轻纺工业等方面有极其广泛的应用价值,但由于壳聚糖相对分子质量大,水溶性差,在酸溶液中的高粘性,其在人体内不易吸收,从而使其应用受到限制。
　　近年来的研究发现,当壳聚糖高分子降解成为相对较小的低分子后,其理化性质以及某些生理功能将会发生变化。甲壳低聚糖是甲壳素和壳聚糖经过化学降解或酶法降解生成的聚合度为2-20的低聚糖,是由氨基葡萄糖或N.乙酰氨基葡萄糖组成的低聚物,是甲壳素和壳聚糖一类重要的衍生物。甲壳低聚糖由于分子链长度较壳聚糖高分子大大降低,分子之间不易形成较强的氢键,水溶性大为改善,其中相对分子质量低于10kDa的甲壳低聚糖可以直接溶于水中,能在人体内被消化吸收,克服了壳聚糖水溶性差的缺点;同时,由壳聚糖高分子降解为较短的甲壳低聚糖分子,导致其溶液粘度也大大降低,这些特点极大地扩展了壳聚糖这一天然资源的应用领域。
　　目前壳低聚糖的生产方法主要是通过壳聚糖降解获得,壳聚糖的降解方法又主要有化学降解法、物理降解法与酶法降解。
　　化学降解法主要有NaNO2降解法、酸降解法、氧化降解法。
　　NaNO2降解法是传统的化学降解法。降解产物分子量可通过改变NaNO2,加入量和应时间来控制。国内常用此法降解壳聚糖并提取产物中的单糖组分。此法的主要缺点是产品分子量分布宽,均一性差,降解中破坏了氨基,而壳聚糖良好的生物相容性是由氨基提供的。另外,生产过程中三废污染严重。
　　酸解法是研究较早的壳聚糖降解方法,早在50年代就有研究报道。壳聚糖在酸性溶液中是不稳定的,会发生长链的部分水解,即糖苷键的断裂,形成许多相对分子质量大小不一的片断,严重水解则变成单糖。酸水解法是制备单糖和一系列相应低聚壳聚糖的主要途径之一。
　　氧化降解法以过氧化氢氧化法为代表,壳聚糖在氧化剂存在下可以进行氧化降解。H2O2是很强的氧化剂,在酸、碱条件下都可以使壳聚糖分子结构中的-(1,4)糖苷键发生氧化断裂。H2O2氧化降解中,较高的反应温度与H2O2浓度有利于降低产物的分子量,但工艺条件较难掌握,反应稳定性与重复性较差。研究表明,在60～70℃ H2O2浓度10～50g/L条件下重复性好,产品质量高。
　　微波、超声波、γ射线等方式处理也可以降解壳聚糖。微波降解壳聚糖可以使甲壳素脱乙酰化反应与壳聚糖中糖苷键断裂同时进行,这样可以减少生产成本,缩短生产周期。用超声波降解壳聚糖,反应温和,可以在低温下进行,且在降解壳聚糖的过程中,不会发生氨基的缔合反应。γ射线辐射是一种制备低分子量壳聚糖的有效方法。但这些方法也有一定的局限,如:微波降解过程中容易发生交联反应;超声波降解虽取得了较好的结果,但要在很稀的溶液状态下进行;γ射线辐射也容易引起一些交联和岐化反应。
　　酶法降解壳聚糖,就是用特定的酶对壳聚糖进行降解,它可以选择性地切断壳聚糖分子中的-1,4糖苷键,从而制得特定的低分子量壳聚糖,克服了化学降解产品分子量分布宽、均一性差的缺点,产品均一性好。与其它降解方法相比,酶降解法不发生副反应,反应条件温和,工艺较易控制,是一种较为理想的降解方法。
　　酶降解法可分为专一性酶降解法和非专一性酶降解法。
　　几丁质酶与壳聚糖酶作为两种新近发现的酶,都能水解壳聚糖,是水解壳聚糖的专一性水解酶。随着壳聚糖酶法水解的深入研究,几丁质酶与壳聚糖酶受到了广泛的关注。
　　非专一性酶中研究得最多的是纤维素酶,除纤维素酶外,木瓜蛋白酶、,菠萝蛋白酶、疏基蛋白酶及酸性胃蛋白酶的水解作用亦相当显著,其反应溶液粘度可下降96%。
　　目前己发现有近37种水解酶,如蛋白酶、脂肪酶、糖苷酶等对壳聚糖都有降解效果。
　　参考文献:[1] 蒋挺大.甲壳素.北京:化学工业出版社,2003,3;[2] 杜予民.甲壳素化学与应用进展.武汉大学学报(自然科学版),2000,46(2):181～186;[3]高福成.食品分离重组工程技术.北京:中国轻工业出版社,1998,7 ;[4] 夏文水.酶法改性壳聚糖的研究进展.无锡轻工大学学报,2001,20(5):550～554;等等。

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