生物工程专题

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1、低聚壳聚糖的功能及制备生物工程方安然13849913摘要：本文综述了低聚壳聚糖的性质和功能以及制备方法。关键字：低聚壳聚糖，功能，制备方法甲壳素(Chitin)，又名几丁质、甲壳质、壳多糖等，壳聚糖(Chitosan)是甲壳素脱乙酰化的产物，结构式如图1。甲壳素广泛存在于生物界，如海蟹、海洋贝壳类、软体动物软骨、昆虫外壳以及蘑菇类的细胞膜中，是仅次于纤维素的第二大多糖，素有“人体第六要素”的美誉[1]。由于具有良好的生物相容性和可降解性[2]，因而具有广泛的用途。但由于其分子量大、水溶性差、在人体内不易被吸收而使其应用受到

2、限制[3]。低聚壳聚糖(Chitooligosaccharide)是壳聚糖经降解生成的一类低聚物，是一种可生物降解的聚阳离子高分子材料。低聚壳聚糖也叫做壳寡糖、壳聚寡糖或几丁寡糖，学名叫β-1,4-寡糖-葡萄糖胺[4]，其相对分子量一般在1000-10000之间。低聚壳聚糖的水溶性显著提高，其不仅保留了高分子量壳聚糖原有的功能特性，而且还有许多独特的生理活性和功能性质，具有更有魅力的新用途。1低聚壳聚糖糖具有性质和功能1.1水溶性当壳聚糖降解时，其相对分子质量降低，壳聚糖分子中的氢键作用随之减弱，使壳聚糖分子在溶液中具有更

3、大的扩展趋势，从而引起壳聚糖分子构象发生一定的变化。而链长度和分子构象的变化使得壳聚糖在水溶液中的无序程度增加，从而使其水溶性大为改善。1.2吸湿保湿性夏文水等人相对分子质量在1500和3000之间的低聚壳聚糖进行研究，结果表明这个分子量区间的壳聚糖保湿和吸湿能力均高于透明质酸、甘油和乳酸钠，且抑菌作用极为显著[5]。1.3抗菌抑菌功能有试验证明壳聚糖的抑菌作用是随着壳聚糖相对分子质量的降低而逐渐增强的，尤以相对分子质量为1500左右的低聚壳聚糖的抗菌效果最好[5]。低聚壳聚糖能够吸附在细胞膜表面，改变细胞膜的选择透过性，

4、阻止营养物质向细胞内的运输，最终致使细菌的细胞质流失，细胞质壁分离，从而起到抑菌杀菌作用[13]。低聚壳聚糖尤其对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、小肠结炎耶尔森菌、鼠伤寒沙门菌和李斯特单核增生菌等有较强的抑制作用[7]。在微环境中具有较强抑菌作用和显著的保温吸湿能力等；特别是较高聚合度低聚壳聚糖具有阻碍病原菌生长和繁殖的功能，能促进蛋白质合成；活化植物细胞，从而促进植物快速生长等[8]。1.4凝血性质低聚壳聚糖是含有氨基的碱性多糖，与生物组织的兼容性好，能够促进组织再生，并且能够吸引带负电荷的血小板和红细胞。低聚壳聚糖分子链上-

5、NH：的亲水性使其能够增加纤维蛋白原的吸附数量，从而增加血小板粘附和血栓的形成[9]。这一性质使得低聚壳聚糖已经成为一种安全有效的理想止血剂[10]。1.5抗肿瘤及免疫活性低聚壳聚糖可以激活人体中的淋巴细胞，吸附在血管壁的表面，抑制癌细胞的繁殖、转移以及癌毒素在体内的释放，从而达到抗癌和抑癌作用。在日本低聚壳聚糖已经被广泛用作抗肿瘤保健食品的添加剂[11]。同时低聚壳聚糖能够诱导局部巨噬细胞增生，使其活性增强，提高机体的免疫力[12]。另外低聚壳聚糖还可作为果蔬保鲜剂、保健食品添加剂、抗溃疡，降胆固醇剂，还可以用于食品工业

6、废水和重金属废水的处理等，在环境保护、农业、化妆品等领域也有广阔的应用前景。低聚壳聚糖的许多优越的生物活性和功能性质不断地被发现，应用领域也逐步扩大。2低聚壳聚糖的制备低聚壳聚糖的制备主要从生物体内提取，基本过程是：生物体提取甲壳素、甲壳素脱乙酰得壳聚糖、壳聚糖水解制备出低聚壳聚糖。最近有项发明可以利用丝状真菌将木糖转化为壳聚糖，提高了壳聚糖的产率。2.1甲壳素制备甲壳素主要来源于虾、蟹、昆虫等外壳，其外壳主要由甲壳素、蛋白质和CaC03组成，含有少量的色素、脂类及金属盐类。通常用稀酸(一般4％-6％HCI)除去CaC03

7、，和金属盐类，再用浓碱(一般10％NaOH，100℃)去除蛋白质和色素，即得甲壳素制品，产物乙酰度为90％-95％。通常虾类提取率高于蟹类。Shimahara等[13]研究一种蛋白酶(来自Pseudomonasmaltophilia)可替代浓碱，不水解糖苷键，可在温和条件下去除蛋白质。Aline等[14]研究了从海洋虾类(Parapenaeopsisstylifera)提取甲壳素的优化条件。过量的0.25mo/LHCI(固液比w/v=1/40)常温下处理15min去除CaC03，1mol/LNaOH在70℃条件下处理24h

8、去除蛋白质，产物甲壳素乙酰度达95％。2.2壳聚糖制备甲壳素脱乙酰后可制得壳聚糖。仅一甲壳素用浓碱(40％-50％NaOH，120-1500C)脱乙酰处理可产生壳聚糖，产物乙酰度为5％-30％[15]。反复碱处理可制备高脱乙酰度壳聚糖。Kurita等通过比较研究认为，β-甲壳素比α-甲壳素易脱乙酰，且不