
時(shí)間:2015-08-24 08:39:33
殼聚糖在酸性溶液中是不穩(wěn)定的,會(huì)發(fā)生長(zhǎng)鏈的部分水解,即糖苷鍵的斷裂,形成各種相對(duì)分子質(zhì)量大小不等的片段,嚴(yán)重水解時(shí)則糖苷鍵完全斷裂,成為單糖——氨基葡萄糖。因此,早期的殼寡糖制備多采用酸水解方法,通過選擇酸以及控制酸水解的過程,獲得期望得到的分子量范圍的殼寡糖。
在上個(gè)世紀(jì)五六十年代,鹽酸和硫酸被用于殼聚糖的降解。Baker等早在1958年將殼聚糖溶解于鹽酸溶液中,在100℃條件下反應(yīng),制備低聚殼聚糖。鹽酸降解法工藝操作簡(jiǎn)單,但降解條件較難控制,操作環(huán)境污染嚴(yán)重,降解產(chǎn)品主要為單糖和雙糖,活性較高的寡糖含量較低。鑒于強(qiáng)酸對(duì)殼聚糖的降解過于劇烈,有人提出用醋酸、亞硝酸及磷酸等較弱的酸對(duì)殼聚糖進(jìn)行降解,但是該方法控溫比較麻煩,制備過程中污染也比較嚴(yán)重,且產(chǎn)率也不高。
氧化降解法是近年來國(guó)內(nèi)外研究比較多的殼聚糖降解方法,其中的H2O2氧化降解因成本低、降解速度快、產(chǎn)率高、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而倍受關(guān)注。H2O2降解法得到的產(chǎn)物分子量與反應(yīng)條件密切相關(guān)。升高溫度和提高H2O2濃度既可縮短反應(yīng)時(shí)間,又可以提高收率,但過高的溫度和過高的H2O2濃度使水解反應(yīng)過度,產(chǎn)物中單糖和二糖的比例較大,寡糖收率降低;反應(yīng)體系的pH值因影響殼聚糖的溶解情況,從而影響反應(yīng)速度。隨著研究的深入,人們也發(fā)現(xiàn)了H2O2降解法存在的問題。其一是氨基的損失,溫度升高或反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng),都會(huì)引起氨基含量迅速下降,即殼寡糖的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。其二是降解過程后期的褐變,溶液顏色變深,影響產(chǎn)品品質(zhì)。
此外,人們也嘗試用一些物理方法降解殼聚糖,如利用加熱、加壓、微波、超聲、射線等物理方法。但這些物理方法降解效果差,很難得到聚合度為2個(gè)~10個(gè)單糖的殼寡糖。
生物降解法是利用酶降解殼聚糖制備殼寡糖的方法。該方法自20世紀(jì)80年代出現(xiàn)以來,得到了廣泛重視,國(guó)內(nèi)外研究十分活躍。生物降解法同化學(xué)降解法相比具有明顯的優(yōu)勢(shì):一是反應(yīng)條件溫和,對(duì)設(shè)備要求不苛刻,二是降解過程及降解產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量分布易于控制,殼寡糖得率高,不造成環(huán)境污染;三是結(jié)合一些過程工程的技術(shù),如固定化酶技術(shù)、超濾技術(shù)等,可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的大規(guī)模的殼寡糖連續(xù)生產(chǎn),因此酶降解法制備殼寡糖是最有前途的方法。
酶降解法有專一性酶降解法和非專一性酶降解法。專一性水解酶是利用以殼聚糖為專一性底物的酶,可以高選擇性地切斷殼聚糖的β-(1,4)-糖苷鍵,主要包括甲殼素酶、殼聚糖酶。專一性酶主要來源于細(xì)菌、真菌等微生物細(xì)胞,因來源有限,目前還不能大批量獲取,價(jià)格昂貴,難以商品化,所以尋找用于降解殼聚糖的非專一性酶極為重要。目前已知能降解殼聚糖的非專一性酶有三十多種,包括一些多糖酶、脂肪酶、蛋白酶、溶菌酶等,其中蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纖維素酶對(duì)殼聚糖的降解效果比較顯著。
除了在自然界中繼續(xù)篩選產(chǎn)酶活性較高的微生物菌種外,人們還利用基因工程手段,通過對(duì)產(chǎn)殼聚糖酶菌株的基因分析,運(yùn)用分子方法克隆并高效表達(dá)所選菌株的殼聚糖酶基因,以實(shí)現(xiàn)重組菌的殼聚糖酶高效表達(dá)。但這方面的工作依然處于實(shí)驗(yàn)室階段,沒有產(chǎn)業(yè)化方面的報(bào)道。
不同分子量的殼寡糖,其生理活性差異很大。因此,殼寡糖產(chǎn)品質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo),除了常規(guī)的一些指標(biāo),如水分、灰分、糖含量等外,還必須檢測(cè)產(chǎn)品的分子量。該指標(biāo)包含了兩個(gè)含義:一是產(chǎn)品的平均分子量;二是產(chǎn)品中各聚合度寡糖的分布,即各聚合度寡糖的含量。通過該指標(biāo)的檢測(cè),控制產(chǎn)品中有生理活性的殼寡糖的含量。產(chǎn)品中各聚合度寡糖含量的檢測(cè),常用的方法是高效液相色譜法或質(zhì)譜法。