殼寡糖的制備方法及其在食品中的應用現狀

過去幾十年間，殼聚糖以其在生物醫學、食品、化學工業中的應用受到了人們廣泛的關注。但殼聚糖只在酸性溶液中溶解，限制了它的生物活性的發揮，其降解產物殼寡糖自發現之初，就成為研究者們的研究熱點，更被列為各國的糖工程重點研究項目。殼寡糖是目前發現的自然界中唯一帶正電荷、呈堿性、水溶性的多糖，具有優越的生物活性，可由甲殼素、殼聚糖制備，被譽為第六大生命要素。研究發現，殼寡糖具有良好的抗菌性、抗氧化性，是理想的果蔬保鮮劑;殼寡糖具有提高免疫、抑制癌腫細胞生長、促進礦物質吸收、增殖人體部分有益菌群、預防三高等功效，在日、美、韓等國是暢銷的保健功能食品;殼寡糖作為寡糖還可以作為食品配料添加到食品中用于改善風味等。

1·殼寡糖的制備

1．1物理法物理法是通過輻射過程中殼寡糖分子內的化學鍵發生斷裂而降解，主要有微波、超聲波、電磁波輻射降解法，其中研究較多的是超聲波降解法。超聲波降解法的影響因素主要是超聲波的作用時間。隨著作用時間的增長，殼聚糖降解率逐漸增加且所得殼寡糖的相對分子質量分布變窄，可得到較為均一的殼寡糖。Naeem等發現［1］，在硫酸銨和過氧化氫的存在下，以60Co-γ射線可以控制殼聚糖的降解，并對影響降解過程的因素如照射劑量、引發劑的濃度進行了研究。上海櫟爍生物科技有限公司目前研制出“用微波輻射法生產水溶性殼寡糖技術”，涉及材料可循環使用，無污染，取得了良好的效果。

物理法操作簡單，易于控制，但物理法降解制備殼寡糖受降解機理所限，難以控制得到特定分子量的殼寡糖，導致原料浪費。

1．2化學法

在酸性環境中，殼聚糖和甲殼素的長鏈結構會發生部分水解，發生糖苷鍵的斷裂，形成相對分子質量大小不一的片段，嚴重水解則大部分變成單糖，因此，殼聚糖在HF、H2SO4、HCl和HNO2等酸性試劑的作用下進行劇烈的降解反應可制得殼寡糖，其中，鹽酸降解法已實現殼寡糖的工業化。氧化降解法是近年來研究得最多的方法，包括過氧化氫氧化法、過硼酸鈉氧化法、次氯酸鈉氧化法，其中以過氧化氫氧化法為主，已經用于生產。V�zrum等發現，在稀酸中O-糖苷鍵和N-乙�；�的水解率基本相同，而在濃鹽酸中，O-糖苷鍵的水解率比N-乙�；�快10倍以上［2］。張文清等利用NaClO/H2O2的協同氧化制備殼寡糖，降解過程可得到很好的控制，反應的轉化率、降解產物的氨基含量可以得到保證，為實現殼寡糖產業化提供了較好的方法［3］。Wu等用2%的過氧化氫在65℃、pH為5的條件下對蟬蛻進行水解得到平均聚合度為4．5的殼寡糖［4］。

化學法見效快，不過反應苛刻，成本高，易造成環境污染，且得到的殼寡糖分子量寬，易得到無生物活性的氨基葡萄糖單元，純化后處理繁瑣。

1．3生物法

酶解是殼寡糖生物制備的主要方法，分為專一性酶降解法和非專一性酶降解法。酶解法可以選擇性地切斷殼聚糖分子中的β-1，4糖苷鍵，從而制得特定的低分子量殼聚糖。

幾丁質酶和殼聚糖酶可以使甲殼素和殼聚糖的糖苷鍵斷裂，是制備殼寡糖的專一性酶。幾丁質酶存在于細菌、真菌等微生物及植物組織、動物消化系統中，對甲殼素的β-1，4-氨基葡糖苷鍵起作用，而殼聚糖酶主要存在于細菌、真菌細胞中，對殼聚糖分子中的D-D糖苷鍵起作用，以內切作用方式將殼聚糖分解為聚合度2～8的低聚物，一般不生成單糖，專一性酶降解法是比較有效的降解方法，但價格較高，在工業上廣泛使用受到限制。

隨著研究的深入，人們發現一些非專一性酶如纖維素酶、蛋白酶、果膠酶、糖苷酶能實現殼聚糖的降解，用于殼寡糖的制備。人們發現，木瓜蛋白酶和鏈霉蛋白酶可作為昂貴的不易得的殼聚糖酶降解殼聚糖得到低聚糖、寡糖、糖單體，且鏈霉蛋白酶降解殼聚糖得到低聚糖的產率很高，這是殼聚糖酶達不到的［5－6］。脂肪酶對82．8%和73．2%脫乙酰度的殼寡糖表現出高活性的降解作用，動力學試驗表明，DD82．8%和73．2%時Km值較低，脂肪酶表現出較強的親和力［7］。周孫英等對4種不同類型酶降解殼聚糖的效果作了比較，分別在其最適宜條件下反應，水解速度為胃蛋白酶＞纖維素酶＞脂肪酶＞溶菌酶［8］。

生物法條件溫和，不必加入其他反應試劑，不發生其他副反應，得到的產品均一性好，產物聚合度適中，節能、高效、無污染，缺點是生產周期長，酶的提純難度大，生產成本高。

1．4復合法

復合降解法的出現為殼寡糖的制備打開了一個方向，它把單一降解法的優點進行優化組合，或引入新的分離技術得以實現工業化生產。目前的復合制備方法有分批式反應器、柱式反應器［9－10］、超濾膜反應器、雙反應器系統等。Jeon等發現，在45℃、pH為5．5的情況下，殼寡糖可以由1%的殼聚糖在分批式反應器中酶解制得［11］。TakashiKuroiwaa等制備了一個固定化酶的膜生物反應器，在一定條件下，五聚體和六聚體的殼寡糖以2．3g/L(收率46%)的速率反應一個月［12］。目前，該工藝已實現工業化生產。雙反應器是將柱式反應器和超濾膜反應器結合起來，將柱式反應器內得到的部分水解的殼聚糖產物作為超濾膜反應器的底物，可解決單純超濾膜反應中的膜污染問題［13］。

除上述制備方法外，殼寡糖的制備還可以采用化學合成法�；瘜W合成法制備殼寡糖的優勢在于可以按需要通過精心設計基質從而能夠合成特殊結構的殼寡糖及其衍生物，缺點是基質選擇不易，目前該方法報道較少。

2·殼寡糖在食品中的應用

2．1果蔬保鮮微生物滋生和氧化變質是影響

食品貨架期的主要因素，食品防腐技術在化學防腐劑的作用下已經取得了一定的突破，然而，隨著消費需求的增加，消費者更青睞于不含化學防腐劑的食品，因此，天然防腐劑引起了人們的關注。殼寡糖的二級結構呈網狀(圖1)，可有效地鎖住水分子，且分子中的極性基團可與水分子形成相互作用，影響水的活度和流動阻力，因此殼寡糖有良好的吸濕保濕性，且抗菌效果顯著［14－15］、抗氧化性突出［16］，兼備抑制呼吸作用、提高果蔬防御機制，是性能優良的天然食品防腐保鮮劑。



圖1

鄧麗莉等發現，以1．5%濃度的殼寡糖處理柑橘果實后，柑橘貯藏期的品質可得到有效的保持，發病率降低［17］。姚評佳等合成了一種殼寡糖基聚合物，測試結果顯示，1%、2%的此聚合物溶液對芒果有良好的保鮮作用，貯存17d后，芒果的可滴定酸含量、可溶性固形物、VC、失重率、好果率優于未處理的芒果［18］。陳奕兆等發現，2%殼寡糖涂膜可有效地抑制PPO酶的活性，減緩水蜜桃的褐變，為緩解殼寡糖成膜性的不足，以適當的比例加入PVP可制得效果良好的保鮮膜［19－20］。

2．2功能性食品

由于殼寡糖具有許多獨特生理功能，安全無毒，中性條件下可溶，可作為功能性食品［21－23］。

通常來說，益生元是寡糖，故殼寡糖也能成為益生元用于功能食品中。研究表明，DP2-8的全脫乙�；鶜す烟菍﹄p歧桿菌和乳酸菌的生長有促進作用［24］。將殼寡糖制成微膠囊放入牛奶中可以加入商業健康奶制品中，且加入后不會影響產品的物理和感官特性，然而，如何進一步提高降膽固醇牛奶的物理和感官特性，以及研發其他類似的降膽固醇產品還需進一步探索［25］。多項研究表明［26－28］，殼寡糖在動物試驗中通過誘導細胞凋亡和激發免疫系統活性可抑制腫瘤的生長，并建議將殼寡糖用于抗腫瘤食品中。在動物試驗中，研究者們通過研究小鼠的股骨力和糞便中鈣含量發現，DP3-7的殼寡糖可以增加鈣的吸收、減輕小鼠骨質疏松，殼寡糖還被發現在體外中性環境中可抑制不溶性鈣鹽的形成［29］。殼寡糖可與脂肪酸、甘油三酯形成絡合物，從體內排除、減少人體獲取的熱量，達到瘦身的目的［30］，因此殼寡糖可應用在減肥瘦身、排毒養顏、免疫調節等功能性飲料中。Cho等發現，殼寡糖能激發線粒體的活性降低疲勞感，有望用于抗疲勞食品［31］。趙玉清等對殼寡糖功能食品的安全性做了評價，證明殼寡糖功能食品安全、無毒［32］。目前我國上市的殼寡糖保健品有奧利奇善殼寡糖膠囊等。

2．3食品配料

英美兩國已經全面開展殼寡糖科學研究，在日本寡糖經臨床實踐后，被定位于唯一可以宣傳功效的保健食品并強制性地作為一種食品添加劑。2014年，我國衛計委辦公廳擬批準殼寡糖為新食品原料。

殼寡糖具有明顯的抑菌功效，可以在調味品等食品中作為天然防腐產品替代苯甲酸鈉等化學防腐劑。當原料奶中添加0．24%或0．48%的寡糖混合物在4℃保存12d后，其嗜熱菌和嗜冷菌數至少降低3個數量級，pH的變化很小，原料奶在4℃環境下的保質期至少延長4d［33］。研究發現，殼寡糖和溶菌酶結合起到了協同效應，能更有效地抗革蘭氏陰性菌，將此混合物用于肉類儲存中，能完全消除大腸桿菌，熒光假單胞菌和芽孢桿菌，在冷藏環境中肉末的貨架期能延長15d［34］。殼寡糖加入豆腐中，對豆腐水分含量、產量、色度和濁度等理化性沒有影響，然而，卻讓豆腐有更低的硬度和較小的蛋白質聚集體，除了有一點苦味外，殼寡糖不影響豆腐的其他感官特性［35］。在傳統腌菜腌制中添加殼寡糖，對大腸菌群有更好的抑制作用，感官優于采用傳統腌漬方法得到的酸菜［36］。殼寡糖具有柔和的甜味，可作為食品添加劑改善食品的結構、口感，提高食品的保水性能等。作為飼料喂養動物，殼寡糖可以促進動物的生長，改善動物腸道健康，減少動物疾病，進一步提高肉源性食品的品質。

3·應用前景展望

殼寡糖作為國家重點扶持項目，已經成為研究者研究的熱點，但在目前的國內市場上，真正面世的殼寡糖產品并不多，制約了殼寡糖的大規模應用。2013年1月21日，用微波輻射技術把高分子殼聚糖加工成水溶性低分子的殼寡糖的技術實現突破，該技術工藝先進、工序簡單、環保節能，生產成本和再生產成本低，產品純度高，2014年該項目進入中試階段。隨著殼寡糖制備方法的成熟和作為新的食品配料被提上日程，殼寡糖將在食品中具有更廣闊的應用前景。與此同時，確定不同類別食品適用的殼寡糖的分子范圍、大規模生產適合各類食品應用的特定分子范圍的殼寡糖、確定殼寡糖的作用機制、殼寡糖加入后食品的口感影響及改善問題，制定殼寡糖作為食品添加劑的限量指標，拓展殼寡糖在食品中的應用有待進一步研究

錄入時間：2019/10/30 11:11:47 點擊次數:732