壳寡糖

开发利用具有无污染、无残留、不产生耐药性，同时可提高动物机体抵抗能力，预防动物疾病的绿色环保促生长的新型饲料添加剂已经成为当今畜牧业生产的必然趋势。素有“人体第六生命要素”、“软黄金”之美誉的甲壳素（几丁质，Chitin）广泛存在于海产品和丝状菌类中，特别是节肢动物，如昆虫、甲壳动物等的外壳及低等植物、菌、藻类的细胞壁中，是一种天然的生物高分子，属线性多糖类，是含氨基的均态多糖，结构与纤维素极为相似。甲壳素是一种可再生的能源及工业原材料，它在自然界的产量仅次于纤维素，但由于其不溶于水，在开发应用上受到了很大的限制，而通过降解甲壳素或壳聚糖得到的壳寡糖（其聚合 度在20以下），不但水溶性好且易被吸收，而且以其独特的各种功能性质，在多个领域具有广泛的用途。
壳寡糖，又称寡聚氨基葡糖、甲壳低聚糖、Chitosan、Oligosaccharide、Chito-oligosaccharide、Oligochitosan，由甲壳质（几丁质）脱乙酰化的产物壳聚糖降解获得，是由2～10个氨基葡糖通过β-1-4糖苷键连接而成的低聚糖，也是天然糖中唯一大量存在的碱性氨基多糖，水溶性好，易被动物体吸收。具有抑菌 、 抗肿瘤、调血脂、调节免疫及活化肠道双歧杆菌等多种生理功能，而且应用领域大大拓宽。目前壳寡糖在在废水处理、食品工业、纺织、化工、日用化学品、农业、生物工程、精细化工、 医药、保健食品等方面具有独特的应用价值，在美国、韩国、日本等国家，壳寡糖已被广泛应用于食品领域。另外，壳寡糖是新一 代海洋生物源农药，具有无毒害、不污染环境、兼有药效和肥效双重生物调节功能的特点，可诱导激活植物免疫系统，提高植物抗病毒能力。
哺乳动物产生的内源性消化碳水化合物的酶（主要是唾液淀粉酶、胰淀粉酶）对碳水化合物的消化主要作用于α-1，4糖苷键，而对其它类型的糖苷键不能分解或分解能力较弱。壳寡糖是由N-乙酰-D-葡萄糖胺以β-1，4糖苷键结合而成的多糖，不能被哺乳动物胃酸和消化酶降解。但是人体中应用的壳聚糖如手术缝合线、营养保健品及其它可吸收型医用植入材料等均是通过人体血清中所含的溶菌酶降解后被人体吸收。由于壳寡糖水溶性大于99%，也有研究发现高脱乙酰度的壳寡糖对于打开细胞间连接效果最显著，可通过动物肠道上皮细胞直接被吸收，据报道被人体吸收率可达到99.88%。因此，它比几丁质和壳聚糖具有更优越的生物活性。
有关壳寡糖的概述、消化吸收、应用等是由Chemicalbook的王旭艳编辑整理。（2016-06-17) 1. 化学制备法：包括酸解法、氧化降解法及硼酸钠降解法等。
1）酸解法：酸对壳聚糖的解聚是一种最基本和最简单的方法。它是利用壳聚糖分子中存在众多的游离氨基能够与溶液中氢离子结合的特点，引起壳聚糖分子间与分子内部的氢键断裂，使分子结构舒展，而长链部分易发生糖苷键断裂，形成许多聚合度不等的分子片段。一般采用浓盐酸水解，因其产物单糖较多，而 壳寡糖含量低，消耗大量盐酸，反应条件苛刻，需大量离子交换树脂，工艺烦琐，后处理麻烦，同时这一工艺易给环境带来巨大的压力，故不够理想。而利用醋酸法制备的壳寡糖产品具有可以长期保存的优点，特别适用于食品及化妆品寡糖的生产。此外，还可采用浓硫酸、硝酸、磷酸、氢氟酸、三氧乙酸和甲酸等无机酸和有机酸降解甲壳质。
2）氧化降解法：氧化降解法是近年来国内外研究比较多的壳聚糖降解方法。其中的过氧化氢氧化降解因成本低、降解速度相对较快、产品分子量低且分布窄，无残毒、易实现工业化而倍受关注。其它氧化降解方法有紫外线辐射（UV）/H2O2，NaCl/H2O2等。
3）硼酸钠降解法：此法制备过程简单，所得的壳寡糖不仅溶于水，而且在二甲乙酰胺和二甲亚砜等有机溶剂中有很好的溶解性。
4）化学合成法：化学合成法可以通过精心设计基质合成特殊结构的低聚糖。随着近几年糖化学的兴起，壳寡糖的合成也日益受到研究者的关注。利用几丁质酶制备壳聚糖和壳聚糖的杂环衍生物，而且还具有生物活性。FridmanMicha等运用一锅煮的方法制备了壳寡糖三糖和四糖，产率在51%～80%之间。这种方法的优点就是可以根据自己的需要来设计寡糖。
2. 物理制备法
1）超声波法和微波法：在上世纪80年代末期，我国学者王将甲壳质脱乙酰化后，溶于乙酸溶液中，在60℃条件下用超声波处理，发现壳聚糖粘度明显下降，而降解过程中对氨基的含量没有影响。微波辐射法近年来也引起了人们的研究兴趣，将聚合度为3～150，相对分子量在600～30000之间的壳聚糖加入含有NaCl或KCl或CaC12的电解质稀酸溶液中，以480～800W的微波辐射能量，降解反应3～12min，冷却至室温，再用2M的NaOH液中和得淡黄色絮状沉淀；再在4℃冷藏柜中沉淀30 min，抽滤，所得滤饼再在60℃下烘干，粉碎，即得甲壳低聚糖化合物。此方法能够降低能耗，减少污染，节省时间和原料，具有产业化前景和广泛的市场潜力。
2）γ射线照射下辐射降解：辐射降解是在放射性射线照射下，使壳聚糖分子产生电离或激发的物理效应，进而导致分子链断裂。用放射性钴在大气和真空下照射相对分子量为2.74×105的壳聚糖，得到一系列低聚合度壳聚糖，而且不但没有破坏氨基含量，反而含量增加。
3）光降解法：紫外线、可见光和红外线对壳聚糖的辐照也可以降解壳聚糖，当辐照的波长小于360nm时降解反应较明显。红外光谱表明，光降解过程中壳聚糖分子链上的乙酰氨基葡萄糖单元发生脱乙酰化反应，导致氨基的数量增加，同时使β-（1，4）糖苷键断裂，但是降解过程中生成羰基。
3. 糖基转移法：糖基转移法是建立在酶反应基础上的，利用低聚合度寡糖在酶参与作用下，延长糖链成为高聚合度寡糖。具有糖基转移能力且能合成甲壳低聚糖的酶主要有溶菌酶和精致甲壳质酶。糖基转移反应受温度、pH值、底物浓度和反应时间等因素影响。此方法主要得到六糖和七糖。
4. 复合降解法：单一降解法各具优势，但又存在各种问题。复合降解法的出现使低聚壳聚糖的制备进入了一个新的阶段，它是通过对各种单一降解法优缺点分析后进行优化组合，或引入较新的分离技术以实现工业化生产。鉴于纤维素酶活力较低，降解时间长，降解产物平均分子量大且分布较宽，林强等先采用纤维素酶催化降解壳聚糖，在反应的后期加入少量的H202继续氧化降解，这种复合降解工艺可以获得平均分子量在1500的降解产物。且纤维素酶和H202的用量以及降解时间均低于单一降解法。

食用量	≤0.5克/天
适用食品类别	使用范围不包括婴幼儿食品。
批准日期	2014-04-16
公告号	卫生部2014年第6号
公告标题	关于批准壳寡糖等6种新食品原料的公告
质量要求	性状 淡黄色固体粉末 壳寡糖含量（ 2-10 个聚合度的寡聚氨基葡萄糖） ( g/100g) ≥ 80 ％ 灰分 ( g/100g) ≤ 1 ％ 水分 ( g/100g) ≤ 10 ％ pH 5.0 － 7.0

1. 调节肠道微生态
1）壳寡糖具有抑制消化道内有害菌的作用：酸性条件下，壳寡糖分子中的游离氨基质子化，质子化铵能与细菌带正电的细胞膜作用，干扰细菌细胞膜功能，造成细菌体内细胞质流失，对真菌和微生物的生长有抑制作用。其抗菌活性与菌种和浓度有关，且随浓度加大其抗菌活性增强，高浓度时有杀菌作用。壳寡糖对金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌、枯草芽孢杆菌和白假丝酵母菌均有抑制作用，且其抗菌活性金黄色葡萄球菌＞大肠埃希氏菌＞枯草芽孢杆菌＞白假丝酵母菌。
2）壳寡糖具有促进双歧杆菌生长的功能：甲壳低聚糖是BF的一种重要种类，它能调节动物肠道内微生物的代谢活动，改善肠道微生物区系分布，促进双岐杆菌生长繁殖，从而提高机体免疫力，使肠道内pH下降，抑制肠道有害菌生长，产生B族维生素，分解致癌物质，促进肠蠕动，增进蛋白质吸收。
2. 改善肠道组织形态，提高动物的生产性能：壳寡糖使回肠微绒毛密度增加，同时也有变细、变高的倾向。微绒毛高度增加，密度加大，利于增大小肠的吸收面积，促进营养物质的吸收，提高饲料的利用率。日粮中添加0.1%壳寡糖可促进肉用仔鸡回肠微绒毛的生长发育，8周龄体重比对照组提高18%，料重比降低3.4%，显著提高肉用仔鸡的生产性能。
3. 增强免疫功能：其抗感染作用机制有以下几种解释：①壳寡糖刺激机体，促进腹膜渗出液的细胞（PEC）数量增加，激活巨噬细胞，从而增加活性氧的生成，再通过氧化性杀菌机制产生作用；②壳寡糖对巨噬细胞的直接激活作用增加了巨噬细胞的杀伤活性；③壳寡糖激活T淋巴细胞而显示杀伤活性，且致敏T细胞诱发迟发性超敏反应；④壳寡糖激活T淋巴细胞，从而促使巨噬细胞激活因子（MAF）的释放，进而激活巨噬细胞。在激活过程中，巨噬细胞直接被壳寡糖激活又能提高它对MAF的敏感性，使它进一步激活。因此认为壳寡糖的杀伤活性的产生主要是激活T淋巴细胞与巨噬细胞相互作用加强的结果。
4. 抗肿瘤，增强免疫力：以壳六糖为主的壳寡糖具有良好的抑制肿瘤细胞生长和抑制肿瘤转移的作用。其作用机制有：①壳寡糖能促进巨噬细胞细胞因子IL-1β、TNF-α和IL-18基因的表达，促进巨噬细胞分泌细胞因子IL-1β、TNF-α和IL-18。而这些细胞因子又可以反馈激活巨噬细胞和NK细胞，形成网络状的反馈调节关系，从而极大地增强机体的免疫功能和抗肿瘤能力；②壳寡糖通过调节bel-2、bax的表达而诱使肿瘤细胞凋亡。
5. 促进骨折愈合：壳寡糖可通过某种机制促使成骨细胞的活性增高，使得骨形态发生蛋白（BMP）在骨折修复早期表达增强，同时表达时间提前，从而促进骨折修复。
6. 抗疲劳：甲壳寡糖可显著降低小鼠游泳时La（糖酵解产物）的含量，降低血清中LDH活性，改善小鼠有氧供能和增进糖原贮备，提高抗疲劳能力。
7. 其它功能：低分子量的壳聚糖分子中的聚葡糖胺链带有4价铵离子，能粘合胆汁酸，阻止胆汁酸循环，降低脂肪吸收，增加粪中脂肪的排除量，从而减少体脂的沉积量。小肠内胆汁酸减少，促进肝内胆固醇向胆汁酸转化，从而降低肝脏中胆固醇的含量。其中，壳聚糖分子量在2000以上有降血脂的作用，分子量在5 000时降胆固醇能力很强。此外，甲壳低聚糖还能排除人体内重金属，增加钙和其它矿物质的吸收。 1.生物兽药领域
开发应用壳寡糖是甲壳质行业的至高点，也是当今生物制药技术的一个亮点。壳寡糖在人类医疗保健方面特别是在癌症的治疗已经有了很广泛的应用，生物兽药方面的重要用途之一是利用其抗菌作用，预防或治疗由金黄色葡萄球菌、大肠埃希杆菌、放线杆菌、突变链球菌等细菌引起的动物疾病；其次，利用壳寡糖促进伤口愈合的功能，可用于动物外伤或骨折的辅助治疗；再次，因为其具有降血脂的作用，还可用于宠物肥胖症的治疗；最后，由于羧甲基壳寡糖对铁离子、锌离子和钙离子等均有良好的络合能力，有望制成新的天然补铁剂、补锌剂和补钙剂。
2.饲料添加剂领域
壳寡糖在动物生产领域的深入研究表明，壳寡糖无毒、无热源、无变异，具有特殊的生理活性和功能，如调节动物肠道内微生物代谢活动，有选择地活化、增殖有益菌生长，降低胆固醇及血脂含量，提高免疫能力和瘦肉率等。高聚合度的壳寡糖还具有阻碍病原菌生长繁殖的功能，能促进蛋白质合成、细胞活化，从而提高畜禽生产性能。在仔猪日粮中添加0.02%海洋寡聚糖组比对照组的死亡率、次品率均显著降低(P＜0.05)，14-35日龄哺乳仔猪和35-70日龄仔猪体重分别提高18%和14.2%，显著高于对照组(P＜0.05)。表明了海洋寡聚糖作为猪饲料添加剂具有良好的促生长效果。2004年，壳寡糖作为新型饲料添加剂获得了农业部的批准。
3.畜产品加工领域
以壳聚糖、壳寡糖为主要成分，复配以其它具有防腐、抗氧化作用的天然物质，制备而成的天然生物防腐剂，应用于食品中具有防腐、增稠、抗氧化等综合作用，可有效延长产品保质期，减少化学防腐剂对人体的危害作用，是安全、高效、新型的天然食品添加剂。目前，壳聚糖和壳寡糖作为食用添加剂如功能性甜味剂、防腐剂已经得到了广泛的应用。此外，甲壳素和壳聚糖及其衍生物具有无毒、无味、可降解等特点在食品加工中还可用做填充剂、增稠剂、脱色剂、稳定剂和保鲜包装膜。
4.精细化工领域
壳寡糖具有优良的保湿增湿性能，同时可抑制皮肤表面细菌，活化表皮细胞， 增强皮肤弹性，与传统的保湿增湿剂相比，保湿效果较佳，从而应用于美容、化妆、护肤、抗衰老等精细化工领域。 日、韩等国利用壳寡糖的特殊功能已研制出多种日化产品，如“Essence”、“Cleansing Cream”等。壳寡糖的绿色天然的特性符合世界日化产品的发展趋势，含天然活性物质的化妆品顺应回归自然、科 学美容的消费趋势，具有很大的发展潜力。
5.医药领域
壳寡糖在医药方面的重要用途之一是利用其抑制肿瘤作用来制备抗癌制 剂。壳寡糖特别是低聚6～8 糖，可通过活化人体中的淋巴细胞，抑制癌细胞的繁殖和扩散来达到抗癌作用。壳寡糖在人肠内形成的小分子基团容易被肠所吸收，从而抑制癌毒素在体内的释放。同时壳寡糖作为一种良好的聚电解质，能被 吸附在血管壁细胞的表面，从而可抑制癌细胞的转移。壳寡糖作为一个具有一定 前瞻性的医药新产品，国内外市场前景广阔。
6.保健食品领域
壳寡糖作为自然界中唯一的碱性多糖，生物活性高，无毒、无副作用，可被人体快速吸收。以壳寡糖为主要原料生产的保健食品能够提高机体的免疫力，活 化细胞，促进肠道双歧杆菌等有益菌的增生，并抑制有毒菌的生成。目前壳寡糖的主要消费地在日、韩、美、法、俄等国家。我国现在已有“海赋健”、“鲟之宝” 等年需求壳寡糖 240 吨的保健食品生产厂家。