殼寡糖是殼聚糖經(jīng)酶促反應或化學(xué)降解而得的低聚物，聚合度為2~20，其鏈段分子上連接著(zhù)大量的羥基和氨基等活潑基團，具有分子量低、溶解度高、吸濕保濕性好、吸收能力強和具有較好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，是目前自然界唯一帶正電荷的堿性氨基寡糖，還具有抗炎抑菌、免疫調節、神經(jīng)保護等活性。因此，殼寡糖產(chǎn)品在保健食品、醫療等領(lǐng)域具有較好應用前景。
殼寡糖的理化性質(zhì)
殼寡糖的聚合度小于10，平均相對分子質(zhì)量小于104。殼寡糖能溶于水，部分溶于甲醇和二甲基亞砜，但不溶于丙酮和乙醇。與殼聚糖相比，殼寡糖具有較高的水溶性和較低的黏度。殼寡糖是自然界中唯一的堿性糖，能與許多酸性物質(zhì)吸附結合。殼寡糖分子中含有游離氨基和半縮醛羥基，在高濃度及高溫條件下很容易發(fā)生縮合反應。殼寡糖溶液具有較強的還原性，在有氧化劑存在或暴露在空氣中，會(huì )發(fā)生氧化反應。
1.殼寡糖的制備方法
酸解法：在酸性環(huán)境中，殼聚糖和甲殼素的長(cháng)鏈結構會(huì )發(fā)生部分水解，發(fā)生糖苷鍵的斷裂，形成多種聚合度不同的分子，其中聚合度≤10的即為殼寡糖。常用于降解的酸有鹽酸、亞硝酸和磷酸等。其中，鹽酸降解法已實(shí)現殼寡糖的工業(yè)化。酸解的時(shí)間越長(cháng)、酸濃度越大、溫度越高，殼聚糖降解的速率越快，產(chǎn)物的聚合度越低。酸降解法要求反應條件苛刻，產(chǎn)率低，使用到大量無(wú)機酸而污染環(huán)境。
氧化法：氧化法是利用氧化劑在水溶液中形成的游離自由基去斷裂殼聚糖的糖苷鍵，從而形成聚合度不等的殼寡糖。工業(yè)生產(chǎn)常用氧化劑為雙氧水和次氯酸等，該法反應迅速，產(chǎn)率較高，成本低并對環(huán)境污染較少。當氧化劑的濃度越大、溫度越高，所需降解時(shí)間越短，產(chǎn)率越高；但是，在過(guò)高的氧化劑濃度和反應溫度下，殼聚糖會(huì )發(fā)生水解過(guò)度，寡糖產(chǎn)率下降，并且產(chǎn)物氨基損失較多，所以應合理選擇最適的制備條件。實(shí)際生產(chǎn)中，通常先用氧化劑部分降解殼聚糖后，再用其他方法繼續純化得到殼寡糖。
酶解法：酶解是殼寡糖生物制備的主要方法，分為專(zhuān)一性酶降解法和非專(zhuān)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(zhì)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(zhuān)一性酶。專(zhuān)一性酶降解法是比較有效的降解方法，但價(jià)格較高，在工業(yè)上廣泛使用受到限制。非專(zhuān)一性酶如纖維素酶、蛋白酶、果膠酶、糖苷酶也能用于殼寡糖的制備。酶法制備反應條件溫和，不需要化學(xué)藥品，得到的產(chǎn)品均一性好，產(chǎn)物聚合度適中。
物理法：物理法是通過(guò)輻射過(guò)程中殼寡糖分子內的O-糖苷鍵發(fā)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。物理法操作簡(jiǎn)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。
2.殼寡糖的生物活性
2.1抗炎抑菌
炎癥涉及多種免疫細胞和非免疫細胞，是一種保護身體免受傷害性刺激的生物反應。殼寡糖已被廣泛證明能抑制脂多糖或其他刺激物在各種細胞和動(dòng)物模型中誘導的炎癥反應。角叉菜膠誘導足腫脹模型中，殼寡糖在10~100mg/kg劑量范圍內，顯著(zhù)降低小鼠足腫脹體積，抑制率可達78.13%。殼寡糖對細菌和真菌的生長(cháng)繁殖有較好的抑制作用。用6.0g/L殼寡糖修飾聚氨酯薄膜后，其表面更粗糙，可顯著(zhù)抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的附著(zhù)和增殖。
2.2免疫調節活性
高濃度的殼寡糖能促進(jìn)骨髓細胞的增殖和CD34+細胞誘導巨核細胞的增殖，骨髓能夠分化成多種免疫細胞，增強機體的免疫效應。殼寡糖可以增加胸腺與脾 臟指數，增加巨噬細胞吞噬能力，較好地發(fā)揮非特異性免疫應答，從而減緩環(huán)磷酰胺的免疫抑制作用，以及誘導分泌多種細胞因子，增強T細胞介導的細胞免疫。因此殼寡糖可以作為一種新型免疫調節劑用于保健食品行業(yè)、醫學(xué)等領(lǐng)域中。
2.3神經(jīng)保護活性
在動(dòng)物實(shí)驗水平，連續7d灌胃100mg/kg或200mg/kg殼寡糖后，可明顯改善動(dòng)脈栓塞小鼠的神經(jīng)功能缺陷，減少腦梗死的面積。通過(guò)Morris水迷宮實(shí)驗，發(fā)現給予殼寡糖的大鼠逃避潛伏期縮短，穿越原平臺次數顯著(zhù)增加，表明殼寡糖干預后大鼠的學(xué)習記憶能力增強；殼寡糖干預也顯著(zhù)提高了大鼠血清中GSP-Px、SOD活力，并且蛋白質(zhì)羰基和丙二醛的含量顯著(zhù)降低，從而降低氧化應激對神經(jīng)元脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA的損傷。
2.4抗腫瘤活性
殼寡糖對腫瘤細胞有一定的抑制作用，研究發(fā)現殼寡糖的脫乙酰程度較高且相對分子質(zhì)量較低時(shí)，其抗癌活性較強，殼寡糖能誘導骨髓性白血病HL-60細胞的凋亡。殼寡糖還能促進(jìn)促凋亡蛋白Caspase-3的表達和降低抑制凋亡蛋白Bcl-2的表達，從而抑制肝癌SMMC-7721細胞的增殖和促凋亡。
3.殼寡糖在食品中的應用
殼寡糖有良好的吸濕保濕性，且抗菌效果顯著(zhù)、抗氧化性突出，兼備抑制呼吸作用、提高果蔬防御機制，是性能優(yōu)良的天然食品防腐保鮮劑。由于殼寡糖具有許多獨特生理功能，安全無(wú)毒，中性條件下可溶，可作為功能性食品。目前我國上市的殼寡糖保健品有奧利奇善殼寡糖膠囊等。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(dòng)物，殼寡糖可以促進(jìn)動(dòng)物的生長(cháng)，改善動(dòng)物腸道健康，減少動(dòng)物疾病，進(jìn)一步提高肉源性食品的品質(zhì)。
4.殼寡糖在生物醫藥領(lǐng)域中的應用
殼寡糖在醫藥領(lǐng)域方面的應用很廣泛，如在抑制癌細胞、降低血糖、增強骨骼強度、促生長(cháng)等方面。目前的研究表明，殼寡糖對多種腫瘤細胞，如肝癌細胞Bel-7402、Lewis肺癌細胞、Hela宮頸癌細胞系、人白血病K562細胞株等多種癌細胞都具有抑制效果]。由于殼寡糖具有一定清除自由基的能力，使得殼寡糖具有降低糖尿病患者的血脂和提高機體的抗氧化能力。通過(guò)對成骨細胞中堿性磷酸酶基因表達的研究發(fā)現，殼寡糖具有抑制破骨細胞，增強成骨細胞活性的作用，從而使得其具有促進(jìn)骨折愈合、預防骨密度降低的作用。
殼寡糖是一類(lèi)來(lái)源廣泛、制備工藝成熟的天然聚合物，水溶性好、黏度低，具有良好的生物相容性，在食品、醫藥和農業(yè)等領(lǐng)域中具有廣闊的應用前景。但是，殼寡糖仍是混合物，其分子量和脫乙酰度對其生理活性影響較大，而目前的制備方法無(wú)法保證每批次制備的殼寡糖物理性能完全一致，分離純化和結構表征步驟也較為繁瑣，暫時(shí)沒(méi)有公認的優(yōu)勢明顯的方法及標準。因此，對殼寡糖的構效功能還需繼續深入研究，以期開(kāi)發(fā)出對人體健康有益的產(chǎn)品。
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作者簡(jiǎn)介：沙羅，中藥研發(fā)工作者，現就職于國內某大型藥物研發(fā)公司，致力于中藥新藥的研究開(kāi)發(fā)。
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