甲殼低聚糖課件

甲殼低聚糖制糖工程王胭

甲殼素

甲殼素（chitin）學(xué)名?-(1-4)-2-乙酰氨基-2-脫氧-D-葡萄糖，是一種天然高分子化合物，屬于碳水化合物中的多糖。除了糖、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素和礦物質(zhì)外，甲殼質(zhì)被譽(yù)為人體所必需的第六生命要素。甲殼素在自然界中儲(chǔ)量非常豐富，年生成量約100億噸，產(chǎn)量?jī)H次于纖維素，也是迄今發(fā)現(xiàn)的唯一天然堿性多糖。殼聚糖（chitosan）學(xué)名?-(1-4)-2-氨基-2-脫氧-D-葡聚糖，是甲殼素經(jīng)脫乙?；幚淼漠a(chǎn)物，又稱(chēng)脫乙酰殼多糖，幾丁聚糖，脫乙酰幾丁質(zhì)，聚氨基葡糖。一般而言，脫乙酰度超過(guò)55%的甲殼素即稱(chēng)為殼聚糖。聚合度（多糖的糖基數(shù)）在20以下的殼聚糖就被稱(chēng)為殼寡糖或低聚糖。甲殼素和殼聚糖是存在于自然界中的唯一一種帶陽(yáng)離子的能生物降解的高分子材料，廣泛存在于蝦殼、蟹殼及真菌中。

甲殼低聚糖結(jié)構(gòu)性質(zhì)功能應(yīng)用制備方法甲殼低聚糖結(jié)構(gòu)示意圖

通常n=0～8,即甲殼低聚糖是指2個(gè)～10個(gè)單糖以糖苷鍵連接而成的糖類(lèi)總稱(chēng)。

甲殼低聚糖是甲殼素和殼聚糖經(jīng)水解生成的一類(lèi)低聚物。由甲殼素制得的低聚糖稱(chēng)為甲殼質(zhì)低聚糖，由殼聚糖制得的低聚糖稱(chēng)為殼低聚糖。甲殼低聚糖具有較高的溶解度，所以很容易被吸收利用。

性質(zhì)水溶性吸濕性和保濕性抗菌抑菌作用免疫活性減肥和降低膽固醇抗?jié)兒涂鼓[瘤水溶性甲殼低聚糖具有較高的溶解度，所以很容易被吸收利用。甲殼素為天然直鏈多聚糖，糖鏈上含有大量-NH2和-NHCOCH3.,故游離-NH2含量增加，晶體結(jié)構(gòu)受到破壞，僅能溶于稀酸溶液。經(jīng)酶降解后,分子鏈長(zhǎng)度減短，分子量下降，水溶液中各分子鏈間運(yùn)動(dòng)更加無(wú)序，有助于提高其水溶性。隨分子量下降，水溶性顯著提高。

抗菌抑菌作用對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌進(jìn)行抑菌試驗(yàn)，結(jié)果認(rèn)為平均分子量低于2200的殼低聚糖很難抑制微生物生長(zhǎng)；分子量大約在5500的殼低聚糖能否抑制微生物繁殖視其濃度而定；當(dāng)分子量達(dá)到9300的殼低聚糖時(shí)，微生物繁殖能力完全被抑制。減肥和降低膽固醇低分子殼聚糖可與脂肪、脂肪酸、膽固醇等脂類(lèi)物質(zhì)結(jié)合成絡(luò)和物，產(chǎn)物具有很強(qiáng)的疏水性，不被胃酸水解，不被消化系統(tǒng)吸收，而隨糞便排出，因而有減肥和降低膽固醇作用。功能和應(yīng)用作為一種性能優(yōu)良的可生物降解的高分子材料，甲殼低聚糖有著廣闊的應(yīng)用前景，尤其是在醫(yī)藥、保健食品和化妝品方面顯示其特異功能。有報(bào)道表明：低聚糖還具有提高巨噬細(xì)胞的功能，促進(jìn)脾臟抗體生成，抑制腫瘤生長(zhǎng)；還可有效降低肝臟和血清中的膽固醇和血脂含量；增強(qiáng)免疫力和抗疾病能力；強(qiáng)化肝臟功能；防止痛風(fēng)和胃潰瘍等。功能和應(yīng)用日化甲殼低聚糖及其衍生物具有良好的水溶性、保濕性、吸濕性、抑菌作用及促毛發(fā)生長(zhǎng)等功能,因而可用于護(hù)理皮膚、毛發(fā)的化妝品生產(chǎn)中。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)用相對(duì)分子質(zhì)量為103～104的甲殼低聚糖作為化妝品材料,效果特好。功能和應(yīng)用食品甲殼二、三糖具有非常爽口的甜味,可作為糖尿病和肥胖病人的可食甜味劑;還能改善食品的結(jié)構(gòu),提高食品的保水性及調(diào)節(jié)食品的水分活性等。甲殼低聚糖可調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道內(nèi)有益菌(如雙歧桿菌)的生長(zhǎng)。此外,甲殼低聚糖對(duì)食品中一些常見(jiàn)的細(xì)菌、霉菌、酵母菌有較強(qiáng)的抗菌作用,可用于食品的保藏與防腐。功能和應(yīng)用醫(yī)藥聚合度為4～7的甲殼低聚糖具有抑制癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的效果;對(duì)細(xì)胞分裂具有調(diào)節(jié)作用。甲殼低聚糖還可有效地降低肝臟和血清中的膽固醇;強(qiáng)化肝臟功能,防治痛風(fēng)和胃潰瘍;抑制一些成人病的發(fā)生及用作診斷試劑等。功能和應(yīng)用農(nóng)業(yè)甲殼低聚糖可作植物功能調(diào)節(jié)劑,調(diào)節(jié)植物抗性基團(tuán)的關(guān)閉與開(kāi)放,激活植物的防御反應(yīng),起動(dòng)抗病基因的表達(dá)。甲殼低聚糖不但可以促進(jìn)植物細(xì)胞的活化,刺激植物生長(zhǎng),還可以增加植物對(duì)病蟲(chóng)害的自我防御能力。因此甲殼低聚糖可作為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑和新型生物農(nóng)藥。制備方法化學(xué)方法：酸降解，氧化降解物理方法：超聲波降解，γ射線照射下的輻射降解，光降解生物方法：酶降解，糖基轉(zhuǎn)移化學(xué)制備法利用化學(xué)反應(yīng)使甲殼素和甲殼胺分子結(jié)構(gòu)中的糖苷鍵發(fā)生斷裂生成低聚糖,常見(jiàn)的有酸降解法和氧化降解法。

甲殼素和甲殼胺都能在濃鹽酸中發(fā)生水解生成相應(yīng)的寡糖,完全水解則均生成氨基葡萄糖鹽酸鹽。HCl降解法是目前工業(yè)化的生產(chǎn)方法,但用這種方法得到的低聚糖鹽的相對(duì)分子質(zhì)量分布比較寬。利用亞硝酸降解甲殼胺可制備相對(duì)分子質(zhì)量為2000～3000、相對(duì)分子質(zhì)量分布相對(duì)狹窄的水溶性低聚糖。利用過(guò)醋酸法制備的低聚水溶性甲殼胺產(chǎn)品具有可以長(zhǎng)期保存的優(yōu)點(diǎn),特別適合于食品及化妝品中低聚糖的生產(chǎn)。除上面幾種酸降解法以外,還有采用濃硫酸、磷酸、氫氟酸、三氧乙酸和甲酸等無(wú)機(jī)或有機(jī)酸來(lái)降解甲殼素、甲殼胺。氧化降解法氧化降解是目前研究得比較多的一種甲殼胺的降解方法,H2O2可在酸性、堿性及中性介質(zhì)中氧化降解甲殼胺,生成低分子甲殼胺和水溶性低聚糖,添加其他化學(xué)物質(zhì)(如NaClO2)也可促進(jìn)H2O2對(duì)甲殼胺的降解反應(yīng)。在這類(lèi)方法中,H2O2濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間及添加物的種類(lèi)、數(shù)量對(duì)產(chǎn)物的性質(zhì)有重要影響。此外,甲殼胺還可用NaBO3、ClO2、Cl2等降解生成低聚水溶性甲殼胺產(chǎn)品。酶降解法酶法降解是用專(zhuān)一性酶或非專(zhuān)一性酶對(duì)甲殼素和甲殼胺進(jìn)行生物降解而得到均相對(duì)分子質(zhì)量較低的甲殼低聚糖和單糖。酶法降解條件溫和,降解過(guò)程及降解產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量分布都易于控制,且不對(duì)環(huán)境造成污染,是最理想的降解方法。甲殼素酶、甲殼胺酶、溶菌酶和N-乙酰葡糖胺酶等能水解甲殼素和甲殼胺分子中的β-(1,4)糖苷鍵,生成一系列甲殼低聚糖和乙酰氨基或氨基葡萄糖。除了這些專(zhuān)一性水解酶外,目前已發(fā)現(xiàn)包括糖酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶、半纖維素酶和里氏木酶等在內(nèi)的30多種水解酶對(duì)甲殼素和甲殼胺有部分或完全非專(zhuān)一性水解作用。

甲殼素/甲殼胺的酶降解過(guò)程

糖基轉(zhuǎn)移法糖基轉(zhuǎn)移反應(yīng)又稱(chēng)酶法合成,是利用低聚合