2.4.3.1 专一性酶降解法
专一性酶主要是指甲壳素酶和壳聚糖酶。甲壳素酶广泛分布于细菌、真菌、放线菌等多种微生物及植物组织和动物的消化系统中[24]。甲壳素酶降解甲壳 素的途径为:先由降解酶系统水解甲壳素的糖苷键,如外切酶从甲壳素分子链的非还原端开始,以甲壳二糖为单位,依次酶解;内切酶则随机水解糖苷键;由外切酶水解成的甲壳二糖,被 β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶水解成单糖,有些 β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶也有较弱的外切酶活性,也是从甲壳素的非还原端开始直接水解成单糖。壳聚糖酶主要存在于真菌细胞中,根据作用模型可分为外切型和内切型两种,内切型壳聚糖酶以释放二聚体、三聚体或低聚糖为主,外切型则从壳聚糖的非还原末端产生单糖残基-氨基葡萄糖[25]。 2.4.3.2 非专一性酶降解法
壳聚糖酶虽然对降解壳聚糖具有特异选择性,但目前仍不能大量生产壳聚糖酶,商业中壳聚糖酶的价格昂贵,故有必要探讨一些已大批量生产的工业化用酶对壳聚糖的水解特性。迄今为止,已发现 37 种各类水解酶,如:蛋白酶、脂肪酶、糖苷酶等都对壳聚糖有降解效果。从各类酶的作用效果及酶的来源分析,如此广泛的酶似乎不存在共同的催化基团,其具体的降解机理尚未能得到合理的解释。但它们的降解反应存在几个共同特点:水解最适 pH 值为 3.0 - 5.0;水解初期以内切酶作用为主,溶液粘度迅速下降;N 一乙酰化度对其酶活性有影响,随着脱乙酰化程度的提高,酶的水解活性增强,以水溶性低聚壳聚糖为底物时,酶活性为最高;反应不遵守米氏方程[26],无论是提高酶的质量分数还是底物的质量分数都可以提高反应速度;反应速度快,是生产寡糖的一条较好途径。 2.4.4 联合降解法
单一降解法各具优势,但又存在各自的问题.所谓联合降解就是以上各种降解方法的组合使用,它的出现使低聚壳聚糖的制备进入了一个新的阶段。Wang 等[27]在壳聚糖溶液中加入双氧水,然后用低压水银灯发出的 254nm 紫外光照射溶液 30min,发现紫外光对双氧水降解壳聚糖具有协同作用。Wu 等[28]发现超声波对臭氧降解壳聚糖具有协同作用。可见,随着低聚壳聚糖制备研究的深入,将会出现更多的、更实用的联合降解工艺。 2.4.5 真菌提取法
除了可以用上述各种方法降解壳聚糖制备低聚壳聚糖以外,也可以从真菌体中直接提取低聚壳聚糖。Wang 等[29]以马铃薯片、棉籽皮、豆渣、玉米渣为底物进行固态发酵,然后将含低聚壳聚糖的蓝色犁头霉菌丝段从上述底物中分离,结果表明1-1.5×4-7cm 马铃薯片和棉籽皮上的菌丝段较之其他底物容易分离。而且 , 提取的低聚壳聚糖的产量最高,达到 2.34g/kg 底物。
从真菌提取具有易操作、易控制制备高质量壳聚糖的优点,而且用不同的菌株在不同的环境和营养条件下可以制备不同分子量的低聚壳聚糖,在提取过程中减少了由于使用酸碱所带来的环境污染,是直接制备低聚壳聚糖的一种新的绿色工艺。
2.5 低聚壳聚糖的分离纯化
不同分子量的低聚壳聚糖生理活性差异很大,降解产物一般为混合物,甚至产物聚合度跨度很大,这就需要分离纯化产物,以便得到所需分子量的聚合物。通常分离纯化方法包括调节体系的pH值、过滤(或离心)、真空(或冷冻)干燥、脱色和重结晶等。
离子交换色谱法是应用较广的分离纯化低聚壳聚糖的方法。曾嘉、郑连英[30]采用此方法得到了聚合度为2-9的壳寡糖。高压液相色谱(HPLC)法也是分离和纯化甲壳低聚糖的有效方法,但价格昂贵,分离纯化速度慢。
以上两种方法均要引入其他试剂,对产物的质量造成影响。近年来分离膜成为分离纯化低聚壳聚糖的新型技术方法。韩永萍、林强[31]采用纤维素酶催化降解结合膜法制备低聚壳聚糖,可以获得分子量在5000左右的优质壳聚糖产品。杜昱光、张铭俊等[32]设计了降解反应与膜分离技术相耦合方法,耦合技术的引进实现了反应与分离一体化和过程的连续操作,提高了酶的利用率,有利于工业化生产。
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