综述 从真菌中提取壳聚糖

漳州师范学院毕业论文（设计）文献综述

题目：从真菌中提取壳聚糖

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2010年12月20日

从真菌中提取壳聚糖及纯化

前言

地球上存在的天然有机化合物中甲壳素在数量上仅次于纤维素, 是地球上第二大可再生资源。壳聚糖（Ｃｈｉｔｏｓａｎ，ＣＳ）是甲壳素的脱乙酰化产物，自然界唯一大量存在的碱性多糖，由于具有生物相容性、可生物降解性、无毒副性及天然广谱抗菌力等，因此广泛应用于农业、医药、食品以及纺织等领域。工业生产中，壳聚糖主要是以虾、蟹壳为原料，但提取的壳聚糖具有脱乙酰度不稳定等缺陷。目前研究者发现在子囊菌纲、担子菌纲和半知菌纲等真菌细胞壁中壳聚糖的含量也是十分可观的，并且已经成功提取到质量较高的产品。关于食用菌壳聚糖的提取研究大部分是以菌丝体为材料进行的，食用菌子实体壳聚糖的提取还少见报道。壳聚糖作为真菌的结构物质在不同的生长阶段其结构与性质可能不同，有研究报道，糙皮侧耳子实体壳聚糖的杀菌率比糙皮侧耳菌丝壳聚糖的杀菌率高。因此，现以常见的食用菌子实体为材料提取壳聚糖并进行定量测定与比较，为食用菌子实体壳聚糖的提取提供一定的理论基础。壳聚糖又名脱乙酞甲壳素、,可溶性甲壳素和甲壳胺等。壳聚糖是由大部分Ｄ-氨基葡萄糖和少量的Ｎ-乙酰-Ｄ-氨基葡萄糖组成，以β-(1，4)糖苷键连接起来的直链多糖，其结构类似于纤维素。壳聚糖因子其独特的分子结构，是天然多糖中唯一大量存在的碱性氨基多糖，因而具有一系列特殊功能性质。壳聚糖有α、β、γ三种构象，其分子链是以螺旋形式存在，其中研究α-型的较多，因为这种构象的壳聚糖存在最多也最易制得。β-型则关注的相对较少，然而这种构象的特征是具有很弱的分子间作用力，并且被证实了在不同的调节反应中会显示出比α-型更高的反应活性和对溶剂有更高的亲和力。低分子量的壳聚糖及其衍生物在水溶液中的构象变化现象对其生理活性及功能性质有极其重要的影响。壳聚糖分子量与水溶液性质的研究、壳聚糖衍生物的液晶行为的研究均受到了国内外的关注。

1 从真菌中提取壳聚糖的方法

1.1 超声波法

通常的甲壳素/ 壳聚糖是以微纤维的形式存在的, 而微纤维又主要由微晶粒和非晶区两部分组成原料预先用球磨机粉碎成40目粉末,将粉末原料加入到l0%NaOH溶液和异丙醇的混合溶液中,于8 0°C下搅拌回流4一5h , 然后过滤, 用蒸馏水洗至中性得到甲壳素/壳聚糖溶胀, 将这一溶胀体与40%混合酸(浓硫酸与浓盐酸体积比为2：l) 溶液混合, 在110°C下搅拌回流2h,接着在超声波清洗器(50H z, l00 w )中用超声波处理2h , 再重复以上回流反应和超声波处理3次,最后得一悬浊液。

在这一制备过程中,以异丙醇为分散剂,甲壳素/壳聚糖经碱处理后,形成溶胀体。其晶体结构疏松,使溶剂易于渗入,而后加入的酸使部分聚合物链断键,逐步降解甲壳素/壳聚糖,从而得到纳米尺寸的甲壳素/壳聚糖微粒。

用超声波降解壳聚糖,反应温和,可以在低温下进行, 且在降解过程中不会发生NH

基被缔合的反应。

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1.2 化学法

甲壳素是酰胺类多糖，壳聚糖制备过程是酰胺在强酸或强碱条件下的水解过程。对于低相对分子质量的酰胺，水解比较完全；但对于多糖来说，强酸更容易水解糖苷键，而强碱导致糖苷键的断裂不如强酸严重。所以一般采用强碱脱乙酰基制备壳聚糖，如 Hackman法、Whistler 和 Broussingnac法等。通过用的NaOH 加热脱蛋白质，水洗中性，用高锰酸钾脱色漂白，水洗，干燥，粉碎甲壳质成品，用45%NaOH加热处理，水洗中性，干燥，粉碎，壳聚糖成品。

化学法中，提高碱液浓度、反应温度和反应时间均可提高脱乙酰度，但同时伴随着主链的降解，从而影响壳聚糖的黏度和相对分子质量M r。所以，严伯奋等提出采用微波加热代替普通加热脱乙酰可大大缩短反应时间。Mima和Bough等采用氮气保护和间歇法进行脱乙酰化反应可明显提高壳聚糖的脱乙酰度，抑制主链分子的降解。周安娜等采用“一步法”制备壳聚糖，减少了工艺流程，缩短了生产周期。

1.3 酶法

酶法生产壳聚糖用能生产甲壳质酥的微生物进行酶解, 即在含胶状体甲壳质的液体培养基中培养出从海水分离出来的鳝弧菌E一38 3 , 可以获得较高收率和选择性的N- 乙酞基壳二糖。用芽抱杆菌属S P. 7一M 株得到的壳聚糖降解酶, 可以获得由二糖到五糖的壳低聚糖。用芽抱杆菌属R- 4 生产的脱乙酞基壳聚糖酶能高效率获得的是四糖的低聚糖。目前己能用许多的壳聚糖酶生产壳聚糖, 可以制备由二至六的壳低聚糖。在长时间反应后, 生成的二糖、三糖的比率增加，又可以利用脱乙酞基壳聚糖酶容易地制备壳聚糖, 但生产高聚合度的壳聚糖较难。

利用单纯的酶生产低壳聚糖可以利用糖转移反应的低聚糖合成法来调节聚合度, 在经精心设计基质后可以合成具有特殊结构的甲壳质低聚糖的衍生物。

对于低豁度的壳聚糖溶液, 一些聚糖酶, 如纤维素酶、果胶酶、半纤维素酶、淀粉酶、葡聚糖酶等对壳聚糖有显著的降解作用。对于高勃度的壳聚糖溶液, 仍以壳聚糖酶的降解效率最高, 单宁酶也显示了较强的降解能力。各种酶均有各自适宜的降解温度和pH 值。

甲壳素和壳聚糖主链上(1, 4) 糖昔键水解断裂,生成低相对分子质量的, 能够直接溶于水的水溶性壳聚糖。通过降解反应得到低聚水溶性壳聚糖的制备方法大致可分为酶降解法、氧化降解法及酸降解法。酶法降解是用专一性酶或非专一性酶, 对壳聚糖进行生物降解而得到平均相对分子质量较低的低聚壳聚糖。这些降解酶广泛分布于细菌、放线菌和霉菌等微生物中。酶法降解过程通常优于化学反应降解过程, 这是由于酶法降解过程和降解产物的相对分子质量更容易被控制,从而可以便利地得到一定相对分子质量范围的低聚壳聚糖。而且, 酶法降解是在较温和的条件下进行, 酶法降解不需要加入大量试剂, 对环境的污染小。目前,已发现可用于壳聚糖降解反应的酶,这些酶包括专一性降解酶如壳聚糖酶; 非专一性降解酶如脂肪酶、溶菌酶、蛋白酶等。

1.4 微生物培养法

由于壳聚糖是真菌细胞壁的常见组成部分，所以，目前利用微生物培养法生产壳聚糖的研究也较活跃。陈忻等用微生物自身存在的甲壳素合成酶和甲壳素脱乙酰酶进行自身催化，将其细胞内容物尿苷二磷酸-N-乙酰-D-葡萄糖胺转变为壳聚糖，达到脱乙酰基的目的。研究表明，用雅致放射毛霉为原料，通过发酵法制