壳寡糖的制备及应用的研究进展

摘要：甲壳质是自然界中分布广泛、产量很高的一种多糖，但是其内外氢键之间存在相互作用力，进而组成了有序的大分子结构，导致其在常用的溶剂中的溶解性受到抑制。它的脱乙酰基产物为壳聚糖，壳聚糖的水溶性仍然没有得到很好的改善。而壳寡糖是壳聚糖糖苷键经改性断裂后降解得到的寡糖产品，在改善难溶的物理特性的同时，也使其拥有了多种更高的生物活性，如抗氧化、抑菌、抗炎、抗肿瘤、促进作物生长等功能。文章综述了制备壳寡糖的几种方法并且比较了它们的优缺点，讨论了它们在食品等领域中的具体应用，最后尝试对不同相对分子质量、具有不同特性的壳寡糖在各个领域的应用进行了总结。

关键词：壳寡糖；制备方法；应用；相对分子质量；抗氧化

中图分类号：TS201.1""""" 文献标志码：A"""" 文章编号：1000-9973（2024）11-0205-08

Research Progress of Preparation and Application of Chitooligosaccharides

ZHANG Pei-yao1， ZHAO Ning2， XI Jun2， SHAN Yan-qin3，

HE Xu-dong4， YU Hai1*

（1.College of Food Science and Engineering， Yangzhou University， Yangzhou 225100， China;

2.Jiangsu Longlife Group Co.， Ltd.， Nantong 226500， China; 3.Jiangsu Natural

Food Co.， Ltd.， Xinghua 225700， China; 4.Yangzhou Food and Drug

Inspection and Testing Center， Yangzhou 225001， China）

Abstract： Chitin is a kind of polysaccharide widely distributed in nature with high yield， but the interaction between the internal and external hydrogen bonds forms an ordered macromolecular structure， which results in the inhibition of its solubility in common solvents. Its deacetylation product is chitosan， and the water solubility of chitosan has not been well improved. Chitooligosaccharides are oligosaccharide products obtained by the degradation of chitosan after its glycoside bonds are broken by modification， which not only improves the insoluble physical properties， but also enables them to have a variety of higher biological activities， such as antioxidation， anti-bacteria， anti-inflammation， anti-tumor， and promoting crop growth. In this paper， several methods of preparing chitooligosaccharides are reviewed， their advantages and disadvantages are compared， their specific applications in food and other fields are discussed， and finally， the application of chitooligosaccharides with different relative molecular weights and different characteristics in various fields is summarized.

Key words： chitooligosaccharides; preparation method; application; relative molecular weight; antioxidation

收稿日期：2024-05-07

基金项目：江苏省科技厅重点研发项目（BE2022333）

作者简介：张沛尧（1999—），男，硕士，研究方向：壳寡糖的制备及抗氧化性能。

*通信作者：于海（1973—），男，教授，博士，研究方向：发酵肉制品及微生物。

1 介绍

甲壳质又称几丁质，是世界范围内聚合物中一种十分重要的天然多糖物质，产量仅次于纤维素[1]，在自然界中，甲壳质广泛存在于甲壳动物的外壳、真菌的细胞壁、低等菌类、虾蟹、昆虫中。它具有化学惰性，乙酰化程度超过90%，极不易溶于酸和水，这些特性使其水解产物壳聚糖成为用途更加广泛的重要衍生物[2]。甲壳质经过脱乙酰反应后可以得到壳聚糖，壳聚糖是呈碱性的天然氨基多糖，化学名为β-（1→4）-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖[3]。壳聚糖是可再生资源，且安全无毒，具有许多生物特性和良好的生物相容性，已经得到广泛应用。虽然壳聚糖具有大量优异特性，但是其分子中羟基、氨基和未脱去的N-乙酰氨基在分子间及内部形成较多氢键，使壳聚糖形成晶相区，溶解于小部分酸性溶液，难溶于水及碱性溶液，使其应用范围受到了许多限制[4]。

壳寡糖是壳聚糖经过降解得到的低分子聚合物，一般来说，聚合度在2～20之间，平均相对分子质量小于3 200 Da。其链段分子上有氨基和羟基等活泼基团，低相对分子质量和活泼基团使壳寡糖具有溶解度高、吸湿保湿性好、易被人体吸收和生物相容性较好等优点[5]。壳寡糖具有不同的化学特性，可用聚合度、脱乙酰度、相对分子质量分布范围和N-乙酰化模式的区别来进行描述，壳寡糖的生物学特性和理化性质主要受这些因素影响。与壳聚糖相比，壳寡糖具有较高的水溶性和较低的黏度，这些优良的生物特性使其在许多相关领域得到更好的应用。研究结果表明[6]，壳寡糖的水溶性良好，但不溶于乙醇和丙酮，微溶于二甲基亚砜和甲醇，2～4聚合度的壳寡糖可以溶于甲醇。因为壳寡糖的分子间相互作用力水平低，相对分子质量在1 500 Da以下的壳寡糖在较宽的pH范围内有很好的水溶性。壳寡糖具有抗氧化、增强免疫力、促进人体伤口愈合、抗肿瘤、促进脾脏产生抗体、降血压、降血脂、增殖人体肠道双歧杆菌等多种独特的生理活性[7]。壳寡糖因其优良的生物活性，使得开发和优化壳寡糖的制备工艺以及壳寡糖在各个领域的应用变得尤为重要。

为此，本文综述了壳寡糖的制备方法、特性及应用三个主要方面，对壳寡糖进行探讨，并且尝试总结壳寡糖的相对分子质量与用途的关系，以期为指导壳寡糖的生产和实际应用提供理论依据。

2 壳寡糖的制备

壳寡糖的制备方法包含化学法、物理法、酶解法，还有数种方法结合使用的综合法。

2.1 化学法

化学法降解制备壳寡糖主要有酸解和氧化降解两种方法。

2.1.1 酸解法

酸解法的原理是利用溶液中的氢离子可与壳聚糖分子链上的游离氨基相结合的特点，使壳聚糖分子内部与分子间的氢键断裂，进而使分子结构的舒展性增强，导致长链部分的糖苷键断裂，产生不同聚合度的分子片段。早在1957年，Barker等[8]用浓盐酸部分水解壳聚糖，在Dowex-50阳离子交换色谱柱下，制备的产物包含单糖～五糖，单糖占比超过总产物的1/3，占比较大。刘晓等[9]进行壳聚糖降解，研究表明，为使降解速率更快以及得到产物的聚合度更低，酸溶解时间长、酸浓度高、温度高都是正影响因素。将5.0 g/L的壳聚糖用6.0 mol/L HCl在100 ℃条件下水解3 h，得到33.6%的壳寡糖。在浓盐酸的水解下，产物中单糖较多，盐酸的消耗量高，反应条件苛刻，后续的分离纯化有一定困难，容易破坏环境，所以酸解法不够理想。

2.1.2 氧化降解法

氧化降解法和酸解法的原理类似，使壳聚糖的β-1，4糖苷键断裂，得到壳寡糖。过氧化氢、臭氧等都是目前较常用的氧化剂。H2O2相比酸解法具有无副产物生成、产物较易分离纯化、更环保卫生的优势。当单独使用过氧化氢时，自由基团的形成实际上是低效的。因此，为了提高水解效率，Goncalves等[10]将过氧化氢与其他降解模式结合，如结合紫外线的照射、磷钨酸的催化等。吴丽华等[11]使用2 g壳聚糖，以期制备聚合度在6以下的壳寡糖。在56 ℃下，用4%的乙酸对壳聚糖进行溶解，然后加入4.5%的H2O2降解6 h，真空浓缩，用乙醇沉淀后真空干燥处理。检测后发现聚合度在1～6的糖含量较多，随后得出结论：通过控制单因素的变量，可以有效得到低聚合度的产物。邵健等[12]在中性条件下，将10 g壳聚糖（90%脱乙酰度、40 000 kDa）加入500 mL 6%的双氧水中进行降解，在60 ℃的水浴条件下对壳聚糖进行搅拌反应6 h。不溶性物质在不断的搅拌下被过滤出去后，将溶液置于旋转蒸发仪上减压浓缩，用乙醇使其沉淀再进行水洗，此过程重复3次，最终制得相对分子质量约为1 000 Da的壳寡糖。氧化降解法在壳聚糖的降解中易产生褐变现象，对产物的颜色以及后续提纯均有影响。

虽然化学法操作步骤相对简单，但降解得到的产物质量（相对分子质量）分布范围大，目标产物分离纯化具有一定难度，需要消耗大量试剂并且后处理比较复杂，后续需要更先进的工艺优化来改善这一现状。

2.2 物理法

2.2.1 超声波和微波辅助法

超声波的机械效应可以使分子之间碰撞的速度加快，其较大的冲击力能够使壳聚糖的分子链断裂。同时，超声波在介质中被吸收利用，有热能产生，这对壳聚糖的降解有帮助[13]。所以，制备壳寡糖时使用超声波辅助能提高效率。李大鹏等[14]通过超声波法降解制备壳寡糖，通过正交试验确定了降解的最佳条件：在50 ℃下超声2.5 h，HCl质量分数为2.5%，超声波频率为400 kHz，所得壳寡糖最小的相对分子质量为4 370 Da，并且总结了各因素影响程度的大小为超声时间gt;盐酸质量分数gt;超声波频率gt;反应温度。

微波辐射可以由分子振荡引起的机械剪切力来影响化学键的断裂和产热降解，也能在制备壳寡糖中起到辅助作用。周苗苗[15]用微波辅助离子液体降解壳聚糖，相对分子质量为1 800 kDa的5%壳聚糖在150 ℃下，设置微波功率为700 W，[PrSO3HP]HSO4浓度为15%，最终得到相对分子质量为5 240 Da的壳寡糖。

超声波法能够降低能耗，减少污染，但是生产成本较高。微波辅助法节省原料、污染小、耗时短，但是加热过快，降解产生的单体较多。微波法和超声波法一样，应当用作辅助降解[16]。

2.2.2 伽马射线

壳聚糖在伽马射线的照射下辐射降解，放射性射线使壳聚糖内部分子间产生电离或激发反应，进而引发分子链的断裂。Hai等 [17]通过增加伽马射线剂量，将壳聚糖降解成不同相对分子质量的壳寡糖，在剂量增加初期，壳聚糖的相对分子质量显著降低，直到剂量达到200 kGy及以上时相对分子质量的降低才逐渐减缓，但产物的最低相对分子质量仍然大于10 000 Da。伽马射线与其他降解方法相比，不需要化学引发剂，并且不会产生影响产品纯度的副产物，还有消毒的好处。由伽马射线照射制备的壳寡糖在生物医学领域具有广泛的应用[18]。但是伽马辐射也会带来壳聚糖的褐变效应，对产物颜色有影响[19]。

物理法在降解过程中，聚合链不受约束地断裂，所得产物的平均相对分子质量分布范围较广，聚合度在6～8范围内的壳寡糖含量较低。因此，物理法制备壳寡糖受到了很大的限制[20]。

2.3 酶解法

与前文中两种降解方法相比，酶解法的产率较高，产物的均一性好，对环境的污染小，因此，酶解法成为近些年主流的降解方法，也是研究的趋势和重点。酶解法包括专一性酶解法、非专一性酶解法和复合酶解法[21]。专一性酶解法常用的酶包括壳聚糖酶和甲壳素酶。非专一性酶解法常用的酶包括蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、多糖酶等。

赵华等[22]在单因素试验中选择响应面法进一步改进制备工艺。用壳聚糖酶水解制备壳寡糖，在53 ℃、pH 5.6、壳聚糖质量分数2.09%、酶解时间157 min的最佳条件下，壳寡糖的产量可以达到35.73 mmol/mL。

相比于从苏云金杆菌中提取的活性较低的粗制壳聚糖酶，Chen等[23]利用细胞表面展示技术，将粗酶在大肠杆菌表面成功表达，重组体酶保持了基本的酶学特性，且具有较高的稳定性。在最佳反应条件下，反应7 d时壳寡糖产率也可以达到41%。在室温下，重组体悬液在40 d后也具有较高的稳定性。重组体酶有更高的稳定性，对金属离子有更好的耐受性，更高的酶活性，以及更低的资金耗费。

季珂等[24]使用自行构建的重组菌体E. coli Rosetta-gami（DE3）/ChiE 发酵产酶，在经过纯化浓缩操作后，所得壳聚糖酶的酶活为2 260 U/mL。用10 mL 1%的壳寡糖溶液在加酶量为120 U/g的最佳条件下可以制得聚合度为2～4的壳寡糖，产物相对分子质量较低，为后续实验做好了良好的准备。

然而，壳聚糖酶的较高成本和严格的特异性限制了其应用，所以尽可能寻找低成本的壳聚糖酶是未来使用专一性酶解法的关键。

黄晓月等[25]在工艺优化后使用木瓜蛋白酶对壳聚糖进行降解制备壳寡糖，该生产工艺制备的壳寡糖具有更高的生产效率，为（45.07±3.52）%，平均分子质量较低，为1 603 U，且所需时间仅为1 h，产品具有更好的抗氧化活性。木瓜蛋白酶因价格较低、获取范围广泛、稳定性高等优势，降解效果优于脂肪酶和纤维素酶。

2.4 综合法

虽然目前已经有物理法、化学法、酶解法3种常规方法制备壳寡糖，但是这3种方法各有利弊，即使经过多次细节上的改进也很难根除其缺点。所以，为了使各个方法的优势最大化以及尽量减少其缺点所带来的影响，许多学者采用综合法尝试新工艺（如物理法结合酶解法、混合酶解法等），以提高生产效率，实现壳寡糖的规模化生产。

汪金秀等[26]为提高壳寡糖的生产效率，采用微波与果胶酶法制备壳寡糖，通过正交试验探究得到最佳工艺条件为果胶酶用量2 000 U/g、酶解温度45 ℃、反应体系pH 4.5、微波功率550 W，最终得到的壳寡糖含量为1.755 mg/mL。

将几丁质脱乙酰酶CDA20和壳聚糖酶CHIS5两种酶混合，混合酶在55 ℃、50 mmol/L醋酸缓冲液（pH 5.5）中30 min内有效水解壳聚糖为脱乙酰壳寡糖。其中，壳聚糖酶CHIS5优先将壳聚糖水解为聚合度为2～5的乙酰化壳寡糖，再由甲壳素脱乙酰酶CDA20去除乙酰基，生成脱乙酰壳寡糖 [27]。

El-Sayed等[28]在pH 5.0、50 ℃条件下，用99 g甘氨酸盐酸盐水溶液或2%的乙酸与1 g壳聚糖片一起加入圆底烧瓶中，加入0.12 g淀粉酶，最终得到相对分子质量为1.15 kDa、聚合度为7、平均脱乙酰度为92%左右的壳寡糖。朱玉霞[29]利用微波辐射、过氧化氢作催化剂，与壳聚糖酶作用制备低相对分子质量的壳寡糖：在460 W下，添加过氧化氢对3 g壳聚糖降黏。在45 ℃、pH 5.8的条件下，用10 U/g的壳聚糖酶酶解300 min，可以得到76%脱乙酰度、2 027数均相对分子质量的壳寡糖。

3 壳寡糖的应用

3.1 抗氧化作用

壳寡糖的二级结构呈网状，对水分子的流失具有很好的保护作用。壳寡糖具有显著的保湿性，因为水分子与壳寡糖中的极性基团相互作用，进而影响流动阻力和水的活度。一方面，具有聚阳离子性质的壳寡糖通过细胞表面的静电堆积来干扰细菌代谢；另一方面，将穿透的壳寡糖吸附到DNA分子上来阻断DNA中的RNA转录，产生良好的抗菌性。壳寡糖能够有效地清除羟基自由基、DPPH自由基以及超氧自由基，抗氧化性能突出，这些特性使得壳寡糖得以在食品中广泛应用[30]。

一般情况下，脂肪含量高的食物易产生与脂质氧化相关的异味，在含有多不饱和脂肪酸的食物中更明显，进而导致食品保质期缩短。为了更好地抑制此类现象，壳寡糖因其具有游离氨基，可以给脂肪酸自由基提供氢离子，从而被用作天然抗氧化剂[31]。Singh等[32]研究了单独及联合使用不同浓度的壳寡糖和表没食子儿茶素没食子酸酯对黄鳍金枪鱼片品质和颜色的影响，实验结果表明壳寡糖可以抑制高铁血红蛋白的形成及脂质的氧化，并且延长鱼片的颜色维持，最终延长了其保质期。

近几百年来，二氧化硫作为抗氧化剂被应用于葡萄酒中，但是随之带来的过敏反应、奇怪气味以及对人体健康的负面影响难以控制[33]。郝振铭等[34]创新性地尝试以壳寡糖替代二氧化硫作为抗氧和抑菌的功能产品，与已经老化过的葡萄酒相比，含有壳寡糖的葡萄酒对羟基自由基和DPPH自由基的清除率分别增加了4.48%、3.96%，原因可能是壳寡糖能够提高抗氧化酶的活性、抑制氧化酶的活性，以及自身的抗氧化性共同导致。Ru等[35]用1 000 Da 1%的壳寡糖检测其抗氧化性对黄瓜冷害作用的抑制效果。实验结果表明添加壳寡糖后，在贮藏7 d和14 d时，黄瓜中丙二醛含量显著降低，这是因为壳寡糖可以刺激抗氧化基因（SOD、POD、CAT、APX）和热休克蛋白（HSP70、HSP45.9）的表达上调，通过稳定膜结构、清除活性氧、与水果中的抗氧化系统协同工作缓解冷害状况。朱玥[36]探究了壳寡糖对成品酥性饼干和海绵蛋糕品质的影响，发现相对分子质量小于3 000 U的1%壳寡糖可以明显降低饼干的酸价、过氧化值和硫代巴比妥酸值，因此可以有效地减缓饼干在贮藏期的氧化酸败，提高了饼干的抗氧化性。

壳寡糖可以清除自由基，保护人体免受有毒活性氧的侵害，减缓许多慢性疾病带来的危害。壳寡糖及其衍生物通过中断径向链式反应清除自由基和防止氧化损伤的能力已经得到充分证实。壳寡糖抗氧化或自由基清除特性主要由其相对分子质量和DD（脱乙酰度）决定[37]。Ngo等[38]通过酸水解和超滤膜过滤产生相对分子质量为 1～3 kDa和低于1 kDa的壳寡糖，证明壳寡糖无细胞毒性，且在细胞系统中具有抗氧化作用。然而，较高相对分子质量的壳寡糖在蛋白质氧化和活细胞内自由基的生成方面比低相对分子质量的壳寡糖更有效。它们可以清除自由基以减少DNA和膜蛋白的氧化。此外，它们不仅具有直接的自由基清除作用，而且能刺激细胞内谷胱甘肽含量的升高。壳寡糖具有潜在的自由基清除作用，以剂量依赖性方式防止活细胞中自由基对生物分子的损害。它们可以通过控制自由基对细胞系统的损伤，以用作抗氧化应激的清除剂，并显示出在其他领域的应用前景。Yang等[39]比较了1 100 Da的壳寡糖Ch1100和500 Da的壳寡糖Ch500的超氧自由基清除活性、对致癌物诱导的活性氧的清除活性和对释放的过氧化氢的清除活性，结果表明1 100 Da的壳寡糖更有效。Mendis等[40]探究了两种相对分子质量（小于1 kDa和1～3 kDa）的壳寡糖对小鼠黑色素瘤细胞B16F1的自由基清除效果，结果表明低相对分子质量的壳寡糖对细胞内自由基的产生有明显的抑制作用。

由上述实验结果可知，仅仅从相对分子质量的角度无法总结壳寡糖的抗氧化性能。

3.2 抗菌抑菌作用

成熟后的鲜食糯玉米在采摘后的储藏期间，外界微生物的侵染会使木质素积累，影响产品的品质。龚魁杰等[41]研究了单独使用ClO2、单独使用壳寡糖涂膜处理以及两者共同涂膜处理对贮藏期间鲜食糯玉米的影响，最终得出15 mg/mL 的壳寡糖与200 mg/L的ClO2复合涂膜处理具有良好的抑菌能力。谷新晰等[42]研究脱乙酰度高于90%、平均相对分子质量在1 500 U以下的壳寡糖对泡菜品质的影响，发现壳寡糖不仅能够有效抑制可产生硝酸盐还原酶的微小杆菌属，而且可以同时促进可降解亚硝酸盐的乳球菌属的生长能力。壳寡糖对发酵环境中的结构和菌群丰度都具有积极影响，添加0.5%壳寡糖的实验组在发酵1 d时，菌群丰度最高；泡菜中壳寡糖添加量为1%，发酵15 d后，亚硝酸盐含量下降了一半左右，氨基酸态氮含量提高了近1/3，总酸含量增加了87%。壳寡糖也被认定是一种益生元物质，能够提升食品的风味和有效菌属微生物的生长水平，也能辅助控制发酵过程中微生物的指标，对食品品质具有很好的正面影响。李大鹏等[14]在对壳寡糖抗菌作用的研究中发现，相对分子质量越低的壳寡糖，抗真菌能力越强。而Meng等[43]在使用壳寡糖诱导大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的应激反应实验中得出结论，对于不同霉菌，壳寡糖的最低抑菌浓度不同，可能与其菌种、脱乙酰度、聚合度、相对分子质量等相关。同时发现壳寡糖对革兰氏阴性菌大肠杆菌有更好的抑菌性能，可能是革兰氏阳性菌有较厚的肽聚糖层，可以为细菌的细胞壁提供更高的结构强度。

No等[44]对6种不同相对分子质量的壳寡糖的抗菌作用进行了研究，发现1 kDa的壳寡糖对革兰氏阴性菌的抑菌活性较高，4 kDa和2 kDa的壳寡糖对革兰氏阳性菌的抑菌活性较高。Xia等[45]讨论了壳寡糖在不同条件下的抗菌活性，与不同学者所得的结果相互矛盾，表明用单一的相对分子质量难以总结壳寡糖抗菌性能的强弱，但其作用在人体的安全性能够得到很好的保证。壳寡糖的抑菌特性使其在开发食品添加剂和食品防腐剂方面具有很好的潜力。

3.3 促生长作用

壳寡糖无毒，无变异现象，具有很好的安全性，对于动物肠道内微生物代谢活动的调节十分有益，可以选择性地活化有益菌种并促进其生长。作为有益添加剂，壳寡糖不仅能够提高生物体的免疫能力，而且能降低血脂和胆固醇含量。因此，壳寡糖在提高水产养殖生物、肉禽类的抗病能力和免疫能力以及促生长方面具有良好的应用前景。Liu等[46]研究了不同相对分子质量的壳寡糖充当饲料添加剂对南美白对虾生长性能、先天免疫、肝胰腺形态的影响，结果表明1 kDa的壳寡糖相比于3，5，9，12 kDa的壳寡糖对南美白对虾表现出了更高的湿重、体重增加、比生长率、存活率。

Xu等[47]研究了在蛋鸡的日粮中添加不同浓度的壳寡糖对母鸡的产蛋量、鸡蛋品质、血液生化、抗氧化能力、免疫力的影响。通过对照重复实验的结果，发现壳寡糖提高了产蛋量和饲料转化率；另外，发现添加 125 mg/kg 壳寡糖可显著增加血清白蛋白中的蛋白含量并显著降低血清胆固醇水平。与喂养日粮的对照组的鸡相比，日粮中补充壳寡糖显著降低了血清甘油三酯水平。此外，壳寡糖能够显著提高总抗氧化能力，显著降低血清丙二醛水平，但对抗氧化酶活性无明显影响。总体来看，壳寡糖可被视为一种新的母鸡生产性能增强剂，可提升母鸡的健康状况和鸡蛋的品质，并且根据实验数据总结出最适的壳寡糖浓度为75 mg/kg。

Thongsong等[48]发现，与饲喂高相对分子质量（65 kDa）壳寡糖的猪相比，饲喂低相对分子质量（8 kDa）壳寡糖的猪的生长性能和一些主要养分消化率有所改善。Meng等[49]研究表明添加低相对分子质量（3 kDa）的壳寡糖提高了尼罗罗非鱼的生长性能和饲料利用率，还发现添加低相对分子质量（3 kDa）的壳寡糖显著提高了尼罗罗非鱼的溶菌酶活性。然而，Walsh等[50]研究表明，与较低相对分子质量的壳寡糖相比，添加相对分子质量在5～10 kDa之间的壳寡糖的饲料增加了断奶仔猪日粮的营养消化率。总体来看，不同相对分子质量的壳寡糖在饲料添加剂上的不同应用效果还需要进行具体分析。

3.4 抗肿瘤活性

壳寡糖因无毒且具有高生物相容性，可以抑制肿瘤血管内皮细胞的生长和繁殖，有抗肿瘤活性和抗癌功能。季珂等[24]在探究壳寡糖的抗肿瘤活性时发现，高质量浓度的壳寡糖（1.25～20 mg/mL）明显抑制了细胞增长，而低质量浓度的壳寡糖（0.078～1.25 mg/mL）呈现负抑制作用。Maeda等[51]在实验中证明低相对分子质量的壳寡糖可以有效地增加肠上皮内淋巴细胞和脾淋巴细胞中的自然杀伤活性。 Salah等[52]使用人类肿瘤细胞系THP-1评估了几丁质、壳聚糖和壳寡糖的抗癌活性，测定了相对分子质量和静电相互作用与活性的关系。结果表明，低相对分子质量的壳寡糖具有最好的抑制 THP-1肿瘤细胞生长的能力，随着相对分子质量的降低，肿瘤抑制活性显著增加，且聚合度（DP）为3～12的壳寡糖表现更好。总的来看，低相对分子质量的壳寡糖具有更好的抗肿瘤活性[53]，但抗癌、抗肿瘤活性不仅受到相对分子质量的影响，而且受到脱乙酰化程度和聚合度的影响，所以还需要综合考虑。

壳寡糖还具有提高免疫力、保护神经、促进组织再生、促进伤口愈合等作用。在未来的研究中，它们的机理和应用将会得到进一步探索。

此外，郭平强[54]以1 200 Da的壳寡糖为主要原料，研究出两种具有增强免疫力和辅助降血脂功能的胶囊产品，从而为壳寡糖保健食品的大规模开发生产提供了一定的参考，也为新产品的研发提供了实验研究基础。

3.5 其他

3.5.1 在食品中的应用

壳寡糖具有糖单元之间的糖苷键，胺基、乙酰氨基基团以及C3和C6位上的伯羟基和仲羟基，这些位点及官能团可以进行更加深入的化学修饰，这些修饰可能会促进壳寡糖衍生物、复合物及偶联物的发展[2]。壳寡糖不仅存在上述改性的可能性，而且其优秀的抗氧化活性和抗菌活性使得很多学者在食品领域展开应用。

碳量子点是农产品领域中的新型纳米材料，Lu等 [55]通过高温美拉德反应在材料中组合了2 000 Da的壳寡糖和花生短肽，所得产品不仅保留了碳量子点的纳米性和荧光特性，而且成功结合了壳寡糖优异的抗菌特性和花生短肽的抗氧化特性。在后续实验中，对油青菜心喷洒结合后的纳米材料，其产量和抗氧化性得到提升，除此之外，在检测了菜心的挥发性风味物质后，发现（Z）-3-hexeny-1-ol acetate and butane-4-isothiocyanate的相对丰度较高，材料赋予了菜心辛辣味和草莓香味，很好地提升了油青菜心的品质和货架期。Wang等 [56]通过静电作用和氢键使壳寡糖修饰明胶，以增强食品级高内向乳液的稳定性。修饰成功后，减少了高内向乳液液滴的聚集并且赋予了乳液良好的流变稳定性，这项研究在后续食品的3D打印方面具有指导作用。

上述研究证明，壳寡糖在食品中的应用不应只考虑其本身的各种优异生理活性，还应当在其可延伸性良好的位点和官能团上做更加宽泛和深入的研究，这将为其在食品领域的更多应用带来可能性。

3.5.2 在农业中的应用

壳寡糖作为一种植物免疫诱抗剂，可以诱导农作物产生抗病因子。壳寡糖可以用于防控作物病害，如防病毒、细菌、真菌病害等。也可以作用在防虫、调节作物生长、抗逆、降低农药残留等领域[57]。李雨新等[58]总结概括了对壳寡糖结构与化学成分的分析方法，也详细介绍了其在种植业领域的应用研究进展。壳寡糖因其良好的水溶性和低相对分子质量等优点，能将土壤中的微生物简单有效地降解为H2O和CO2。整个降解过程中无危害残留，在种植业领域中还具有促进产率增长、提高生长能力、诱导抗病、提升产品品质、延长贮藏期等作用。聂青玉[59]研究不同浓度的壳寡糖（1%、2%、3%）对采后的西兰花感官与营养品质的影响，发现采用2%的壳寡糖涂被纸包装的西兰花品质最好。壳寡糖以正确的方式和用量进行使用，不仅能减少农药的使用，而且能降低作物中的农药残留，在农业上发挥其绿色可持续的积极作用[60]。Zhang等[61]研究了聚合度为2～8的壳寡糖单体对小麦幼苗生长和光合特性的影响，发现壳七糖使其鲜重、可溶性糖含量提升，总叶绿素含量、细胞间CO2浓度和蒸腾速率均最高。该实验有利于揭示壳寡糖的促生长机制，拓宽其在农业中的应用。

3.5.3 在化妆品中的应用

化妆品领域中有着一些常见的保湿剂，如透明质酸，而壳寡糖与其有着非常类似的结构与性能。两者均可以促进分子内氢键的形成，赋予产品优异溶解性的同时形成带有弹性和黏性的流体，可以填充在细胞与胶原纤维空间之中并覆盖在表皮组织上，产生良好的保湿效果。壳寡糖的制备方法众多，其原料甲壳素储备量大且可再生，相较于昂贵的透明质酸有着巨大的优势。壳寡糖在韩国、日本等国家已被应用于清洁、精华类产品的开发中，在化妆品领域有着占据更大市场的潜力[62]。除此之外，壳寡糖单元结构中的还原性羰基、活性基团—NH2和—OH不仅可以与羟基自由基形成稳定性能良好的大分子物质，而且可以与超氧阴离子自由基反应起到抗氧化作用，可以高效吸收紫外线，其防辐射功效在化妆品领域有着巨大应用前景[63]。

4 讨论与展望

在3种常规制备壳寡糖的方法中，化学法因存在降解产物质量分布范围大、分离纯化难度大、消耗试剂量大且后处理较复杂等缺点，在没有良好的改进措施下不应提倡。物理法具有简单易操作、条件可控、污染少、易保持纯度的优点，但是也存在产物相对分子质量分布范围大的问题，产率更是差强人意。酶解法相比于前两种制备方法是一种比较理想且环保的方法，但要实现壳寡糖工业化的大规模生产，受到酶的种类、酶解工艺等因素的影响，成本预算相对较高。在一定程度上限制了其广泛的应用。因此，前文提到的酶综合法会成为未来的趋势，例如先使用化学试剂来降低壳聚糖的黏度，再进行酶促反应以生产特定聚合度的壳寡糖等。寻找更好的酶种类、改进制备工艺、提高产率且节省成本是未来研究的方向。

不同相对分子质量的壳寡糖的生理活性受相对分子质量、聚合度、浓度等因素的综合影响。壳寡糖因其具有抗氧化、抗肿瘤、抗菌等生物活性，从而在很多领域都已经被广泛使用。在前文的探索中，相对分子质量在1～3 kDa的壳寡糖相比于分子质量小于1 kDa的壳寡糖有更好的抗氧化作用，而低相对分子质量却能带来更好的抗肿瘤活性和抑菌性；中相对分子质量（1～5 kDa）具有更好的抗肥胖、降胆固醇功能。仅靠相对分子质量的不同似乎难以总结其生物活性的高低。所以，综合考虑其相对分子质量、聚合度、浓度等因素，进而应对各个领域的开发及应用需求是未来的研究重点。

因此，在未来的科研中，在尝试解决壳寡糖制备上的缺陷方面需要付出更多精力，例如在菌群中提取出更优质的酶制备壳寡糖，在酶解法中结合物理法、化学法达到更高的产率和更低的制备成本。从壳寡糖混合物中分离纯化出单一聚合度的单糖，有助于进一步了解其作用机制和生物活性，更深入地了解不同聚合度的壳寡糖的生理活性。壳寡糖上的羟基和氨基具有较高活性，对壳寡糖进行改性，有助于提高其性能和应用范围，为推动壳寡糖产业的进一步发展做出贡献。

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