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摘 要：壳聚糖是几丁质脱乙酰化而形成的一种生物高分子材料，本文综述了壳聚糖的来源及其在农业、食品、医药、环境保护等诸多领域的应用，归纳整理壳聚糖的酸碱水解法、EDTA法、酶解法、生物发酵法等制备方法，并比较总结了各种方法制备壳聚糖的优缺点，最后讨论了目前壳聚糖工业化过程的瓶颈问题，并做出展望，以期為壳聚糖的进一步利用提供理论基础。
关键词：壳聚糖；生物材料；生物发酵法；展望
几丁质是由N-乙酰氨基葡萄糖聚合而成的一种天然高分子黏性多糖，广泛存在于虾壳，蟹壳中及许多节肢动物外壳、低等植物体内。相关数据显示，每年几丁质产量在天然聚合物和含氮有机化合物中均位列第二，仅海洋生物体内的几丁质储量就高达0.1亿t。壳聚糖是几丁质脱乙酰化的产物，是一种碱性多糖，高黏、具有强吸潮性与良好的生物活性，如消炎、抗氧化等，因此被广泛应用于农业、食品、医药、环境保护等诸多领域。
壳聚糖的大多来自于节肢动物、真菌和藻类。一些甲壳类昆虫体内的壳聚糖含量较高，但不易提取，而工业废料虾壳、蟹壳等因易富集、含量高等优点成为壳聚糖的制备的首要原材料。
1 壳聚糖的制备方法
1.1酸碱水解法
几丁质脱掉乙酰基后就是壳聚糖，酰胺键可被强酸或强碱水解。目前，经过浓酸浓碱脱乙酰法在工业上占主导地位。在实验室研究中，孙丽发现甲壳素在低温条件下的主反应为降解反应；浓酸一般选用浓盐酸，而石国宗则用硫酸，制备过程中无酸雾产生，对此法有了一定的创新。但此法仍存在诸多缺陷：获得的壳聚糖不稳定，又消耗了大量的酸碱，几丁质碳链也易被浓酸破坏，环境污染严重，且后续工艺复杂，增加了成本。
1.2 EDTA法
EDTA络合生物体内的金属离子而使其沉降以纯化甲壳素。王婷[3]将克氏原螯虾壳内的无机盐用EDTA除去，蛋白质用NaOH处理来制备甲壳素；张士康等[4]以虾蛄壳为原料，研究了EDTA法提取甲壳素的最佳条件；孟凡欣使用响应面分析拟合期望函数对此法进行了工艺优化，提取率增加了1/5。EDTA溶解
钙盐但不破坏甲壳素的碳链，显得更为安全，且其可以循环利用。
1.3 酶解法
几丁质酶来源广、制备壳聚糖效果好，因此壳聚糖的酶解法广受关注，自1905年几丁质酶被发现后起，酶解法就成为研究的热点。研究发现混合酶解法效果更佳，另一方面，付博等用纳豆菌水解虾壳中的蛋白质，并探究了不同条件下纳豆菌蛋白酶的活性。相较于前两种方法，酶法反应条件更为温和，且酶的来源广泛，生产过程也可控，但获得几丁质酶需要大量地投入资金，耗时长。
1.4 生物发酵法
微生物发酵时会分泌蛋白酶和有机酸，此二者分别分解蛋白质和无机盐，从而提纯壳聚糖。自从首次用生物发酵法提取了甲壳素以来，微生物发酵法被广泛关注。目前研究最多的是细菌发酵法，陈亚等以克氏原螯虾虾壳为原料，利用乳酸菌发酵来提取甲壳素。此外，霉菌也是良好的选择，肖丽凤等研究了蓝色犁头霉的虾壳发酵，发酵过程产生的几丁质酶水解几丁质得到壳聚糖。生物发酵法反应条件较为温和，但此法耗时长，并且需添加额外的营养物质，目前还停留于实验室研究阶段。
2 壳聚糖的应用
2.1 在农业方面的应用
壳寡糖有植物生长调节的作用。研究表明在瓜果作物种植时，低浓度的壳寡糖可以防止果蔬干旱、促进植株生长、延缓植株衰老；壳聚糖可以作为植物的灭菌剂。在西红柿果实表面喷洒壳聚糖溶液，能够抵抗烟草斑纹病毒的感染，以增强环境适应力。研究表明一定浓度的的壳寡糖对多种叶病毒都有良好的预防作用，如蔟叶病毒、花叶病毒等。
2.2 在食品方面的应用
壳聚糖与酸性多糖反应可生成酸性多糖络盐，可用于组织填充材料，被制成保健型仿生肉；甲壳素的性能优于纤维素，还有增稠、乳化等用途，可作为食品添加剂；它有优良的抑菌活性，可阻止微生物侵染，保证食品品质，可用于食品防腐；它还有良好的抗氧化性能，其抗氧化活性的体现是机体血液循环中的氧化应激水平的降低。
2.3 在医药方面的应用
壳聚糖对人体有亲和性、成膜性，可促进细胞再生，而被制成人造皮肤；壳聚糖骨架上的正电氨基可吸引红细胞表面负电荷而形成网络，促进凝血，陈全等[7]证明了温敏甲壳素水凝胶对鼠肝脏出血有明显的止血效果；壳聚糖在进入人体后，通过电荷互作来增强机体的免疫能力；壳聚糖还可作为药物控释载体，将其衍生物制成微球，可提高医用效率，还有较好的抗酸活性，能有效减少药物的毒副作用。
2.4 在环境保护方面的应用
壳聚糖可作为絮凝剂来处理污水。研究发现壳聚糖相较于化学絮凝剂来源更广，对环境几乎无副作用，且具有一定的杀菌作用[8]；壳聚糖有沉降重金属的能力，其分子内的氨基和羟基能鳌合金属离子而沉降金属，因此可用于湿法冶金；壳聚糖还可以用于多种废弃物的处理，粘质沙雷氏菌等已被广泛用于以蟹壳等几丁质废弃物的分解，并制备高经济价值单细胞蛋白，有巨大的商业价值。
3 结语与展望
几丁质在自然界储备量巨大，有多种生理功能，可增强免疫力、治疗三高疾病。壳聚糖具有良好的生物活性，被广泛应用于各个领域，其市场需求量也日益增大，前景广阔。壳聚糖的制备方法中酸碱水解法在工业生产中仍处于主导地位，此法虽可高效提取甲壳素，但弊端显著，尤其是环境问题；EDTA法的安全性相对较高，且EDTA可循环利用，适合工业化生产，此法值得改进与发展；酶法作用条件温和、无二次污染、操作简单，但酶的造价高昂，限制了其发展；生物发酵法对环境十分友好，可大量获得产品，且蛋白成分可回收利用，但其限制因素为资源利用率低、高成本，不适宜长期大规模生产。
综上所述，壳聚糖的制备法的进展颇多，然而距离最终工业化还很远，就目前筛选高产菌种、构建基因工程菌、优化微生物的发酵条件、探究新的制备方法是壳聚糖工业化发展的立足点。
参考文献：
[1] 孙丽.盐酸降解甲壳素制备氨基葡萄糖盐酸盐的机理研究[J].海峡药学， 2018，（04）：18-20.
[2] 石国宗.硫酸降解甲壳素制备N-乙酰氨基葡萄糖的工艺研究[J].海峡药学， 2016（7）：11-13.
[3] 王婷.克氏原螯虾中甲壳素提取工艺的优化[J].化工技术与开发，2019，48（1）：30-33.
[4] 张士康，冯立中，支彤彤，等.虾蛄壳中甲壳素的提取工艺探究[J].科技视界，2016（22）：173.
[5] 孙翔宇，魏琦峰，任秀莲等.虾、蟹壳中甲壳素/壳聚糖提取工艺及应用研究进展[J].食品研究与开发，2018，39（22）：214-219.
[6] 肖丽凤，邬海雄，郭艳峰.虾壳粉的生物酶解脱乙酰工艺优化研究[J].广东化工， 2016，43（16）：98-100.
[7] 陈全，王慧，石杰，等.甲壳素温敏水凝胶止血作用的研究[J].中国海洋药物，2017，36（1）：71-75.
[8] 白玉爽，刘悦，李跃等.浅谈壳聚糖的应用研究进展[J].化工管理，2018，No.488（17）：32.
关键词：壳聚糖；生物材料；生物发酵法；展望
几丁质是由N-乙酰氨基葡萄糖聚合而成的一种天然高分子黏性多糖，广泛存在于虾壳，蟹壳中及许多节肢动物外壳、低等植物体内。相关数据显示，每年几丁质产量在天然聚合物和含氮有机化合物中均位列第二，仅海洋生物体内的几丁质储量就高达0.1亿t。壳聚糖是几丁质脱乙酰化的产物，是一种碱性多糖，高黏、具有强吸潮性与良好的生物活性，如消炎、抗氧化等，因此被广泛应用于农业、食品、医药、环境保护等诸多领域。
壳聚糖的大多来自于节肢动物、真菌和藻类。一些甲壳类昆虫体内的壳聚糖含量较高，但不易提取，而工业废料虾壳、蟹壳等因易富集、含量高等优点成为壳聚糖的制备的首要原材料。
1 壳聚糖的制备方法
1.1酸碱水解法
几丁质脱掉乙酰基后就是壳聚糖，酰胺键可被强酸或强碱水解。目前，经过浓酸浓碱脱乙酰法在工业上占主导地位。在实验室研究中，孙丽发现甲壳素在低温条件下的主反应为降解反应；浓酸一般选用浓盐酸，而石国宗则用硫酸，制备过程中无酸雾产生，对此法有了一定的创新。但此法仍存在诸多缺陷：获得的壳聚糖不稳定，又消耗了大量的酸碱，几丁质碳链也易被浓酸破坏，环境污染严重，且后续工艺复杂，增加了成本。
1.2 EDTA法
EDTA络合生物体内的金属离子而使其沉降以纯化甲壳素。王婷[3]将克氏原螯虾壳内的无机盐用EDTA除去，蛋白质用NaOH处理来制备甲壳素；张士康等[4]以虾蛄壳为原料，研究了EDTA法提取甲壳素的最佳条件；孟凡欣使用响应面分析拟合期望函数对此法进行了工艺优化，提取率增加了1/5。EDTA溶解
钙盐但不破坏甲壳素的碳链，显得更为安全，且其可以循环利用。
1.3 酶解法
几丁质酶来源广、制备壳聚糖效果好，因此壳聚糖的酶解法广受关注，自1905年几丁质酶被发现后起，酶解法就成为研究的热点。研究发现混合酶解法效果更佳，另一方面，付博等用纳豆菌水解虾壳中的蛋白质，并探究了不同条件下纳豆菌蛋白酶的活性。相较于前两种方法，酶法反应条件更为温和，且酶的来源广泛，生产过程也可控，但获得几丁质酶需要大量地投入资金，耗时长。
1.4 生物发酵法
微生物发酵时会分泌蛋白酶和有机酸，此二者分别分解蛋白质和无机盐，从而提纯壳聚糖。自从首次用生物发酵法提取了甲壳素以来，微生物发酵法被广泛关注。目前研究最多的是细菌发酵法，陈亚等以克氏原螯虾虾壳为原料，利用乳酸菌发酵来提取甲壳素。此外，霉菌也是良好的选择，肖丽凤等研究了蓝色犁头霉的虾壳发酵，发酵过程产生的几丁质酶水解几丁质得到壳聚糖。生物发酵法反应条件较为温和，但此法耗时长，并且需添加额外的营养物质，目前还停留于实验室研究阶段。
2 壳聚糖的应用
2.1 在农业方面的应用
壳寡糖有植物生长调节的作用。研究表明在瓜果作物种植时，低浓度的壳寡糖可以防止果蔬干旱、促进植株生长、延缓植株衰老；壳聚糖可以作为植物的灭菌剂。在西红柿果实表面喷洒壳聚糖溶液，能够抵抗烟草斑纹病毒的感染，以增强环境适应力。研究表明一定浓度的的壳寡糖对多种叶病毒都有良好的预防作用，如蔟叶病毒、花叶病毒等。
2.2 在食品方面的应用
壳聚糖与酸性多糖反应可生成酸性多糖络盐，可用于组织填充材料，被制成保健型仿生肉；甲壳素的性能优于纤维素，还有增稠、乳化等用途，可作为食品添加剂；它有优良的抑菌活性，可阻止微生物侵染，保证食品品质，可用于食品防腐；它还有良好的抗氧化性能，其抗氧化活性的体现是机体血液循环中的氧化应激水平的降低。
2.3 在医药方面的应用
壳聚糖对人体有亲和性、成膜性，可促进细胞再生，而被制成人造皮肤；壳聚糖骨架上的正电氨基可吸引红细胞表面负电荷而形成网络，促进凝血，陈全等[7]证明了温敏甲壳素水凝胶对鼠肝脏出血有明显的止血效果；壳聚糖在进入人体后，通过电荷互作来增强机体的免疫能力；壳聚糖还可作为药物控释载体，将其衍生物制成微球，可提高医用效率，还有较好的抗酸活性，能有效减少药物的毒副作用。
2.4 在环境保护方面的应用
壳聚糖可作为絮凝剂来处理污水。研究发现壳聚糖相较于化学絮凝剂来源更广，对环境几乎无副作用，且具有一定的杀菌作用[8]；壳聚糖有沉降重金属的能力，其分子内的氨基和羟基能鳌合金属离子而沉降金属，因此可用于湿法冶金；壳聚糖还可以用于多种废弃物的处理，粘质沙雷氏菌等已被广泛用于以蟹壳等几丁质废弃物的分解，并制备高经济价值单细胞蛋白，有巨大的商业价值。
3 结语与展望
几丁质在自然界储备量巨大，有多种生理功能，可增强免疫力、治疗三高疾病。壳聚糖具有良好的生物活性，被广泛应用于各个领域，其市场需求量也日益增大，前景广阔。壳聚糖的制备方法中酸碱水解法在工业生产中仍处于主导地位，此法虽可高效提取甲壳素，但弊端显著，尤其是环境问题；EDTA法的安全性相对较高，且EDTA可循环利用，适合工业化生产，此法值得改进与发展；酶法作用条件温和、无二次污染、操作简单，但酶的造价高昂，限制了其发展；生物发酵法对环境十分友好，可大量获得产品，且蛋白成分可回收利用，但其限制因素为资源利用率低、高成本，不适宜长期大规模生产。
综上所述，壳聚糖的制备法的进展颇多，然而距离最终工业化还很远，就目前筛选高产菌种、构建基因工程菌、优化微生物的发酵条件、探究新的制备方法是壳聚糖工业化发展的立足点。
参考文献：
[1] 孙丽.盐酸降解甲壳素制备氨基葡萄糖盐酸盐的机理研究[J].海峡药学， 2018，（04）：18-20.
[2] 石国宗.硫酸降解甲壳素制备N-乙酰氨基葡萄糖的工艺研究[J].海峡药学， 2016（7）：11-13.
[3] 王婷.克氏原螯虾中甲壳素提取工艺的优化[J].化工技术与开发，2019，48（1）：30-33.
[4] 张士康，冯立中，支彤彤，等.虾蛄壳中甲壳素的提取工艺探究[J].科技视界，2016（22）：173.
[5] 孙翔宇，魏琦峰，任秀莲等.虾、蟹壳中甲壳素/壳聚糖提取工艺及应用研究进展[J].食品研究与开发，2018，39（22）：214-219.
[6] 肖丽凤，邬海雄，郭艳峰.虾壳粉的生物酶解脱乙酰工艺优化研究[J].广东化工， 2016，43（16）：98-100.
[7] 陈全，王慧，石杰，等.甲壳素温敏水凝胶止血作用的研究[J].中国海洋药物，2017，36（1）：71-75.
[8] 白玉爽，刘悦，李跃等.浅谈壳聚糖的应用研究进展[J].化工管理，2018，No.488（17）：32.