▲ 等离子体辅助壳聚糖在石英混合装置中的解聚。
MIPT的研究人员开发了
一种新技术来获得低分子量，水溶性的壳多糖和壳聚糖
。这种方法是在特殊等离子体化学反应器中进行的，
在电子束等离子体的作用下使壳多糖和壳聚糖发生降解
。
新技术将原本生产壳多糖和壳聚糖的水溶性低聚糖所需的时间从几天减少到几分钟。这种方法不仅具有
环保，生产周期短
的特点，同时可以制备
具有抗微生物、杀真菌的生物活性低聚糖
。研究结果发表在Carbohydrate Polymers。
壳多糖（也称甲壳素）是纤维素后的第二大生物聚合物。在大约二百年前，壳多糖及其衍生物壳聚糖被发现。在过去二十年中，这两种化合物受到越来越多的关注。在自然界中，壳多糖和壳聚糖大多是出现在昆虫和甲壳类动物以及大多数真菌和一些藻类的外骨骼的主要成分中。
目前，在农业，医药，食品加工，化妆品制造等多个行业，已有超过70种关于这些化合物的已知应用。其中，在以壳多糖和壳聚糖为基础的产品中，最具前景的是具有低分子量的水溶性低聚糖。它们通常通过源材料的化学解聚来制备。该技术不仅涉及高温和使用过氧化氢，同时还用到了有机和无机酸、氢氧化钠的浓缩溶液以及其他腐蚀性溶剂。壳多糖和壳聚糖的化学处理过程中产生了大量的工业废水，其中包含需要纯化的酸和碱。除了有毒废物管理之外，常规使用的化学水解方法非常耗时，需要长达数天。
MIPT的研究人员与来自罗马尼亚北部（北极）联邦大学的同事合作，开发了一种全新而清洁的等离子体辅助方法，用于生产壳多糖和壳聚糖的低分子量衍生物。
▲等离子体反应器设计和多糖处理程序：电子束枪（1），高真空室（2），电子束（3），注射窗（4），工作室（5），EBP云（6），气溶胶反应区（7），待处理的多糖粉末（8），内部隔板（9），圆柱形石英容器（10），气体进料器（11），扫描系统（12），水蒸发器（13）
电子束等离子体化学反应器
科学家提出了用等离子体化学技术来代替壳多糖和壳聚糖的化学水解。在这种具有应用前景的技术中，涉及了低温以及非平衡电子束等离子体（EBP）的使用。为了对新技术进行测试，他们将多糖粉末引入其定制的等离子体化学电子束反应器中。虽然反应室可以用许多种气体来填充，但最终发现氧气和水蒸汽是用于低分子量壳聚糖生产的最有效的等离子体产生介质。
为了产生能处理壳多糖和壳聚糖的等离子体，将电子束注入到气体介质中。反应室中含有气体，但电子束的产生需要高真空度。因此，电子源必须通过注射窗口进行屏蔽。当电子束通过介质时，会导致气体分子的电离，激发和解离。结果获得了非常高浓度的自由基和其它化学活性颗粒，这些通常在平衡条件下是不能实现的。将壳多糖和壳聚糖暴露于等离子体和电子束下，本身就会引发必要的生物聚合物转化。因此无需将多糖粉末加热到室温以上，这就避免了材料的热破坏。高温是化学水解的主要缺点之一。
值得注意的是，这种技术方案能够控制在反应介质中释放能量的多少，使得该过程稳定并且等离子体处理结果具有可复制性。
所得化合物的生物活性
壳聚糖的实际应用是由化合物的独特性质决定的，即其高的生物相容性，生物降解性和络合能力以及低毒性。通过对大肠杆菌，金黄色葡萄球菌，铜绿假单胞菌，肠杆菌，枯草芽孢杆菌和其他一些物种进行的许多研究能够证明，壳聚糖的生物活性显著地取决于其分子量。尤其是显示较低分子量的壳聚糖在更大程度上能够抑制细菌生长和增殖。
为了评估所获得的低分子量壳多糖和壳聚糖的生物活性，研究人员对其抗菌性进行了体外测试。研究发现，无论细菌是处于繁殖还是休眠状态下，这些化合物完全抑制了金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的生长。它们还抑制了几种丝状真菌的生长，比如黄曲霉。
Tatiana Vasilieva博士解释了
本研究的意义：“我们的实验表明，电子束等离子体可用于有效控制壳多糖和壳聚糖的解聚，这是获得低分子量、水溶性以及具有生物活性的低分子量壳聚糖的有效替代方法。
该解聚方法可以与生物化学技术行业中常规使用的技术进行竞争，希望这些化合物可以在农业，制药和医药领域得到应用。”
文献链接：
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861717300267
来源：
高分子科学前沿
声明：凡本平台注明“来源：XXX”的文/图等稿件，本平台转载出于传递更多信息及方便产业探讨之目的，并不意味着本平台赞同其观点或证实其内容的真实性，文章内容仅供参考。
我们的微博：
高分子科学前沿
