早在2001的報道顯示，甲殼類加工產業(yè)有接近40%的甲殼廢料產生，隨著工業(yè)的發(fā)展和科學的進步，殼聚糖在多個行業(yè)得到了廣泛的應用，包括水處理、農業(yè)、紡織業(yè)、化妝品和食品加工等。本文主要分析了殼聚糖對養(yǎng)殖魚類和甲殼動物的影響，綜述了殼聚糖在水產養(yǎng)殖業(yè)的潛在效益。
研究表明，殼聚糖具有良好的安全性、生物降解和生物相容性。使得殼聚糖在水產養(yǎng)殖中有著廣泛的應用，具體功能包括抗菌、促生長和免疫刺激等。
1． 抗菌性能
早在1979年，就有研究人員對殼聚糖的抗菌性能進行了研究。研究表明，
殼聚糖對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌都有很高的抑制性，尤其是革蘭氏陰性菌對殼聚糖更敏感。據報道，研究人員傾向于將殼聚糖劃分為抑菌劑而非殺菌劑，作用方式如下圖所示。
抑菌的作用機制如下：
1.1 基于靜電相互作用的方式，陽離子化胺的數(shù)量越多，抑菌作用越明顯，通過靜電相互作用而引起膜壁滲透性變化導致內部滲透失衡，從而抑制微生物的生長。
1.2 與微生物的DNA相互作用，從而抑制mRNA和蛋白質的合成。這一說法還存在爭議，有研究人員認為，殼聚糖是外膜破壞物，而非胞內的滲透材料。
1.3 金屬螯和作用。殼聚糖具有良好的金屬結合能力，其分子內部的脫乙酰氨基通過螯合作用牽引金屬陽離子另一方面，從而抑制微生物的生長，這一機制在高pH條件下更有效。
研究表明，多種因素會影響殼聚糖的抑菌效果，包括：1. 細菌的種類和年齡等內部因子；2.殼聚糖分子的內在因素，包括正電荷密度、分子量和濃度等；3. 殼聚糖的物理狀態(tài)；4. 環(huán)境因素：溫度、PH和作用時間等。有研究發(fā)現(xiàn)，飼料中添加不同濃度的殼聚糖，羅非魚腸道中總厭氧和有氧菌的數(shù)量降低，且呈現(xiàn)密度依賴性。
2. 抗真菌活性
許多研究表明，殼聚糖有很強的抑制真菌能力，能夠抑制真菌的孢子萌發(fā)、真菌牙管伸長與徑向生長。通過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，殼聚糖能夠擴散到真菌內部，感染真菌生長所需要的酶活性。此外，殼聚糖對真菌細胞壁的抑制作用取決于濃度、乙酰化程度和局部PH。研究表明，殼聚糖對瓊脂平板上的立枯絲核菌有抑制作用，然而，殼聚糖用于水產養(yǎng)殖魚類的直接抗真菌作用還有待深入的研究。
3. 抗氧化特性
據報道，殼聚糖及其許多合成衍生物具有抗氧化活性，殼聚糖的抗氧化活性可歸因于其對羥基自由基的清除活性及其螯合能力。研究顯示，殼聚糖的抗氧化性能隨著其濃度的增加而逐漸提高。有學者研究了飼料中添加維生素C和殼聚糖等抗氧化劑對氯化鎘環(huán)境下歐洲鯉魚的影響，結果顯示，單獨或聯(lián)合添加殼聚糖或維生素C可提高暴露于氯化鎘環(huán)境中的魚類抗氧化防御系統(tǒng)的效率，調節(jié)丙氨酸氨基轉移酶、ALT、肌酸激酶、CPK和過氧化氫酶的活性。還有研究表明，殼聚糖或其衍生物對對蝦消化腺抗氧化防御和氧化應激狀態(tài)有一定的影響。大量研究顯示，殼聚糖作為一種強有力的抗氧化成分在水產養(yǎng)殖中的積極作用，但仍需對其作用進行更多的研究。例如，殼聚糖對魚類的抗氧化防御機制和最佳有效水平尚不清楚。
4.促生長特性
殼聚糖是一種活性生長促進劑。研究表明，殼聚糖能夠改變小腸的形態(tài)結構，促進營養(yǎng)物質的吸收和生長性能。例如，在黑鱸的飼料中添加殼聚糖，能夠提高其生長性能和飼料利用率。且低濃度的殼聚糖能夠提高氮的利用率和氨基酸的消化率。大量研究探討了殼聚糖的濃度對生長性能的影響。例如，中等濃度的殼聚糖對鯉魚、羅非魚的生長性能有明顯改善；凡納濱對蝦的飼料中添加2.13g/kg-和2.67 g/kg的殼聚糖，能夠通過增加其蛻殼率和消化吸收效率而提高其生長性能，然而，高濃度（20g/kg-100g/kg）的殼聚糖反而會抑制其生長。以上研究表明，不同物種需要的最適殼聚糖濃度有差異，其適用濃度受養(yǎng)殖種類、年齡和體重的影響。
5. 免疫刺激特性
免疫刺激物是一種能夠激活機體的先天性免疫和特異性免疫的天然或合成化合物，近年來的研究表明，殼聚糖是一種有效的免疫刺激物。實驗顯示，通過添加適量的殼聚糖，虹鱒的血細胞參數(shù)與存活率都受到了明顯的影響。而在亞洲鱸魚的實驗中，短期內，中等濃度的殼聚糖刺激能夠提高其先天性免疫的指標，但在長時間、高濃度的殼聚糖刺激下，會抑制白細胞和巨噬細胞。說明不同物種對殼聚糖的耐受濃度差異較大，具有物種依賴性。
6. 封裝性能
在水產養(yǎng)殖中，許多生物活性物質的口服輸送系統(tǒng)在通過胃腸道時有三個主要障礙，包括酶、免疫細胞和上皮細胞的物理屏障。研究表明，當殼聚糖用于制備微膠囊時，它可以保護膠囊活性化合物在苛刻條件下順利進入胃腸道，并增強其吸收能。
7.水處理特性
生物聚合物作為一類有前途的生物吸附劑，可用于去除水中的有機和無機污染物。殼聚糖作為一種生物吸附劑已被廣泛應用于水中。這主要是由于殼聚糖具有良好的金屬結合性能
通過它的氨基上的氫，它們負責牽引帶相反電荷的金屬陽離子螯合形成聚合物，如下圖示。另外，由于其成本較活性炭低，而且其氨基和羥基含量高，對各種水生污染物具有很高的吸附潛力。
綜上，殼聚糖有以下特性。
[1] 殼聚糖對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌都有很好的抑制效果，研究人員傾向于將其劃分為抑菌劑；
[2] 殼聚糖以及衍生物具有抗氧化特性，一般可歸因于對羥基自由基的清除活性和對亞鐵離子的螯合能力；
[3] 殼聚糖是一種生長促進劑，可能歸因于其能夠改善小腸的形態(tài)結構，促進營養(yǎng)物質的吸收；
[4] 殼聚糖能夠刺激免疫系統(tǒng)，促進炎性細胞的功能，例如巨噬細胞和溶菌酶的產生；
[5] 殼聚糖能夠促進活性化合物順利通過胃腸道，提高其消化吸收；
[6] 殼聚糖由于其生物降解性、與重金屬的金屬結合能力、對污染物的選擇性高等諸多原因被廣泛應用于水凈化中。
