壳聚糖在水产养殖的作用
早在2001的报道显示，甲壳类加工产业有接近40%的甲壳废料产生，随着工业的发展和科学的进步，壳聚糖在多个行业得到了广泛的应用，包括水处理、农业、纺织业、化妆品和食品加工等。本文主要分析了壳聚糖对养殖鱼类和甲壳动物的影响，综述了壳聚糖在水产养殖业的潜在效益。
研究表明，壳聚糖具有良好的安全性、生物降解和生物相容性。使得壳聚糖在水产养殖中有着广泛的应用，具体功能包括抗菌、促生长和免疫刺激等。
1． 抗菌性能
早在1979年，就有研究人员对壳聚糖的抗菌性能进行了研究。研究表明，
壳聚糖对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌都有很高的抑制性，尤其是革兰氏阴性菌对壳聚糖更敏感。据报道，研究人员倾向于将壳聚糖划分为抑菌剂而非杀菌剂，作用方式如下图所示。
抑菌的作用机制如下：
1.1 基于静电相互作用的方式，阳离子化胺的数量越多，抑菌作用越明显，通过静电相互作用而引起膜壁渗透性变化导致内部渗透失衡，从而抑制微生物的生长。
1.2 与微生物的DNA相互作用，从而抑制mRNA和蛋白质的合成。这一说法还存在争议，有研究人员认为，壳聚糖是外膜破坏物，而非胞内的渗透材料。
1.3 金属螯和作用。壳聚糖具有良好的金属结合能力，其分子内部的脱乙酰氨基通过螯合作用牵引金属阳离子另一方面，从而抑制微生物的生长，这一机制在高pH条件下更有效。
研究表明，多种因素会影响壳聚糖的抑菌效果，包括：1. 细菌的种类和年龄等内部因子；2.壳聚糖分子的内在因素，包括正电荷密度、分子量和浓度等；3. 壳聚糖的物理状态；4. 环境因素：温度、PH和作用时间等。有研究发现，饲料中添加不同浓度的壳聚糖，罗非鱼肠道中总厌氧和有氧菌的数量降低，且呈现密度依赖性。
2. 抗真菌活性
许多研究表明，壳聚糖有很强的抑制真菌能力，能够抑制真菌的孢子萌发、真菌牙管伸长与径向生长。通过显微镜观察发现，壳聚糖能够扩散到真菌内部，感染真菌生长所需要的酶活性。此外，壳聚糖对真菌细胞壁的抑制作用取决于浓度、乙酰化程度和局部PH。研究表明，壳聚糖对琼脂平板上的立枯丝核菌有抑制作用，然而，壳聚糖用于水产养殖鱼类的直接抗真菌作用还有待深入的研究。
3. 抗氧化特性
据报道，壳聚糖及其许多合成衍生物具有抗氧化活性，壳聚糖的抗氧化活性可归因于其对羟基自由基的清除活性及其螯合能力。研究显示，壳聚糖的抗氧化性能随着其浓度的增加而逐渐提高。有学者研究了饲料中添加维生素C和壳聚糖等抗氧化剂对氯化镉环境下欧洲鲤鱼的影响，结果显示，单独或联合添加壳聚糖或维生素C可提高暴露于氯化镉环境中的鱼类抗氧化防御系统的效率，调节丙氨酸氨基转移酶、ALT、肌酸激酶、CPK和过氧化氢酶的活性。还有研究表明，壳聚糖或其衍生物对对虾消化腺抗氧化防御和氧化应激状态有一定的影响。大量研究显示，壳聚糖作为一种强有力的抗氧化成分在水产养殖中的积极作用，但仍需对其作用进行更多的研究。例如，壳聚糖对鱼类的抗氧化防御机制和最佳有效水平尚不清楚。
4.促生长特性
壳聚糖是一种活性生长促进剂。研究表明，壳聚糖能够改变小肠的形态结构，促进营养物质的吸收和生长性能。例如，在黑鲈的饲料中添加壳聚糖，能够提高其生长性能和饲料利用率。且低浓度的壳聚糖能够提高氮的利用率和氨基酸的消化率。大量研究探讨了壳聚糖的浓度对生长性能的影响。例如，中等浓度的壳聚糖对鲤鱼、罗非鱼的生长性能有明显改善；凡纳滨对虾的饲料中添加2.13g/kg-和2.67 g/kg的壳聚糖，能够通过增加其蜕壳率和消化吸收效率而提高其生长性能，然而，高浓度（20g/kg-100g/kg）的壳聚糖反而会抑制其生长。以上研究表明，不同物种需要的最适壳聚糖浓度有差异，其适用浓度受养殖种类、年龄和体重的影响。
5. 免疫刺激特性
免疫刺激物是一种能够激活机体的先天性免疫和特异性免疫的天然或合成化合物，近年来的研究表明，壳聚糖是一种有效的免疫刺激物。实验显示，通过添加适量的壳聚糖，虹鳟的血细胞参数与存活率都受到了明显的影响。而在亚洲鲈鱼的实验中，短期内，中等浓度的壳聚糖刺激能够提高其先天性免疫的指标，但在长时间、高浓度的壳聚糖刺激下，会抑制白细胞和巨噬细胞。说明不同物种对壳聚糖的耐受浓度差异较大，具有物种依赖性。
6. 封装性能
在水产养殖中，许多生物活性物质的口服输送系统在通过胃肠道时有三个主要障碍，包括酶、免疫细胞和上皮细胞的物理屏障。研究表明，当壳聚糖用于制备微胶囊时，它可以保护胶囊活性化合物在苛刻条件下顺利进入胃肠道，并增强其吸收能。
7.水处理特性
生物聚合物作为一类有前途的生物吸附剂，可用于去除水中的有机和无机污染物。壳聚糖作为一种生物吸附剂已被广泛应用于水中。这主要是由于壳聚糖具有良好的金属结合性能
通过它的氨基上的氢，它们负责牵引带相反电荷的金属阳离子螯合形成聚合物，如下图示。另外，由于其成本较活性炭低，而且其氨基和羟基含量高，对各种水生污染物具有很高的吸附潜力。
综上，壳聚糖有以下特性。
[1] 壳聚糖对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌都有很好的抑制效果，研究人员倾向于将其划分为抑菌剂；
[2] 壳聚糖以及衍生物具有抗氧化特性，一般可归因于对羟基自由基的清除活性和对亚铁离子的螯合能力；
[3] 壳聚糖是一种生长促进剂，可能归因于其能够改善小肠的形态结构，促进营养物质的吸收；
[4] 壳聚糖能够刺激免疫系统，促进炎性细胞的功能，例如巨噬细胞和溶菌酶的产生；
[5] 壳聚糖能够促进活性化合物顺利通过胃肠道，提高其消化吸收；
[6] 壳聚糖由于其生物降解性、与重金属的金属结合能力、对污染物的选择性高等诸多原因被广泛应用于水净化中。