殼聚糖

一 甲殼質(zhì)和殼聚糖

1.1 甲殼素

甲殼素，又稱甲殼質(zhì)、幾丁質(zhì)、化學(xué)名(1、4)-2-乙酰氨基-2-脫氧-β-D-葡聚糖。它是一種天然聚合物多糖[1]，廣泛存在于海洋節(jié)肢動(dòng)物中，如蝦和蟹的甲殼體，以及細(xì)菌、昆蟲、藻類細(xì)胞膜和高等植物的細(xì)胞壁[2]。甲殼素在自然界中的年生物合成僅次于纖維素，是地球上第二大可再生資源。

法國(guó)科學(xué)家較早在1811年獲得甲殼質(zhì)Braconot法國(guó)人于1859年從霉菌中發(fā)現(xiàn)C.Rouget用濃KOH殼聚糖出現(xiàn)在甲殼質(zhì)的處理中。直到20世紀(jì)50年代，我們才對(duì)甲殼質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和制備方法有了深入的了解。

甲殼質(zhì)資源豐富，制備方法簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。由于其良好的化學(xué)物理性質(zhì)：可拉絲、成膜造粒，通過化學(xué)改善物化特性；可與多種物質(zhì)（如膽固醇、脂肪、重金屬、蛋白質(zhì)、腫瘤細(xì)胞等）結(jié)合；它是無(wú)毒和生物相容的，因此可用于許多領(lǐng)域。

1.2 殼聚糖

殼聚糖（Chitosan），又名：脫乙酰甲殼質(zhì)、可溶性甲殼素、聚氨基葡萄糖，化學(xué)名稱為：β-（1，4) -2-氨基-2-脫氧-D-葡聚糖由甲殼質(zhì)通過脫乙酰C2得到上乙酰基。

殼聚糖呈白色或灰白色，略帶珍珠光澤，半透明無(wú)固體，約為185℃可溶于稀有機(jī)酸和部分無(wú)機(jī)酸(鹽酸)，但不溶于稀硫酸、稀硝酸、稀磷酸、草酸等。

殼聚糖還含有羥基和氨基，可通過?；?、羧基化、羥基化、氰化物、醚化、烷基化、酯化、醛亞胺化、氮化、鹽化、螯合、水解、氧化、鹽化、分支和交聯(lián)產(chǎn)生各種不同結(jié)構(gòu)和性能的衍生物。

1.3 脫乙酰反應(yīng)

脫乙?；?，甲殼質(zhì)可制成殼聚糖，常用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%-50將氫氧化鈉溶液浸泡在甲殼中，加熱至105℃，保溫2h，將水洗至中性，過濾干燥，得到白色有珍珠光澤的殼聚糖。堿濃度、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間是影響殼聚糖性能指標(biāo)（脫乙酰度和相對(duì)分子量）的主要因素。此外，不同的原料（ 螯蝦殼、蟹殼、蝦殼、蝦殼、蠶蛹）在相同的條件下制備殼聚糖，收率分別為13.6%、12.3%、10.5%、8.70%、1.8%[3]可見螯蝦殼和海蟹殼是首選原料。此外，殼聚糖也可以通過酶[4]和微波[5，6]制備。

此外，殼聚糖7還可以利用微生物菌體結(jié)合生物技術(shù)提取，如Mucor rouxii[8]、Absidia butleri、Abesidiacorrulea[9]、藍(lán)梨頭菌[10]、檸檬酸廢菌[11]等；該方法不受季節(jié)性原料影響，發(fā)展前景廣闊。

二、研究發(fā)展歷史

1811年，法國(guó)科學(xué)家H. Braconnot甲殼素 從動(dòng)物的甲殼中提取。

1859年，法國(guó)人Rouget將甲殼素放在濃KOH溶液煮沸，洗凈后可溶于有機(jī)酸，得到殼聚糖 。

年，殼聚糖及相關(guān)物質(zhì)手術(shù)縫合線 在美國(guó)首次出現(xiàn)專利。

20殼聚糖在90年代的應(yīng)用和生產(chǎn)達(dá)到了 -全球殼聚糖年產(chǎn)量數(shù)萬(wàn)噸。

目前，法國(guó)南部布列塔尼大學(xué)海洋生物研究所開發(fā)了純化過程中較好的殼聚糖成品。通過先進(jìn)的生物工程技術(shù)，甲殼素中的乙酰基逐漸去除，達(dá)到純度高于普通脫乙酰的55%。目前，全球70%的殼聚糖藥用原料來自布列塔尼地區(qū)，其制造的醫(yī)用殼聚糖是脫乙酰95%以上的成品。脫乙酰純度超過95%的殼聚糖純度高，活性強(qiáng)。主要用于醫(yī)藥領(lǐng)域，能快速修復(fù)傷口愈合，抑菌，防止傷口感染。高純度殼聚糖的多效作用越來越受到外科醫(yī)生的追捧。

三、殼聚糖的性質(zhì)

殼聚糖是天然聚合物中罕見的堿性多糖，不溶于水和有機(jī)溶劑，可溶于Ph<6.5稀酸中的葡萄糖氨基轉(zhuǎn)化為稀酸R-NH3 形成聚陽(yáng)離子凝膠溶液[12-13|。

由于殼聚糖的生物可降解性、低毒性和良好的生物相容性，它被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)和制劑[14]。研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖具有抗酸、抗?jié)儭⒋龠M(jìn)傷口愈合等特點(diǎn)；殼聚糖作為各種劑型的輔助材料，可用作片劑崩解劑、粘合劑、顆粒劑、眼膜劑等。殼聚糖可以成為新的納米藥物載體，其獨(dú)特的粘膜粘附是主要因素之一。

殼聚糖是一種性能優(yōu)良的天然粘膜粘合劑，常用于多肽藥物的粘膜給藥。殼聚糖制成的納米載體可以延長(zhǎng)藥物在吸收位置的保留時(shí)間，達(dá)到控制釋放的目的[15]。生物粘膜表面的脂質(zhì)層容易與帶正電荷的殼聚糖顆粒靜電吸附，增強(qiáng)了大分子藥物通過粘膜吸收的能力。經(jīng)過體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，van der I_nbben[16]認(rèn)為卵清蛋白、白喉毒素、破傷風(fēng)毒素等殼聚糖納米粒包裹的抗原可以減少腸道酶的降解，并被腸淋巴組織包裹(GAIT)的Peyer’s該區(qū)域的充分?jǐn)z入為殼聚糖納米載體應(yīng)用于疫苗的口服給藥提供了重要依據(jù)；此外，在抗原鼻疫苗研究中，發(fā)現(xiàn)殼聚糖作為載體可以顯著增強(qiáng)粘膜和系統(tǒng)的免疫反應(yīng)，表明殼聚糖也適用于鼻粘膜給藥。

殼聚糖應(yīng)用于納米載體的研究是20世紀(jì)90年代末逐漸發(fā)展起來的一個(gè)新興研究領(lǐng)域。研究人員對(duì)殼聚糖納米載體的制備技術(shù)和應(yīng)用前景進(jìn)行了廣泛而深入的探索，取得了階段性和突破性的進(jìn)展，為未來更深入、更系統(tǒng)的研究提供了重要的理論和技術(shù)支持。

四、殼聚糖應(yīng)用

4.1 在醫(yī)療衛(wèi)生中的應(yīng)用

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，甲殼素或殼聚糖及其衍生物還可以提高粘膜的滲透性，作為制備生物材料的靶向載體。Kotze-AF實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，三甲基殼聚糖四聚體鹽酸鹽可以提高消化道粘膜的滲透性[17]；用殼聚糖包裹膠囊R68070(一種新型血栓烷合成酶抑制劑)用于治療潰瘍性結(jié)腸炎，可避免酸性環(huán)境中藥物的破壞和吸收，使其到達(dá)病變性結(jié)腸（pH約為7.4），取得良好的治療效果[18]；殼聚糖生物管用于橋接缺損神經(jīng)，可抑制纖維細(xì)胞的生長(zhǎng)，防止神經(jīng)瘤的形成，為軸突的生長(zhǎng)創(chuàng)造良好的微環(huán)境；在磷酸鈣骨水泥中加入殼聚糖作為成分，可提高骨水泥的內(nèi)聚力，防止其在體內(nèi)降解，具有良好的組織相容性[19]；甲殼素或殼聚糖及其衍生物也可用于酶的固定；可作為骨缺損支撐材料，也可制備組織工程所需的支撐材料，用于人工骨等人工器官的體外培養(yǎng)；各種微球殼聚糖胺衍生物可有效吸附牛血清蛋白，為新的功能吸附劑[20]。

由于甲殼質(zhì)和殼聚糖與人體具有良好的生物相溶性和生物可降解性，其降解產(chǎn)物可被人體吸收，在體內(nèi)不積累，無(wú)免疫原性，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生[21]。2008年4月，美國(guó)戰(zhàn)術(shù)區(qū)戰(zhàn)傷救治發(fā)生變化（TCCC）美軍特別批準(zhǔn)使用殼聚糖敷料作為止血?jiǎng)22]。

4.1.1 醫(yī)用纖維和膜材料

由甲殼質(zhì)和殼聚糖纖維制成的手術(shù)縫合線已應(yīng)用于臨床.與傳統(tǒng)羊腸線相比，殼聚糖吸收手術(shù)縫合線材料柔軟，易打結(jié)，機(jī)械強(qiáng)度高，易被身體吸收，同時(shí)不改變皮膚膠原含量，無(wú)炎癥反應(yīng)，也可采用傳統(tǒng)方法消毒，增加傷口抗張強(qiáng)度，加速傷口愈合。

由殼聚糖制成的醫(yī)用纖維膜具有均勻、透明、手感好、柔軟、透氣性好、吸水性好、殺菌性好等優(yōu)點(diǎn)。

4.1.2 藥物載體

殼聚糖作為藥物載體，可穩(wěn)定藥物中的成分，促進(jìn)藥物吸收，延緩或控制藥物溶解速度，幫助藥物到達(dá)靶器官，抗酸、抗?jié)?，防止藥物?duì)胃 。

4.1.3 凝血作用

用甲殼粉或殼聚糖溶液包扎紗布后，可立即止血消炎。傷口愈合速度提高75%.紗布長(zhǎng)好后不粘連，甚至不留痕跡。用殼聚糖制成止血海綿，能立即止血，臨床效果很好。

4.1.4 抗腫瘤作用

甲殼質(zhì)能選擇性地凝聚白血病L 1210細(xì)胞、Ehrlich 腹水癌細(xì)胞對(duì)正常紅球骨髓細(xì)胞無(wú)影響。試驗(yàn)表明，植入180肉瘤dd 小鼠體內(nèi)，7d 靜脈注射后，兩種甲殼質(zhì)（Hexa-N-acctylchitohexaose 和Chitohexaose）連續(xù)注射到小鼠體內(nèi)3d（100mg（kg·d）），腫瘤生長(zhǎng)可明顯抑制，抑制率分別達(dá)到85%和93%。

4.1.5 增強(qiáng)免疫力

殼聚糖能有效地增加巨噬細(xì)胞的吞噬功能和水解酶的活性，通過增強(qiáng)機(jī)體非特異性免疫系統(tǒng)的功能而抑制腫瘤生長(zhǎng)。巨噬細(xì)胞激活后，除了本身的吞噬殺滅腫瘤細(xì)胞等功能增強(qiáng)外，又能分泌多種免疫因子調(diào)節(jié)其他細(xì)胞免疫與體液免疫。此外，殼聚糖還可顯著促進(jìn)脾臟細(xì)胞生成抗體的能力。

4.1.6 降低脂肪和膽固醇

人體觀察表明，攝食殼聚糖能有效降低血清膽固醇。8名健康男性成年，攝食殼聚糖3-6g/d，總血清膽固醇在兩周后下降(由188mg/dl降為177mg/dl）并增加高密度膽固醇（HDL-cholesteral，由51mg/dl增至56mg/dl）。同時(shí)可降低胃酸，抑制潰瘍，健胃。

4.1.7其他方面

可用于治療過敏性皮炎，預(yù)防齲齒和牙周炎，去除和減少口臭，降低腎病患者的血清膽固醇、尿素和肌酸水平。此外，它還可以制成各種人工器官，如人工肝臟、人工腎臟、人工骨骼、人工血管等。

4.2. 用于頭發(fā)

4.2.1. 殼聚糖在洗發(fā)水中的應(yīng)用

洗發(fā)水的主要成分是表面活性劑。如果能合理添加少量殼聚糖，可以減少或取代洗發(fā)水中添加的護(hù)發(fā)、護(hù)發(fā)、保濕等成分，使產(chǎn)品在使用過程中產(chǎn)生多種功能，即洗發(fā)水、護(hù)發(fā)、抗靜電，具有滋養(yǎng)定型的功效，大大提高了洗發(fā)水的各種性能。

4.2.2.殼聚糖在固發(fā)劑中的應(yīng)用

殼聚糖陽(yáng)離子、陰離子和非離子樹脂制成的普通固發(fā)劑相比，殼聚糖作為發(fā)型固定劑的原料在頭發(fā)表面形成的薄膜硬度適中，不粘，特別是濕度高、出汗時(shí)。普通固發(fā)劑在疏理或摩擦頭發(fā)時(shí)有明顯的靜電作用，很難長(zhǎng)時(shí)間保持發(fā)型。殼聚糖制成的固發(fā)劑具有抗靜電作用，少量使用可以保持發(fā)型。特別是對(duì)于一些皮膚敏感的人，使用殼聚糖作為固發(fā)劑的原料可以減少或避免皮膚過敏或灼燒。

4.3 應(yīng)用于化妝品

利用殼聚糖的保濕、保濕、成膜、抗靜電、頭發(fā)柔軟和保護(hù)，對(duì)皮膚無(wú) 、無(wú)毒等特性廣泛應(yīng)用于化妝品中。

研究表明，皮下水分的流失是皮膚老化的主要原因之一，殼聚糖具有良好的保濕性和保濕性。與某些化學(xué)合成保濕劑相比，它無(wú)毒、無(wú)害，對(duì)皮膚和眼粘膜無(wú) ，無(wú)接觸過敏問題，價(jià)格便宜，應(yīng)用于護(hù)膚產(chǎn)品，使產(chǎn)品性能優(yōu)異，可全部或部分替代常用的保濕成分。

裂解后的寡聚葡萄糖胺和葡萄糖胺與人體細(xì)胞的固有成分透明質(zhì)酸非常相似，因此具有良好的親和力，對(duì)人體沒有排斥反應(yīng)。

同時(shí)，殼聚糖也具有很強(qiáng)的吸附和螯合作用。酸溶解的殼聚糖具有很強(qiáng)的凝膠吸附能力。同時(shí)，寡聚葡萄糖胺和葡萄糖胺的羥基受鄰位氨基和重金屬離子的影響，螯合系數(shù)隨著金屬原子量的增加而增強(qiáng)。

脫乙酰95%的殼聚糖在護(hù)膚品中應(yīng)用不多。只有一些專業(yè)進(jìn)口的醫(yī)療品牌，如法國(guó)美帕的殼聚糖系列產(chǎn)品，才能添加使用。

4.4 在食品中的應(yīng)用

4.4.1 絮凝劑和增稠劑

由于氨基殼聚糖是一種陽(yáng)離子電解質(zhì)，在溶液中對(duì)有機(jī)懸浮顆粒具有明顯的絮凝作用，無(wú)毒無(wú)味，可用于飲料和葡萄酒的濁度澄清，防止醋和醬油的沉淀。蛋黃醬、花生醬、芝麻醬、玉米醬、含沙司的罐裝食品、奶油替代品、酸奶油、酸奶油替代品作為絮凝劑和增稠劑，增稠效果明顯，可使產(chǎn)品長(zhǎng)期儲(chǔ)存不變質(zhì)，延長(zhǎng)貨架期。

4.4.2 防腐保鮮

殼聚糖衍生物如N-羧丁基殼聚糖對(duì)細(xì)菌、霉菌和酵母有很強(qiáng)的抑制作用，其中對(duì)大腸桿菌、枯草桿菌、毛霉和根霉有更強(qiáng)的抑制作用。殼聚糖衍生物具有良好的水溶性和廣譜抗菌性，無(wú)毒無(wú)害。廣泛應(yīng)用于食品、水果、蔬菜和農(nóng)產(chǎn)品的防腐和保鮮。將殼聚糖和乳酸鈣或醋酸鈣制成水溶性保鮮劑，殺菌活性高，安全無(wú)毒。

殼聚糖還用于草莓、蘋果、獼猴桃、雞蛋、柚橙、蘋果汁、肉類、水產(chǎn)品的防腐保鮮。

4.4.3 食品包裝膜

將殼聚糖與淀粉和水混合均勻，制成薄膜和干燥。-淀粉合成食品包裝膜可食用、無(wú)毒、耐油、抗張強(qiáng)度高，不溶于冷熱水，可用于固體、半固體和液體食品的包裝。該膜可自動(dòng)生物降解，無(wú)白色環(huán)境污染。

4.4.4 固定化酶載體

將殼聚糖醋酸溶液噴入堿性溶液中凝固，分離再生得到殼聚糖細(xì)顆粒，可作為固定酶載體。殼聚糖固定酶可廣泛應(yīng)用于制糖、釀造、造醋等食品工業(yè)。

4.4.5 保健食品

甲殼質(zhì)、殼聚糖作為功能性保健食品對(duì)人類有5大功能：免疫強(qiáng)化功能、抑制老化、預(yù)防疾病、促進(jìn)疾病痊愈和調(diào)節(jié)人體生理機(jī)能。將殼聚糖與其他成分配合使用，可研制出人類所需的新產(chǎn)品。如將2份殼聚糖與10份不同比例的甲酸、硫酸鐵溶液反應(yīng)，可制成可溶性鐵-殼聚糖絡(luò)合物，其補(bǔ)血效果優(yōu)于其他補(bǔ)血食品。殼聚糖與油酸、亞油酸等脂肪酸按比例混合研制成殼聚糖-脂肪酸絡(luò)合物，可添加到各種保健食品中。殼聚糖與果膠、卡拉膠等酸性多糖可加工成殼聚糖-酸性多糖絡(luò)合鹽，這種絡(luò)合鹽可與肉類中脂肪酸結(jié)合，不被人體吸收而制成高質(zhì)量低熱能減肥保健品。日本還將殼聚糖與傳統(tǒng)的中藥保健品混合作保健品出售，在市場(chǎng)上很受歡迎。

4.5 殼聚糖在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用

4.5.1 殼聚糖種衣劑

種子包衣是近年來研制出的一項(xiàng)加工處理種子的新技術(shù)。種衣劑在種子周圍形成防治病蟲的保護(hù)屏障，保證種子正常吸水發(fā)芽生長(zhǎng)和藥肥緩慢釋放，延長(zhǎng)藥效期。殼聚糖處理后的種子，其中的Chitinase 的活性可提高1.5倍。具有良好的防病、防蟲和促進(jìn)作物生長(zhǎng)作用，即簡(jiǎn)便易行，又使殺蟲劑對(duì)使用者和環(huán)境污染減小，是理想的環(huán)保型殺蟲劑，在生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用。

4.5.2 可降解殼聚糖地膜

利用甲殼質(zhì)的成膜性及生物降解性，可制成具有良好粘附性、通透性和一定抗拉強(qiáng)度的農(nóng)用地膜，代替現(xiàn)在廣泛使用的聚乙烯地膜，克服了聚乙烯地膜板結(jié)土壤，不利作物生長(zhǎng)的缺點(diǎn)，并且避免了白色污染。

4.5.3 飼料添加劑

利用甲殼質(zhì)和殼聚糖作雞飼料添加劑，能使小雞明顯增重；做魚餌料添加劑對(duì)魚有顯著的增重作用；在豬飼料中添加殼聚糖，可以提高育肥豬的瘦肉率。

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