甲殼素,又名甲殼質、幾丁質,化學名稱(1,4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖。是一種天然高分子多糖[1],大量存在於海洋節肢動物,如蝦、蟹的甲殼之中,也存在於菌類、昆蟲類、藻類細胞膜和高等植物的細胞壁中[2],分佈極其廣泛。甲殼素在自然界每年的生物合成量僅次於纖維素,是地球上第2大可再生資源。
甲殼質最早在1811年由法國科學家Braconot從黴菌中發現,1859年法國人et用濃KOH處理甲殼質,出現了殼聚糖。直到20世紀50年代,才對甲殼質的化學結構、性質和製備方法有了較深透的瞭解。
殼聚糖(Chitosan),又名:脱乙酰甲殼質、可溶性甲殼素、聚氨基葡萄糖,化學名稱為:β-(1,4) -2-氨基-2-脱氧-D-葡聚糖,是由甲殼質經脱乙酰作用,脱去C2上的乙酰基而得到。
目前提純工藝最好的殼聚糖成品是法國南部布列塔尼大學海洋生物研究所研製,其通過先進生物工程技術,將甲殼素裏面的乙酰基逐步脱掉達到純度高於普通級別脱乙酰度55%,目前全球殼聚糖藥用原材料70%來自布列塔尼地區,其出品的醫藥級殼聚糖是脱乙酰度95%以上的成品。脱乙酰純度達到95%以上的殼聚糖純度較高,有極強的活性,主要用於醫藥領域,對傷口的癒合有着快速的修復,並有抑菌性預防傷口感染,高純度殼聚糖的多效作用已經越來越被外科醫生所追捧。
由於殼聚糖的生物可降解性、低毒、良好的生物相容性使其廣泛應用於生物醫藥和製劑[3]。研究發現,殼聚糖具有抗酸、抗潰瘍,促進傷口癒合等性質;作為各種劑型的輔料,殼聚糖既可用作片劑崩解劑、黏合劑,也可製成顆粒劑、眼用膜劑等。殼聚糖能夠成為新型的納米藥物載體,其特有的黏膜黏附性是主要因素之一。
殼聚糖是性能優良的天然黏膜黏着劑,常用於多肽類藥物的黏膜給藥。以殼聚糖製成的納米載體可以延長藥物在吸收位置的保留時間,達到控釋目的[4]。生物黏膜表面的類脂層荷負電,易與帶正電荷的殼聚糖粒子發生靜電吸附,增強了大分子藥物透過黏膜吸收的能力。經過體內實驗研究,van der I_nbben等[5]認為以殼聚糖納米粒包裹的抗原如卵清蛋白、白喉類毒素、破傷風類毒素等,能夠減少胃腸道酶降解而被腸淋巴組織(GAIT)的Peyer’s區充分攝取,這為殼聚糖納米載體應用於疫苗的口服給藥提供重要依據;另外在抗原的鼻疫苗研究中,發現以殼聚糖為載體能夠顯著增強黏膜和系統的免疫反應,説明殼聚糖也適於疫苗的鼻黏膜給藥。
將殼聚糖應用於納米載體的研究,是20世紀90年代末逐漸發展起來的新興研究領域。研究人員對殼聚糖納米載體的製備技術及應用前景展開了廣泛而深入的探索,並取得了階段性、突破性的進展,這為將來更深入系統的研究提供了重要的理論與技術支持。
1.在醫藥衞生方面的應用
在醫藥學領域,甲殼素或殼聚糖及其衍生物還可以提高黏膜的通透性,可以作為靶向載體,可以用於製備生物材料等。如Kotze-AF實驗發現,三甲基殼聚糖四聚體的鹽酸鹽可提高消化道黏膜通透性[6];以殼聚糖製成膠囊包裹R68070(一種新型的血栓烷合成酶抑制劑)用來治療潰瘍性結腸炎,可避免藥物在酸性環境中的破壞和吸收,使其到達病變結腸部位(pH約為7.4),取得良好的治療效果[7];以殼聚糖製成的生物管用於橋接缺損神經,可以抑制成纖維細胞的生長,進而防止神經瘤的形成,為軸突的生長創造有利的微環境;在磷酸鈣骨水泥中加入殼聚糖作為配料,可以提高骨水泥的內聚力,防止其在體內降解,並具有良好的組織相容性[8];甲殼素或殼聚糖及其衍生物也可用於酶的固定化方面;可作為骨缺損支架材料,還可製備組織工程所需的支架材料,用於人工骨等人工器官的體外培養;各種微球形殼聚糖胺基衍生物可有效地吸附牛血清蛋白,為新型功能吸附劑[9]。
由於甲殼質、殼聚糖具有與人體良好的生物相溶性和生物可降解性,其降解產物可被人體吸收,在體內不蓄積,無免疫原性,在醫藥衞生方面有着廣泛的應用[10]。在2008年4月的美軍戰術區戰傷救治的變革的(TCCC)指南中,美國軍方特別批准使用殼聚糖敷料作為止血劑[11]。
2.殼聚糖在洗髮水中的應用
洗髮水的主要成分是表面活性劑,若能合理的添加少量的殼聚糖,就能減少或代替洗髮香波中添加的護髮、養髮、滋潤等成分,而使產品在使用過程中產生多重作用,即有洗髮、護髮及抗靜電作用,同時又具有滋養定型之功效,使洗後的頭髮各種性能大為改觀。
3.殼聚糖在固發劑中的應用
殼聚糖作為髮型固定劑的原料與通常的陽離子、陰離子和非離子型樹脂製成的普通固發劑相比,在頭髮表面形成的薄膜其硬度適中,且不發粘,特別是在濕度較大和出汗的情況下仍能保持原來的硬度而不發粘。普通的固發劑在頭髮疏理或揉擦時,具有明顯的靜電作用,很難長時間保持髮型。而由殼聚糖配製的固發劑,具有抗靜電作用,少量使用就能保持髮型。特別是對某些敏感性皮膚的人,使用殼聚糖為原料的固發劑可以減少或避免皮膚過敏或灼燒感的發生。
4.在化粧品中的應用
利用殼聚糖的保濕性、潤濕性、成膜性、抗靜電作用、毛髮柔軟和保護作用,以及對皮膚無刺激、無毒等特性在化粧品中具有廣泛的應用。
研究證明,皮下水分的散失是人的皮膚衰老的主要原因之一,而殼聚糖具有優良的保濕性和潤濕性。與某些化學合成的保濕劑相比較,它無毒、無害、對皮膚和眼粘膜無刺激,不存在接觸過敏的問題,而且價格便宜,因此將其應用於護膚品中,使產品具有優良的性能,並能全部或部分代替通常所用的保濕及潤濕成分。
裂解後的寡聚葡萄糖胺和葡萄糖胺與人體細胞的固有成分——透明質酸極相似,因而具有良好的親和性,對人體不產生排斥反應。
同時,殼聚糖還具有很強的吸附性和螯合作用。遇酸溶解的殼聚糖呈凝膠狀態具有很強的吸附能力。同時寡聚葡萄糖胺和葡萄糖胺的羥基受鄰位氨基的影響與重金屬離子產生螯合作用,螯合係數隨金屬原子量加大而增強。
脱乙酰度達到95%的殼聚糖,護膚品中應用並不是很多。只有一些專業進口的醫學品牌,如法國美帕的殼聚糖系列產品才有添加使用。
5. 在食品中的應用
5.1 絮凝劑和增稠劑
由於帶氨基的殼聚糖是陽離子電解質,在溶液中對有機物懸浮顆粒有明顯的絮凝效果且無毒、無味,可用於飲料及酒類的除濁澄清,防止醋、醬油沉澱。作為絮凝劑和增稠劑添加到蛋黃醬、花生醬、芝麻醬、玉米糊罐頭、含有沙司的罐裝食品、奶油代用品、酸性奶油、酸性奶油代用品中,增稠效果明顯並可使產品長期貯存不變質,延長貨架期。
5.2 防腐保鮮
殼聚糖衍生物如N-羧丁基殼聚糖對細菌、黴菌、酵母菌均具有較強的抑制作用,其中對大腸桿菌、枯草桿菌、毛黴、根黴具有更強烈的抑制作用。殼聚糖衍生物具有良好的水溶性和廣譜抗菌性,無毒無害。在食品、果蔬、農產品的防腐保鮮上有廣泛的應用。將殼聚糖與乳酸鈣或醋酸鈣製成一種水溶性保鮮劑具有高殺菌活性、安全無毒。
殼聚糖還應用在草莓、蘋果、獼猴桃、雞蛋、柚桔、蘋果汁、肉類、水產品的防腐保鮮中效果很好。
5.3 食品包裝膜
將殼聚糖與澱粉、水混合均勻製成薄膜、乾燥,經鹼溶液處理,可製成殼聚糖-澱粉合成食品包裝膜,此膜可食,無毒,耐油,抗張強度高,不溶於冷、熱水,可用於包裝固體、半固體和液體食品。該膜能自動生物降解,無白色環境污染。
5.4 固定化酶載體
將殼聚糖醋酸溶液噴入到鹼性溶液中進行凝固,經分離再生得到殼聚糖微細顆粒,此顆粒可作為固定化酶載體。被殼聚糖固定的酶可廣泛應用於製糖、釀酒、造醋等食品工業。
5.5 保健食品
甲殼質、殼聚糖作為功能性保健食品對人類有5大功能:免疫強化功能、抑制老化、預防疾病、促進疾病痊癒和調節人體生理機能。將殼聚糖與其他成分配合使用,可研製出人類所需的新產品。如將2份殼聚糖與10份不同比例的甲酸、硫酸鐵溶液反應,可製成可溶性鐵-殼聚糖絡合物,其補血效果優於其他補血食品。殼聚糖與油酸、亞油酸等脂肪酸按比例混合研製成殼聚糖-脂肪酸絡合物,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-酸性多糖絡合鹽,這種絡合鹽可與肉類中脂肪酸結合,不被人體吸收而製成高質量低熱能減肥保健品。日本還將殼聚糖與傳統的中藥保健品混合作保健品出售,在市場上很受歡迎。
6. 殼聚糖在農業中應用
6.1 殼聚糖種衣劑
種子包衣是近年來研製出的一項加工處理種子的新技術。種衣劑在種子周圍形成防治病蟲的保護屏障,保證種子正常吸水發芽生長和藥肥緩慢釋放,延長藥效期。殼聚糖處理後的種子,其中的Chitinase 的活性可提高1.5倍。具有良好的防病、防蟲和促進作物生長作用,即簡便易行,又使殺蟲劑對使用者和環境污染減小,是理想的環保型殺蟲劑,在生產上得到廣泛應用。
6.2 可降解殼聚糖地膜
利用甲殼質的成膜性及生物降解性,可製成具有良好粘附性、通透性和一定抗拉強度的農用地膜,代替現在廣泛使用的聚乙烯地膜,克服了聚乙烯地膜板結土壤,不利作物生長的缺點,並且避免了白色污染。
6.3 飼料添加劑
利用甲殼質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。
參考文獻:
[1]楊冬梅,繆進康,黃明智. 天然生物材料-甲殼素和殼聚糖的開發及應用[J].化學工業與工程,1999,16(6):335-340.
[2]胡繼飛. 甲殼質及其衍生物的開發利用[J].生物技術,1994(4):45-47.
[3]Hirofuml T,HinⅫitan Y,Yod[Iiaki adhesive nanoparticulate systems for pepfide drug delivery[J] Drug Ddliv Rev,2001,47:39.
[4] van der Lubben IM,Verhoef JC,Borchard G,d esan forⅫ一cesal vaccination[J] Drug Ddliv Rev,2001,52:139.
[5] Krishnendu osan—DNA mmoparfieles:synthesis,eharacterizafian,
subcellular transport and oral delivery 0f genetic vaccines[D].
Baltimore the Johns aopkius University,1999.
[6]Kotze A F,Thanon M M, Luebetaen H H, et al. Enhancement of paracellular drug transport with highly quaternized N-trimethyl chitosan chloride in neutral environments: in vivo evaluation in intestinal cells (caro-2)[J].J Pharm Sci, 1999,88(2):253-257.
[7]Tozaki H ,Fujita T, Odorida T, et al. Colon-specific dwelivery of R68070, a new thromboxanesynthase inhibitor, using chitosan capsules; therapeutic effects against 2,4,6-trinitrobenzene sulfonic acid-induced ulcerative colitis in rats[J]. Life Sci,1999,64(13):1155-1162.
[8]Khairoun I,Deriessens F C M, Boltong M G, et al. Addition of cohesion promoters to calcium phosphate cements[J]. Biomaterials, 1999,20(4):393-398.
[9]方波,宋道雲,陳鴻雁等.微球型殼聚糖胺基吸附劑的製備及性能[J].化工科技,2000,8(3):20-23.
[10] 徐鑫,王靜.甲殼質和殼聚糖的開發及應用[J].哈爾濱工業大學學報,Feb.2002vol,34 No,1
[11] 張良,張岫竹 ,張連陽,王正國. 美軍戰術區戰傷救治的變革[J].中華災害救援醫學.2017年8月第5卷第8期.
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