殼聚糖

一 甲殼質和殼聚糖

1.1 甲殼素

甲殼素，又稱甲殼質、幾丁質、化學名(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]，廣泛存在于海洋節肢動物中，如蝦和蟹的甲殼體，以及細菌、昆蟲、藻類細胞膜和高等植物的細胞壁[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。

法國科學家較早在1811年獲得甲殼質Braconot法國人于1859年從霉菌中發現C.Rouget用濃KOH殼聚糖出現在甲殼質的處理中。直到20世紀50年代，我們才對甲殼質的化學結構、性質和制備方法有了深入的了解。

甲殼質資源豐富，制備方法簡單，價格低廉。由于其良好的化學物理性質：可拉絲、成膜造粒，通過化學改善物化特性；可與多種物質（如膽固醇、脂肪、重金屬、蛋白質、腫瘤細胞等）結合；它是無毒和生物相容的，因此可用于許多領域。

1.2 殼聚糖

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

殼聚糖呈白色或灰白色，略帶珍珠光澤，半透明無固體，約為185℃可溶于稀有機酸和部分無機酸(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?；Ⅳ然?、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、分支和交聯產生各種不同結構和性能的衍生物。

1.3 脫乙酰反應

脫乙?；?，甲殼質可制成殼聚糖，常用質量分數為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、反應溫度和反應時間是影響殼聚糖性能指標（脫乙酰度和相對分子量）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合生物技術提取，如Mucor rouxii[8]、Absidia butleri、Abesidiacorrulea[9]、藍梨頭菌[10]、檸檬酸廢菌[11]等；該方法不受季節性原料影響，發展前景廣闊。

二、研究發展歷史

1811年，法國科學家H. Braconnot甲殼素 從動物的甲殼中提取。

1859年，法國人Rouget將甲殼素放在濃KOH溶液煮沸，洗凈后可溶于有機酸，得到殼聚糖 。

年，殼聚糖及相關物質手術縫合線 在美國首次出現專利。

20殼聚糖在90年代的應用和生產達到了 -全球殼聚糖年產量數萬噸。

目前，法國南部布列塔尼大學海洋生物研究所開發了純化過程中較好的殼聚糖成品。通過先進的生物工程技術，甲殼素中的乙?；饾u去除，達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，其制造的醫用殼聚糖是脫乙酰95%以上的成品。脫乙酰純度超過95%的殼聚糖純度高，活性強。主要用于醫藥領域，能快速修復傷口愈合，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生的追捧。

三、殼聚糖的性質

殼聚糖是天然聚合物中罕見的堿性多糖，不溶于水和有機溶劑，可溶于Ph<6.5稀酸中的葡萄糖氨基轉化為稀酸R-NH3 形成聚陽離子凝膠溶液[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，它被廣泛應用于生物醫學和制劑[14]。研究發現，殼聚糖具有抗酸、抗潰瘍、促進傷口愈合等特點；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，其獨特的粘膜粘附是主要因素之一。

殼聚糖是一種性能優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藥物在吸收位置的保留時間，達到控制釋放的目的[15]。生物粘膜表面的脂質層容易與帶正電荷的殼聚糖顆粒靜電吸附，增強了大分子藥物通過粘膜吸收的能力。經過體內實驗研究，van der I_nbben[16]認為卵清蛋白、白喉毒素、破傷風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該區域的充分攝入為殼聚糖納米載體應用于疫苗的口服給藥提供了重要依據；此外，在抗原鼻疫苗研究中，發現殼聚糖作為載體可以顯著增強粘膜和系統的免疫反應，表明殼聚糖也適用于鼻粘膜給藥。

殼聚糖應用于納米載體的研究是20世紀90年代末逐漸發展起來的一個新興研究領域。研究人員對殼聚糖納米載體的制備技術和應用前景進行了廣泛而深入的探索，取得了階段性和突破性的進展，為未來更深入、更系統的研究提供了重要的理論和技術支持。

四、殼聚糖應用

4.1 在醫療衛生中的應用

在醫學領域，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實驗發現，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)用于治療潰瘍性結腸炎，可避免酸性環境中藥物的破壞和吸收，使其到達病變性結腸（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，可抑制纖維細胞的生長，防止神經瘤的形成，為軸突的生長創造良好的微環境；在磷酸鈣骨水泥中加入殼聚糖作為成分，可提高骨水泥的內聚力，防止其在體內降解，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；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，其降解產物可被人體吸收，在體內不積累，無免疫原性，廣泛應用于醫療衛生[21]。2008年4月，美國戰術區戰傷救治發生變化（TCCC）美軍特別批準使用殼聚糖敷料作為止血劑[22]。

4.1.1 醫用纖維和膜材料

由甲殼質和殼聚糖纖維制成的手術縫合線已應用于臨床.與傳統羊腸線相比，殼聚糖吸收手術縫合線材料柔軟，易打結，機械強度高，易被身體吸收，同時不改變皮膚膠原含量，無炎癥反應，也可采用傳統方法消毒，增加傷口抗張強度，加速傷口愈合。

由殼聚糖制成的醫用纖維膜具有均勻、透明、手感好、柔軟、透氣性好、吸水性好、殺菌性好等優點。

4.1.2 藥物載體

殼聚糖作為藥物載體，可穩定藥物中的成分，促進藥物吸收，延緩或控制藥物溶解速度，幫助藥物到達靶器官，抗酸、抗潰瘍，防止藥物對胃 。

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

甲殼質能選擇性地凝聚白血病L 1210細胞、Ehrlich 腹水癌細胞對正常紅球骨髓細胞無影響。試驗表明，植入180肉瘤dd 小鼠體內，7d 靜脈注射后，兩種甲殼質（Hexa-N-acctylchitohexaose 和Chitohexaose）連續注射到小鼠體內3d（100mg（kg·d）），腫瘤生長可明顯抑制，抑制率分別達到85%和93%。

4.1.5 增強免疫力

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

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

4.2.1. 殼聚糖在洗發水中的應用

洗發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水中添加的護發、護發、保濕等成分，使產品在使用過程中產生多種功能，即洗發水、護發、抗靜電，具有滋養定型的功效，大大提高了洗發水的各種性能。

4.2.2.殼聚糖在固發劑中的應用

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

4.3 應用于化妝品

利用殼聚糖的保濕、保濕、成膜、抗靜電、頭發柔軟和保護，對皮膚無 、無毒等特性廣泛應用于化妝品中。

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。與某些化學合成保濕劑相比，它無毒、無害，對皮膚和眼粘膜無 ，無接觸過敏問題，價格便宜，應用于護膚產品，使產品性能優異，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胞的固有成分透明質酸非常相似，因此具有良好的親和力，對人體沒有排斥反應。

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

脫乙酰95%的殼聚糖在護膚品中應用不多。只有一些專業進口的醫療品牌，如法國美帕的殼聚糖系列產品，才能添加使用。

4.4 在食品中的應用

4.4.1 絮凝劑和增稠劑

由于氨基殼聚糖是一種陽離子電解質，在溶液中對有機懸浮顆粒具有明顯的絮凝作用，無毒無味，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，可使產品長期儲存不變質，延長貨架期。

4.4.2 防腐保鮮

殼聚糖衍生物如N-羧丁基殼聚糖對細菌、霉菌和酵母有很強的抑制作用，其中對大腸桿菌、枯草桿菌、毛霉和根霉有更強的抑制作用。殼聚糖衍生物具有良好的水溶性和廣譜抗菌性，無毒無害。廣泛應用于食品、水果、蔬菜和農產品的防腐和保鮮。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、無毒、耐油、抗張強度高，不溶于冷熱水，可用于固體、半固體和液體食品的包裝。該膜可自動生物降解，無白色環境污染。

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顆粒，可作為固定酶載體。殼聚糖固定酶可廣泛應用于制糖、釀造、造醋等食品工業。

4.4.5 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、促進疾病痊愈和調節人體生理機能。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，可制成可溶性鐵-殼聚糖絡合物，其補血效果優于其他補血食品。殼聚糖與油酸、亞油酸等脂肪酸按比例混合研制成殼聚糖-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，不被人體吸收而制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。

4.5 殼聚糖在農業中應用

4.5.1 殼聚糖種衣劑

種子包衣是近年來研制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。

4.5.2 可降解殼聚糖地膜

利用甲殼質的成膜性及生物降解性，可制成具有良好粘附性、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，并且避免了白色污染。

4.5.3 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］趙國俊，姜涌明，孫龍生.不同來源殼聚糖的基本特性及紅外光譜研究［J］.功能高分子學報，1998,11(3):403-407.

[4]郭開宇，趙謀明.甲殼素/殼聚糖的研究進展及其在食品工業中的應用[J].食品與發酵工業，vol.26 No.1

［5］張 虎，杜昱光.殼聚糖酶的研究進展［J］.化學通報，1999(5):32-35.

［6］梁 亮，崔英德，羅宗明. 微波新技術制備殼聚糖的研究［J］.廣東工業大學學報，1999,16(1):63-65,81

［7］陳海燕.微波法制取殼聚糖［J］.中國水產，1999(2):45-46.

［8］陳 晰.微生物培養法生產殼聚糖的初步研究［J］.食品科學，1999(7):22-24.

［9］WHITE S A,FARINA P R,FULTION I. Production and isolation of chitosan from Mucor rouxii[J]. Appl Environ Microbiol, 1979,38:323-328.

［10］MCGAHREN W J, PERKINSON G A, GROWICH J A, et al. Chitosan by fermentation[J]. Proc Biochem, 1984,19:88-90.

［11］魏 光，李兆蘭. 從藍色犁頭霉中提取殼聚糖的初步研究［J］.安徽師范大學學報：自然科學版，1998, 21(3):227-231,234.

［15］趙繼倫，王紅林. 利用檸檬酸廢菌體制備殼聚糖的工藝研究［J］. 工業微生物，1999,29(2):33-37.

[12]Majeti NV，Ku r R．A州w of clfitin and chitosan applications[J]．Reac Func Polym，2000，46：1．

[13] Sinlm VR，Singla’AK，Wadhawan S，et al．Chitesan mierespheres as a potential carrier for drugs [J]．Int J Pharm，2004，274：1．

[14]Hirofuml T，HinⅫitan Y，Yod[Iiaki K．Mucoadhesive nanoparticulate systems for pepfide drug delivery[J]．Adv Drug Ddliv Rev，2001，47：39．

[15] van der Lubben IM，Verhoef JC，Borchard G，d 02．Chitesan forⅫ一cesal vaccination[J]．Adv Drug Ddliv Rev，2001，52：139．

[16] Krishnendu R．Chitosan—DNA mmoparfieles：synthesis，eharacterizafian，

subcellular transport and oral delivery 0f genetic vaccines[D]．

Baltimore the Johns aopkius University，1999．

［21］王中和，陸順娟，胡海生. 低分子殼聚糖對癌癥放療患者免疫功能的影響［J］.首都醫科大學學報，

1997,18:79-81

［22］MINAMI S. Mechani of wound healing acceleration by chitin and chitosan[J]. Jap J Vet Res,1997,44(4):218-219.

［17］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.

[18]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, (13):1155-1162.

[19]Khairoun I,Deriessens F C M, Boltong M G, et al. Addition of cohesion promoters to calcium phosphate cements[J]. Bio terials, 1999,20(4):393-398.

［20］方波，宋道云，陳鴻雁等.微球型殼聚糖胺基吸附劑的制備及性能［J］.化工科技，2000,8(3):20-23.

[21] 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

[22] 張良，張岫竹 ，張連陽，王正國. 美軍戰術區戰傷救治的變革［J］.*災害救援醫學.2017年8月第5卷第8期.