甲壳素
甲壳素
甲壳素因为不溶于酸碱也不溶于水而不能被身体利用。脱乙酰
基后可增加其溶解性因此可被身体吸收。甲壳素脱乙酰基纯度 越高其品质越好。
成的量多达1000亿吨。
甲壳素理化性质
甲壳素是一种无毒无味的白色或灰白色半透明的固
体,在水、稀酸、稀碱以及一般的有机溶剂中难以溶解,溶
于浓酸、浓碱、磷酸、硫酸、乙酸,甲壳质的脱乙酰基衍生物 壳聚糖不溶于水,可溶于部分稀酸。 2.甲壳素是食物纤维素,不易被消化吸收,但是可被酶 分解吸收,若甲壳质和蔬菜、植物性食品、牛奶和鸡蛋一起
要素——“人体的第六生命要素”。被欧美政府认定为机能 性免疫物质。
甲壳素的来源
甲壳素存在于自然界中的低等植物菌类、藻类的细胞,甲 壳动物虾、蟹、昆虫等的外壳,高等植物的细胞壁等处,甲 壳素是从蟹、虾壳中应用遗传基因工程提取的动物性高分子 纤维素。在灵芝、冬虫夏草等植物中也含有微量"几丁聚糖",
但含量只在2%-7%之间。据估计自然界中,甲壳质每年生物合
6.脱乙酰壳多糖是碱性多糖,有止酸、消炎作用,可降
低胆固醇、血脂。
7.溶解后的几丁聚糖呈凝胶状态,具有较强的吸附能力。 因甲壳素分子中含有羟基、氨基等极性基团,吸湿性很强,
可用做化妆品保湿剂。
8. 甲壳素是天然纤维素(动物性食物纤维),没有毒性和 副作用,其安全性和砂糖近似。
4.甲壳素能形成氢键而吸附阴离子化合物。因此在水
的净化和废水处理中获得一定应用。
5.甲壳素化学上不活泼,不与体液发生变化,进入人体
甲壳素
甲壳素即几丁质中文名称:甲壳质英文名称:chitin其他名称:壳多糖,几丁质;几丁质、甲壳素定义:由N-乙酰基-D-吡喃葡糖胺聚合而成的直链多糖,是虾、蟹外壳的主要有机成分。
Chitin.甲壳质是1811年由法国学者布拉克诺(Braconno)发现,1823年由欧吉尔(()dier)从甲壳动物外壳中提取,并命名为CHITIN,译名为几丁质。
外观及性质:淡米黄色至白色,溶于浓盐酸/磷酸/硫酸/乙酸,不溶于碱及其它有机溶剂,也不溶于水。
甲壳质的脱乙酰基衍生物(Chitosan derivatives)可溶于水。
甲壳素具有抗癌抑制癌、瘤细胞转移,提高人体免疫力及护肝解毒作用。
尤其适用于糖尿病、肝肾病、高血压、肥胖等症,有利于预防癌细胞病变和辅助放化疗治疗肿瘤疾病。
甲壳质存在于自然界中的低等植物菌类、藻类的细胞,甲壳动物虾、蟹、昆虫的外壳,高等植物的细胞壁等,是从蟹、虾壳中应用遗传基因工程提取的动物性高分子纤维素,被科学界誉之为"第六生命要素"!因此被欧美中日政府认定为机能性免疫物质。
在灵芝、冬虫夏草等植物中也含有微量"几丁聚糖",但含量只在2%-7%之间。
甲壳素是宇宙中唯一带正电的阳性食物纤维,地球上存在的天然有机化合物中,数量最大的是纤维素,其次是甲壳素,估计自然界每年生物合成的甲壳素将近100亿吨。
甲壳素是地球上数量最大的含氮有机化合物,其次才是蛋白质仅此两点,就足以说明甲壳素的重要性。
蟹壳中含有40%的蛋白质、30%的钙、30%的几丁质。
提取甲壳质(几丁质)的工艺是:首先用稀的氢氧化钠液除去蛋白质,然后,用盐酸除去钙盐,剩下的就是几丁质。
为了从这些几丁质中除去乙酰基,用长时间的高温,使之在浓的氢氧化钠中发生反应,就可制成含有氨基的甲壳质。
因为几丁质不溶于酸碱,也不溶于水,很难被人体利用。
经脱乙酰基成几丁聚糖后它能溶于稀酸和体液中,可被人体所利用。
甲壳质名称概括一般通称:甲壳质,甲壳素,(经乙酰化后称为)壳聚糖. 英文名称:Chitin.中文学名:几丁质,甲壳素化学名称:β-(1→4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖别名:壳多糖、几丁质、甲壳质、明角质、聚乙酰氨基葡糖分子式及分子量:(C8H13NO5)n (203.19)n性状:外观为类白色无定形物质,无臭、无味。
甲壳素及其衍生物
甲壳素及其衍生物一、甲壳素的由来甲壳素(Chitin)又名甲壳质,壳多糖,壳蛋白,是法国科学家布拉克诺(Braconno)1811年首先从蘑菇中提取到一种类似于植物纤维的六碳糖聚合体,把它命名为Fungine(蕈素)。
1823年,法国科学家欧吉尔(Odier)在甲壳动物外壳中也提取了这种物质,并命名为chitoin (几丁质),chitoin希腊语原意为"外壳"、"信封"的意思。
1.1 甲壳素的分布自然界中,甲壳素广泛存在于低等植物菌类、藻类的细胞,节肢动物虾、蟹、蝇蛆和昆虫的外壳,贝类、软体动物(如鱿鱼、乌贼)的外壳和软骨,高等植物的细胞壁等,其每年生物合成的资源量高达100亿吨,是地球上仅次于植物纤维的第二大生物资源,其中海洋生物的生成量在10亿吨以上,可以说是一种用之不竭的生物资源。
甲壳素经自然界中的甲壳素酶、溶菌酶、壳聚糖酶等的完全生物降解后,参与生态体系的碳和氮循环,对地球生态环境起着重要的调控作用。
1.2甲壳素的化学结构经结构分析,甲壳素是自然界中唯一带正电荷的一种天然高分子聚合物,属于直链氨基多糖,学名为[(1,4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖],分子式为(C8H13NO5)n,单体之间以β(1→4)甙键连接,分子量一般在106左右,理论含氮量6.9%。
其分子结构特点为:氧原子将每个碳原子的糖环连接到下一个糖环上,侧基团"挂"在这些环上。
甲壳素分子化学结构与植物中广泛存在的纤维素非常相似,所不同的是,若把组成纤维素的单个分子棗葡萄糖分子第二个碳原子上的羟基(OH)换成乙酰氨基(NHCOH3),这样纤维素就变成了甲壳素,从这个意义上讲,甲壳素可以说是动物性纤维。
1.3 甲壳素的化学性质甲壳素有α,β,γ三种晶型。
α棗甲壳素的存在最丰富,也最稳定。
由于大分子间强的氢键作用,导致甲壳素成为保护生物的一种结构物质,结晶构造坚固,一般不熔化,也不溶于一般的有机溶剂和酸碱,化学性质非常稳定,应用有限。
第4章-甲壳素和壳聚糖-天然高分子材料资料讲解
-甲壳素是聚N-乙酰胺基-D-葡萄糖胺的螺旋型物,每个
单元晶胞含有两条旋向相反的链,每条链均由两个卷曲相
连的N-乙酰胺基-D-葡萄糖胺单元构成。
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Biopolymers: Chitin & Chitosan
• 型结晶中,两个相连的葡萄糖胺的C3及C5原子以及 乙酰胺基的N、H原子间存在着氢键,使甲壳素型结 晶的结构紧密。
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Biopolymers: Chitin & Chitosan
• 二级结构:甲壳素分子链上的羟基、N-乙酰胺基和氨
基形成的各种分子内和分子间氢键。 • 这些氢键的存在,阻抑了邻近的糖残基沿糖苷键的旋
转,同时,相邻糖环之间的空间位阻降低了糖残基旋 转的自由度,从而限制了旋转角的大小,这样就构成 了刚性长链分子。
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• 在从甲壳素制备壳聚糖时,在相同的碱浓度和相同的温度下 制备同样脱乙酰度的壳聚糖,在相同的反应时间下,-甲壳 素的脱乙酰度远远高于-甲壳素。说明-甲壳素结晶度很高, 分子间具有非常强的作用。
• 在相同的脱乙酰度下, -壳聚糖具有很高的结晶度,但是壳聚糖主要表现为无定型结构。
虾-甲壳素和-甲壳素在30% NaOH中100ºC下的脱乙酰化反应
Biopolymers: Chitin & Chitosan
在1600-1500 cm-1之间是C=O的 氨基的伸缩振动区,此处-甲壳 素和-甲壳素的峰位有区别:
•对-甲壳素,酰胺I带被分成两个 峰,分别为1656cm-1和1621cm-1; 而对-甲壳素,只有1626cm-1这一 个峰。
•-甲壳素的酰胺II带峰在1556cm1,-甲壳素的酰胺II带峰在 1560cm-1。
甲壳素
甲壳素一、项目概括甲壳素是一种天然生物高分子聚合物,化学名:聚N-乙酰葡萄糖胺。
广泛存在于无脊椎动物的外壳、昆虫的外角质层和内角质层,真菌的细胞壁中,自然界每年生物合成的甲壳素估计100亿吨,是目前地球上仅次于纤维素的第二大类纯天然高分子纯合物。
其中海洋生物的生成量约为10亿吨,尤其是虾、蟹等甲壳类动物的甲壳富含1/4----1/3的甲壳素,由于人们食用大量甲壳动物,估计全世界每年有近10亿吨甲壳废料,而且海洋、江河、湖沼的水圈,海底、陆地的土壤圈,以及动植物的生物圈中的甲壳酶、溶菌霉、壳聚糖酶等将甲壳素及其衍生物完全降解,参与生态体系的碳和氮源循环,它在地球环境和生态保护系统中起着重要的调控协同作用。
我国早在五十年代就开始了甲壳素的提取和应用,当时仅限于应用在印染行业的助剂。
六十年代末至七十年代中曾一度销声匿迹。
自1997年在美国波士顿召开第一届国际甲壳素学术会议以来,由于人们日益青睐纯天然制剂,甲壳素及壳聚糖的奥妙被逐步挖掘出来。
继波士顿会议之后,又先后在日本、意大利、挪威、美国、日本召开了第二、三、四、五、六届国际甲壳素学术会议,甲壳素及其衍生物已广泛应用于农业、化工、食品、纺织、印染、日用化工、医药、生物工程等各个领域。
据资料记载,现已获得以甲壳素为关键词的专利产品有照相底片、外科手术缝合线、防火衣、人工肾膜、液晶、抗凝剂、避孕润滑油等,正在应用和开发的有隐形眼镜、植物杀虫剂、抗癌食品、金属螯合剂、食品保鲜剂、果汁澄清剂、水处理剂、各种化妆品等。
甲壳素的应用科学已成为当今科技领域的热门话题,它作为诸多学科的交叉领域已逐渐分支出来成为一门新兴科学-----甲壳素生物化学学科。
目前在科学最发达的美国,几乎每个领域都有甲壳素的参与,几乎每个上档次的新产品都有甲壳素的踪迹,据专家推测,在世界范围内的食品、医药、日用化工等领域,甲壳素的应用技术将成为二十一世纪的高新科学技术,专家预言:到了二十一世纪,将是甲壳素的时代。
第五节甲壳素和壳聚糖
壳聚糖: 葡萄糖胺为基本单位, 脱乙酰度由60%~100%不等。 脱乙酰度55-70%(低脱乙酰度壳聚糖),
70-85%(中~),85-95%(高~) 95-100%(超高~),不能达到100%
分子量10-50万
略带珍珠般的光泽
不溶于水、乙醇、酮和碱溶液,可溶于大多数稀酸 (如醋酸、环烷酸和苯 甲酸) 。在pH低于6.5时,可得到黏稠的溶液。
u 应用 手术线,人工透析膜,非纺造织物,纺织原料
6. 甲壳素和壳聚糖的应用
u 生物医用材料 相关性能:
(1) 抑菌抗感染 壳聚糖形成质子化铵盐,吸附带负电的细胞壁,改变细胞膜的选择透过性, 扰乱了细菌正常的新陈代谢,导致细胞质壁分离,抑菌杀菌。 (2) 抗病毒和抑制肿瘤 促进巨噬细胞活性,影响非杀伤性细胞(NK)活性IL22的分泌,提高机体的 非特异性免疫功能 (3) 降脂和防治动脉硬化 (4)止血作用 壳聚糖被质子化,可和许多带负电生物大分子如黏多糖、磷脂及细胞外基 质蛋白发生静电作用而形成血栓,起到止血作用。
(3)制造人造血管 内壁光滑不会凝集血球、抑制人成纤维细胞生长
(4)固定化酶载体
(5)药物辅料和载体
u 水处理材料 (1)吸附金属离子:
-NH2 和-OH与Pb2+、Cr6+、Cu2+等重金属离子形成稳定的五环状螯合物
交联微球+磁铁,去除率达98%
(2)絮凝剂、络合剂、吸附剂处理废水和饮用水 酸性条件,静电作用 碱性条件,化学吸附和物理吸附 高效絮凝剂,无毒副作用,易降解
u 聚乙二醇 PEG400交联壳聚糖,pH7条件下,对Pb吸附容量为20mg/g
5. 甲壳素纤维的成形加工
u 工艺路线 甲壳素(壳聚糖)-->(改性处理)--> 溶解--> 纺丝原液--> 过滤--> 脱 泡--> 计量--> 纺丝--> 一浴 -->拉伸--> 二浴--> 定型--> 后处理--> 干燥--> 纤维 u 制备方法 (1)甲壳素纤维
甲壳素与壳聚糖综述
二、壳聚糖的制备方法
二步碱液法 ( 传统法)
改进碱液法
该工艺具有制备周期短、节约能源; 节约烧碱用量, 降低成本, 省去漂白, 确保产品质量的优点。
微波法
该工艺的特点不仅作用时间短, 能耗低, 而且比常 规加热碱液处理效率提高 11 倍多, 同时反应重复性好。
三、甲壳素、壳聚糖的应用
功能 材料
存在状态:
甲壳素的结构因氢键类型不同而有 三种结晶体: ➢α-甲壳素,由两条反向平行的糖链组成 ➢β-甲壳素,由两条同向平行的糖链组成 ➢γ-甲壳素,由三条糖链组成,其中两条 同向,一条反向。
壳聚糖: 也称几丁聚糖(chitosan),它是由甲壳素在 碱性条件下加热,脱去N—乙酰基后生成的。其学名为(1, 4)—2—氨基—2—脱氧—β—D—葡聚糖。壳聚糖外观是 白色或淡黄色半透明状固体,略有珍珠光泽。
8.在功能材料中的应用
膜材料:
(1)反渗透膜:具有较高的脱盐率和透水率,还 具有强耐碱性,交链后的膜有耐酸性。 (2)渗透蒸发膜:用甲壳素制成的分离水和乙醇 的高性能功能分离膜,与蒸馏法分离水和乙醇相 比,能耗降低。 (3)超过滤膜:甲壳素制成的壳质膜,改变成膜 温度及用丙酮等有机溶剂浸处理,可调整分离膜 的强度及透过性能,可用作超过滤膜。
1.在农业上的应用
植物病害的防治:
壳聚糖可诱导植物产生广谱抗性, 增强植物自身的防卫能力,抑制多种 病源微生物的生长。
低聚壳聚糖可以诱导植物产生抗 性蛋白,具有明显的抗微生物活性, 在体外抑制真菌的生长。
2.在化妆品原料上的应用
1)洗发香波、头发调理剂:甲壳素粉沫比表面积 大,孔隙率高,吸收皮脂类油脂远大于淀粉或其 他活性物质,是洗发剂理想的活性物质。
一是通过电荷中和而使胶体颗粒脱稳并形成细小 的絮凝体;
甲壳素
(一)降血脂作用
(1)“甲壳质”阻碍脂类的消化吸收 (2)“甲壳质”有利于胆固醇转化 (3)升高血液中高密度脂蛋白的含量
五、特殊生物功能
(1)体液调节作用:实验医学证明,人体过量摄入氯 化钠(食盐),使氯离子堆积,导致人体处于高血压状态 。其机理为肝脏产生的血管紧张素源在血液中平时不显示 活性,在转换酶(ACE)的作用下生成的血管紧张素Ⅰ是 一种生理活性较低的中间产物,二次经转换酶(ACE)的 作用生成的血管紧张素Ⅱ生理活性极强,作用于中、小动 脉内膜使血压升高。 氯离子是转换酶(ACE)的激活剂 ,体内适量的甲壳质溶解后形成阳离子基团与氯离子结合 排出体外,削弱了转换酶的作用,血压则无法升高。 (2)降血脂同时降血压:甲壳质降低血脂,多量的胆固 醇由周围组织运回肝脏,中小动脉内膜沉着的胆固醇数量 减少,血管内壁弹性转佳,促使血压下降。
三、甲壳素的性质及化学结构
2)化学结构
甲壳质的化学结构和植物纤维素非常相似。都是 六碳糖的多聚体,分子量都在100万以上。几丁质的 基本单位是乙酰葡萄糖胺,它是由1000~3000个乙 酰葡萄糖胺残基通过p1,4糖甙链相互连接而成聚合 物。而几丁聚糖的基本单位是葡萄糖胺。
四、甲壳素的应用
1、在食品工业中的应用 ①液体处理剂 澄清糖汁、净化糖蜜、酒类除浊、果酒和果汁 澄清、果汁脱酸、防止醋沉淀等 ②添加剂 组织形成剂、增稠剂、调味品、豆制品凝固 剂、提取酵母 ③制作功能食品 减肥食品、可食用薄膜、补充微量元素、肠内微生物菌 群调节食品 ④抑菌和保鲜作用 醋酸具有较强的杀菌能力,是世界公认的安全无毒有机 酸,目前世界上很多国家用醋酸作为消毒剂 但实验表明,1%壳聚糖醋酸溶液对猪肉的杀菌能力比 2%醋酸要好。日本已有将壳聚糖作为食品防腐剂的专利。
甲壳素
由于存在分子内及分子间的O-H-O型和OH-N一型氢键作用,而形成微纤维网状的高
度晶体结构。
三、甲壳素的
自然界中动物甲壳中的甲壳素总是和难溶于水的无机盐主要 是CaC03)及蛋白质紧密连接在一起,由动物甲壳制备甲壳 素实际上就是使甲壳素和无机盐及蛋白质分离的过程。通 常用虾,蟹壳为原料,常温下用稀盐酸分解碳酸盐,用煮 沸的稀碱分解蛋白质,再用高锰酸钾或用有机溶剂除去色 素,则得白色甲壳素产品.
1999年 11月 中国第二届甲壳素化学与应用研讨会在武汉召开
2001年中国第三届中国甲壳素化学与应用研讨会在浙江玉环 召开
2004年 中国第四届中国甲壳素化学与应用研讨会在广西召开
二、甲壳素的概念
甲壳质存在于自然界中的低等植物、菌类、藻类
的细胞中,甲壳动物虾、蟹、昆虫的外壳,高等
植物的细胞壁等,是从蟹、虾壳中应用遗传基因
提高免疫能力、凝血与抗凝血作用、抗 肿瘤作用、人造器官、药物载体、杀 虫、抗感染作用、降脂、降胆固醇和 防止动脉粥样硬化、抗心律失常、抗 溃疡、中药浸提等等,
例如;接触镜片(隐形眼镜)材料要求:
透光性好; 有柔性和韧性; 湿润性好; 对氧气和二氧化碳有良好的透气性; 高度的生物相容性; 化学稳定性和安全性。 初期用不透氧聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃),近来用透 氧性能好的纤维乙酸-丁酸酯和聚硅氧烷。以上都不能
•
• 1977 年 4 月第一次甲壳素、壳聚糖国际学 术研讨会在美国召开。 • 1988 年 4 月日本通产省开始以甲壳素为原 料执行“无公害塑料计划”。日本 UNITIKA公司以甲壳素为基料开发了世界最 早的人造皮( BESCHITIN-W )。
1996年 中国第一届中国甲壳素化学与应用研讨会在大连召开
甲壳素
甲壳质甲壳素一般指甲壳质甲壳质(C8H13O5N)n,又称甲壳素、几丁质,英文名Chitin。
1811年法国学者布拉克诺(Braconno)发现,1823年由欧吉尔(Odier)从甲壳动物外壳中提取。
淡米黄色至白色,溶于浓盐酸/磷酸/硫酸/乙酸,不溶于碱及其它有机溶剂,也不溶于水。
甲壳质的脱乙酰基衍生物(Chitosan derivatives)壳聚糖(chitosan)不溶于水,可溶于部分稀酸。
甲壳素应用范围很广泛,在工业上可做布料、衣物、染料、纸张和水处理等。
在农业上可做杀虫剂、植物抗病毒剂。
渔业上做养鱼饲料。
化妆品美容剂、毛发保护、保湿剂等。
医疗用品上可做隐形眼镜、人工皮肤、缝合线、人工透析膜和人工血管等。
中文名:甲壳质英文名:Chitin别称:甲壳质,甲壳素,壳聚糖,几丁质、甲壳素化学式:(C8H13NO5)n n分子量:[1]理化性质一般通称:甲壳质,甲壳素,(经脱乙酰化后称为)壳聚糖.英文名称:Chitin.中文学名:几丁质、甲壳素[2]化学名称:β-(1,4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖别名:壳多糖、几丁质、甲壳质、明角质、聚乙酰氨基葡糖分子式:(C8H13NO5)n性状:外观为类白色无定形物质,无臭、无味。
能溶于含8%氯化锂的二甲基乙酰胺或浓酸;不溶于水、稀酸、碱、乙醇或其它有机溶剂。
自然界中,甲壳质广泛在于低等植物菌类、虾、蟹、昆虫等甲壳动物的外壳、真菌的细胞壁等。
甲壳质的化学结构和植物纤维素非常相似。
都是六碳糖的多聚体,分子量都在100万以上。
纤维素的基本单位是葡萄糖,它是由300~2500个葡萄糖残基通过β1,4糖甙链连接而成的聚合物。
几丁质的基本单位是乙酰葡萄糖胺,它是由1000~3000个乙酰葡萄糖胺残基通过p1,4糖甙链相互连接而成聚合物。
而几丁聚糖的基本单位是葡萄糖胺。
[2]1.分子量甲壳质是高分子量物质,其分子量可达100万以上。
分子量越高吸附能力越强,适合工业、环保领域应用。
甲壳素
浅析甲壳素及衍生物壳聚糖0前言:甲壳素(chitin) 又名几丁质,是自然界中含量仅次于纤维素的一种多糖,同时,也是地球上数量最大的含氮有机化合物。
其在自然界中主要存在于节肢动物(主要是甲壳纲如虾、蟹等,含甲壳素高达58~85 %) 、软体动物、环节动物、原生动物、腔肠动物、海藻及真菌等中,另外在动物的关节、蹄足的坚硬部分,动物肌肉与骨结合处,以及低等植物中均发现有甲壳素的存在。
壳聚糖是甲壳素脱去大部分乙酰基后的产物是甲壳素最为重要的衍生物。
自从1811 年,法国科学家H.Braconnnot 发现甲壳素以来,甲壳素逐渐被认识与利用。
近年来,国内外相关的研究日趋活跃,甲壳素和壳聚糖已被现代科学称之为继糖、蛋白质、脂肪、维生素、矿物质等五大生命要素之后的第六生命要素。
甲壳素和壳聚糖经过改性之后生成的改性高分子具有无毒、可以完全被生物降解在自然界形成良性循环等诸多优点,显示了良好的应用前景。
关键词: 甲壳素,壳聚糖,利用,开发1. 结构及理化性质1.1 结构甲壳素是一种天然高分子化合物,其学名是β- (1 →4) - 2 - 乙酰氨基- 2 - 脱氧- D - 葡萄糖,是由N - 乙酰氨基葡萄糖以β- 1 ,4 糖苷键缩合而成的。
如果把此结构式中糖基上的N - 乙酰基大部分去掉的话,就成为甲壳素最为重要的衍生物壳聚糖。
1.2 理化性质1.2.1 物理性质甲壳素是白色或灰白色无定型、半透明固体,相对分子质量因原料不同而有数十万至数百万,不溶于水、稀酸、稀碱、浓碱、一般有机溶剂,可溶于浓的盐酸、硫酸、磷酸和无水甲酸,但同时主链发生降解[7] 。
壳聚糖是白色无定型、半透明、略有珍珠光泽的固体,因原料不同和制备方法不同,相对分子质量也从数十万至数百万不等,不溶于水和碱溶液,可溶于稀的盐酸、硝酸等无机酸和大多数有机酸,不溶于稀的硫酸、磷酸。
在稀酸中,壳聚糖的主链也会缓慢水解,溶液的粘度逐渐降低1.2.2 化学性质甲壳素和壳聚糖化学性质的研究,内容十分广泛, 其分子结构当中含有羟基、氨基和自由基,可以发生酰化、酯化、醚化、氧化、烷基化、螯合、接枝共聚及交联等一系列化学反应,这对于研究认识它们的本质,进行创新性工作,开发新产品有重要意义。
水溶性甲壳素,甲壳素天然抗菌剂,壳聚糖整理剂,甲壳素,壳聚糖
甲壳素又称甲克质、几丁质,是重要的天然抗菌整理剂之一。
它来自天然贝壳、蟹壳、虾壳、鱼骨及昆虫等动物的客体。
当甲壳素脱乙酰度达到55%时,则成为甲壳素最重要的抗菌衍生物壳聚糖。
甲壳素整理剂SAL6680是以壳聚糖、活性添加剂为主要成分,是安全性很高的集保湿、美肤、抗菌为一体的整理剂。
它具有良好的粘合性、生物相容性、生物降解性、无毒性及特殊的吸附性。
适用于各种纤维织物,包括棉、毛等天然纤维和聚酯、尼龙、粘胶等化学纤维纺织品,经其处理后的织物具有优良的耐洗性。
SGS、Intertek 等全球多家权威检测机构一致证明: SAL6680的抗菌性能符合美国AATCC100标准及日本JIS L 1902-2002标准等。
韩笑壳聚糖衍生物抗菌剂的应用王阳(西安工程大学,陕西西安710048)摘要:概述了纺织品抗菌防臭整理的重要性,介绍了抗菌整理剂的种类,重点阐述了改性壳聚糖的抗菌防臭整理剂的应用工艺,采用日本JIS标准测试证明Herst ATB抗菌整理纺织品具有高效、耐久的抗菌防臭效果,并且Herst ATB成本低廉,安全环保,适合于工业化生产。
关键词:甲壳素;抗菌防臭整理剂;抗菌纺织品;抗菌整理工艺The application of chitosan antibacterial agentAbstract: This paper covers the development and the important of antibacterial finishing, as well as the kinds of antibacterial agent, mainly the finishing method by chitosan. Based on American standard JIS, result show that cotton fabric treated with Herst ATB has not only the excellent antibacterial effect, durable to washing, but also safe to body and environmental friendly. It is suitable for manufactory.Key words: chitosan; antibacterial agent; antibacterial textile; antibacterial finishing1前言随着人们卫生保健意识的增强,特别是安全、舒适、健康、清洁、环保等“绿色”观念的形成,对于纺织品要求越来越高,使纺织品的抗菌、防霉、防臭后整理加工更加受到人们的重视。
甲壳素分类
甲壳素分类
甲壳素是一种生物分泌出的外骨骼,主要由几丁质和贝壳碳酸盐组成。
它们广泛存在于海洋、湖泊和河流等水域中,是水生动物的一种重要保护和支撑结构。
按照生物分类学的基本原则,甲壳素可以分为以下几类:
1. 甲壳类:也称甲壳动物,是甲壳素中最大的一类。
它们的外骨骼坚硬且呈拱形,通常由若干个节组成,每个节都有一对附肢用于抓握食物和生殖。
著名的甲壳类包括虾、螃蟹、龙虾等。
2. 硬壳类:也称二枚贝,是甲壳素中比较著名的一类。
它们的外骨骼为两个对称的半圆形,通常由肌肉驱动进行开合运动。
硬壳类还可以根据不同的外形特征分为扇贝、牡蛎、蛤蜊等。
3. 软壳类:也称田蟹、海蟹,是甲壳素中比较柔软的一类。
它们的外骨骼相对较薄,可以随着身体的运动而弯曲或扭转。
软壳类还可以根据不同的外形特征分为青蟹、梭子蟹、龙虾等。
除此之外,甲壳素还包括多种微小或无形态的生物,如浮游动物、甲藻等。
它们在水生生态系统中发挥着重要的作用,对海洋生物的养分循环和生态平衡产生着重要影响。
甲壳素
甲壳素一、项目概括甲壳素是一种天然生物高分子聚合物,化学名:聚N-乙酰葡萄糖胺。
广泛存在于无脊椎动物的外壳、昆虫的外角质层和内角质层,真菌的细胞壁中,自然界每年生物合成的甲壳素估计100亿吨,是目前地球上仅次于纤维素的第二大类纯天然高分子纯合物。
其中海洋生物的生成量约为10亿吨,尤其是虾、蟹等甲壳类动物的甲壳富含1/4----1/3的甲壳素,由于人们食用大量甲壳动物,估计全世界每年有近10亿吨甲壳废料,而且海洋、江河、湖沼的水圈,海底、陆地的土壤圈,以及动植物的生物圈中的甲壳酶、溶菌霉、壳聚糖酶等将甲壳素及其衍生物完全降解,参与生态体系的碳和氮源循环,它在地球环境和生态保护系统中起着重要的调控协同作用。
我国早在五十年代就开始了甲壳素的提取和应用,当时仅限于应用在印染行业的助剂。
六十年代末至七十年代中曾一度销声匿迹。
自1997年在美国波士顿召开第一届国际甲壳素学术会议以来,由于人们日益青睐纯天然制剂,甲壳素及壳聚糖的奥妙被逐步挖掘出来。
继波士顿会议之后,又先后在日本、意大利、挪威、美国、日本召开了第二、三、四、五、六届国际甲壳素学术会议,甲壳素及其衍生物已广泛应用于农业、化工、食品、纺织、印染、日用化工、医药、生物工程等各个领域。
据资料记载,现已获得以甲壳素为关键词的专利产品有照相底片、外科手术缝合线、防火衣、人工肾膜、液晶、抗凝剂、避孕润滑油等,正在应用和开发的有隐形眼镜、植物杀虫剂、抗癌食品、金属螯合剂、食品保鲜剂、果汁澄清剂、水处理剂、各种化妆品等。
甲壳素的应用科学已成为当今科技领域的热门话题,它作为诸多学科的交叉领域已逐渐分支出来成为一门新兴科学-----甲壳素生物化学学科。
目前在科学最发达的美国,几乎每个领域都有甲壳素的参与,几乎每个上档次的新产品都有甲壳素的踪迹,据专家推测,在世界范围内的食品、医药、日用化工等领域,甲壳素的应用技术将成为二十一世纪的高新科学技术,专家预言:到了二十一世纪,将是甲壳素的时代。
甲壳素
甲壳素甲壳素是几丁质和几丁聚醣(几丁胺醣)的合称。
甲壳素又名甲壳质、壳聚糖,广泛存在于昆虫、甲壳类动物的硬壳以及菌类的细胞壁中。
甲壳素具有抗癌抑制癌、瘤细胞转移,提高人体免疫力及护肝解毒作用。
尤其适用于糖尿病、肝肾病、高血压、肥胖等症,有利于预防癌细胞病变和辅助放化疗治疗肿瘤疾病。
根据现有的研究指出,甲壳素对人体健康有下列的益处:一、调节血脂。
降低血清总胆固醇(TC),增加高密度脂蛋白胆固醇(HDLC),降低低密度脂蛋白,从而降低动脉硬化指数。
“甲壳素”可通过几个途径产生驱脂作用。
1)“甲壳素”阻碍脂类的消化吸收:进入肠腔的脂类因难溶于水无法吸收,需经过胆汁酸的乳化作用,将脂肪变成很小的油滴,以此来扩大与胰脂酶的接触面积利于脂肪的消化。
肝脏生成的胆汁酸(带负电荷)经胆道排入肠腔非常容易与聚集它周围的甲壳素(带正电荷)结合,形成屏障而妨碍吸收,同时由消化道排出体外。
大量的胆汁酸被消耗,从而阻碍脂类的吸收,实现降低血脂。
2)“甲壳素”有利于胆固醇转化:人体内的胆固醇主要来自食物摄入和自身合成。
当人们一提到胆固醇往往会谈虎色变,认为胆固醇是造成心脑血管动脉硬化疾病的元凶,因而把胆固醇看成是对人体有害的物质。
但是,任何事物都有其相对性,实际上胆固醇也是我们身体不可缺少的物质。
是构成脑、神经、性激素、细胞膜等的重要物质,而脂肪消化吸收时不可缺少的胆汁酸,也是胆固醇转化而来的。
因此,胆固醇的值应保持在一个正常的范围之内。
少了影响胆汁酸转化引起消化不良;一旦过剩,就会聚集在血管壁上,使血液循环恶化,引发动脉硬化等疾病。
低密度脂蛋白为胆固醇的主要携带者,胆固醇于肝脏转化为胆汁酸,储存于胆囊内,排入十二指肠将参与脂类的消化吸收过程,其后,95%的胆固醇被肠壁吸收入血重新回到肝脏,即所谓的胆汁酸的肝肠循环。
小肠内的胆汁酸与甲壳素结合排出体外,使进入肝肠循环的胆汁酸大为减少。
人体将肝脏以外的胆固醇运入肝脏,用来制造胆汁酸,最终促成体内胆固醇数量下降,血脂降低。
甲壳素与壳聚糖
甲壳素和壳聚糖具有调节植物生长、增强植物抗逆性等作用,在农业领域具有潜在的应 用价值。
甲壳素与壳聚糖的未来展望
提高产量与质量
通过优化提取和制备工艺,提高甲壳素和 壳聚糖的产量与质量,以满足市场需求。
A 拓展应用领域
随着研究的深入,甲壳素和壳聚糖 的应用领域将进一步拓展,如在新 材料、新能源等领域的应用探索。
多元化提取
未来将开发出更多元化的提取方法,满足不同来源和性质的甲壳素 与壳聚糖的提取需求。
甲壳素与壳聚糖的应用领域拓展
生物医学领域
随着研究的深入,甲壳素与壳聚 糖在生物医学领域的应用将更加 广泛,如药物载体、组织工程、 生物材料等。
环保领域
由于甲壳素与壳聚糖具有优异的 生物降解性,未来在环保领域的 应用将更加广泛,如污水处理、 土壤修复等。
甲壳素和壳聚糖都具有抗菌、抗 炎、抗肿瘤等生物活性,可应用 于伤口愈合、抗炎治疗、抗肿瘤 药物载体等方面。
04 甲壳素与壳聚糖的未来发 展
甲壳素与壳聚糖的提取技术发展
高效提取
随着科技的不断进步,甲壳素与壳聚糖的提取技术将更加高效, 提高产量和纯度,降低生产成本。
环保提取
在提取过程中,将更加注重环保,减少对环境的污染,开发出更加 环保的提取方法。
循环利用
03
研究甲壳素与壳聚糖的循环利用技术,实现资源的有效利用,
降低生产成本和环境负担。
05 结论
甲壳素与壳聚糖的重要地位
生物医用材料
甲壳素和壳聚糖具有良好的生物相容性和生物降解性,在生物医用材料领域具有广泛的 应用前景,如药物载体、组织工程和创伤敷料等。
环保领域
甲壳素和壳聚糖可降解,对环境友好,可用于环保领域,如污水处理、重金属离子吸附 等。
甲壳素
甲壳素人类最早利用甲壳资源始于中国著名的《本草纲目》中就记载:蟹壳有破瘀消积的功能。
"蟹"字本身即指:解毒的虫类。
1811年,法国学者布拉诺首先在蘑菇类中发现了甲壳质,甲壳素又名甲壳质、壳聚糖,是一种化学结构与纤维类似的高分子多糖,它广泛存在于昆虫、甲壳类动物的硬壳以及菌类的细胞壁中。
一、甲壳素的药理作用1.抗菌抗感染甲壳素及其多种衍生物均具有不同程度的抗感染作用,以甲壳素六聚糖为最强。
小分子的脱乙酰甲壳素具有质子化铵,质子化铵与细菌带负电荷的细胞膜作用,吸附和聚沉细菌,同时穿透细胞壁进入细胞内,扰乱细菌的新陈代谢及合成而具有抗菌作用。
夏文水、吴焱楠研究认为,相对分子量为1500的脱乙酰甲壳素对大肠杆菌的抑制效果最强,随着分子量增大,则抑菌作用下降。
正光华发现,脱乙酰甲壳素对金黄葡萄球菌、大肠杆菌、小肠结尖耶尔氏菌、鼠伤害沙门氏菌和李斯特单核增生菌,均有较强的抑制作用。
中国纺织大学吴清基教授已成功地将甲壳素制成无纺布、流延膜、涂层纱布等多种医用敷料用于临床,其中甲壳素与醋酸制成的无纺布透气透水性能极佳,用于大面积烧伤烫伤,抗感染和促进伤口愈合效果很好。
目前上海市每年可生产甲壳素医用材料约100吨。
2.降脂和防治动脉硬化魏涛等采用含胆固醇1%和脱氧胆酸钠0.2%的合成饲料喂大鼠28天,在诱发高血脂症的同时,经口服脱乙酰甲壳素观察其对高血脂症的影响。
实验设高脂对照组和低、中、高三个剂量实验组。
结果表明,脱乙酰甲壳素中、高剂量组的总胆固醇及总甘油三酯含量与高脂对照组比较,前者降低了10.5%、14.2%,后者降低了18.8%和26.1%,低、中、高剂量三实验组的高密度脂蛋白胆固醇与高脂对照组比较,分别升高了16.5%、32.7%和50.4%。
顾云等对31例高血脂成人患者进行口服脱乙酰甲壳素降脂试验,30日后检查,胆固醇、甘油三酯下降,低密度脂蛋白胆固醇下降,高密度脂蛋白胆固醇、脂蛋白均无明显变化。
甲壳素
甲壳素,英语为Chitin,日语音译为キチン質,化学名称为聚N一乙酰葡萄糖胺,常被翻译为几丁质。
甲壳素为真菌的细胞壁和节肢动物的外骨骼里的主要组成部分,其他动物也含有此物质。
它是N-乙酰-D-胺基葡萄糖多糖体,一同用β-1,4模式。
以它不可变的形式,甲壳素是半透明、易弯、有弹性和十分坚韧的。
不过在节肢动物里它经常被更改,透过嵌入变硬的蛋白质基体里,形成大部份的外骨骼。
通常昆虫的外骨骼不会更换,但幼虫或是虾蟹类会换壳,因为甲壳素构成的外壳不会成长。
甲壳素存在于自然界中的低等植物菌类、藻类的细胞,甲壳动物虾、蟹、昆虫的外壳,高等植物的细胞壁等处,其量不低于丰富的纤维素,是除纤维素以外的又一大类重要多糖。
据估计自然界中,甲壳素每年生物合成的量多达1000亿吨。
甲壳素是从蟹、虾壳中应用遗传基因工程提取的动物性高分子纤维素,被科学界誉之为“第六生命要素”,因此被欧美政府认定为机能性免疫物质。
在灵芝、冬虫夏草等植物中也含有微量“几丁聚糖”,但含量只在2%-7%之间。
甲壳素是宇宙中唯一带正电的阳性食物纤维。
亲和性强进入人体内甲壳素被分解成基本单位时就是人体内的成分,壳糖胺的基本单位是葡萄糖胺,葡萄糖胺是人体内存在的;而甲壳素的基本单位是乙酰葡萄糖胺,它是体内透明质酸的基本组成单位。
因此,甲壳素对人体细胞有良好的亲和性,不会产生排斥反应。
吸附性强溶解后的几丁聚糖呈凝胶状态,具有较强的吸附能力。
因甲壳素分子中含有羟基、氨基等极性基团,吸湿性很强,可用做化妆品保湿剂。
安全性高甲壳素是天然纤维素(动物性食物纤维),没有毒性和副作用,其安全性和砂糖近似。
(砂糖致死量为18g/kg,而甲壳素为16g/kg)。
2012年6月,山东聊城退休教师雷庆峰表示发明了能喝的农药。
雷庆峰说:“我办公室放着几瓶农药,没事我们自己的工作人员就喝着玩。
”不过他也表示,还没有对“可以喝的农药”针对是否伤害人体做过检测。
雷庆峰退休前曾在东阿城关中学教农业知识课程,而无毒农药的主要成分是甲壳素,从螃蟹、虾米体内提取。
几丁质——精选推荐
⼏丁质简介收起⼏丁质⼜名甲壳素、甲壳质,其有效成分是⼏丁聚糖(壳聚糖)。
在⾃然界中,⼏丁质存在于低等植物菌类、藻类的细胞,节肢动物虾、蟹、昆⾍的外壳,⾼等植物的细胞壁等,是除纤维素以外的⼜⼀重要多糖。
因⼏丁质的化学结构和植物纤维素⾮常相似,故⼏丁质⼜称做动物性纤维。
值得⼀提的是,节肢动物的外壳中有35%的蛋⽩质、30%的钙和⽆机盐、剩下的就是35%甲壳质。
在提取⼏丁质的加⼯⼯艺中,需要经过酸液及碱液的处理才能得到⼏丁质,⽽后再经脱⼄酰化的处理才能得到具有⽣理活性的⼏丁聚糖(壳聚糖)。
因此可以说,⼏丁质脱⼄酰化的程度越⾼,其有效成分的浓度就越⾼,相对⽽⾔对⼈体的⽣理功能也就越强。
组成收起⼀般由虾蟹壳提炼的⼏丁质,约含有 15% 的胺基(-NH2)与 85% 的⼄酰基(-COCH3)。
结构为β-聚- N-⼄酰葡糖胺。
这种物质含碳⽔化合物和氨,性柔软,有弹性,与钙盐混杂则硬化,形成节肢动物的外⾻骼。
⼏丁质不溶于⽔、酒精、弱酸和弱碱等液体,有保护功能,但可溶于浓盐酸、硝酸、硫酸。
在强碱作⽤下分解成脱⼄酰⼏丁质和⼄酸,脱⼄酰⼏丁质进⼀步在浓盐酸的作⽤下则⽔解成葡糖胺和⼄酸。
另外,⼏丁质脱⼄酰化的程度越⾼,发挥的⽣理效应也越强,当脱⼄酰度达到90%以上时,在⼈体中的利⽤率会越⾼。
国际医学营养⾷品学会将这种物质命名为除糖、蛋⽩质、脂肪、维⽣素、矿物质、⽔和纤维素七⼤⽣命要素后的第⼋⼤⽣命要素,越来越受到⼴泛关注。
抗癌特性收起⼏丁质能够利⽤机体⾃⾝的免疫⼒去战胜体内种种致病因⼦,抑制肿瘤⾎管内⽪细胞的⽣成,使癌肿的⽑细⾎管不能加长,癌肿不能向周围组织浸润或转移,抑制癌细胞毒素,活化能杀死癌细胞的淋巴细胞、抑制癌细胞转移。
在⼈体内⼏丁质通过直接活化巨噬细胞、⾃然杀伤细胞(NK细胞)、攻击肿瘤细胞(LAK细胞)、B淋巴细胞、T淋巴细胞的活性,增强机体免疫监视功能,消除体内有毒有害因⼦,因⽽成为众多癌症患者的良友。
⼏丁质还可通过其带正电荷碱性氨基,帮助降低⾎压、⾎脂、⾎糖,具有强化肝功能,调节神经和内分泌系统,促进体内微量元素的代谢等功效。
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2010年3月第25卷 第1期山东师范大学学报(自然科学版)JournalofShandongNormalUniversity(NaturalScience)Mar.2010Vol.25No.1收稿日期:2009-09-06倡济南市科技成果转化基金资助项目(200815025).倡倡通讯作者,博士,教授,硕士生导师,E-mail:gengy@sdnu.edu.cn.甲壳素、壳聚糖免疫调节及抗肿瘤研究进展倡高维锡1) 于 慧2) 耿 越2)倡倡(1)烟台职业学院,264025,山东烟台; 2)山东师范大学生命科学学院食品科学与工程系,250014,济南)摘要 甲壳素广泛存在于甲壳纲动物虾、蟹及昆虫的甲壳和植物细胞壁中,是一种天然高分子多糖.壳聚糖是甲壳素脱乙酰后的产物,是自然界中存在的唯一碱性多糖.甲壳素和壳取糖都是人类在开发和利用废弃物过程中开发出来的瑰宝.文章综述了甲壳素和壳聚糖的结构和性能,以及甲壳素和壳聚糖在免疫和抗肿瘤方面应用的研究进展.纵观了甲壳素和壳聚糖在保健食品及药品方面的应用现状及前景.关键词 甲壳素; 壳聚糖; 免疫调节; 抗肿瘤中图分类号 R392.11 文献标识码 A doi: 10.3969/j.issn.1001-4748.2010.01.040我国从20世纪中期开始开展有关的研究和产品开发,且很快成为生产壳聚糖的主要国家[1].甲壳素和壳聚糖的应用研究主要分布在医药和食品领域.而免疫调节和抗肿瘤的研究又是当前热门中的热点.本文着重从免疫调节和抗肿瘤两个方面综述甲壳素和壳聚糖研究的最新进展.1 甲壳素、壳聚糖的结构和理化性质1.1 结 构 甲壳素,又名甲壳质、壳多糖等,化学名为聚[(1,4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖],是一种天然高分子多糖,主要分布于自然界甲壳纲动物的甲壳、昆虫的甲壳和一些低等植物(如真菌、藻类)的细胞壁中.壳聚糖是甲壳素经浓碱溶液处理后脱去乙酰基的产物,又名甲壳胺、脱乙酰甲壳素,化学名(1,4)-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖[2].1.2 理化性质 甲壳素呈灰白色或白色片状,是半透明的无定型固体.不溶于水、稀碱、稀酸及一般有机溶剂,可溶于浓的盐酸、硫酸、磷酸和无水甲酸.壳聚糖是白色或灰白色片状、粉末状固体.不溶于水和碱溶液,可溶于大多数稀酸如盐酸、醋酸、环烷酸和苯甲酸等.由于甲壳素和壳聚糖的分子中含有-OH基、-NH2基、吡喃环、氧桥等功能基,因此在一定的条件下,能发生生物降解、水解、烷基化、磺化等多种化学反应,从而生成各种具有不同性能的甲壳素衍生物.甲壳素和壳聚糖均具有非常复杂的双螺旋结构.2 甲壳素、壳聚糖对机体免疫功能影响的研究进展2.1 免疫活性研究进展 对甲壳素、壳聚糖及其衍生物的免疫功能进行了广泛的研究[3,4].2.1.1 细胞活性研究 Nishimura等[5]往小鼠腹腔内注射经醋酸处理的脱乙酰基几丁质多孔株,发现可刺激小鼠产生白介素及增强体内巨噬细胞的活性.几丁聚糖的分解产物氨基葡萄糖(Glucosamin)也能活化NK,LAK细胞.东氏朗等[6]发现分别脱去30%和70%乙酰基的甲壳质(DAC-30,DAC-70)以及羧甲基甲壳质(取代率80%)等均有极强的巨噬细胞活化能力,其中以DAC-70作用最强.DAC-70除了能活化小鼠腹腔巨噬细胞外,还具有使天竺鼠血中产生抗体,诱导延迟性过敏症,活化NK细胞以及增强同种细胞毒性T细胞(CTL)免疫活性的功能.2.1.2 细胞因子研究 用念珠菌感染小鼠,提前用一定剂量的甲壳素饲喂或注射,小鼠感染后的存活率会有很大提高[7];利用甲壳素也可以提高人体对真菌感染的抵抗能力.产生这些现象的根本原因在于甲壳素或其衍生物是非特异性免疫抗原,通过与巨噬细胞、血管上皮细胞等免疫细胞的相互作用,促进IL-1,IL-6,IL-8,IL-12、IL-18等细胞因子的产生.由于免疫系统中细胞免疫与体液免疫是相互影响,T细胞、NK细胞等其它免疫细胞数量相应也有大规模的增加.2.2 免疫活性机理研究2.2.1 通过对巨噬细胞作用进行免疫调节 有的学者认为甲壳素、壳聚糖使巨噬细胞增多的机理是:1)壳聚糖为阳性趋化剂,吸引单核细胞从血管中游出聚集在组织中形成巨噬细胞.2)壳聚糖直接刺激局部组织,促使细胞增生,继而演变为巨噬细胞.还有的学者认为,pH7.4的体液中,淋巴细胞最为活跃,能直接杀死癌细胞.但在癌细胞内及偏酸性的体液中,淋巴细胞不741第25卷山东师范大学学报(自然科学版)第1期 活跃,作用迟钝.壳聚糖能吸附H+,可提高HCO3-浓度,能使体液pH倾向碱性,创造淋巴细胞攻击癌细胞的环境,对改善内环境非常有效.壳聚糖在吸附H+之后,由于带有大量的-NH3+,壳聚糖对小鼠的免疫调节作用使亲和性增强,可以活化巨噬细胞,使其吞噬能力增强,直接增加杀伤癌细胞的能力.2.2.2 影响细胞因子进行免疫调节 甲壳素、壳聚糖还可以活化T淋巴细胞,促使其释放出各种淋巴因子,从而起到杀伤胞内微生物(结核菌,真菌和病毒等)和癌细胞的作用.当甲壳素、壳聚糖活化T细胞后,就可以向B细胞发出生产抗体群的指令,起到间接活化B细胞的作用,从而产生各种免疫球蛋白,IgG可与具有相应受体的吞噬细胞、NK细胞结合,从而对细菌等颗粒抗原发挥调理作用,进一步增强巨噬细胞的吞噬功能或产生ADCC(抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用),也就是说在增强体液免疫的同时,又增强非特异性免疫功能.2.3 分子量对甲壳素、壳聚糖免疫调节的影响 分子量、官能团的取代度不同都会引起甲壳素及其衍生物促进的免疫反应产生差异.例如,高分子量的甲壳素和壳聚糖产生诱导补体介导作用,低聚糖则产生补体效应;2位是-NH2比-NHOCH3产生更强的补体效应,如果2位上经硫酸酯化,当取代度为70%时,产生的IL-1和IL-6数量远大于甲壳素或其它甲壳素衍生物[8].这种化学结构的差异可能影响分子的高级结构.最终导致了免疫调节活性的变化.Jeon等的研究表明[9],高聚壳聚糖较低聚壳聚糖对细菌的生长具有更高的抑制作用,壳聚糖和其低聚物的抗菌活性主要受其分子量的影响.No等[10]用6种不同分子量的壳聚糖(CS:Mw=1671、1106、746、470、224和28kD)和6种不同分子量的壳聚糖低聚物(COS:Mw=22、10、7、4、2和1kD)分别对四种带负电和七种带正电的细菌进行了抗菌抑菌活性实验.研究结果表明,CS的抗菌抑菌活性明显强于COS,CS对大部分细菌具有抑制作用,并且CS和COS分子量的不同和细菌种类的不同将影响到对细菌的抑制活性.在CS浓度为0.1%时,其对带正电细菌的杀死效果强于带负电的,由于CS的分子量的不同和细菌种类的不同,其最小抑制浓度(MIC)在0.05%-0.1%之间.溶剂和溶液pH值的不同对CS抗菌抑菌活性也有重要的影响,其中在pH=4.5-5.9之间可观察到CS的抗菌抑菌活性,在较低pH时,其抗菌抑菌活性则更高.3 甲壳素、壳聚糖用于抗肿瘤治疗的研究进展3.1 甲壳素、壳聚糖及其衍生物的抗癌活性研究 壳聚糖在体外显示凝聚白血病肿瘤细胞,生成紧密的凝块抑制细胞生长作用,壳聚糖对DNA有极强的亲和力,可以抑制宿主细胞对病原体的反应[11].何学斌等[12,13]采用荷瘤小鼠研究了壳聚糖在体内、外抗肿瘤活性.壳聚糖对荷瘤小鼠有较强的抗肿瘤作用,它能提高荷瘤小鼠免疫功能,还可以降低化疗药物的毒副作用.Suzuki等[14]研究了甲壳六糖(N-hexaacetylchitoexaose)和壳六糖(chitoexaose)在老鼠体内的抗癌活性,结果证明二者具有较高的抗癌活性,在体液中很快便被清除,是通过对机体间接的免疫作用达到抑制肿瘤细胞生长的目的.进一步的研究发现这两种低聚物对Meth-A肿瘤也具有抑制作用[15].同时研究还发现结构单元为3和4及其不同分子量的壳聚糖[16、17]对老鼠体内的肉瘤(S-180)细胞具有抑制作用.文镜等[18]用低聚壳聚糖(6-9个单糖分子)研究了对实体瘤和腹水瘤的抑制作用,结果显示低聚壳聚糖能够抑制体外培养的肿瘤细胞DNA的合成,具有一定的抑制肿瘤作用.通过注射分子量为17.7×103-1.57×103壳聚糖低聚物和其N-乙酰衍生物于老鼠体内,发现这些低聚物对S-180细胞均有抑制作用,最高抑制率可达到64%,具有较高分子量的壳聚糖其抗肿瘤活性则最高,且高于甲壳六糖和壳六糖.通过口服低聚壳聚糖及其N-乙酰衍生物,对老鼠体内肿瘤细胞的最高生长抑制率可达33.7%[19].王芳宇研究证实相对分子质量为1000-1400水溶性壳聚糖能显著提高荷瘤小鼠的免疫功能[20].壳聚糖的降解产物对Ehrlich肿瘤细胞亦有抑制作用[21].甲壳素/壳聚糖的一些衍生物也具有一定的抗癌抗肿瘤活性.郭振楚[22]研究发现羧甲基化的壳聚糖对治疗腹水型肿瘤的治愈率达80%,而未改性的壳聚糖的治愈率仅为61%.研究结果发现6-O-羧甲基甲壳素(CM-chitin),6-O-硫酸羧甲基壳聚糖(SCM-chitosan)和6-O-硫酸壳聚糖(S-chitosan)体外实验对B16-B1.6黑色素瘤细胞无抑制作用,而6-O-硫酸甲壳素(S-chitin)和6-O-硫酸羧甲基甲壳素(SCM-chitin)有较明显的抑制作用,且硫酸化程度越高,其抗肿瘤活性越强,并提出了可能的作用机理.认为硫酸化甲壳素抑制肿瘤细胞在血管内皮下基质的粘附,可刺激产生白介素Ⅰ及增强体内巨噬细胞的生成,显著抑制其向肿瘤实体的血管生成.最近,Lee等[23]对壳聚糖季铵化后研究了它们的抗肿瘤活性及其构效关系,得出了较好的结果.3.2 甲壳素、壳聚糖抑制肿瘤作用机制的研究3.2.1 通过免疫机制实现抗肿瘤功能 MaedaY等[24]观察到分子量为21kD和46kD的壳聚糖可明显增强肠上皮淋巴细胞和脾淋巴细胞中NK细胞的活性,并增加对S-180的细胞毒性,且此作用优于分子量为130kD和650kD的壳聚糖.由此推测,低分子量壳聚糖发挥抗肿瘤作用是通过提高肠内免疫功能而实现的.水溶性壳聚糖通过增强机体的免疫功能,激活淋巴细胞攻击肿瘤细胞,达到抑制肿瘤的作用,且其能与血管壁表面的“接着分子”(肿瘤细胞转移载体)结合,使流经血管的肿瘤细胞不能与“接着分子”附着、粘连,从而阻止肿瘤细胞的转移.推测壳聚糖增强免疫和抗肿瘤功能可能机理是:1)壳聚糖为阳性趋化剂,吸附单核细胞从血管中游出,聚集在组织中,形成巨噬细胞;2)壳聚糖可吸附H+,从而带有大量的-NH3+,可以841第1期高维锡,等:甲壳素、壳聚糖免疫调节及抗肿瘤研究进展第25卷 活化巨噬细胞,提高NK细胞活性4.5倍;3)可以活化T细胞,促使其释放出各种淋巴因子;4)壳聚糖表面的阳电荷与肿瘤表面阴电荷中和,直接抑制癌细胞的活性[25].3.2.2 通过抑制糖酵解发挥抑瘤作用 GuminskaM等[26]通过体外实验观察了壳聚糖及其降解产物对Ehrlich腹水肿瘤细胞能量代谢的抑制,认为壳聚糖通过抑制糖酵解,减少细胞的葡萄糖摄取和ATP水平而发挥抑瘤作用,但对正常肝细胞和肌细胞则没有影响,且这一作用由抑制丙酮酸激酶作用引起.3.2.3 通过活化caspase-3诱导癌细胞凋亡 Hasegawa等[27]通过WST-1比色分析和细胞计数研究了壳聚糖对膀胱癌细胞生长的抑制,同时观察到DNA发生裂解和caspase-3活性的增加,由此认为其通过活化caspase-3诱导膀胱癌细胞凋亡.3.3 分子量、脱乙酰度对甲壳素、壳聚糖抗肿瘤作用的影响1) MaedaY等[25]研究发现当分子量为21kD和46kD的壳聚糖剂量为100mg/kg时,能明显抑制小鼠S-180移植肉瘤的生长或降低肿瘤重量,而当剂量为300mg/kg时,分子量为21kD的壳聚糖仍可有效抑制肿瘤,分子量为46kD的壳聚糖抑制作用则不明显,说明分子量较低的壳聚糖抗肿瘤活性强.但QinC等[19]认为,分子量是影响水溶性壳聚糖抗肿瘤活性的重要因素,高分子量的壳聚糖抑瘤活性更强.2) HuangM等[28]研究结果显示,壳聚糖分子和壳聚糖纳米球在对A549细胞的有效抑制浓度IC50、IC20值相当,并随脱乙酰度的降低,壳聚糖的细胞毒性减少,而壳聚糖分子量对其细胞毒性作用影响不大.LekkaM等[29]通过测定乳酸盐产物、三磷酸腺苷(ATP)水平,认为影响细胞膜稳定性和糖酵解活性的作用强弱取决于壳聚糖脱乙酰度的高低,而壳聚糖分子中氨基数量的比例决定了其脱乙酰度的高低和水溶性的强弱.因脱乙酰度越高,则壳聚糖带有阳电荷越多,而HCV29细胞表面的阴电荷较肿瘤细胞T24细胞少,故此可能是高脱乙酰度壳聚糖抑制肿瘤细胞作用较强的原因之一.4 结 语甲壳素、壳聚糖及其衍生物是一种天然资源,可再生,可生物降解,无毒,无刺激,对环境无污染,生物相容性好,在治污、医药、生物、农业、化妆品及食品等领域都有广泛的应用.关于甲壳素和壳聚糖在机体免疫和抗肿瘤方面的研究及应用方兴未艾,已取得的成果令人兴奋,显示出其广阔的开发前景.人们对甲壳素和壳聚糖在免疫抗肿瘤方面的深入研究势必会给广大肿瘤患者带来福音.我国具有丰富的壳聚糖生产原料甲壳素来源,发展壳聚糖产业具有得天独厚的优势条件,市场潜力大,前景看好.5 参考文献[1] 蒋挺大.壳聚糖[M].北京:化学工业出版社,2001.[2] 郑晓广,沈新元,杨 庆.甲壳质及其衍生物在保健领域中的应用[J].河南师范大学学报:自然科学版,1999,27(3):46-50.[3] ShibataY.Alveolarmacrophageprimingbyinravenousadministrationofchitinparticles,polymersofN-acetyl-D-glucosamine,inmice[J].InfectImmun,1997,65(5):1734-1741.[4] 刘长岚,崔文新.甲壳素、壳聚糖及其衍生物在食品工业中应用动向的研究[J].山东师范大学学报:自然科学版,2003,18(2):76-78[5] NishimuraK.Macrophageactivationwithmulti-porousbeadspreparedfrompartiallydeaneryladedchitin[J].BiomedMaterRes.1986,20(9):1359-1372.[6] 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GengYue2)(1)YantaiVocationalCollege,264670,Yantai,Shandong,China;2)DepartmentofFoodScienceandTechnology,ShandongNormalUniversity,250014,Jinan,China)Abstract Thechitinwidelyexistsinthecrustaceananimalslikeshrimp,crabandinsect′scarapaceandplantcellwall.Chitosanisthedeacetylatedproductionofchitinwhichistheonlyalkalineamylaseinnatural.Thechitinandchitosanarethetreasurewhichexploitatedduringtheprocessofhumansdevelopingandusingrejectamentas.Thestructureandperformanceofchitinandchitosanaresummarized,aswellastheresearchprogressintheirapplicationinimmunityandantitumor.Keywords chitin; chitosan; immuneregulation; antitumor051。