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。甲壳素若脱去分子中的乙酰氨基就可以转化为可溶性甲壳素（chitosan）,或称壳聚糖（壳聚胺、几丁聚糖）。这时它的溶解性大为改善，因而其应用范围也就变得十分广阔，在工业、农业、医药、化妆品、环境保护、水处理等领域有极其广泛的用途。

1.4 甲壳素的提取

自然界中的甲壳素大多总是和不溶于水的无机盐及蛋白质紧密结合在一起。人们为了获取甲壳素，往往将甲壳动物的外壳通过化学法或微生物法来制备。当前，工业化生产常采用化学法，经过酸碱处理，脱去钙盐和蛋白质，然后用强碱在加热条件下脱去乙酰基就可得到应用十分广泛的可溶性甲壳素（壳聚糖）。目前，国内外常从废弃的虾、蟹壳中提取甲壳素。虾蟹壳中甲壳素含量为20~30%，无机物（碳酸钙为主）含量为40%，其他有机物（主要是蛋白质）含量为30%左右。我国是甲壳素资源大国。单浙江省沿海年产海虾就达67万吨，按40%废弃物计算可制得甲壳素1万余吨，资源潜力巨大。

二、人体必需的第六生命元素

甲壳素是食物纤维素但不易被消化吸收。若甲壳素和蔬菜、植物性食品、牛奶和鸡蛋一起食用则可以被吸收。在植物和肠内细菌中含有壳糖胺酶、去乙酰酶，体内存在的溶菌酶以及牛奶、鸡蛋中含有的卵磷脂等共同作用下可将甲壳素分解成低分子量的寡聚糖而被吸收。当分解到六分子葡萄糖胺时其生理活性最强。经过近20年的研究，1991年，美国、欧洲的医学界大学和营养食品研究机构将甲壳素称为继蛋白质、脂肪、糖、维生素、矿物质之后的人体健康所必须的第六大生命要素。甲壳素作为机能性健康食品，它完全不同于一般营养保健品，对人体具有强化免疫，抑制老化，预防疾病，促进疾病痊愈和调节生理机能等五大功能。

2.1 强化免疫功能，对癌症有抑制作用

日本爱媛大学医学部的奥田教授为了证实甲壳素的抑制癌症作用，从C3H/Hei白鼠的脾脏采取淋巴球，观察甲壳素的存在是否增加杀死YAC-1癌细胞的能力。实验用癌细胞预先注入放射性镉，癌细胞若受破坏，可由测定流出在细胞外的放射性的量而判定。结果确认甲壳素在64ug/ml的浓度就能增加淋巴球(NK)杀死癌细胞的作用。同时，还观察到甲壳素的

降解产物葡萄糖胺使体液PH发生变化，激活淋巴细胞攻击癌细胞。另外，这些降解产物还能与存在于血管壁表面的癌细胞转移载体结合，从而抑制了癌细胞的转移。我国科学家研究表明，甲壳素有抑制癌细胞毒素的作用。癌细胞增殖时能释放出毒素，此毒素能破坏血清中的铁质，造成贫血；分解脂肪，兴奋满中枢，失去食欲，使人体消瘦。而服用甲壳素可出现食欲。这是因为它对癌细胞毒素有抑制作用。1996年9月北京联合大学应用文理学院保健品功能检测中心研究表明，甲壳素具有增强单核巨噬细胞和NK细胞活性功能，对细胞免疫和体液免疫功能均有增强作用。

2.2 具有排除有毒、有害物质于体外的作用

研究表明，甲壳素具有与植物纤维相似的结构与功能。如保水、膨润、扩散、吸附、难于消化吸收等，因而它具有促进消化道蠕动，增加排便容积，缩短肠内物质的通过时间，降低腹压及肠压，吸附有毒物质（如农药、化学色素、放射线等）和重金属离子并排出体外，从而减低食物中有害物质吸收的功能。同时能排除多余有害胆固醇，防止动脉硬化。胆汁酸是肝脏内由胆固醇所生成消化液中的一个重要成份，在胆囊中有一定贮量，甲壳素能很好地与胆汁酸结合，并将其排出体外，人体为了保持胆囊中有一定量的胆汁酸贮备，就必须在肝脏中将胆固醇转化或胆汁酸，这样血液中胆固醇含量就必然下降。同时，食物中的胆固醇进入体内后，需经酶的作用变成胆固醇脂才能在肠道被吸收，这一过程需要胆汁酸的参与。胆汁酸是表面活性物质，它对脂类有乳化作用。甲壳素很容易和胆汁酸结合并排出体外，导致这种酶不能正常地将胆固醇转变为胆固醇脂，从而妨碍胆固醇在体内吸收。

2.3 具有降血糖，降血脂，降血压的作用

甲壳素溶于酸后，可形成一个强大的带正电荷的阳离子集团。这对于改善酸性体质，维持体液正常PH值意义重大。

我们知道由于胰岛素不足（绝对的或相对的）引起糖尿病，其患者体液呈酸性，若PH 降0.1则胰岛素敏感度下降30%，患者糖利用降低，呈高血糖。甲壳素把PH值调到弱碱性，提高胰岛素利用率，有利于糖尿病的防治。此外，它还有调节内分泌系统的功能，使胰岛素分泌正常，抑制血糖上升。

近年来医学专家发现，血压升高和食盐中C1-有关，与Na+无关。因C1-能使血管紧张