甲壳素的应用及最新研究进展

甲壳素的应用研究与展望

刘淑君090524115

摘要：从虾和蟹的壳中提取的甲壳素是一种非常重要的生物材料，应用范围十分广阔，在食品，医药，环保等领域有极其广泛的用途，它在制成人造皮肤, 隐形眼镜, 化妆品, 纸张、食品等方面起着其他材料所无法替代的重要作用, 尤其在整个国际社会日益重视环境的今天, 它在污水处理和用来生产可自然分解的薄膜包装材料上大有用武之地,甲壳素的研究开发已成为世人瞩目的高新科技领域和获利颇丰的新兴产业。本文主要介绍了甲壳素的应用以及国内外研究进展。

关键词：甲壳素，壳聚糖，应用，发展前景

前言

甲壳素广泛存在于海洋甲壳动物外壳、软体动物内骨骼、昆虫翅膀、菌类及藻类细胞壁内。这些虾壳原本是废弃物，几乎成为环境污染源，经过近40多年国内外学者研究，竟变废为宝，一跃成为跨世纪的引人瞩目的全球性热门科研课题，并竞相开发出一系列的甲壳素类高科技产品，应用于工业、农业、国防、化工、环保、医药、保健、美容、纺织等诸多领域。至今，国内发表的甲壳素研究成果已超过400多项，我国甲壳素事业呈现出欣欣向荣的发达景象，一些发达国家争相投入大量资金对甲壳素进行深入研究开发。目前甲壳素是日本政府惟一准许宣传疗效的机能性食品。1993 年日本厚生省受理了甲壳素作为癌细胞转移抑制剂静门注射药品的申请。1996年，甲壳素又通过了美国药品、食品管理局(FDA)及欧共体(EC)检测，核准在美国、欧洲市场销售。甲壳素的研究开发及其商业产品已出现了全球竞争趋势，并将保持持续稳定的高速发展趋势。

1.甲壳素分子组成和分布

1. 1甲壳素分子组成

甲壳素又名甲壳质和壳多糖,是法国科学家布拉克诺1811 年首次从蘑菇中提取的一种类似于植物纤维的六碳糖聚合体, 被命名为Fungine( 茸素) 。1823年法国科学家欧吉尔( Odier)在甲壳动物体外壳中也提取了这种物质, 并命名为几丁质和几丁聚糖, 是几丁胺粉的合称。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, 它由几丁质与几丁糖组成, 是天然无毒性高分子, 并且具有生物可分解性, 它的

构造类似于纤维素, 由1 000~ 3 000个n- 2葡萄糖胺聚合物组成, 属于直链氨基多糖。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, 如果把组织纤维素的单个分子葡萄糖分子第二个碳元素上的羟基( 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, 甲壳素可说是动物性纤维。

1. 2 甲壳素的资源分布

甲壳素广泛存在于低等植物菌类和水生藻类细胞中, 节肢动物的甲壳类虾、蟹、蝇蛆及昆虫类的外壳、软体动物的贝类及头足类的软骨中, 高等植物的细胞壁中等。据科学家估测每年生物合成的资源量高达100亿t , 成为地球上仅次于植物纤维素的第二大生物资源,其中海洋生物的生成产量超过10亿t, 可见甲壳素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、溶菌酶和壳聚糖酶等的完全生物降解后参与机体生态体系的碳和氮循环, 对地球生态环境起重要的调控作用。

2.甲壳素的主要应用领域

甲壳素是性能独特、组织相容性良好、可生物降解、符合环保要求的绿色材料，其开发应用领域异常广阔。主要应用于工业、农业、国防、化工、环保、食品、医药、保健、美容、纺织等诸多领域。

2.1环保领域

甲壳素在环保领域的应用越来越广泛，甲壳素和甲壳胺作为絮凝剂或吸附剂在废水处理中的应用研究取得了巨大的进展，可以作为水处理剂，净化饮用水；可作为污水絮凝剂，处理活性污泥；可作为工业废水的重金属螯合剂，除去Hg 、Cu 、Cd 、Pb、Co 等，回收贵重金属以及聚集电解质，进行海水淡化；可作为放射能吸收剂：能提高对外泄放射能（铀、钸）的处理能力；可作为天然无公害塑胶、可降解地膜：甲壳胺地膜在土壤里1周开始分解，2，3 月全部分解，是解决" 白色污染" 的根本途径，且有改良土壤作用。

2.2食品领域

目前甲壳素在机能性食品上的应用最受到瞩目，具多项生理调节机能，包括无毒性的抗癌效果、改善消化吸收机能、降低脂肪及胆固醇摄取、降低高血压、强化免疫力等。可作为食品添加剂，添加于休闲食品（薯片、饼干）中以降低热能；可作为防霉保鲜剂，添加于肉制品、水果、蔬菜与鲜花中，防霉保鲜；可作为果汁澄清剂，使果蔬汁清澈明亮。甲壳素具有优良的保鲜效果，其机理是：形成保护膜质用甲壳素涂布果蔬表面，可形成一层保护膜，而且增加了果皮厚度，并堵塞部分皮孔，减少组织水分蒸散，保持果蔬水分，创造了一个良好、稳定的湿度环境，由此可较长时间保持果蔬的原有品质。作为一种新型的天然保鲜剂，甲壳素以其高效、无毒、低成本、操作容易及具有极显著的保鲜效果等显示出诸多优越性。

2.3 医用领域

甲壳素来源于生物体结构物质, 与机体细胞有很强的亲合体性, 可被机体内的酶分解而吸收,对人体无毒性和副作用。加上良好的吸湿性、纺丝性和成膜性, 被广泛开发应用, 成为优良的生物医学和医药材料。现今作为: 1)制备医用敷料。2)手术缝合线。3)制作人造血管。4)医用微胶囊。5)药用缓释剂。6)止血剂和伤口愈合剂。7)骨病治疗剂。8)用作人工透析膜等。

2.4 在生物机体健康方面

甲壳素是食物纤维素, 不易被消化吸收。甲壳素和蔬菜、植物性食物、牛奶和鸡蛋一起使用则可被吸收。在植物和动物肠内细菌中,含有壳糖胺酶和去乙酰酶, 体内存在的溶菌酶及牛奶和鸡蛋中含有的卵磷脂等共同作用下可将甲壳素分解成低相对分子质量的寡聚糖而被吸收。当分解到六分子的葡萄糖胺时其生理活性最强。经20 多年的研究, 1991年美国和欧洲等国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、纤维素和矿物质之后的机体健康所必需的第六大生命要素。尤其对人体大量研究结果表明, 其具有强化免疫、抑制老化、预防疾病、促进疾病痊愈和调节生理机能等5 大功能。

2.4.1 强化免疫力

甲壳素能提高动物体的免疫机能, 加强免疫细胞增殖, 有强化免疫力的功效。日本的动物试验结果表明, 甲壳素的免疫强化作用, 有助于减少肿瘤细胞的伤害及促进肝脏受损细胞的新生与正常化恢复。

2.4.2 无毒性的抗癌效果

甲壳素对人体的抗癌效果已由日本东北药科大学确认, 抗癌效果适合生物体而无毒性反应出现。北海道大学的研究也发现, 甲壳素有抑制恶性肿瘤细胞扩散及转移的效果。

2.4.3 降低胆固醇

甲壳素在动物机体内以带正电的阳离子形态出现, 可与胆酸和胆盐结合, 因而抑制小肠对胆固醇的吸收, 不但会减少胆固醇在肝脏的堆积量, 也可能降低恶性胆固醇(LDL)的浓度, 提高良性胆固醇(HDL)含量, 对预防动脉硬化和心脑血管疾病有很好的效果。

2.4.4 改善消化性能

甲壳素可促进水产养殖动物机体肠内有益菌的繁殖, 抑制有害菌丝的滋生和减少大肠杆菌的生长, 可达到健胃整肠的功效。

2.4.5 抑制过量摄取食盐而导致的高血压疾病

甲壳素的成分几丁质与几丁糖是不会直接被动物体吸收的一种高分子聚合物。日本