甲壳素功能与利用

甲壳素又名甲壳质、蟹壳素、壳多糖和几丁质等是一类广泛存在于甲壳动物和节肢动物以及细菌细胞壁中的多糖类化合物也是地球上仅次于纤维素的、数量最丰富的有机化合物之一作为性能优良的天然高分子材料甲壳素资源的开发与应用的研究受到了国内外学者的广泛重视仅近10年来公开发表的论文就在千篇以上其应用范围涉及工业、农业、医药卫生、食品保健、日用化工、环保、印染、金属的提取与回收以及功能膜材料等诸多领域。

医药方面的应用近年来的研究发现甲壳素和壳聚糖不仅无毒、可被生物降解而且具有显著抑制真菌繁殖等多种医学功能和药理作用作为一类无毒而有效的生物药剂应用在医药和卫生保健领域。 2.1 医药制剂将壳聚糖溶于1%乙酸溶液配成1%浓度w/v的壳聚糖溶液可用来治疗烂脚牙和被螨虫损害而发生皮炎的部位“脚气病”也是一种真菌感染疾患如果用1%.壳聚糖乙酸溶液涂抹连续五六天就能止痒并治愈。同样“灰指甲”也是霉菌感染非常顽固连灰黄霉素都很难见效但将“灰指甲”在1%壳聚糖乙酸溶液中浸泡几分钟坚持半个月以后会逐渐好转最后长出正常的新生指甲。 2.2 医用纤维和膜壳聚糖纤维制成的缝合线在预定时间内有很强的抗张强度在血清、尿、胆汁、胰液中能保持良好的强度在体内有良好的适应性尤其是经过一定时间壳聚糖缝合线能被溶菌酶所酶解而被人体自行吸收。因此当伤口愈合后不必再拆线。目前外科手术常用纸代替砂布贴于人体组织表面但用植物纤维或合成纤维纸易引起炎症。研究发现利用甲壳素良的消炎、抗感染作用用其制造的纸既柔软又消炎是理想医用外科手术材料。同样还可以将多肽溶液与甲壳素溶液混合均匀后涂在平板玻璃上凝固制成薄膜用作医用材料这种薄膜均匀、透明、手感柔软具有良好的弹性和强度。人工肾是由高分子材料制成的渗透膜装在一定的容器中制成一个透析器其透析膜必须具有很高机械强度和对血液的稳定性。目前用作透析膜的高分子材料有铜氨法制造的铜珞玢纤维素、骨胶原蛋白、聚砜、聚硫橡胶等。壳聚糖膜具有足够的机械强度可以透过尿素、肌酐等水溶性有机物

但不透过na 、k 、cl等无机离子及血清蛋白透水性好是一种理想的人工肾用膜。 2.3 人造皮肤

壳聚糖或甲壳素是制造人造皮肤的理想材料它质地柔软、舒适与创面的贴合性能好即透气、又吸水不仅有抑菌消炎作用而且具有抑制疼痛、止血和促进伤口愈合的功能。随着患者创伤的愈合与自身皮肤的生长壳聚糖人造皮肤能自行溶解并被机体吸收既不会留下碎屑而延缓伤口的愈合相反还会促进皮肤再生。壳聚糖人造皮肤的使用免除了常规揭除时流血多及病人的痛苦对治疗高热创伤特别有效。目前在日本和我国都已分别有了壳聚糖人造皮肤临床应用的报道。 2.4 药物载体Hiramo等发现分子量低于2900的化合物可透过壳聚糖膜作为分子量更低的药物则更能顺利透过这类膜壳聚糖或甲壳素膜无毒可内服而无任何副作用从而可作为理想的药物缓释膜材料。将甲壳素及其衍生物制成凝胶药物被包埋在其中它们被植入体内后是蚀解式的缓释即表面高分子材料吸水膨胀和形成凝胶使水分不能很快进入内部溶解药物只有当水分能进入内部后药物才能慢慢溶出直至药物释放完全为止。载体药物又称高分子药物系指将小分子的药物分子被键合在特定高分子材料的分子链上所制成的药物。在体内药物分子不断从高分子链上水解下来或者高分子链完全降解药性缓慢释放使之能够较长时间内保持药物的药理作用。

2.5 抗肿瘤作用壳聚糖不仅具有很好的生物相容性在体内能降解并代谢而且本身就具有一定的抗肿瘤作用和抗细菌作用。研究发现壳聚糖具有直接抑制肿瘤细胞的作用在含癌细胞的溶液中加入0.5mg/mL壳聚糖溶液24小时后癌细胞全部死亡!其机理主要是由甲壳素或壳聚糖水解生成的氨基葡萄糖在内对某些癌细胞有明显的杀灭作用而对正常组织几乎没有影响因此甲壳素和壳聚糖都可作为癌症的化疗药物

3 农业方面的应用3.1 饲料添加剂研究发现在饲料中加入10%甲壳素能使小鸡比对

照组增重此外虾、蟹壳中还含有丰富的钙质和微量元素它们可以起着钙质等元素的补充和协同作用。在肉鸡饲料使用的干乳清中加入适量的甲壳素可使乳清中的乳糖得到充分利用这为乳清饲料的有效利用找到了一条出路。此外壳聚糖对脂肪酸和胆汁酸有很强的结合能力可以阻止肠胃对脂肪酸和胆汁酸的吸收。而且壳聚糖能抑制体内胰酶和碳水化合物水解酶的活力从而抑制了脂肪在体内的沉积。因此在猪饲料中添加壳聚糖可以提高饲养肥猪的瘦肉率。

仓贮饲草受真菌侵害程度的分析如苜蓿等饲草在仓库贮存时由于收割时的老、嫩程度和贮存的时间长短。以及仓贮的条件造成其含水率的变换。若含湿率高很容易受到真菌的侵害而霉烂。霉烂的饲草由于霉菌分泌毒素使饲草染毒从而使牲畜中毒不能喂养牲畜。如果霉烂的情况严重则凭眼睛就可以分辨出来但当饲草已遭到真菌侵害而尚未到霉烂的程度则很难被发现。过去很难采取有效手段来检测饲草是否遭受霉菌侵害。而真菌的胞子或菌丝体中含有甲壳素如果饲草被霉菌侵害只要通过甲壳素的定量分析就能确定其侵害的程度因为高等植物体内是不存在甲壳素的。 3.3 种子处理剂壳聚糖可用作许多粮食、蔬菜作物种子的表面处理剂激发种子提前发芽促进作物生长提高抗病能力从而提高粮食和蔬菜产量。研究发现棉花种子经壳聚糖处理后比对照组提前1天出苗出苗率比对照组高13.7%提前2天开花提前二天结铃提前2-3天吐絮株高没有明显变化每亩增产11.8%。由此看出壳聚糖的应用既不同于农药又不同于肥料它具有综合治理作用。试验还表明壳聚糖也适用于像棉花这类具有厚皮硬壳的种子处理。玉米的黑穗病是造成玉米大面积减产的主要病害之一通过壳聚糖溶液对玉米种子的拌种处理可免除或减轻玉米的黑穗病。试验还发现用壳聚糖溶液拌种后的玉米出苗比对照组提前了一天收获提前两天增产20.4%研究发现每克冬小麦种子用250ug壳聚糖处理

增产最高可达到21%。将壳聚糖与可溶性蛋白如胶原蛋白合成液体土壤改良剂。这种改良剂具有较好的稳定性和可降解性降解以后是优良的有机肥料可供作物吸收。它们不仅可抑制土壤中的病原菌生长和繁殖同时能有效地改善土壤的团粒结构是一种比较理想的液体土壤改良剂

环保方面的应用 4.1 甲壳素与壳聚糖的吸附性及其对工业废水中有害物质的脱除一般甲壳素与壳聚糖分子中均含有酞胺基及氨基(前者以酞胺基为主后者以氨基为主)这是造成它们具有吸附性的根本原因。研究表明甲壳素的酞胺基具有离子交换功能。值得注意的是它与纤维素不同一般纤维素只能在无水状态下通过氢键吸附溶质而甲壳素无论是在有水或无水状态下均能吸附溶质。壳聚糖的吸附性更为突出作为一个线性聚胺当它在酸性介质中溶解以后随着氨基的质子化即表现出阳离子聚合电解质的性质。一般用于废水处理的阳离子多糖取代度很少超过0. 3而壳聚糖几乎每个单元均有一个氨基因此

当pH<6. 5时有一高电荷密度使它不仅能吸附在水中的负电荷微粒表面(无论这些微粒是溶于水还是悬浮于水中)并且还能与许多重金属离子鳌合。甲壳胺的醋酸或者甲酸盐可以凝集悬浮在水中的生活污泥以及其它固体微粒还可从家禽加工厂、蛋白加工厂、淀粉厂、味精厂的废水中回收蛋白质作为畜禽的饲料。甲壳胺的其它衍生物可有效地从一些工业废水中除去CH,H,CH,H,OAc也可用于从海水中提取铀等金属

甲壳素、壳聚糖在减轻造纸工业对环境污染中的应用造纸业在国民经济中占有不可或缺的位置然而由此引发的环境污染问题也时刻提醒着我们要在改善工艺选择环保型材料上多做研究。甲壳素/壳聚糖作为一种新型环保材料在造纸业中应用范围正在逐步扩大。随着市场竞争的加剧以及环境保护等方面的限制一般需要加入助留剂来提高纤维和填料的单程留着率和纸机白水的循环利用。壳聚糖在酸性介质中可呈阳离子性其相对分子量非常大使它们发生聚集‘而且壳聚糖是长链高分子可和填料和纤维发生架桥作用同时吸附若干个粒子而达到高的留着率。随着壳聚糖用量的增加和相对分子质量的增加助留效果显