甲殼素-殼聚糖的生理功能及應用研究進展

楊懷宇， 武婷茹， 劉俊希， 謝子怡， 王虹玲　(沈陽工學院生命工程學院，遼寧撫順 113122)

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甲殼素-殼聚糖的生理功能及應用研究進展

楊懷宇， 武婷茹， 劉俊希， 謝子怡， 王虹玲*(沈陽工學院生命工程學院，遼寧撫順 113122)

摘要甲殼素-殼聚糖作為一種重要的新型生物材料，因具有來源廣泛、綠色環保、無毒無害等優點被譽為環境友好型功能材料，在人們的生活中占重要地位。從甲殼素-殼聚糖的基本特點及生物功能出發，闡述其在工業、農業、環保、食品等諸多領域的應用情況，分析國內外研究現狀，并且對其應用前景進行展望。

關鍵詞甲殼素；殼聚糖；生理功能；應用領域

甲殼素，又稱甲殼質、幾丁質，是生物體內的天然高分子聚合物。其脫乙酰基后的產物為殼聚糖，是葡萄糖分子的多聚物，結構與纖維素類似。甲殼素廣泛存在于低等植物菌類以及海洋無脊椎動物的外殼中，還是某些真菌細胞壁的重要組成成分。甲殼素-殼聚糖作為自然界中大量存在的、堿性陽離子聚合物具有多種生物學活性功能，已被歐美中日政府認定為機能性免疫物質；此外，兩者還具有良好的生物相容性和可降解性，無毒，價格低廉。甲殼素類產品還有易改質、機械強度較好等優點，已在環境保護、醫療衛生、美容保健、食品安全、工農業發展、紡織工業等領域得到廣泛應用，并有待進一步的深度開發。

在國際上，日本、美國甲殼素類產品的研發較領先。我國雖起步較晚，但發展迅速。近年,雖然對制取甲殼素-殼聚糖的制備工藝進行了不斷地改進與創新，但是仍存在諸多問題，如成本較高、污染嚴重、易降解、產品質量不易控制等。所以，亟待開發出高效、環保的制備工藝，推動我國殼聚糖生產提高到一個新的水平。

1甲殼素-殼聚糖的生理功能

甲殼素是天然的中性黏多糖，屬于一種線型高分子多糖。它化學性質不活潑，不與體液發生變化，對組織不起異物反應，具有調節免疫力、降低血壓、調節血脂、降低血糖、提高胰島素利用率、抗腫瘤、抑菌等多種生理功能。

1.3降血糖生物體血糖持續升高的直接后果是導致糖尿病等一系列病癥的發生。當體內胰島素分泌不足或特定的靶細胞對胰島素的感應敏感度降低時，細胞內糖類、脂類、蛋白質等生物大分子的代謝作用會受到抑制，促使機體內血糖濃度顯著升高[6]。研究表明，殼聚糖分子具有降血糖的作用。一方面，當細胞內血糖水平異常時，低分子量的殼聚糖通過滲透作用進入胰島細胞，對損傷的細胞進行修復，提高其分泌胰島素的能力，同時增加外周組織對所分泌胰島素的敏感性，促進血糖的代謝，降低機體內的血糖水平；另一方面，甲殼素可通過協調臟器功能，促進內分泌，改善胰腺功能，活化胰島細胞，促進β細胞分泌胰島素[7]。此外，甲殼素可吸收胃內水分，與胃內物混合，使得體內產生擴容效應，從而使胃的排空時間延長，餐后血糖峰值下降時限隨之拖后，進而控制餐后高血糖的出現。

1.4抗腫瘤甲殼素-殼聚糖具有顯著的抗腫瘤作用。這一功能主要通過增強機體的非特異性免疫功能來實現。低分子量的甲殼素尤其是其六聚糖形態具有極高的抗腫瘤活性。研究證實，甲殼六糖和殼六糖均能抑制小鼠體內的腫瘤細胞的生長，表現出明顯的抗癌功效[8]。甲殼素的抗腫瘤活性主要體現為它可活化巨噬細胞、T淋巴細胞、NK細胞和LAK細胞，通過抑制腫瘤細胞在皮下基質的黏附、抑制白介素的產生和朝向腫瘤實體的血管生成發揮作用[9]。

1.5抑菌早在1979年便有學者指出殼聚糖具有抑菌的功效，且抗菌譜廣[10]，隨后相繼通過對大腸桿菌、金黃色葡萄球等的抑制作用，發現殼聚糖對革蘭氏陰性細菌和革蘭氏陽性細菌均表現出良好的殺菌效果，進一步證實其殼聚糖的廣譜抗菌性。殼聚糖的殺菌機理主要體現在：一方面，其自身所攜帶的正電荷可以與帶負電荷的細胞吸附，從而在細胞壁表現形成一層由殼聚糖組成的高分子聚合膜，進而改變細胞膜的通透性，抑制營養物質的吸收和代謝廢物的排放，使得細胞發生質壁分離，最終導致細菌細胞死亡；另一方面，低分子量的殼聚糖可以通過滲透作用直接進入細菌細胞，大量富集細胞內帶負電荷的細胞質物質，發生絮凝作用，使得細胞喪失正常的代謝功能，從而殺滅細菌[11]。

2甲殼素-殼聚糖的應用領域

甲殼素-殼聚糖性能獨特，具有組織相容性良好、可生物降解等優點，是綠色環保型材料。在倡導創建“資源節約型，環境友好型”社會的當下，它極具開發前景。

2.1工業領域甲殼素-殼聚糖具有良好的吸附性和成膜性能，近年來已成為修飾電極高分子的首選材料，被應用于化學傳感器和生物傳感器；甲殼素-殼聚糖可提高紙張的耐電壓強度，也能改善紙張的表面印刷性，從而適應高速印刷、高黏度油墨的要求，目前已被廣泛應用于印刷紙的生產中；痕量分析研究表明，甲殼素-殼聚糖可結合高靈敏的分析方法，作為富集劑來分析樣品中的痕量元素，對鎢、銀、鉻、鉑、鉍、汞、銅等元素實現低檢出、限檢出。

2.2農業領域甲殼素-殼聚糖的優異性能使其在農業領域的應用頗為廣泛，其多聚物可以促進作物的生長，改善土壤的微生態環境，提高作物抵御病蟲害的能力，因此常被用作植物的生長促進劑和土壤改良劑等。有研究表明，將甲殼素-殼聚糖添加到飼料中飼喂家禽，還可以提高家禽免疫力，改善圈舍環境，增強蛋和肉的品質[12]。

2.3環保領域甲殼素可以作為水處理劑，凈化飲用水，澄清污水，有效除去工業廢水中重金屬等有害物質，并且回收貴重金屬，聚集電解質；甲殼素可生物降解，有研究表明甲殼胺地膜可在2～3月的時間內全部分解，是解決“白色污染”的有效途徑。用其制成的天然無公害塑膠、可降解地膜不僅環保，而且能夠有效改良土壤問題。

2.4食品領域甲殼素因其具有成本低、效率高、無毒無害、操作簡便及具有顯著的防腐、保鮮效果等優越性能而被廣泛應用于食品中。其作用機理主要體現在：甲殼素具有很好的成膜性，將其噴灑或涂抹于果蔬表面后可在其表面形成一層致密、透明的保護膜，起到抑制微生物生長、維持果蔬色澤、抑制水分散失、降低呼吸作用、減少養分消耗等作用，使得果蔬始終處于代謝緩慢的穩定環境中，進而延長保存時間，提高貨架期。它是一種安全、無毒、綠色的生物防腐劑。

2.5醫用領域甲殼素有良好的生物相容性，且具有無毒性、成本低、易改質、機械強度好、廣譜抗菌性強等優點，十分適合應用于醫療領域。它可作為醫用生物材料，如吸收性手術縫合線、止血劑、免疫促進劑、腫瘤抑制劑和愈合劑等[13]。

2.6紡織領域用殼聚糖纖維生產的抗菌織物具有較好的吸濕性、透氣性和柔軟手感等，且具有強大的抗菌能力，90%以上的常見細菌在甲殼素纖維上不能存活，因此甲殼素纖維與彩棉貨純棉等纖維制成的面料特別適合做嬰幼兒服裝、男女高檔內衣。

3展望

甲殼素在自然界中分布十分廣泛，是僅次于纖維素的自然界儲存量第二大的天然多糖化合物。目前，人類對甲殼素的開發僅處于初級階段。據推算，自然界的生物每年能生產1 000億t甲殼素，其中能被現代化工業利用的僅為200萬t。由此可見,甲殼素具有極大的開發潛力。甲殼素的多種優良特性以及豐富的資源狀態必將使其具有更加廣闊的應用前景，從而更好地服務于人們的生活。

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收稿日期2015-04-30

通訊作者

作者簡介楊懷宇(1994- )，男，遼寧沈陽人，本科生，專業：生物工程。*，講師，碩士，從事食品生物技術方面的研究。

基金項目遼寧省高等學校科學研究一般項目(L2014565)；遼寧省大學生創新項目。

中圖分類號S 188

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2015)18-024-02