甲殼素的應用及最新研究進展

1、甲殼素的應用研究與展望劉淑君090524115摘要：從蝦和蟹的殼中提取的甲殼素是一種非常重要的生物材料，應用范圍十分廣闊，在食品，醫(yī)藥，環(huán)保等領域有極其廣泛的用途，它在制成人造皮膚，隱形眼鏡，化妝品，紙張、食品等方面起著其他材料所無法替代的重要作用，尤其在整個國際社會日益重視環(huán)境的今天，它在污水處理和用來生產(chǎn)可自然分解的薄膜包裝材料上大有用武之地，甲殼素的研究開發(fā)已成為世人矚目的高新科技領域和獲利頗豐的新興產(chǎn)業(yè)。本文主要介紹了甲殼素的應用以及國內(nèi)外研究進展。關鍵詞：甲殼素，殼聚糖，應用，發(fā)展前景前言甲殼素廣泛存在于海洋甲殼動物外殼、軟體動物內(nèi)骨骼、昆蟲翅膀、菌類及藻類細胞壁 內(nèi)。這些蝦殼原本是

2、廢棄物，幾乎成為環(huán)境污染源，經(jīng)過近40多年國內(nèi)外學者研究，竟變廢為寶，一躍成為跨世紀的引人矚目的全球性熱門科研課題，并競相開發(fā)出一系列的甲殼素類高科技產(chǎn)品，應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、化工、環(huán)保、醫(yī)藥、保健、美容、紡 織等諸多領域。至今，國內(nèi)發(fā)表的甲殼素研究成果已超過400多項，我國甲殼素事業(yè)呈現(xiàn)出欣欣向榮的發(fā)達景象，一些發(fā)達國家爭相投入大量資金對甲殼素進行深入研究開 發(fā)。目前甲殼素是日本政府惟一準許宣傳療效的機能性食品。1993年日本厚生省受理了甲殼素作為癌細胞轉移抑制劑靜門注射藥品的申請。1996年，甲殼素又通過了美國藥品、食品管理局（FDA）及歐共體（EC）檢測，核準在美國、歐洲市場銷售。甲

3、殼素的研 究開發(fā)及其商業(yè)產(chǎn)品已出現(xiàn)了全球競爭趨勢，并將保持持續(xù)穩(wěn)定的高速發(fā)展趨勢。1.甲殼素分子組成和分布1 . 1甲殼素分子組成甲殼素又名甲殼質和殼多糖，是法國科學家布拉克諾1811年首次從蘑菇中提取的 一種類似于植物纖維的六碳糖聚合體，被命名為Fungine（茸素）。1823年法國科學家 歐吉爾（Odier）在甲殼動物體外殼中也提取了這種物質，并命名為幾丁質和幾丁聚糖， 是幾丁胺粉的合稱。經(jīng)結構分析甲殼素是自然界中唯一帶正電荷的一種天然高分子聚合 物，它由幾丁質與幾丁糖組成，是天然無毒性高分子，并且具有生物可分解性，它的 構造類似于纖維素，由1 000 3 000個n- 2葡萄糖胺聚合物組

4、成，屬于直鏈氨基多糖。甲殼素分子化學結構與植物中廣泛存在的纖維素非常相似 ，所不同的是，如果把組織 纖維素的單個分子葡萄糖分子第二個碳元素上的羥基 （OH）換成乙酰氨基（NHCOH3 ）, 這樣纖維素就變成了甲殼素，從這個意義上講，甲殼素可說是動物性纖維。1.2甲殼素的資源分布甲殼素廣泛存在于低等植物菌類和水生藻類細胞中 ，節(jié)肢動物的甲殼類蝦、蟹、蠅 蛆及昆蟲類的外殼、軟體動物的貝類及頭足類的軟骨中，高等植物的細胞壁中等。據(jù)科 學家估測每年生物合成的資源量高達100億t ,成為地球上僅次于植物纖維素的第二大 生物資源，其中海洋生物的生成產(chǎn)量超過 10億t,可見甲殼素是一種用之不竭的生物資 源。

5、甲殼素經(jīng)自然界中的甲殼素酶、 溶菌酶和殼聚糖酶等的完全生物降解后參與機體生 態(tài)體系的碳和氮循環(huán)，對地球生態(tài)環(huán)境起重要的調控作用。2 .甲殼素的主要應用領域甲殼素是性能獨特、組織相容性良好、可生物降解、符合環(huán)保要求的綠色材料，具開發(fā) 應用領域異常廣闊。主要應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、化工、環(huán)保、食品、醫(yī)藥、保健、 美容、紡織等諸多領域。2.1 環(huán)保領域甲殼素在環(huán)保領域的應用越來越廣泛， 甲殼素和甲殼胺作為絮凝劑或吸附劑在廢水 處理中的應用研究取得了巨大的進展，可以作為水處理劑，凈化飲用水；可作為污水絮 凝劑，處理活性污泥；可作為工業(yè)廢水的重金屬螯合劑，除去 Hg、Cu、Cd、Pb、Co 等，回收貴重

6、金屬以及聚集電解質，進行海水淡化；可作為放射能吸收劑：能提高對外 泄放射能（鈾、錨）的處理能力；可作為天然無公害塑膠、可降解地膜：甲殼胺地膜在 土壤里1周開始分解，2, 3月全部分解，是解決"白色污染”的根本途徑，且有改良 土壤作用。2.2 食品領域目前甲殼素在機能性食品上的應用最受到矚目，具多項生理調節(jié)機能，包括無毒性的抗癌效果、改善消化吸收機能、降低脂肪及膽固醇攝取、降低高血壓、強化免疫力等。 可作為食品添加劑，添加于休閑食品（薯片、餅干）中以降低熱能；可作為防霉保鮮劑， 添加于肉制品、水果、蔬菜與鮮花中，防霉保鮮；可作為果汁澄清劑，使果蔬汁清澈明 亮。甲殼素具有優(yōu)良的保鮮效果，

7、其機理是：形成保護膜質用甲殼素涂布果蔬表面，可 形成一層保護膜，而且增加了果皮厚度，并堵塞部分皮孔，減少組織水分蒸散，保持果 蔬水分，創(chuàng)造了一個良好、穩(wěn)定的濕度環(huán)境，由此可較長時間保持果蔬的原有品質。作 為一種新型的天然保鮮劑，甲殼素以其高效、無毒、低成本、操作容易及具有極顯著的 保鮮效果等顯示出諸多優(yōu)越性。2.3 醫(yī)用領域甲殼素來源于生物體結構物質，與機體細胞有很強的親合體性，可被機體內(nèi)的酶 分解而吸收，對人體無毒性和副作用。加上良好的吸濕性、紡絲性和成膜性，被廣泛開發(fā)應用，成為優(yōu)良的生物醫(yī)學和醫(yī)藥材料?，F(xiàn)今作為：1）制備醫(yī)用敷料。2）手術縫合 線。3）制作人造血管。4）醫(yī)用微膠囊。5）藥用

8、緩釋劑。6）止血劑和傷口愈合劑。7）骨 病治療劑。8）用作人工透析膜等。2.4 在生物機體健康方面甲殼素是食物纖維素，不易被消化吸收。甲殼素和蔬菜、植物性食物、牛奶和雞蛋一起使用則可被吸收。在植物和動物腸內(nèi)細菌中，含有殼糖胺酶和去乙酰酶，體內(nèi)存在的溶菌酶及牛奶和雞蛋中含有的卵磷脂等共同作用下可將甲殼素分解成低相對分子質量的寡聚糖而被吸收。當分解到六分子的葡萄糖胺時其生理活性最強。經(jīng) 20多年的研 究，1991年美國和歐洲等國的醫(yī)學界大學和營養(yǎng)食品研究機構將甲殼素稱為繼蛋白質、 脂肪、糖、纖維素和礦物質之后的機體健康所必需的第六大生命要素。尤其對人體大量 研究結果表明，其具有強化免疫、抑制老化、

9、預防疾病、促進疾病痊愈和調節(jié)生理機能 等5大功能。2.4.1 強化免疫力甲殼素能提高動物體的免疫機能，加強免疫細胞增殖，有強化免疫力的功效。日本 的動物試驗結果表明，甲殼素的免疫強化作用，有助于減少月中瘤細胞的傷害及促進肝 臟受損細胞的新生與正?；謴汀?.4.2 無毒性的抗癌效果甲殼素對人體的抗癌效果已由日本東北藥科大學確認 ，抗癌效果適合生物體而無 毒性反應出現(xiàn)。北海道大學的研究也發(fā)現(xiàn)，甲殼素有抑制惡性月中瘤細胞擴散及轉移的效 果。2.4.3 降低膽固醇甲殼素在動物機體內(nèi)以帶正電的陽離子形態(tài)出現(xiàn)，可與膽酸和膽鹽結合，因而抑 制小腸對膽固醇的吸收，不但會減少膽固醇在肝臟的堆積量，也可能降低惡

10、性膽固醇 （LDL）的濃度，提高良性膽固醇（HDL）含量，對預防動脈硬化和心腦血管疾病有很好 的效果。2.4.4 改善消化性能甲殼素可促進水產(chǎn)養(yǎng)殖動物機體腸內(nèi)有益菌的繁殖，抑制有害菌絲的滋生和減少大腸桿菌的生長，可達到健胃整腸的功效。2.4.5 抑制過量攝取食鹽而導致的高血壓疾病甲殼素的成分幾丁質與幾丁糖是不會直接被動物體吸收的一種高分子聚合物 研究的結果顯示，添加在食品中的甲殼素被人體由于離子的吸附作用而使食鹽附著其 上，因此保留了食品原來的風味，又不致使食鹽被機體過度吸收。 所以預控制血壓的機 體食入含有添加甲殼素的食物，就不會被攝取過量食鹽困擾了。2.4.6 減少機體重金屬的積蓄和重金屬

11、在機體內(nèi)蓄積會造成神經(jīng)性病變及器官功能失調等后遺癥甲殼素可吸附銅、隔、鋅、鈾、鉛和銀等重金屬,并具有排出體外的功能。在環(huán)境 污染日益嚴重的今天,甲殼素有助于機體內(nèi)廢物的排除，確保機體生理機能的正常運 行。2.4.7 甲殼素的減肥作用甲殼素的減肥作用，是指其機體所帶的正負電離子與食物中帶負電的脂肪自動附 著結合，阻礙脂肪分解酵素的作用，使脂肪在腸內(nèi)不被吸收而直接排出體外，使人工 養(yǎng)殖的水產(chǎn)品和家禽不會脂肪含量過高，而獲得的肌肉食用率大大提高。即甲殼素與脂 肪結合排出體外，又不會和重要營養(yǎng)素的蛋白質結合，所以不會對機體造成危害。它具 備了能讓減肥人安心使用，又不影響?zhàn)B分吸收的作用。故甲殼素不同于一

12、般減肥食物的 抑制食欲，或造成機體腹瀉來達到減肥效果。反而對機體的消化道還有改善代謝機能的 調整功效。2.5 化妝品領域在化妝品方面，由于甲殼素粉末的比表面積大、孔隙率高，可吸收皮脂類油脂是洗 發(fā)劑中理想的活性物質；殼聚糖分子中的氨基帶正電荷，能和頭發(fā)的負電荷相互作用， 具有很強的親和力，在頭發(fā)表面形成薄膜，是理想的固發(fā)劑原料和頭發(fā)調理劑；殼聚糖 還是很好的牙膏、口香糖添加劑。它完全不同于一般的營養(yǎng)保健品，它對人體上有調節(jié) 免疫功能，活化細胞，抑制老化，預防疾病，促進疾病痊愈，調節(jié)人體生理功能等五大 功能。被歐美學術界譽為除蛋白質、脂肪、糖類、維生素、礦物質外的第六大生命要素， 是功能最全面的

13、第三代功能性保健品。2.6 工業(yè)領域在工業(yè)方面的應用主要在造紙業(yè)中，甲殼素及其衍生物能有效地提高紙張的趕施強 度和改善表面印刷性，能廣泛地應用于印刷紙的生產(chǎn)，以適應高速印刷、高黏度油墨的 要求。2.7 農(nóng)業(yè)領域可用于制備家禽飼料、農(nóng)業(yè)透氣地膜、植物生長促進劑、土壤改良劑，植物殺菌劑、 種子包衣劑、除蟲劑、液體土壤改良劑、稀土及微量元素螯合劑等。2.8 紡織領域甲殼素具強大的抗菌能力，故可利用抽絲技術制成抗菌防臭纖維與織品。2.9 其它生化領域用作固定化酶載體，可提純胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、胃蛋白酶；?；讱に乜勺麟?子元件涂料和填充料等等。3 .發(fā)展前景甲殼素是21世紀的新型材料，它對人類社會的

14、發(fā)展與進步有著巨大的作用。3.1 資源豐富甲殼素是地球上僅次于纖維素的第二大生物資源，年生物合成量高達100億t,可說是取之不盡，用之不竭的生物資源。這無疑給面臨全球資源枯竭危機的人類帶來了無 限生機。3.2 全球關注全球幾乎所有的國家均在研究開發(fā)甲殼素。據(jù)報道 ，每年發(fā)表的論文報告上萬篇， 甲殼素已是一種內(nèi)涵豐富且前景廣闊的全球化和高新技術化的物質，已成為世人矚目的前沿學科領域。3.3 應用領域廣泛甲殼素的商業(yè)產(chǎn)品已遍布全球，具應用領域已拓展到工業(yè)，畜牧、家禽和水產(chǎn)品的 養(yǎng)殖業(yè)，種植業(yè)、環(huán)境保護、國防及人民生活等各個領域，其產(chǎn)業(yè)滲透性之大，應用學科之廣，獲利之豐厚均超過其他資源產(chǎn)業(yè)。預測將來

15、，可形成數(shù)百億美元的市場。3.4 保障人類健康，提高人類的生存發(fā)展質量人類創(chuàng)造了現(xiàn)代文明，同時也破壞了自然生態(tài)平衡，人類賴以生存的自然環(huán)境日 益惡化。我們面對的主要疾病已不再是細菌、病毒和寄生蟲 ，而是諸如月中瘤、癌癥、艾 滋病、心腦血管和糖尿病之類的慢性病。對這些疾病，細胞保護與調節(jié)的食物比殺傷性 藥物更有應用前景。甲殼素是目前自然界中唯一發(fā)現(xiàn)帶正電荷的食物纖維，具有現(xiàn)今食物不具備的生理功能，被譽為人體健康所必需的第6生命要素。這對于解決困擾人類社 會已久的/現(xiàn)代文明病，保障人類健康，提高人類的生存發(fā)展質量具有重大意義。3.5 實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展甲殼素是一種環(huán)保纖維源，它無毒、無味、耐曬、耐

16、熱且耐腐蝕，不怕蟲蛀和堿的 浸蝕，可生物降解，有望成為塑料的替代物，不僅可解除人類所面臨的/白色污染，還 可消除人體內(nèi)外環(huán)境所面臨的有毒有害物質對人體的威脅，實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。4 .展望甲殼素類產(chǎn)品研制、開發(fā)、應用，國際上以日本、美國領先。我國起步雖晚，但在國家各項科研基金資助下，正邁入一個新的發(fā)展時期，許多研究成果轉入實用化階段近年來，在我國把甲殼素也看做是海洋生物化學工業(yè)中一個高技術含量、高附加值的產(chǎn)品，普遍認為，甲殼素是21世紀健康食品、保健食品新材料，在不久的將來，甲殼素 將成為市場的寵兒。參考文獻1朱曉康.可食性纖維素-人體第六生命要素J.山東食品發(fā)酵，1997,(3):46.2王惠杰，童巖，凈家麟.微生物來源的甲殼素和殼聚糖的研究J.中國生化藥物雜 志，1999,20(5):227-229.3陳碧瓊，孫康.甲殼素和殼聚糖的醫(yī)藥應用及開發(fā)近況J.中國藥