甲殼素和殼聚糖

1、第7章 甲殼素和殼聚糖7.1 甲殼素和殼聚糖的結(jié)構(gòu)、性能7.2 甲殼素的存在狀態(tài)與提取方法7.3 甲殼素與殼聚糖的改性7.4 甲殼素與殼聚糖及其改性產(chǎn)物的應(yīng)用掌握甲殼素和殼聚糖的基本結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性能了解甲殼素和殼聚糖的結(jié)構(gòu)改性和應(yīng)用7.1 甲殼素和殼聚糖的結(jié)構(gòu)、性能甲殼素的發(fā)現(xiàn)與命名1、1811年 H.Braconnot 溫?zé)岬南A溶液反復(fù)處理蘑菇，提取甲殼素，命名Fungine，真菌纖維素。2、1823年 A.Odier 甲殼類昆蟲翅鞘中分離，命名Chitin3、1843年 A.Payen 發(fā)現(xiàn)Chitin與纖維素性質(zhì)不同，J.L.Lassaigne 發(fā)現(xiàn)Chitin中有氮元素4、1878年

2、G.Ledderhose 從Chitin水解反應(yīng)液中檢出氨基葡萄糖和乙酸5、1894年 E.Gilson 進(jìn)一步證明Chitin中含有氨基葡萄糖，后來研究證明，Chitin是由N-乙?；咸烟强s聚而成的。6、1859年 C.Rouget將甲殼素浸泡在濃KOH溶液中煮沸一段時(shí)間，取出發(fā)現(xiàn)可溶于有機(jī)酸中。7、1894年 F.Hoppe-Seiler確認(rèn)這種產(chǎn)物是脫掉了部分乙?；募讱に?，并命名為殼聚糖（Chitosan）。殼聚糖是甲殼素的N-脫乙酰基的產(chǎn)物，一般而言，N-乙?；撊?5%以上就可以稱之為殼聚糖，這種脫乙酰度的殼聚糖能溶于1%乙酸或1%鹽酸。作為有實(shí)用價(jià)值的工業(yè)品殼聚糖，N-脫乙酰度

3、必須在70%以上。根據(jù)N-脫乙酰度可以把殼聚糖分為： 55%-70%為低脫乙酰度殼聚糖 70%-85%為中脫乙酰度殼聚糖 85%-95%為高脫乙酰度殼聚糖 95%-100%為超高脫乙酰度殼聚糖（極難制備）7.1.2 甲殼素與殼聚糖的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)一、一般性質(zhì)甲殼素是白色或灰白色無定形、半透明固體，分子量因原料不同而有數(shù)十萬至數(shù)百萬，不溶于水、稀酸、稀堿、濃堿、一般有機(jī)溶劑，可溶于濃的鹽酸、硫酸、磷酸和無水甲酸，但同時(shí)主鏈發(fā)生降解。二、結(jié)構(gòu)特征研究證實(shí)，甲殼素與其他多糖一樣，其分子鏈也是螺旋形，XRD照片給出的螺距為0.515nm，一個(gè)螺旋平面由6個(gè)糖殘基組成。測(cè)定方法：紅外、核磁共振三、殼聚糖的主

4、要特性1. 不能完全溶解于水和堿溶液中，但可溶于稀酸(pH6)，游離氨基質(zhì)子化促進(jìn)溶解。溶于稀酸呈黏稠狀，在稀酸中殼聚糖的-1，4糖苷鍵會(huì)慢慢水解，生成低相對(duì)分子質(zhì)量的殼聚糖。 2. 殼聚糖在溶液中是帶正電荷多聚電解質(zhì)，具有很強(qiáng)的吸附性。3. 殼聚糖的溶解性與脫乙酰度、相對(duì)分子質(zhì)量、黏度有關(guān)，脫乙酰度越高，相對(duì)分子質(zhì)量越小，越易溶于水.4. 殼聚糖具有很好的吸附性、成膜性、通透性、成纖性、吸濕性和保濕性N-脫乙酰度和黏度（平均分子量）是殼聚糖的兩項(xiàng)主要性能指標(biāo)脫乙酰度（1）脫乙酰度（D.D.）的高低，直接關(guān)系到它在稀酸中的溶解能力、黏度、離子交換能力、絮凝性能和與氨基有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)能力。（2）

5、測(cè)定的方法有酸堿滴定法、電位滴定法、氫溴酸鹽法、膠體滴定法、苦味酸分光光度法、UV、IR法等5、黏度黏度反應(yīng)了高分子物質(zhì)的分子量大小，在殼聚糖的生產(chǎn)上，常用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)來測(cè)定其黏度，這是表觀黏度，其數(shù)值可大體反映出殼聚糖分子量的大小。常由此說高黏度殼聚糖、中黏度殼聚糖、低黏度殼聚糖。7.2 甲殼素的存在狀態(tài)與提取方法7.2.1 甲殼素的存在狀態(tài) 天然有機(jī)化合物中，數(shù)量最大的是纖維素（植物生成），其實(shí)是甲殼素（動(dòng)物生成）。 估計(jì)自然界每年生物合成的甲殼素將近100億1000億噸。 甲殼素是地球上除蛋白質(zhì)外數(shù)量最大的含氮天然有機(jī)化合物。一、在自然界的存在 甲殼素廣泛存在于甲殼綱動(dòng)物蝦和蟹的甲殼、昆蟲

6、外殼、真菌（酵母、霉菌）的細(xì)胞壁和植物（如蘑菇）的細(xì)胞壁中。二、存在狀態(tài)甲殼類動(dòng)物外殼的結(jié)構(gòu)材料就是甲殼素，它既有生理作用，又能保護(hù)機(jī)體防止外來機(jī)械性沖擊；同時(shí)，還具有吸收高能輻射的性能。在真菌的細(xì)胞壁中，甲殼素與其他多糖相連，在動(dòng)物體內(nèi)，則是與蛋白質(zhì)結(jié)合成蛋白聚糖。 甲殼素的結(jié)構(gòu)因氫鍵類型不同而有三種結(jié)晶體：-甲殼素，由兩條反向平行的糖鏈組成-甲殼素，由兩條同向平行的糖鏈組成-甲殼素，由三條糖鏈組成，其中兩條同向，一條反向。殼聚糖（chitosan）是天然多糖中唯一的堿性多糖，也是少數(shù)具有電荷特性的天然產(chǎn)物之一，具有許多特殊的物理、化學(xué)性質(zhì)和生理功能。7.2.2 甲殼素與殼聚糖的提取一、甲殼

7、素的制備制備甲殼素的主要操作是：脫鈣和脫蛋白。制備甲殼素的傳統(tǒng)工藝。（1）酸的作用即為脫鈣，即用于浸泡蝦蟹殼時(shí)使其中的碳酸鈣和無機(jī)鹽變?yōu)樗苄匀芤汉投趸嫉?。?）堿的作用即為脫蛋白，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)在堿液中比在酸液中溶解得較快也較完全。（3）剩余下來的就是甲殼素?！九e例子】EDTA處理蝦殼制備甲殼素的研究黃俊嫻，楊建男在提取工藝上大多圍繞著如何將脫鈣和脫蛋白進(jìn)行得更徹底更完全1、實(shí)驗(yàn)原理： （1）傳統(tǒng)工藝用蝦殼制備甲殼素，一般是酸脫鈣，用堿脫蛋白質(zhì)，不僅消耗較多的酸和堿，且易破壞甲殼素的結(jié)構(gòu)，脫蛋白時(shí)往往還需加熱。 （2）前人Foster和Hackman曾用EDTA先在pH 9，后在pH 3條件

8、下處理蟹殼，鈣和蛋白質(zhì)的脫除率為100%和95%（存在10%20%的誤差）。（3）但是經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，用該方法處理已粉碎的蝦殼時(shí)，效果不如上述文獻(xiàn)中的理想。2、實(shí)驗(yàn)過程概述及結(jié)論：（1）根據(jù)pH 13時(shí)，EDTA-Ca的lgk=lgk的特征，且EDTA的溶解度接近最大的特點(diǎn)，建立用EDTA在室溫下一步處理蝦殼制備甲殼素的方法，40 min時(shí)脫鈣和脫蛋白率分別為100和98.7， 且EDTA可回收循環(huán)使用。 （2）EDTA一步法處理蝦殼制備甲殼素，可操作性強(qiáng)，操作步驟簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短、原料和能量消耗小，生產(chǎn)成本低，對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。且在制備甲殼素的同時(shí)回收了蛋白質(zhì)等，使蝦殼的利用價(jià)值增強(qiáng)。二、殼聚

9、糖的制備（一）殼聚糖的一般制備1、化學(xué)法殼聚糖的制取通常采用化學(xué)法，制備工藝程序?yàn)椋杭讱っ撯}脫蛋白質(zhì)脫色甲殼質(zhì)脫乙酰基殼聚糖。2、微生物法甲殼素是絕大多數(shù)真菌細(xì)胞壁的主要組成成分，許多制藥企業(yè)和酶制劑的發(fā)酵過程產(chǎn)生的下腳料中含有真菌的菌絲體，可從中提取甲殼素。如黑曲霉、雅致放射毛霉魯氏毛霉等，真菌中的甲殼素是-甲殼素3、微波法微波法比常規(guī)法達(dá)到相同的脫乙酰度所需的反應(yīng)時(shí)間可以縮短9/10，殼聚糖的黏度也有提高（二）特種殼聚糖的制備1、高黏度殼聚糖高黏度殼聚糖，一般是指1000mPa/s以上的殼聚糖。優(yōu)點(diǎn)：分子量高，制成的膜或纖維強(qiáng)度大高黏度殼聚糖制備注意的環(huán)節(jié)：（1）蝦蟹殼比蠶蛹?xì)ぁ幟仕岚l(fā)酵

10、菌渣等其他原料較有可能制備出高黏度殼聚糖（2）蝦蟹殼堆放長(zhǎng)時(shí)間后因微生物破壞，不能用于生產(chǎn)高黏度殼聚糖。（3）生產(chǎn)甲殼素的過程中，不能用濃度大的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿高溫長(zhǎng)時(shí)間處理。（4）在生產(chǎn)殼聚糖過程中，要掌握高溫、短時(shí)間原則。（5）不能使用KMnO4等強(qiáng)氧化劑長(zhǎng)時(shí)間脫色，強(qiáng)氧化劑對(duì)糖苷鍵的破壞很嚴(yán)重?？刹捎靡韵聝煞N方案：第一，較低溫度、較長(zhǎng)時(shí)間下進(jìn)行反應(yīng)。如在常溫或6065下脫乙?；塬@得質(zhì)量較好、黏度較高的殼聚糖產(chǎn)品。第二，高溫短時(shí)間。如將甲殼素粗粉碎后，先用50%的NaOH溶液浸泡，然后在110均勻保溫1h左右，也可得到黏度在1Pas以上的殼聚糖。2、高脫乙酰度殼聚糖一般工業(yè)使用，不要求殼聚

11、糖有很高脫乙酰度，但在食品、醫(yī)藥、活細(xì)胞和酶的固定化、制作反滲透膜中常用高脫乙酰度的殼聚糖。如果只是要求高脫乙酰度，只要在脫乙?；磻?yīng)時(shí)提高反應(yīng)溫度和延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間即可。當(dāng)用40%的燒堿，反應(yīng)溫度在135140，12h基本能得到100%脫乙酰度的殼聚糖。3、水溶性殼聚糖殼聚糖只能溶于一些稀的無機(jī)酸或有機(jī)酸中，不能直接溶于水。（1）水溶性殼聚糖：n 能溶于水的殼聚糖n 能溶于水的殼聚糖鹽n 能溶于水的羧甲基殼聚糖n 能溶于水的低分子甲殼素n 能溶于水的低分子殼聚糖（2）判斷是何種水溶性殼聚糖的方法：把殼聚糖溶于水，看溶液有無黏性，沒有黏性的是低分子甲殼素或殼聚糖往水溶液中滴加NaOH溶液，產(chǎn)生渾濁

12、或沉淀，是殼聚糖鹽。如果滴加HCl溶液產(chǎn)生渾濁，則是羧甲基殼聚糖。 R-COONa+H+R-COOH+Na+ R為氨基葡萄糖殘基甲殼素在均相條件下進(jìn)行脫乙?；瘧?yīng)，當(dāng)脫乙酰度為50%左右時(shí)，這種殼聚糖能溶于水。對(duì)較高脫乙酰度的殼聚糖進(jìn)行乙酰化，控制其脫乙酰度在5060%，也可得到水溶性殼糖。4、羧甲基殼聚糖羧甲基殼聚糖是一種水溶性殼聚糖衍生物，其抗菌性、具有保鮮作用、是一種兩性聚電解質(zhì)等。羧甲基殼聚糖可以在堿性條件下用氯乙酸與殼聚糖反應(yīng)而得到，但羧甲基既會(huì)在-OH上發(fā)生取代，也會(huì)在-NH2上發(fā)生取代，生成O-羧甲基殼聚糖和N-羧甲基殼聚糖。羧甲基殼聚糖的水溶性，除了因?yàn)樗且环N羧酸鈉鹽而溶于水外

13、，還有一個(gè)原因是羧甲基的導(dǎo)入破壞了殼聚糖分子的二次結(jié)構(gòu)，使其結(jié)晶度大大降低，幾乎成為無定形。羧甲基殼聚糖的制備方法：（很多）將殼聚糖溶于稀乙酸中，用過量丙酮沉淀，得到殼聚糖乙酸鹽；轉(zhuǎn)入帶有攪拌的反應(yīng)瓶中，加入一定量的NaOH溶液和異丙醇，邊攪拌邊滴加氯乙酸的異丙醇溶液，控制反應(yīng)溫度為70度，反應(yīng)數(shù)小時(shí)，冷卻至室溫，用稀酸調(diào)pH至中性，用85%甲醇洗滌，干燥，即得到羧甲基殼聚糖。5、低聚糖 低聚糖也叫做寡糖，過去把雙糖到十糖稱為寡糖，現(xiàn)在一般把范圍擴(kuò)大到二十糖，稱作低聚糖。 相對(duì)分子量低于10000的殼聚糖具有許多優(yōu)于高分子量殼聚糖的功能。比如具有生物活性的甲殼素和殼聚糖的五糖至九糖，特別是六糖

14、和九糖在抑制腫瘤方面有著令人鼓舞的作用。低聚糖的常見的制備方法：（1）酸水解法：殼聚糖在酸性溶液中不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生長(zhǎng)鏈的部分水解，即糖苷鍵的斷裂，形成許多分子量大小不等的片段。（2）氧化法：過氧化氫氧化法最為常見，加入H2O2進(jìn)行降解反應(yīng)。（3）酶解法：利用專一性或非專一性酶對(duì)甲殼素或殼聚糖進(jìn)行降解。 6、微晶殼聚糖和磁性殼聚糖 微晶殼聚糖由于顆粒小，比表面積大大增加，具有更優(yōu)越的性能，如保水性好、成氫鍵能力強(qiáng)、成膜性好、生物相容性和抗菌性強(qiáng)等，在農(nóng)業(yè)、紡織、醫(yī)藥、水處理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 可用2的醋酸水溶液溶解一定量的殼聚糖，經(jīng)過濾除去不溶物及凝膠顆粒；再于一定溫度下進(jìn)行熱降解，并用氫氧化

15、鈉水溶液中和，使之產(chǎn)生絮狀凝聚物，最后用蒸餾水洗滌并在真空下干燥，即得微晶殼聚糖。殼聚糖由于具有生物相容性、生物親和性和無毒等特性，分子鏈上大量存在的羥基和氨基又使其易于進(jìn)行化學(xué)改性，因此常被用作磁性高分子材料的“外殼”。殼聚糖與Fe3O4復(fù)合形成的磁性殼聚糖微球具有磁響應(yīng)性，可作為分離富集、靶向藥物、固定化酶的載體，從而廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、生物等領(lǐng)域。 7、俄羅斯研制殼聚糖碳纖維材料活性碳纖維的殼聚糖改性，可以解決活性碳纖維生物材料的殺菌性、疏水性、與酶的相容性，這些進(jìn)一步發(fā)展，有望制成生物傳感器和微電極。不溶形態(tài)的殼聚糖沉淀在碳纖維表面，電位是負(fù)900毫伏，熱加工100-120，時(shí)間4h，殼聚

16、糖沉淀實(shí)現(xiàn)在初始纖維，比表面積：平均700 m2/g，孔容積0.4cm3/g，孔的平均半徑0.4納米。7.2.3 殼聚糖的質(zhì)量控制n 脫乙酰度的測(cè)定n 黏度的測(cè)定n 灰分的測(cè)定n 砷、汞、鉛的測(cè)定n 含氮量的測(cè)定n 水分測(cè)定n 微生物檢測(cè)7.3 甲殼素與殼聚糖的改性7.3.1 甲殼素與殼聚糖化學(xué)一、堿化C6-OH和C3-OH與濃堿反應(yīng)，生成堿化甲殼素。 常溫下進(jìn)行甲殼素的堿化反應(yīng)，會(huì)伴隨著甲殼素的脫乙?；磻?yīng)。 二、O-酰化和N-?；瘹ぞ厶强膳c多種有機(jī)酸的衍生物（酸酐、酰鹵）反應(yīng)，導(dǎo)入不同分子量的脂肪族或芳香族?；?。 殼聚糖分子鏈的糖殘基上既有羥基，又有氨基，?；磻?yīng)既可在羥基上成酯，也可在氨

17、基上成酰胺。甲殼素的乙?；磻?yīng)在非均相條件下進(jìn)行緩慢，而且必須在乙酸酐和鹽酸存在條件下才能獲得乙?；漠a(chǎn)物。乙酰化反應(yīng)優(yōu)先發(fā)生在游離氨基上，其次發(fā)生在羥基上。殼聚糖在乙酸水溶液或吡啶溶劑中先形成高度溶脹的膠體，然后進(jìn)行N-乙?；磻?yīng)。 針對(duì)不同的酰化要求，大致有三類不同的酰化體系。1、甲磺酸?；w系 :雙O-長(zhǎng)鏈酰基化殼聚糖產(chǎn)物，也可用于制備N-芳酰基化殼聚糖產(chǎn)物。 2、氯仿和吡啶等非質(zhì)子極性溶劑中殼聚糖或甲殼素與酰氯反應(yīng) ,得到N,O-?；漠a(chǎn)物 .反應(yīng)之前原料需經(jīng)過特殊處理 .3、甲醇或乙醇、有機(jī)酸和水組成的均相體系 由于有機(jī)醇羥基的競(jìng)爭(zhēng)作用，?；磻?yīng)優(yōu)先在吡喃環(huán)的氨基上進(jìn)行，使本反應(yīng)體

18、系具有優(yōu)良的位置選擇性，只在C2位氨基發(fā)生?；磻?yīng)。該反應(yīng)可以方便地制得N-?；瘹ぞ厶钱a(chǎn)物，而且可以通過酸酐用量的多少控制產(chǎn)物的酰化程度。 三、酯化含氧無機(jī)酸酯化 甲殼素和殼聚糖的羥基，尤其是C6-OH，可與一些含氧無機(jī)酸（或其酸酐）發(fā)生酯化反應(yīng)，類似于纖維素的反應(yīng)。 在殼聚糖的氨基上也可能發(fā)生反應(yīng)。在含氧無機(jī)酸的酯化反應(yīng)中，最常見的是甲殼素和殼聚糖的硫酸酯。 這些酯類的結(jié)構(gòu)與肝素相似，也具有抗凝血作用，而肝素的提取和生產(chǎn)較為困難，價(jià)格很高。肝素還有引起血漿脂肪酸濃度增高的副作用。四、醚化甲殼素和殼聚糖的羥基與烴基化試劑反應(yīng)生成醚（甲基醚、乙基醚、芐基醚等），廣泛用于日化工業(yè)。 此外，用低分子

19、冠醚通過接枝于高分子化合物分子上，可制備具有高分子化合物和冠醚化合物雙重結(jié)構(gòu)特性的高分子冠醚。五、N-烷基化殼聚糖的氨基是一級(jí)氨基，有一孤對(duì)電子，具有很強(qiáng)的親核性，能發(fā)生很多反應(yīng)。 甲殼素的乙酰氨基的N上只有一個(gè)H，很穩(wěn)定，但在一些強(qiáng)烈條件下，也能發(fā)生取代反應(yīng)。六、氧化甲殼素和殼聚糖可以被氧化劑氧化。 氧化劑不同，反應(yīng)的pH不同，機(jī)理和產(chǎn)物也不同，既可使C6-OH氧化成醛基或羧基，也可使C3-OH氧化成羰基（成酮），還可能發(fā)生部分脫氨基或脫乙酰氨基，甚至破壞吡喃環(huán)及糖苷鍵。七、螯合 甲殼素和殼聚糖的糖殘基在C2上有一個(gè)乙酰氨基或氨基，在C3上有一個(gè)羥基，它們都是平伏鍵，這種特殊結(jié)構(gòu)使得它們對(duì)具

20、有一定離子半徑的一些金屬離子在一定的pH條件下具有螯合作用，尤其是殼聚糖。殼聚糖與金屬離子通過離子交換、吸附、螯合三種形式發(fā)生結(jié)合。特點(diǎn):（1）殼聚糖與金屬離子螯合后，本身的結(jié)構(gòu)并未改變，但產(chǎn)物性質(zhì)變了。（2）堿金屬和堿土金屬不會(huì)被殼聚糖螯合，因此殼聚糖可在存在這些離子的水溶液中螯合分離過渡金屬離子。（3）當(dāng)有兩種或兩種以上的過渡金屬離子共存于一種溶液中時(shí)，將是離子半徑合適的離子優(yōu)先被殼聚糖結(jié)合。（4）氧化價(jià)態(tài)不同，結(jié)合能力也不同。（5）殼聚糖對(duì)過渡金屬離子的結(jié)合受到陰離子的影響，氯離子會(huì)抑制金屬離子的結(jié)合量，硫酸根離子會(huì)促進(jìn)結(jié)合。八、交聯(lián)為了使殼聚糖得到很好的應(yīng)用，需要把它制成交聯(lián)產(chǎn)物。交聯(lián)

21、劑有戊二醛、甲醛、環(huán)氧氯丙烷、環(huán)硫氯丙烷及二異氰酸酯等。 交聯(lián)后的產(chǎn)物不溶于稀酸，吸附性能好，可再利用。7.4 甲殼素與殼聚糖及其改性產(chǎn)物的應(yīng)用7.4.1 功能材料方面的應(yīng)用一、液晶由于殼聚糖分子鏈上有氨基和羥基，可進(jìn)行各種化學(xué)修飾，從而可提供比纖維素液晶更多的液晶理論知識(shí)和開發(fā)出更多的液晶材料。二、催化劑 殼聚糖的一些衍生物具有催化作用。有機(jī)金屬配合物催化劑具有較高的催化活性和選擇性。人工模擬酶的研究。具有光學(xué)活性的特殊高級(jí)結(jié)構(gòu)的高分子金屬配合物是人工合成模擬酶的熱點(diǎn)，以獲取高活性、高選擇性和在常溫常壓下有催化活性的人工模擬酶。三、吸附劑 殼聚糖和甲殼素具有很好的吸附作用，不僅無毒，且有抑菌

22、、殺菌作用，是食品飲料工業(yè)和飲用水凈化的理想吸附劑。四、智能材料 有一類高分子水凝膠，能感知外界環(huán)境的細(xì)微變化（如pH值、離子強(qiáng)度、溫度、紫外光和可見光及特異化學(xué)物質(zhì)等的變化），并通過體積的溶脹和收縮來響應(yīng)這些來自外界的刺激，利用這些特性，可作為人工智能材料。這種高分子水凝膠具有親水性，但因經(jīng)過交聯(lián)而不溶于水，一般由交聯(lián)的均聚電解質(zhì)或共聚電解質(zhì)構(gòu)成，也可由復(fù)合聚電解質(zhì)構(gòu)成。 殼聚糖是一種親水性天然高分子，能夠形成水凝膠，也能形成復(fù)合聚電解質(zhì)水凝膠。殼聚糖在堿性條件下存在大量氫鍵，體系收縮，藥物通透率低，表現(xiàn)為“關(guān)”；酸性條件下成鹽，由于同種電荷的相互排斥，聚合物網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張，藥物通透率高，表現(xiàn)為“

23、開”，因此具有pH刺激響應(yīng)性，可作為智能型藥物控制釋放材料使用。殼聚糖接枝丙烯酸在酸性條件下存在大量氫鍵，體系收縮，藥物通透率低，表現(xiàn)為“關(guān)”；在堿性條件下成鹽，離子性基團(tuán)解離，由于同種電荷的相互排斥，聚合物網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張，藥物通透率高，表現(xiàn)為“開”，因此具有pH刺激響應(yīng)性，可作為智能型藥物控制釋放材料使用。7.4.2 醫(yī)藥衛(wèi)生方面的應(yīng)用一、活化殺死癌細(xì)胞的淋巴細(xì)胞 人機(jī)體內(nèi)有大量的淋巴細(xì)胞（如NK細(xì)胞、LAK細(xì)胞），它能分解正常細(xì)胞和癌細(xì)胞。淋巴細(xì)胞殺死癌細(xì)胞的作用，在pH=7.4左右最為活潑。但在癌細(xì)胞內(nèi)及周圍，由于癌細(xì)胞中的糖酵解作用的關(guān)鍵性酶-二糖激酶、磷酸果糖激酶的活性很高，會(huì)產(chǎn)生較多的酸

24、，使得pH值偏向酸性，淋巴細(xì)胞功能遲鈍，免疫功能下降。因此在癌細(xì)胞周圍的酸性環(huán)境下具有殺傷腫瘤的淋巴細(xì)胞受到抑制。殼聚糖與膽汁結(jié)合使人體內(nèi)pH值偏于堿性，創(chuàng)造了淋巴細(xì)胞攻擊癌細(xì)胞的環(huán)境。二、提高吞噬細(xì)胞系統(tǒng)的功能 巨噬細(xì)胞表面存在著細(xì)菌多糖的受體，而殼聚糖作為細(xì)菌多糖的類似物，能刺激巨噬細(xì)胞活化，產(chǎn)生如下反應(yīng)： 促進(jìn)其吞噬能力，增強(qiáng)抗原呈現(xiàn)能力，并增強(qiáng)其在其它免疫應(yīng)答中協(xié)同效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)體對(duì)T細(xì)胞、NK細(xì)胞和B細(xì)胞的調(diào)節(jié)，介導(dǎo)機(jī)體的細(xì)胞免疫應(yīng)答和體液免疫應(yīng)答，顯示抗癌作用。三、抑制癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移 癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移一般經(jīng)過血管，在血管內(nèi)皮細(xì)胞表面有一種接著因子，癌細(xì)胞和接著因子附著結(jié)合才能進(jìn)入血管，再和

25、血液接著因子結(jié)合而移動(dòng)，然后與其它部位接著因子結(jié)合、粘附形成癌栓成為轉(zhuǎn)移灶。殼聚糖具血管細(xì)胞表面接著因子耐著特點(diǎn)，可封鎖細(xì)胞對(duì)血管壁細(xì)胞的附著及移動(dòng)，而達(dá)到抑制或延緩癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移的效果。四、減輕放化療對(duì)患者的損害 癌癥病人化療時(shí)，烷化劑是很強(qiáng)的細(xì)胞毒素物質(zhì)，殼聚糖能吸附這些物質(zhì)形成復(fù)合物而排出體外。放療時(shí)，放射線對(duì)癌細(xì)胞、正常細(xì)胞均有殺傷作用，殼聚糖能保護(hù)正常細(xì)胞恢復(fù)。 殼聚糖在癌癥的治療中還可用于增強(qiáng)抗腫瘤藥物作用。將小分子抗腫瘤藥載接到高分子載體殼聚糖上，通過水解或酶解藥物與載體骨架間有化學(xué)鍵，使之?dāng)嗔眩尫懦鏊幬?，具有緩釋、長(zhǎng)效、低毒等優(yōu)良特性。 五、降血脂作用 高血脂癥表現(xiàn)為血清總膽固醇

26、和血清甘油三脂含量升高，同時(shí)高密度脂蛋白含量降低。食物中脂類的消化除胰脂肪酶外，還需要膽汁酸鹽做乳化劑。殼聚糖能夠降血脂的原因與其正電性有關(guān)。降血脂作用作用機(jī)理如下： 正電性的殼聚糖能與負(fù)電性的膽汁酸相結(jié)合而排出體外，脂肪不被乳化，因此會(huì)影響脂肪的消化吸收，降低血清甘油三脂含量。膽固醇的代謝主要在肝臟中轉(zhuǎn)化成膽汁酸，膽汁在完成脂肪消化吸收后，約95%膽汁酸由小腸再吸收回到肝臟再到膽囊中。殼聚糖與膽汁酸結(jié)合排出體外，重吸收入肝臟中的膽汁酸減少，使膽囊排空。而膽囊中必須有一定量的膽汁酸儲(chǔ)備，這就促進(jìn)肝臟將膽固醇轉(zhuǎn)化成膽汁酸，血膽固醇進(jìn)入肝臟，使血膽固醇降低。 此外，殼聚糖為可食性纖維，能吸附膽固醇

27、，減少它的吸收。六、降血壓作用 原發(fā)性高血壓的治療原則是限制食鹽的攝取。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，血壓升高僅和食鹽中的氯離子有關(guān)，而和鈉離子無關(guān)。帶正電荷的殼聚糖與氯離子相吸引，而排泄于糞便中，體內(nèi)缺少氯離子，轉(zhuǎn)換酶無活性，血管緊張素減少，血壓下降。七、醫(yī)用敷料甲殼素和殼聚糖纖維制成的醫(yī)用敷料有非織造布、紗布、繃帶、止血棉等，主要用于治療傷、燙傷病人。作用：（1）給病人涼爽之敷感以減輕其傷口疼痛（2）具有極好的氧通透性以防止傷口缺氧；（3）吸收水分并通過體內(nèi)酶自然降解而不需要另外去除；（4）降解產(chǎn)生可加速傷口愈合的N-乙酰葡萄糖胺，大大提高了傷口愈合速度。甲殼質(zhì)縫線傷口包扎材料護(hù)創(chuàng)膜優(yōu)勢(shì)：1、殼聚糖具有很強(qiáng)的

28、抗菌力，促進(jìn)肉芽生長(zhǎng)和皮膚再生的效能，可用于制造人工皮膚，或治療燒傷、燙傷，加速外傷愈合。2、用殼聚糖制成人工皮膚不會(huì)發(fā)生人體排斥反應(yīng)帶來的一系列問題。這種人工皮膚和身體親和力強(qiáng)，可被人體吸收，可使皮膚愈合良好。它還有促使細(xì)胞活化的作用，可大量產(chǎn)生膠原纖維，不會(huì)留下傷疤。實(shí)例：n 具有消炎、抑菌、止血、止痛、促進(jìn)組織生長(zhǎng)等功能。n 無刺激，無毒性，無過敏。具有優(yōu)良的生物相容性和可降解性能，易被人體吸收。八、吸附體內(nèi)有害物質(zhì) 殼聚糖為含大量氨基陽離子的高分子物質(zhì)，具有很強(qiáng)膨潤(rùn)、絡(luò)合、吸附能力，能吸附、結(jié)合體內(nèi)毒素、化學(xué)色素，其分子結(jié)構(gòu)中氨基的鄰位羥基具有螯合重金屬、放射性核素的能力，使之排出體外

29、。7.4.3 食品工業(yè)中的應(yīng)用一、作為人體腸道的微生態(tài)調(diào)節(jié)劑 低聚殼聚糖是一種雙歧因子，能選擇性地刺激腸道內(nèi)的有益菌生長(zhǎng)繁殖或增強(qiáng)其代謝功能，從而提高腸內(nèi)有益于健康的優(yōu)勢(shì)菌群的構(gòu)成和數(shù)量，同時(shí)可抑制腸內(nèi)有毒、有害菌的生長(zhǎng)繁殖和腐敗物質(zhì)的生成，起到增強(qiáng)宿主機(jī)體健康的作用，并且低聚殼聚糖本身無毒副作用。二、作為功能性甜味劑 低聚殼聚糖具有非常爽口的甜味，在保溫性、耐熱性等方面優(yōu)于砂糖，不易被體內(nèi)消化液降解，故幾乎不產(chǎn)生熱量，是糖尿病人、肥胖病人理想的功能性甜味劑。三、作為食品的防腐劑 分子量在1500左右的殼聚糖的抗菌活性最高。由于游離胺基的電離程度與pH值有關(guān)，其抗菌活性也同樣與pH值有關(guān)，在酸

30、性條件下更有效。 由于殼聚糖本身的游離胺基帶有大量的正電荷，而微生物細(xì)胞表面帶負(fù)電荷，因此殼聚糖很容易被微生物吸附。殼聚糖被吸附后，干擾了微生物細(xì)胞表面的帶電狀態(tài)，導(dǎo)致細(xì)胞通透性增加，胞內(nèi)物質(zhì)外泄，使微生物死亡。四、可促進(jìn)鈣的吸收 低聚殼聚糖（n=3-7）能減少糞便鈣排泄。殼聚糖會(huì)減少鈣的吸收，而低聚殼聚糖卻會(huì)增加鈣和其它礦物質(zhì)的吸收。 可用低聚殼聚糖作為鈣、鋅的載體，通過與鈣、鋅絡(luò)合，制備一種新的補(bǔ)鈣補(bǔ)鋅劑。7.4.4 農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用一、植物病害的防治 殼聚糖可誘導(dǎo)植物產(chǎn)生廣譜抗性，增強(qiáng)植物自身的防衛(wèi)能力，抑制多種病源微生物的生長(zhǎng)。 低聚殼聚糖可以誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗性蛋白，具有明顯的抗微生物活性，在體外抑制真菌的生長(zhǎng)。二、作為新型植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑 低聚殼聚糖可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高種子發(fā)