甲壳素综述
- 格式:docx
- 大小:56.67 KB
- 文档页数:8
甲壳素与壳聚糖综述甲壳素是自然界中最丰富的氨基多糖类有机资源,广泛存在于甲壳纲动物虾蟹的甲壳、昆虫的甲壳、真菌(酵母、霉菌)的细胞壁和植物(菇类)的细胞壁中,它通常与蛋白质、钙质等结合在一起,形成生物体的支撑组织。
在海洋中甲壳类动物就有两万多种,其中最主要的品种有100多种,各种虾类和蟹类是最主要的甲壳类水产。
甲壳素的自然年产量大约与纤维素差不多,估计每年生物合成的甲壳素达100亿吨。
全世界每年水产加工后的甲壳素废弃物约为140多万吨,甲壳素在我国有丰富的自然资源,如何充分利用这一宝贵的自然资源,长期以来一直是人们探索的课题。
早在1811年,H.Bracohnot首次从蘑菇中分离出甲壳素,并命名为“fangin”。
1823年,A.Odier发现昆虫的外皮上分布有大量的甲壳素,并用希腊语命名为“chitin”。
1859年,C.Rouget用浓氢氧化钾处理甲壳素,使其脱乙酰化,制备出能溶于稀有机酸的物质。
1894年Hoppe-seiler[1]将该物质命名为壳聚糖。
1937年,Iobell等人发现能把甲壳素水解成甲壳素低聚糖的甲壳素酶; 1973年,Eveleighdeng等人发现能把壳聚糖水解成低聚糖的壳聚糖酶。
壳聚糖酶对生物体自溶、形态发生和营养代谢中具有一系列重要作用,同时一些疾病和生物共生现象也与壳聚糖酶有关。
1977年,日本人首次将壳聚糖作为天然絮凝剂处理废水。
同年,在美国波士顿召开第一次有关甲壳素/壳聚糖的国际会议。
从此,甲壳素的开发应用在世界范围内形成一股热潮[1]。
甲壳素及其衍生物由于其优异的生物性能而具有广泛的应用前景,对其物理与化学结构的研究也一直是高分子材料领域所关注的热点。
随着现代化表征手段的建立和应用,对甲壳素及其衍生物的化学结构,超分子结构以及它们的应用研究得到了极大的发展。
甲壳素及其衍生物己被广泛应用于农业、食品添加剂、化妆品、抗菌剂、医疗保健以及药物开发等众多领域,其中尤为重要的是生物医用领域。
2021甲壳素生物质转化制备含氮化学品的最新成果综述范文 摘要: 甲壳素可转化为多种高附加值产品和系列化学品。
该文综述了以甲壳素及其降解产物N-乙酰氨基葡萄糖转化制备平台化合物3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃和其他含氮化合物等化学品的最新研究进展。
对以3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃作为平台化合物进一步转化为其他化合物进行了概述,并对这些领域的研究方向进行了展望,以期促进甲壳素转化含氮化学品领域的发展。
关键词: 甲壳素;3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃; N-乙酰氨基葡萄糖; 含氮化学品; Abstract: Chitincan be converted into a variety of high value-added products and chemicals. The latest research progress in the conversion of chitin and its degradation product of N-acetyl glucosamine to nitrogen-containing chemicals such as 3-acetamido-5-acetylfuran and other N-containing compounds is reviewed. The further conversion of 3-acetamido-5-acetylfuran as a platform compound to other compounds is also summarizes. The research directions in these fields are prospected so as to promote the development of chitin conversion into nitrogen-containing chemicals. Keyword: chitin;3-acetamido-5-acetylfuran; N-acetyl-D-glucosamine; nitrogen-containingchemicals; 能源、化学品和材料是社会经济发展的重要物质基础。
文献综述应用化学甲壳素脱乙酰化制备壳聚糖甲壳素纤维是以天然高聚物虾皮、蟹壳等为原料加工制成的一种新型动物绿色纤维。
近二十年来,随着人们绿色环保、抗菌保健意识的不断增强,甲壳素纤维以其天然的抗菌功能、良好的生物相容性、丰富的原料资源和优良的纺织加工性能成为开发的热点,取得很大的成果,是一种大有发展前景的纤维品种。
甲壳素(chitin)又称甲壳质、几丁质,化学名称为聚乙酰胺基葡萄糖,广泛存在于昆虫类、水生虾、蟹甲壳类和菌类、藻类的细胞壁中,是一种蕴藏量仅次于纤维素的极其丰富的天然聚合物和可再生资源。
纯的甲壳素是一种无味无毒的白色或灰白色半透明固体,在水、稀酸、稀碱以及一般的有机溶剂中难以溶解。
由于甲壳素是天然生物高分子,具有高等动物组织中的胶原和高等植物组织中的纤维素两者的生物功能,因而甲壳素纤维具有良好的生物活性、生物相容性和生物可降解性。
甲壳素本身带有正电荷,其分子中的氨基阳离子与构成微生物细胞壁的唾液酸或磷脂质阴离子发生离子结合,限制了微生物的生命活动;同时,甲壳素纤维与人体皮肤汗液接触时可激活体液中的溶菌酶,防止微生物有害细菌侵入体内,具有抑菌洁肤、吸湿透湿、舒适健康的作用效果。
甲壳素大分子链上存在大量羟基(-OH)和氨基(-NH2)等亲水基因,故甲壳素织物有很好的亲水性和很高的吸湿性。
甲壳素在生物体内可以通过酶的作用而分解,它与生物体的亲和呈现于细胞之间,因而抗原性低,对血清蛋白质等血液养分吸附能大,可加快伤口愈合并有极好的螯合能力,被广泛用于医疗领域。
经浓碱处理脱去其中的乙酰基就变成可溶性的甲壳素,称为壳聚糖(chitosan)。
壳聚糖(chitosan)是白色略带有珍珠光泽的固体,一种具有生物活性的高分子化合物,它是由甲壳素(chitin)脱去乙酰基转化而成的产物,学名为(1,4)-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖。
不溶于水和碱溶液,可溶于稀的盐酸、硝酸等无机酸和大多数有机酸。
壳聚糖是高分子多糖,经降解得到低聚糖甚至更小分子的寡糖。
甲壳素第六生命要素---科学界的伟大发觉众所周知,糖、蛋白质、脂肪、维生素和矿物质是维持生命和人体健康所必需的五大要素。
随着现代医学和生命科学的进展,科学家们又发觉和熟悉到人体还有一种不可或缺的物质就是“第六生命要素”—。
19世纪,达尔文高作《物种起源》一书,开启了欧洲生物学领域的研究热潮。
1811年,法国学者布拉克诺(Braconno)第一次从蘑菇中分离取得了甲壳素。
1823年,法国人欧吉尔(Odier)从甲壳动物坚硬外壳中发觉甲壳素,并命名为Chitin,译名为。
从此,科学界展开了对甲壳素的深切研究。
甲壳素(Chitin) 又叫甲壳质、几丁质,是从虾、蟹壳中提取的天然氨基多糖,是地球上最丰硕的天然高分子化合物之一。
甲壳素具有许多独特的长处,与天然物体细胞有良好的生物兼容性,具有较高的生物活性,因此普遍地应用在医药食物方面。
1977年美国波士顿召开了第一届有关甲壳素和壳聚糖的国际会议,从此甲壳素和壳聚糖的开发应用取得了较大的进展。
截止到2010年,美国、法国、意大利、日本、挪威等已前后召开了七届国际甲壳素学术研讨会。
1985年日本厚生省拨款60亿日元组织13个医疗机构对甲壳素进行基础研究,中国科学家在80年代便开始对甲壳素进行研究,终于证明了甲壳素的神独特性。
甲壳素具有吸附油脂及胆固醇的独特能力,还能够阻止油脂在消化道中被吸收。
甲壳素此刻也被用来加速食物转换的速度及提升小肠内益菌的生长,可改善消化、清洁大肠及避免便秘。
甲壳素还能够保护肝脏、抑制肿瘤的发生与成长、医治胃溃疡、控制血压及提升免疫系统的功能。
1995年,美国食物药品监督管理局(FDA) 及欧洲的医学科技界、营养食物研究机构将其誉为继蛋白质、糖、脂肪、维生素、矿物质以后人体必需的第六生命要素。
自然界中唯一带有正电荷的动物性食用纤维甲壳素是自然界中唯一带有阳离子碱性基团(-NH2)的人体可吸收的动物纤维素。
正是因为甲壳素是自然界中罕有的带正电荷的可食性动物纤维,成为最近几年来世界各国都在大力开发为第三代性能性营养品的重要原因,这也是其对人体大有裨益的根本原因。
甲壳素和壳聚糖综述摘要:生物相容性好、可降解、对组织和细胞无毒副作用的生物材料一直是生物医学领域研究的热点。
壳聚糖(2-氨基2-去氧β-D葡聚糖)是甲壳素脱乙酰得到的天然多糖中唯一的碱性多糖,具有很多优良的特性。
本文就甲壳素和壳聚糖的结构、性质、制备及功效进行了综述。
关键字:甲壳素和壳聚糖;结构;性质;制备;功效甲壳素又名几丁质,是自然界中含量仅次于纤维素的一种多糖,同时也是地球上数量最大的含氮有机化合物,其在自然界中主要存在于节肢动物、软体动物、环节动物、原生动物、腔肠动物、海藻及真菌等中,另外在动物的关节、蹄足的坚硬部分,动物肌肉与骨结合处,以及低等植物中均发现有甲壳素的存在。
壳聚糖是甲壳素脱去大部分乙酰基后的产物是甲壳素最为重要的衍生物。
自从1811 年,法国科学家H.Braconnnot发现甲壳素以来,甲壳素逐渐被认识与利用。
近年来,国内外相关的研究日趋活跃,甲壳素和壳聚糖已被现代科学称之为继糖、蛋白质、脂肪、维生素、矿物质等五大生命要素之后的第六生命要素。
1 结构及理化性质1.1结构[1]甲壳素是一种天然高分子化合物,其学名是β-(1→4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖,是由N-乙酰氨基葡萄糖以β-1,4糖苷键缩合而成的。
如果把此结构式中糖基上的N-乙酰基大部分去掉的话,就成为甲壳素最为重要的衍生物壳聚糖。
1.2 理化性质1.2.1 物理性质甲壳素是白色或灰白色无定形、半透明固体,相对分子质量因原料不同而有数十万至数百万,不溶于水、稀酸、稀碱、浓碱、一般有机溶剂,可溶于浓的盐酸、硫酸、磷酸和无水甲酸,但同时主链发生降解。
壳聚糖是白色无定型、半透明、略有珍珠光泽的固体,因原料不同和制备方法不同,相对分子质量也从数十万至数百万不等,不溶于水、碱溶液、稀的硫酸和磷酸,可溶于稀的盐酸、硝酸等无机酸和大多数有机酸,生成粘稠、透明的壳聚糖盐胶溶液,其粘度与温度、PH有关,而其溶解性与脱乙酰度有密切相关[2]。
文献综述食品科学与工程甲壳素/壳聚糖的制备与应用概况[摘要] 甲壳素是一种极其有前途和极其重要的天然高分子多聚糖,是不造成环境污染的新型高分子材料。
本文全面的综述了甲壳素/壳聚糖的制备以及在食品工业、医药卫生、农业和作为功能高分子方面的应用。
[关键字] 甲壳素/壳聚糖;制备;应用1 概述甲壳素(Chitin)又名壳多糖、几丁质等,化学名为1,4-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖,是N-乙酰基-D-葡萄糖胺(GlcNAc)以β-1,4键结合而成的直链多聚物(C16H26O10N2)n。
1811年,法国学者Braconnot于第一次从蘑菇中发现,1823年,法国科学家Odier首次从甲壳类昆虫翅鞘中分离出并命名。
甲壳素广泛存在于甲壳纲动物如昆虫的甲壳,虾、蟹的甲壳,真菌(酵母,霉菌)、藻类及植物细胞壁中[1]。
甲壳素自然界年生物合成的量有将近100亿t之,仅次于纤维素。
同时,甲壳素是自然界中除蛋白质之外数量最大的含氮有机化合物[2],据此可以说明甲壳素的重要地位。
壳聚糖是甲壳素脱乙酰基之后的产物。
甲壳素(Chitin)和壳聚糖(Chitosan)的结构式见图1:甲壳素壳聚糖图1 甲壳素(Chitin)和壳聚糖(Chitosan)结构式甲壳素为生物提取物,已经有很多科学家证明其本身及其降解产物具有对生物无毒性等特点[3],自然界中甲壳素含量很大,因此可以被开发提取而广泛使用,但是因为甲壳素本身的结晶度高,水溶性比较差,直接应用有一定的困难,因此要对甲壳素作一个相应的改性,而壳聚糖为甲壳素改性后最主要的产物,具有无毒、亲水性、生物可降解性、生物相溶性、抗菌性等优点,因而受到广泛的关注,近四十多年以来,国内外学者竞相研究,已经开发出很多种高科技的产品,这些产品被应用于诸多领域。
2甲壳素和壳聚糖的制备2.1 甲壳素的制备自然界的甲壳素并不是以纯的物质形式存在的,它总是跟一些不溶于水的无机盐,如钙、镁的碳酸盐及磷酸盐以及蛋白质紧密地结合在一起。
甲壳素甲壳素是几丁质和几丁聚醣(几丁胺醣)的合称。
甲壳素又名甲壳质、壳聚糖,广泛存在于昆虫、甲壳类动物的硬壳以及菌类的细胞壁中。
甲壳素具有抗癌抑制癌、瘤细胞转移,提高人体免疫力及护肝解毒作用。
尤其适用于糖尿病、肝肾病、高血压、肥胖等症,有利于预防癌细胞病变和辅助放化疗治疗肿瘤疾病。
根据现有的研究指出,甲壳素对人体健康有下列的益处:一、调节血脂。
降低血清总胆固醇(TC),增加高密度脂蛋白胆固醇(HDLC),降低低密度脂蛋白,从而降低动脉硬化指数。
“甲壳素”可通过几个途径产生驱脂作用。
1)“甲壳素”阻碍脂类的消化吸收:进入肠腔的脂类因难溶于水无法吸收,需经过胆汁酸的乳化作用,将脂肪变成很小的油滴,以此来扩大与胰脂酶的接触面积利于脂肪的消化。
肝脏生成的胆汁酸(带负电荷)经胆道排入肠腔非常容易与聚集它周围的甲壳素(带正电荷)结合,形成屏障而妨碍吸收,同时由消化道排出体外。
大量的胆汁酸被消耗,从而阻碍脂类的吸收,实现降低血脂。
2)“甲壳素”有利于胆固醇转化:人体内的胆固醇主要来自食物摄入和自身合成。
当人们一提到胆固醇往往会谈虎色变,认为胆固醇是造成心脑血管动脉硬化疾病的元凶,因而把胆固醇看成是对人体有害的物质。
但是,任何事物都有其相对性,实际上胆固醇也是我们身体不可缺少的物质。
是构成脑、神经、性激素、细胞膜等的重要物质,而脂肪消化吸收时不可缺少的胆汁酸,也是胆固醇转化而来的。
因此,胆固醇的值应保持在一个正常的范围之内。
少了影响胆汁酸转化引起消化不良;一旦过剩,就会聚集在血管壁上,使血液循环恶化,引发动脉硬化等疾病。
低密度脂蛋白为胆固醇的主要携带者,胆固醇于肝脏转化为胆汁酸,储存于胆囊内,排入十二指肠将参与脂类的消化吸收过程,其后,95%的胆固醇被肠壁吸收入血重新回到肝脏,即所谓的胆汁酸的肝肠循环。
小肠内的胆汁酸与甲壳素结合排出体外,使进入肝肠循环的胆汁酸大为减少。
人体将肝脏以外的胆固醇运入肝脏,用来制造胆汁酸,最终促成体内胆固醇数量下降,血脂降低。
甲壳素综述甲壳素和壳聚糖综述食品生物技术1班,20217710125,谭子颖一、甲壳素的概述11、甲壳素的历史1811年,法国研究自然科学史的H.Braconnot教授,用温热的稀碱溶液反复处理蘑菇,最后得到一些纤维状的白色残渣,他以为这是纤维素,并称为Fungine,即为真菌纤维素。
1823年,又一位法国科学家A.Odier从甲壳类昆虫的翅膀中分离出同样的物质,并称为chitin。
1843年,法国A.Payen发现chitin与纤维素性质不大相同。
同年,法国的ssaigne发现chitin中含有氮元素,因而证明chitin不是纤维素。
1878年,G.Ledderhose从chitin的水解反应液中检出氨基葡萄糖和乙酸。
1894年,E.Gilson进一步证明了chitin中确实含有氨基葡萄糖。
后来的研究证明,组成chitin的单体是N-乙酰氨基葡萄糖。
从1811年发现到研究清楚其结构,几乎用了100年的时间。
2、甲壳素的分布甲壳素广泛存在于甲壳纲虾、蟹的甲壳中,昆虫的甲壳,真菌的细胞壁和植物的细胞壁中。
甲壳素也存在自然界中的低等植物菌类,藻类的细细胞,被科学界誉为“第六生命要素”。
1) 节肢动物,主要包括甲壳纲,如虾、蟹等,含甲壳素20%-30%,高的达到58%-85%;其次是昆虫纲,如蝗、蝶、蚊、蚕等的壳中含甲壳素20%-60%;多足纲,如蜈蚣等。
2) 软体动物,主要包括双神经纲,如石鳖,蜗牛等;足纲,如乌贼,鹦鹉等;壳素含量为3%-26%。
3) 环节动物,包括原环虫纲,如角蜗牛;足纲,如沙蚕,蚯蚓;的含甲壳素极少,但有的高达20%-30%。
4) 原生动物,包括鞭毛虫纲,如椎体虫;肉足纲,如变形虫;纤毛虫纲,如草履虫。
5) 肛肠动物,钵水母和珊瑚海。
6) 海藻,主要是绿藻。
7) 真菌,包括子囊菌,担子菌,藻菌等,含甲壳素从微量到45%,只要少数的真菌如Olmycetes和Trichomycetes不含甲壳素。
甲壳素的组成元素-概述说明以及解释1.引言1.1 概述甲壳素是一种常见的有机物质,其主要存在于海洋生物的外壳和壳类动物的甲壳中。
它具有一定的生物学功能和结构特点,因此引起了广泛的研究兴趣。
甲壳素的组成元素决定了它的化学性质和生物学特性。
甲壳素的主要组成元素是碳、氢和氧。
其中,碳是构成有机物质的基本元素,它在甲壳素中起着重要的作用。
碳原子通过共价键连接在一起,形成了复杂的分子结构,赋予甲壳素良好的稳定性和强度。
氢是甲壳素中另一个重要的元素,它与碳原子结合形成碳氢键,增加了甲壳素分子的稳定性。
氢原子的存在还使甲壳素具有一定的疏水性,使其能够在水中形成稳定的结构。
除了碳和氢,氧元素也是甲壳素的重要组成元素之一。
氧原子与碳和氢原子形成了羟基,赋予甲壳素一定的亲水性。
氧元素的存在使甲壳素能够与水分子相互作用,形成水合物或溶解于水中。
除了碳、氢和氧,甲壳素的组成还可能包含其他元素,如氮、硫等。
这些元素的存在可以通过改变甲壳素的结构和化学性质,使其具有更加丰富的功能和应用价值。
总之,甲壳素是由碳、氢、氧等元素组成的有机物质,其特定的组成元素赋予了它特殊的化学性质和生物学功能。
对甲壳素的组成元素进行深入研究,有助于更好地理解和应用这一重要的生物大分子。
文章结构部分的内容如下:1.2 文章结构本文将介绍甲壳素的组成元素,并按照以下结构进行概述、正文和结论的叙述。
在引言部分,将对甲壳素的概述进行说明,简要介绍甲壳素的特点和重要性。
接着,对整篇文章的结构进行说明,明确每个章节的内容和目的。
最后,明确本文的目的,即让读者了解甲壳素的组成元素。
在正文部分,将详细介绍甲壳素的组成元素。
首先,将对组成元素A 进行研究,包括其化学性质、分离方法和在甲壳素中的重要作用等方面的内容。
其次,将对组成元素B进行探究,包括其来源、结构特点以及对甲壳素性质的影响等相关内容。
在结论部分,将对全文进行总结,回顾甲壳素的组成元素以及其在甲壳素中的作用和重要性。
甲壳素人类最早利用甲壳资源始于中国著名的《本草纲目》中就记载:蟹壳有破瘀消积的功能。
"蟹"字本身即指:解毒的虫类。
1811年,法国学者布拉诺首先在蘑菇类中发现了甲壳质,甲壳素又名甲壳质、壳聚糖,是一种化学结构与纤维类似的高分子多糖,它广泛存在于昆虫、甲壳类动物的硬壳以及菌类的细胞壁中。
一、甲壳素的药理作用1.抗菌抗感染甲壳素及其多种衍生物均具有不同程度的抗感染作用,以甲壳素六聚糖为最强。
小分子的脱乙酰甲壳素具有质子化铵,质子化铵与细菌带负电荷的细胞膜作用,吸附和聚沉细菌,同时穿透细胞壁进入细胞内,扰乱细菌的新陈代谢及合成而具有抗菌作用。
夏文水、吴焱楠研究认为,相对分子量为1500的脱乙酰甲壳素对大肠杆菌的抑制效果最强,随着分子量增大,则抑菌作用下降。
正光华发现,脱乙酰甲壳素对金黄葡萄球菌、大肠杆菌、小肠结尖耶尔氏菌、鼠伤害沙门氏菌和李斯特单核增生菌,均有较强的抑制作用。
中国纺织大学吴清基教授已成功地将甲壳素制成无纺布、流延膜、涂层纱布等多种医用敷料用于临床,其中甲壳素与醋酸制成的无纺布透气透水性能极佳,用于大面积烧伤烫伤,抗感染和促进伤口愈合效果很好。
目前上海市每年可生产甲壳素医用材料约100吨。
2.降脂和防治动脉硬化魏涛等采用含胆固醇1%和脱氧胆酸钠0.2%的合成饲料喂大鼠28天,在诱发高血脂症的同时,经口服脱乙酰甲壳素观察其对高血脂症的影响。
实验设高脂对照组和低、中、高三个剂量实验组。
结果表明,脱乙酰甲壳素中、高剂量组的总胆固醇及总甘油三酯含量与高脂对照组比较,前者降低了10.5%、14.2%,后者降低了18.8%和26.1%,低、中、高剂量三实验组的高密度脂蛋白胆固醇与高脂对照组比较,分别升高了16.5%、32.7%和50.4%。
顾云等对31例高血脂成人患者进行口服脱乙酰甲壳素降脂试验,30日后检查,胆固醇、甘油三酯下降,低密度脂蛋白胆固醇下降,高密度脂蛋白胆固醇、脂蛋白均无明显变化。
人体第六生命要素——甲壳素(CHITOSAN)一、甲壳素的概念甲壳素,也叫甲壳质,壳素糖,蟹壳素,其主要成分是几丁聚糖。
目前国内市场甲壳素同类保健产品的商品名有:第六要素、甲壳质、甲壳素、甲壳王、救多善、济多生、济多善、奇特善、救护善、蟳之定、海生源、甲壳胺……,原则上统称甲壳素,适用于免疫力低下者。
甲壳素主要来自动物,如蟹,虾的外壳,软体动物鱿鱼、乌贼的软骨和表皮,节肢动物的外壳和蘑菇、木耳及真菌类的细胞壁中也广泛存在着。
甲壳素是人类除淀粉、纤维素以外的第三大物质资源。
自然界含氮的有机物中,甲壳素的数量也仅次于蛋白质,而居第二位。
甲壳素是一种从生物体活动的深层部分开始的特殊治疗,即由细胞层次来进行治疗。
甲壳素使人体免疫机能活化,充分发挥人体自然治愈力,通过活化细胞,促进新陈代谢;活化淋巴细胞,增强免疫力等“内因”手段,提高整个人体防病治病的自然治愈力来对付各种疾病。
1991年在甲壳素国际学术会议上,世界卫生组织WHO权威机构认证,除蛋白质、维生素、矿物质,、脂肪、糖五大要素外的生命第六要素——甲壳素, 是二十一世纪人类不可缺少和无法替代的生命之源。
二、甲壳素的特点甲壳素的特点“六个一”:(一)甲壳素是人类迄今为止发现的天然的唯一带有正电荷阳离子基团的可食性的动物纤维;(二)甲壳素是糖类中唯一的碱性多糖;(三)甲壳素保健食品是日本政府批准的唯一允许宣传疗效的机能性保健食品;(四)甲壳素资源是自然界里含氮量最高的天然资源;(五)日本国际健康研究所所长金子·今朝夫在其著《七种最佳抗癌食品》一书中把甲壳素摆在灵芝、刺五加、螺旋藻、蜂胶、啤酒糟、半藻类之冠;上海胸科医院廖美琳教授在第六届全国肺癌会议报告中,把甲壳素摆在三种抗癌细胞特种的物质(甲壳素、多肽、肝素)之首。
(六)甲壳素是迄今为止人类发现唯一的人体正常情况下就有,自然界广泛存在,现已有科学开发且学术背景雄厚、生物活性极佳的天然物质。
三、甲壳素的功能免疫调节,协同防癌抗癌。
甲壳素和壳聚糖综述食品生物技术1班,20137710125,谭子颖一、甲壳素的概述11、甲壳素的历史1811年,法国研究自然科学史的H.Braconnot教授,用温热的稀碱溶液反复处理蘑菇,最后得到一些纤维状的白色残渣,他以为这是纤维素,并称为Fungine,即为真菌纤维素。
1823年,又一位法国科学家A.Odier从甲壳类昆虫的翅膀中分离出同样的物质,并称为chitin。
1843年,法国A.Payen发现chitin与纤维素性质不大相同。
同年,法国的ssaigne发现chitin中含有氮元素,因而证明chitin不是纤维素。
1878年,G.Ledderhose从chitin的水解反应液中检出氨基葡萄糖和乙酸。
1894年,E.Gilson进一步证明了chitin中确实含有氨基葡萄糖。
后来的研究证明,组成chitin的单体是N-乙酰氨基葡萄糖。
从1811年发现到研究清楚其结构,几乎用了100年的时间。
2、甲壳素的分布甲壳素广泛存在于甲壳纲虾、蟹的甲壳中,昆虫的甲壳,真菌的细胞壁和植物的细胞壁中。
甲壳素也存在自然界中的低等植物菌类,藻类的细细胞,被科学界誉为“第六生命要素”。
1)节肢动物,主要包括甲壳纲,如虾、蟹等,含甲壳素20%-30%,高的达到58%-85%;其次是昆虫纲,如蝗、蝶、蚊、蚕等的壳中含甲壳素20%-60%;多足纲,如蜈蚣等。
2)软体动物,主要包括双神经纲,如石鳖,蜗牛等;足纲,如乌贼,鹦鹉等;壳素含量为3%-26%。
3)环节动物,包括原环虫纲,如角蜗牛;足纲,如沙蚕,蚯蚓;的含甲壳素极少,但有的高达20%-30%。
4)原生动物,包括鞭毛虫纲,如椎体虫;肉足纲,如变形虫;纤毛虫纲,如草履虫。
5)肛肠动物,钵水母和珊瑚海。
6)海藻,主要是绿藻。
7)真菌,包括子囊菌,担子菌,藻菌等,含甲壳素从微量到45%,只要少数的真菌如Olmycetes和Trichomycetes不含甲壳素。
8)动物的关节,蹄,足等坚硬的部分,也存在甲壳素。
植物中也发现低聚的甲壳素或壳聚糖。
在自然界生长、繁衍着的含有甲壳素的各种各样的生物,在其死亡腐烂后成为肥料的同时释放出甲壳素,甲壳素在自然界经受降解和脱乙酰基过程,产生不同分子量的甲壳素及不同分子量、不同脱乙酰度的壳聚糖。
在广袤的田野、森林和大草原的土壤中,都有甲壳素和壳聚糖的存在;而在贫瘠的土壤和沙化的土壤中,则很少有甲壳素和壳聚糖的存在,这从一方面反映出甲壳素在自然界生态平衡中的重要性。
3、存在状态1百度文科甲壳类动物外壳的结构材料就是甲壳素,它既有生理作用,又能保护机体防止外来机械性冲击;同时,还具有吸收高能辐射的性能。
在真菌的细胞壁中,甲壳素与其他多糖相连,在动物体内,则是与蛋白质结合成蛋白聚糖。
虾、蟹壳中的甲壳素与蛋白质是共价结合,是以蛋白聚糖的形式存在的,同时伴生着碳酸钙。
甲壳素在蟹壳中呈纤维状互相交错或无规的网状结构,并平行于壳面分层生长,蛋白质以甲壳素为骨架,沿甲壳素层以片状生长;无机盐呈蜂窝状多孔的结晶结构,充填在甲壳素与蛋白质组成的层与层之间的空隙中。
甲壳素与蛋白质之间共价结合以蛋白聚糖的形式存在,1955年Hackman证明甲壳素和N-乙酰氨基葡萄糖(甲壳素的残糖基)能与α-氨基酸、肽和角蛋白反应,得到稳定的共价结合物,但这种结合物在某种pH条件下会分解。
4、甲壳素的结构甲壳素,(C8H13O5N)n,又称甲壳质,几丁质。
化学名称:聚N-乙酰葡萄糖胺。
甲壳素是自然界生物合成量仅次于纤维素的天然高分子,其分子结构是由2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄聚糖和2-氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄聚糖以β-1,4糖苷键连接而成的二元线型聚合物,是自然界唯一大量存在的碱性阳离子聚多糖。
结构图甲壳素分子结构图5、甲壳素其衍生物壳聚糖是甲壳素最重要的衍生物,由甲壳素脱去乙酰基获得。
甲壳素具有良好的生物相容性和生物可降解性,而与甲壳素大不同,壳聚糖的溶解性有较大的改善。
壳聚糖由于含大量氨基,羟基,乙酰氨基等活性基因,使壳聚糖具有良好的反应功能和显著的生理活性,已在生物医药、化工、食品、环境、农业等领域广泛应用。
二、甲壳素,壳聚糖的性质1、基本性质甲壳素是白色或灰白色无定形、半透明固体、分子量因原料不同而有数十万至数百万,不溶于水、稀酸、稀碱、浓碱、一般有机溶剂,可溶于浓的盐酸、硫酸、磷酸和无水甲酸,但同时主链发生降解。
甲壳素微纤维由一束沿分子长轴平行排列的甲壳素分子构成。
微纤维束的横切面呈椭圆形,微纤维核心中的甲壳素分子常排列成三维的晶格结构。
微纤维核心晶格结构之外的甲壳素分子大致上仍然处于平行排列的构象,但未形成完善的三维晶格,称为亚结晶相结构。
2、物理性质2壳聚糖是葡糖胺和N-乙酰葡萄糖胺的复合物,由于聚合程度的不同其分子量在50-1000kDa之间。
壳聚糖的外观呈半晶体状态,晶体化程度与去乙酰化相关。
50%去乙酰化时,其晶体化程度最低。
甲壳素和壳聚糖均具有非常复杂的螺旋结构,且甲壳素和壳聚糖的结构单元不是单糖,而是二胺。
3、化学性质甲壳素和壳聚糖分子中含有-OH基,-NH2基,吡喃环等功能基,因此在一定条件下可发生生物降解,水解,烷基化等化学反应。
壳聚糖作为氨基多糖,其溶解性与PH值紧密相关。
在酸性条件下,由于氨基质子化而溶于水,PH<5时,壳聚糖完全溶于水形成十分粘稠的液体,经碱化处理,可形凝胶而沉淀。
壳聚糖分子链吡喃糖环C2上有氨基,C6有羧基,因此能在较温和的条件下发生化学反应,制备出具有新特性的衍生物。
4、其他物化性质1)乙酰度乙酰度是表征乙酰化与脱乙酰化部分之间的平衡程度。
通过选择乙酰度可改变其溶解性,得到不同的物化性质。
2)分子量和分子量分布2《甲壳素化学与应用的新进展》壳聚糖分子量高低和其分散程度的大小,对材料的物理机械性能如成膜性,成纤性与强度及对生理活性的影响都至关重要。
测定分子量方法有粘度法,光散射法和凝胶色谱法。
其中,粘度法测出的分子量是特定脱乙酰度的分子量。
3)结晶度天然态的甲壳素以α和β晶型存在。
α-甲壳素具有紧密的组成。
大多数结晶的多晶区是逆平行链状排列,成片层状结构。
它的重复距离为0.96nm。
β-甲壳素的多晶型是平行链状排列。
不同的晶型,具有不同的功能。
α-甲壳素通常与矿物质沉淀在一起,形成坚硬的外壳。
β-甲壳素与胶原蛋白相联结,表现出一定的硬度、柔韧性和流动性。
壳聚糖的来源不同,乙酰度高低不同,结晶度几乎都在30%-35%之间。
5、化学改性31)酰化改性甲壳素和壳聚糖通过与酰氯,酸酐反应,在大分子链子导入不同分子量的脂肪族或芳香族酰基。
这称为酰化反应。
酰化反应产物的生成与反应溶剂,酰基结构,催化剂种类和反应温度有关。
酰化甲壳素及其衍生物使用其结构中的酰基破坏甲壳素及其衍生物的氢键,从而改变它们晶态结构,提高甲壳素材料的溶解性。
2)烷基化改性烷基化反应可以在甲壳素的羟基上,也可以在壳聚糖的氨基上及进行。
一般是甲壳素碱与卤代烃或硫酸酯反应生成烷基化产物。
用不用碳链长度的卤代烷对壳聚糖进行改性,而且反应中反应时间,反应温度,介质,碱的用量和改性剂的用量直接影响改性产物的理化性质。
其改性可制备乙基壳聚糖(E-CTS),丁基壳聚糖(B-CTS),辛基壳聚糖(O-CTS)和十六烷基壳聚糖(C-CTS)。
3)醚化改性以类似纤维素改性的方法完成。
碱性甲壳素与醚化试剂反应,得到烷羟基甲壳素和羧羟基甲壳素,称为醚化反应。
甲壳素的醚化改性还包括壳聚糖与丙烯腈进行的加成反应。
低温时,反应发生在壳聚糖的羟基上;当反应温度达到70°C时,壳聚糖的一部分氨基与参与反应。
4)酯化反应有硫酸酯化和磷酸酯化。
用含氧无机酸作酯化剂,使甲壳素或壳聚糖中羟基形成有机酯类衍生物。
硫酸酯化甲壳素或壳聚糖的结构与肝素相仿,抗凝血性高于肝素,且无副作用,还可制成人工透析膜。
磷酸酯化甲壳素反应一般是在甲磺酸中与甲壳素或壳聚糖反应。
各种取代3《甲壳素、壳聚糖的化学改性及其衍生物应用研究发展》度的磷酸酯化物都是易溶于水,高度取代的壳聚糖磷酸酯化物溶于水,而低取代的不溶于水。
三.甲壳素、壳聚糖的应用41、在医学方面的应用甲壳素的大分子结构与人体内的氨基葡萄糖的构成相同,而且具有类似于人体骨胶原组织结构,这种双重结构赋予了它们极好的生物医学特性:即它对人体无毒无刺激,可被人体内的溶菌酶分解而吸收,与人体组织有良好的生物相容性,它具有抗菌、消炎、止血、镇痛、促进伤口愈合等功能。
因此,甲壳素和壳聚糖是理想的医用高分子材料,广泛用于制造特殊的医用产品。
国外,尤其是日本和美国已用它来制造人造皮肤、可吸收缝合线、血液透析膜和药物缓释剂以及各种医用敷料等。
在国内,也有很多应用于婴幼儿服装的制作,因其能够抗菌杀菌、保护婴幼儿皮肤,对于出现的湿疹、红肿、“红屁股”的等问题的治疗都有显著的效果,而广受新妈妈的欢迎。
a)生物医用材料吸收性手术缝合线,人工韧带,人工骨和止血材料,医用敷料,药物缓释剂等医用敷料是外科治疗的一种创面保护覆盖材料,具有良好的吸附创面挤出的血清蛋白,刺激自身皮肤细胞生长,加快伤口愈合,减轻伤口疼痛等功能。
人工皮肤,由于壳聚糖具有良好的生物相容性,有壳聚糖制成的人工皮肤透气性好,渗出性好。
护肤品,壳聚糖能清除体内过多的自由基,起到延缓衰老的作用。
人体内产生过多的自由基未能及时消除是衰老的重要原因。
自由基链式反应破坏的能力很大,而壳聚糖上的-NH2可使自由基链式反应终止,消除自由基的危害,抗衰老。
b)医药方面抗癌作用:低聚糖具有很多方面生理功能以及抗癌效果。
抗癌新药和营养保健品,作为早期癌症的治疗药物,其机理是壳聚糖能够抑制癌肿毛细血管内皮的生成,由于癌肿毛细血管不能加长致使癌肿局限于局部,不能向周围浸润,减弱癌细胞的转移扩散利于治疗。
壳聚糖对于接着分子具有强烈的吸附作用,使癌细胞不能与接着分子结合,从而失去载体被消灭。
防止心脑血管的疾病:血管中胆固醇储积太多是大多数心脑血管疾病的一个重要原因。
胆固醇在肠中被胆固醇酶催化变为胆固醇酯而被肠道吸收,胆汁酸是胆固醇酶4《甲壳素/壳聚糖的研究与应用概况》催化功能所必需的物质。
壳聚糖很易与胆汁酸结合并将其排出体外。
由于胆汁酸盐的缺乏,有利于降血脂,防心脑血管疾病的发生。
同时,壳聚糖是阳离子高分子物质,进入人体后能聚集在带负电荷的脂肪滴周围,如甘油三酯、脂肪酸等使这些高能物质不被人体吸收而排外,从而减少热量,达减肥效果。
防止糖尿病的作用:甲壳素把PH调到弱碱性,提高胰岛素的利用率,有利于糖尿病防治。
此外,它还有调节内分泌系统的功能,使胰岛素分泌正常。
抑制血糖上升。
抗菌抗感染:甲壳素及其多种衍生物均具有不同程度的抗感染作用,以甲壳素六聚糖为最强。
小分子的脱乙酰甲壳素具有质子化铵,质子化铵与细菌带负电荷的细胞膜作用,吸附和聚沉细菌,同时穿透细胞壁进入细胞内,扰乱细菌的新陈代谢及合成而具有抗菌作用。