甲壳素及其衍生物的药理作用及研究进展

基金项目:国家自然科学基金(20274034)作者简介:何乃普(1974-),男,硕士研究生,毕业于西北师范大学高分子研究所,从事天然高分子生物活性研究。

现在兰州交通大学化学与生物工程学院任教。

*通讯联系人,Email:wan grm@ 甲壳素/壳聚糖及其衍生物抗菌、抗肿瘤活性研究进展何乃普,宋鹏飞,王荣民*,张 慧,王云普(西北师范大学甘肃省高分子材料重点实验室,兰州 730070)摘要:主要从甲壳素/壳聚糖及其衍生物在抗菌、抗肿瘤活性两方面的研究进展进行了综述。

关键词:甲壳素/壳聚糖;抗菌活性;抗肿瘤活性;进展甲壳素又名为甲壳质、几丁质、壳多糖,化学名称为聚_N _乙酰_D 葡萄糖胺,属于氨基多糖,是一种天然高分子聚合物。

甲壳素脱除乙酰基后其产物是壳聚糖,又名甲壳胺或可溶性甲壳质,其化学名称为(1,4)_2_氨基_2_脱氧_B _D _葡聚糖(见图1)。

壳聚糖是一种天然聚阳离子多糖衍生物,具有优良的生物亲和性,其分子链上丰富的羟基和氨基使其易于进行化学修饰而赋于多种功能。

图1 甲壳素和壳聚糖结构Figure 1 The chemical s truitures of chiti n and chitosan 甲壳素/壳聚糖在医药的应用一直是科学家们研究的热点,其主要表现在以下几个方面[1~3]:(1)自身有一定的药理活性,如抗菌活性、抗肿瘤活性、抗胆固醇升高、抗凝血、抗感染等特性;(2)有优良的生物相容性,即血液相容性、组织相容性、生物相粘性、无细胞毒性和良好的机体免疫性;(3)作为多糖,是所有生命有机体的重要组分,在控制细胞分裂和分化、调节细胞生长和衰老以及维持生命有机体的正常代谢等方面有重要作用;(4)良好的保湿性能,使其应用于化妆品[4,5]和促进伤口愈合[6,7]取得了良好的效果;(5)链上丰富的羟基和氨基使其易于进行化学修饰,可作为小分子药物或一些大分子药物的载体;(6)作为天然聚阳离子多糖衍生物,其阳离子性质使其对DNA 或细胞表面具有较强的静电作用,从而作为基因载体有潜在的优势。

甲壳素及衍生物在食品工业中应用提纲：1. 甲壳素及衍生物的特性和构成成分2. 甲壳素及衍生物在食品保鲜、增加口感和改善营养价值方面的应用3. 甲壳素及衍生物在食品加工中的应用方法和技术4. 甲壳素及衍生物在食品产业中的市场前景和优势5. 甲壳素及衍生物在未来食品行业中的发展趋势提纲一：甲壳素及衍生物的特性和构成成分甲壳素是一种多聚糖。

多聚糖是由多个单糖分子通过化学键结合而形成的碳水化合物。

甲壳素主要存在于贝壳、虾、蟹等甲壳类生物的外壳、鳞片和甲壳质层中。

它是一种天然的高分子化合物，具有保湿、抗菌、抗氧化和增强机体免疫功能的特性。

甲壳素的化学结构是：N-乙酰葡萄糖胺和D-葡萄糖构成的聚合物。

甲壳素酸是甲壳素的降解产物，是一种多聚酸。

它在水溶液中的离子浓度非常微小，不能形成凝胶或黏性溶液。

但是它可以与各种阳离子形成稳定的络合物，使其能够在食品工业中被广泛应用。

提纲二：甲壳素及衍生物在食品保鲜、增加口感和改善营养价值方面的应用甲壳素和甲壳素衍生物在食品工业中有很多应用。

其中最主要的是在保鲜方面。

甲壳素有极高的吸水性，可以吸收食品中多余的水分，减少食品的水分含量，从而延长其保存期限。

甲壳素还能吸收氧气，防止氧化反应的发生，保护食品的营养成分和口感。

甲壳素还可以用来改善食品的营养价值和口感。

甲壳素具有丰富的氨基酸和多元不饱和脂肪酸等营养成分，可以提高食品的蛋白质和脂肪含量。

另外，它还可以改善食品的质地和口感，增加食品的嚼劲和口感。

提纲三：甲壳素及衍生物在食品加工中的应用方法和技术甲壳素及其衍生物在食品加工中的应用方法和技术主要有两种：一种是将甲壳素添加到食品中，改善其质地、口感和营养价值；另一种是将甲壳素应用于食品包装中，用来保鲜和防止掉色。

将甲壳素添加到食品中的方法非常简单，可以直接加入到食品中，或者作为食品的包装材料。

甲壳素还可以通过化学方法进行改性，以增强其功能性和应用范围。

甲壳素在食品包装中的应用主要是利用其优异的吸水性和吸氧性。

甲壳素及其衍生物一、甲壳素的由来甲壳素(Chitin)又名甲壳质，壳多糖，壳蛋白，是法国科学家布拉克诺(Braconno)1811年首先从蘑菇中提取到一种类似于植物纤维的六碳糖聚合体，把它命名为Fungine（蕈素）。

1823年，法国科学家欧吉尔(Odier)在甲壳动物外壳中也提取了这种物质，并命名为chitoin （几丁质），chitoin希腊语原意为"外壳"、"信封"的意思。

1.1 甲壳素的分布自然界中，甲壳素广泛存在于低等植物菌类、藻类的细胞，节肢动物虾、蟹、蝇蛆和昆虫的外壳，贝类、软体动物（如鱿鱼、乌贼）的外壳和软骨，高等植物的细胞壁等，其每年生物合成的资源量高达100亿吨，是地球上仅次于植物纤维的第二大生物资源，其中海洋生物的生成量在10亿吨以上，可以说是一种用之不竭的生物资源。

甲壳素经自然界中的甲壳素酶、溶菌酶、壳聚糖酶等的完全生物降解后，参与生态体系的碳和氮循环，对地球生态环境起着重要的调控作用。

1.2甲壳素的化学结构经结构分析，甲壳素是自然界中唯一带正电荷的一种天然高分子聚合物，属于直链氨基多糖，学名为[(1，4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖]，分子式为(C8H13NO5)n，单体之间以β(1→4)甙键连接，分子量一般在106左右，理论含氮量6.9%。

其分子结构特点为：氧原子将每个碳原子的糖环连接到下一个糖环上，侧基团"挂"在这些环上。

甲壳素分子化学结构与植物中广泛存在的纤维素非常相似，所不同的是，若把组成纤维素的单个分子棗葡萄糖分子第二个碳原子上的羟基(OH)换成乙酰氨基(NHCOH3)，这样纤维素就变成了甲壳素，从这个意义上讲，甲壳素可以说是动物性纤维。

1.3 甲壳素的化学性质甲壳素有α，β，γ三种晶型。

α棗甲壳素的存在最丰富，也最稳定。

由于大分子间强的氢键作用，导致甲壳素成为保护生物的一种结构物质，结晶构造坚固，一般不熔化，也不溶于一般的有机溶剂和酸碱，化学性质非常稳定，应用有限。

甲壳素的应用研究与展望刘淑君090524115摘要：从虾和蟹的壳中提取的甲壳素是一种非常重要的生物材料，应用范围十分广阔，在食品，医药，环保等领域有极其广泛的用途，它在制成人造皮肤, 隐形眼镜, 化妆品, 纸张、食品等方面起着其他材料所无法替代的重要作用, 尤其在整个国际社会日益重视环境的今天, 它在污水处理和用来生产可自然分解的薄膜包装材料上大有用武之地,甲壳素的研究开发已成为世人瞩目的高新科技领域和获利颇丰的新兴产业。

本文主要介绍了甲壳素的应用以及国内外研究进展。

关键词：甲壳素，壳聚糖，应用，发展前景前言甲壳素广泛存在于海洋甲壳动物外壳、软体动物内骨骼、昆虫翅膀、菌类及藻类细胞壁内。

这些虾壳原本是废弃物，几乎成为环境污染源，经过近40多年国内外学者研究，竟变废为宝，一跃成为跨世纪的引人瞩目的全球性热门科研课题，并竞相开发出一系列的甲壳素类高科技产品，应用于工业、农业、国防、化工、环保、医药、保健、美容、纺织等诸多领域。

至今，国内发表的甲壳素研究成果已超过400多项，我国甲壳素事业呈现出欣欣向荣的发达景象，一些发达国家争相投入大量资金对甲壳素进行深入研究开发。

目前甲壳素是日本政府惟一准许宣传疗效的机能性食品。

1993 年日本厚生省受理了甲壳素作为癌细胞转移抑制剂静门注射药品的申请。

1996年，甲壳素又通过了美国药品、食品管理局(FDA)及欧共体(EC)检测，核准在美国、欧洲市场销售。

甲壳素的研究开发及其商业产品已出现了全球竞争趋势，并将保持持续稳定的高速发展趋势。

1.甲壳素分子组成和分布1. 1甲壳素分子组成甲壳素又名甲壳质和壳多糖,是法国科学家布拉克诺1811 年首次从蘑菇中提取的一种类似于植物纤维的六碳糖聚合体, 被命名为Fungine( 茸素) 。

1823年法国科学家欧吉尔( Odier)在甲壳动物体外壳中也提取了这种物质, 并命名为几丁质和几丁聚糖, 是几丁胺粉的合称。

经结构分析甲壳素是自然界中唯一带正电荷的一种天然高分子聚合物, 它由几丁质与几丁糖组成, 是天然无毒性高分子, 并且具有生物可分解性, 它的构造类似于纤维素, 由1 000~ 3 000个n- 2葡萄糖胺聚合物组成, 属于直链氨基多糖。

壳多糖及其衍生物的应用[摘要]综述了近年来甲壳素及其衍生物的研究和应用。

甲壳素及其衍生物作为絮凝剂可以有效地保留药液中的有效成分,保持制剂的稳定性;降低药液中的重金属离子含量;甲壳素及其衍生物可生物降解,有良好的生物相容性和成膜性,是中药辅料的理想材质;对壳聚糖进行结构修饰和改性,大大提高其在中药制药中的应用范围并促进了药剂药理学的发展。

[关键词]壳多糖及其衍生物中药辅料微球细胞培养[引言]甲壳素又名甲壳质,壳多糖,是一种胺基多糖,大量存在于海洋节肢动物(虾、蟹)的甲壳中,也存在于低等动物菌类、昆虫、藻类细胞膜中,分布很广泛[1]。

壳聚糖是甲壳素的脱乙酰产物,又名甲壳胺或可溶性甲壳质,是生物界唯一的碱性多糖,甲壳素及其衍生物是一种丰富的自然资源,存储量仅次于维生素,地球上每年生成量达100亿吨。

甲壳素及其衍生物是一种阳离子型天然高分子聚合物,有良好的成膜、絮凝、生物相容、可生物降解和无毒等特性,且本身具有抗菌、抗癌、抗病毒等药理作用,因此,甲壳素及其衍生物被广泛地应用于化工、纺织、食品、化妆品、生物医学、污水处理及功能高分子材料等领域。

本综述对近年来甲壳素及其衍生物在中药制药工业中的应用和研究作简要概述。

[结构]甲壳素是一种天然高分子化合物，其学名是β—(1→4) —2—乙酰胺基—2—脱氧—D—葡萄糖，是由N—乙酰胺基葡萄糖以及β—1，4糖苷键缩合而成[4]。

如果把此结构中糖基上的N—乙酰基大部分去掉的话，就成为甲壳素最为重要的脱乙酰化衍生物壳聚糖。

壳聚糖是由D—氨基葡萄糖和适量的N—乙酰—D—氨基葡萄糖以—β（1，4）糖苷键连接而组成的。

其化学名是（1，4）—2—氨基—2—脱氧—β—D—葡萄糖，结构类似于纤维素[1,2]。

[理化性质]甲壳素呈灰白色或白色片状、半透明、略有珍珠光泽的无定性固体，相对分子量因原料和制备方法的差异而从数十万到数百万不等。

不溶于水、稀碱、稀酸及一般的有机溶剂，可溶于浓的盐酸、硫酸、硝酸等无机酸和大量的有机酸[1]。

综述甲壳素、壳聚糖的化学改性及其衍生物应用研究进展X汪玉庭X X , 刘玉红, 张淑琴(武汉大学资源与环境科学学院环境科学系,湖北武汉 430072)摘 要: 简要评述了甲壳素和壳聚糖化学改性的研究进展,讨论了酰化、醚化、酯化、接枝和交联等化学改性方法,简要介绍甲壳素衍生物在化妆品、医学和环保方面的应用,并提出了其发展过程中存在的一些问题,对其发展趋势作了预测。

关键词: 甲壳素;壳聚糖;化学改性中图分类号: O63 文献标识码: A 文章编号: 1008-9357(2002)01-0107-08甲壳素(chitin)是自然界中大量存在的唯一的氨基多糖,其化学命名为B -(1y 4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖。

壳聚糖(chitosan)是甲壳素的脱乙酰基产物,也叫脱乙酰甲壳素,简称(CTS)。

它们的结构式112分别为:甲壳素结构与纤维素类似,分子中含有H-OH 和H-NH 键,还含有分子间氢键。

甲壳素的这种有序的大分子结构,在一般的溶剂中不容易溶解。

壳聚糖的分子结构中含有游离氨基,溶解性能有了一些改观,但也只能溶于某些稀酸,如盐酸、醋酸、乳酸、苯甲酸、甲酸等,不溶于水及碱溶液。

甲壳素与壳聚糖无毒,无害,易于生物降解,不污染环境,而且在自然界中含量仅次于纤维素,并以相同的循环速率产生和消失。

近年来,国内外学者对甲壳素或壳聚糖的化学改性开展了研究,拓宽了壳聚糖及其衍生物的应用领域。

现结合我们的研究工作,对甲壳素或壳聚糖的化学改性及其衍生物的应用予以简要评述。

Vo l.152002年3月 功 能 高 分 子 学 报Journal of Functional Polymers No.1M ar.2002X XX 作者简介:汪玉庭(1942-),男,湖北鄂州人,教授,博士生导师,研究方向:环境友好材料的合成及应用。

E -mail:hxxzls @w hu..收稿日期:2001-10-11基金项目:教育部博士学科点专项研究基金资助项目(2000048615)1 酰化改性及应用在甲壳素和壳聚糖的化学改性中,酰化改性是研究得较多的。

甲壳素∕壳聚糖及衍生物在水处理中的应用摘要：甲壳素具吸附及螯合性，可以和重金属离子形成错合物，再加上其生物可分解特性，不致于造成二次公害，因此为一良好的环境友好型水处理材料。

本文主要介绍了甲壳素∕壳聚糖及衍生物在水处理中的应用研究进展。

关键词: 壳聚糖;螯合; 水处理一．壳聚糖简介甲壳质是1811年由法国学者布拉克诺(Braconno)发现，1823年由欧吉尔(odier)从甲壳动物外壳中提取，并命名为CHITIN，译名为几丁质。

外观及性质：淡米黄色至白色，溶于浓盐酸/磷酸/硫酸/乙酸,不溶于碱及其它有机溶剂,也不溶于水。

甲壳质的脱乙酰基衍生物(Chitosan derivatives)可溶于水。

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。

因此,甲壳素/壳聚糖越来越多地被国内外研究者所重视,对它的研究也日益深入,现在,甲壳素/壳聚糖的应用领域已覆盖环保、食品、生物医用材料、生物农药等诸多方面。

甲壳素的化学名称为（1，4）-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖，是线型多糖类聚合物，简称为N-乙酰-D-葡糖胺。

二．1、壳聚糖的制备壳聚糖是许多低等动物,特别是节肢类动物(如昆虫、甲壳类动物等)外壳的主要成分,主要以无机盐及蛋白质结合形式存在.但其中尤以虾蟹壳中含量最高，因此通常以是虾蟹壳为原料。

（1）传统工艺[1]以虾蟹壳为原料，常温下用稀释盐酸分解无机盐，用稀碱脱除蛋白质得甲壳素，甲壳素再经浓碱脱乙酰基得壳聚糖。

其简易流程如下：虾蟹壳——清洗、去杂质、烘干（加稀HCL）——脱无机盐（加稀NaOH）——脱蛋白质（加浓NaOH）——脱乙酰基——烘干得壳聚糖壳聚糖的主要质量指标是粘度及胺基含量，在制备壳聚糖过程中，用稀盐酸分解虾蟹壳无机盐的同时，壳聚堂的链也会发生不同程度的水解作用，因此在分解无机盐的过程中盐酸的浓度、处理时间及温度对壳聚糖制品的粘度、胺基含量均有影响。

甲壳素及其衍生物壳聚糖的应用研究进展(chitin)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(主要是甲壳纲如虾、蟹等，含甲壳素高达58%～85%)、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，自从1811年法国科学H·Braconnnot发现甲壳素以来，甲壳素逐渐被认识和利用。

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类、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]。

甲壳素和壳聚糖经过改性之后生成的改性高分子具有无毒，可完全被生物降解、在自然界形成良性循环等诸多优点，显示了良好的应用前景。

本文主要介绍近年来甲壳素/1Papineau等认为，由于壳聚糖分子的正电荷和细菌细胞膜上负电荷的相互作用，使细胞内的蛋白酶和其他成分泄漏，从而达到抗菌、杀菌作用。

他们研究发现，用量为0.2mg/ml的壳聚糖乳酸盐对大肠杆菌具有较好的抑制作用，而且壳聚糖谷氨酸盐对酵母菌如酿酒酵母的繁衍也具有较好的抑制效果，1mg/ml的壳聚糖乳酸盐会使酵母菌在17min内完全失去活性。

Sudharshan等指出，由于壳聚糖可渗入细菌的核中并和DNA结合，抑制mRNA的合成，从而阻碍了mRNA与蛋白质的合成，达到抗菌作用。

他们研究了水溶性壳聚糖如壳聚糖乳酸盐、壳聚糖谷氨酸和壳聚糖氢化谷氨酸对不同细菌增殖的影响。

结果发现，壳聚糖乳酸盐和壳聚糖谷氨酸盐对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都有较好的抗菌作用。

Chen等[2]研究了脱乙酰度为69%的壳聚糖、磺化度为0.63%的壳聚糖、磺化度为13.03%的壳聚糖和硫代苯甲酰壳聚糖对牡蛎的防2败变质，从而缩短肉制品的贮存寿命和破坏肉制品的风味。

Darmadji和Izumimoto研究了用壳聚糖处理的牛肉的氧化稳定性效果。