甲壳素－壳聚糖抑菌性能研究(甲壳质的应用)

甲壳素－壳聚糖抑菌性能研究

甲壳素－壳聚糖是一种极有前途的天然高分子聚合物，自20世纪60年代以来，人们对它们的研究、生产、应用变得十分活跃。特别是近几年，研究人员认识到它们的抑菌效能，通过深入研究，有些甲壳素－壳聚糖的抑菌产品已经问世。

甲壳素脱乙酰基产物为壳聚糖。据研究，壳聚糖的抑菌作用可能有两种机理，一种是壳聚糖通过正电荷的－NH3吸附带负电荷的细胞壁，使壳聚糖吸附在细胞膜表面形成一层高分子膜，改变了细胞膜的选择透过性，阻止营养物质向细胞内的运输，致使细胞质流失、细胞质壁分离，从而起到抑菌杀菌作用；另外一种机理是壳聚糖通过渗入进细胞体内，吸附细胞体内带有阴离子的细胞质，并发生絮凝作用扰乱细胞正常的生理活动，从而杀灭细菌。近几年，随着对该特性认识的加深，人们不仅对能够影响其抑菌性能的机理进行了深入的研究，而且，也开始应用化学方法对其进行改性，从而提高壳聚糖的抑菌性能，最终达到扩大其应用范围的目的。目前，针对影响壳聚糖抑菌性能方面的研究主要有以下几个方面：分子量对壳聚糖抑菌性能的影响多数研究认为，寡聚糖和低分子量的壳聚糖的抑菌效果较好，随分子量上升效果逐渐下降。特别是对大肠杆菌，壳聚糖分子量越小，抑菌作用愈明显。例如：宋献周等就几种不同分子量的α－壳聚糖对几种常见菌（大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草杆菌、产气荚膜杆菌）的抑制研究表明，低分子量的α－壳聚糖的抑菌效果优于高分子量的α－壳聚糖。夏文水等采用E．coli作为试验菌株，测得分子量为1500的壳低聚糖抑菌效果最强。但是，也有一些研究利用不同的试验菌得出结论认为，壳聚糖分子量较大时，其抑菌能力更强。例如：Yousook等报导分子量为4万的壳聚糖在浓度为0．5％时，对S．taureus和E．coli的杀灭率为90％：分子量为18万的壳聚糖在浓度为500PPM时，对S．taureus和E．coli的杀灭率为100％：分子量在30万以下时，壳聚糖对金黄色葡萄球菌的抑制作用随分子量减小而逐渐减弱。

pH值对壳聚糖抑菌性能的影响

严钦等人研究认为，壳聚糖因为具有质子化铵，能与细菌大负电荷的细胞膜作用，干扰细菌细胞膜功能，造成细菌体内细胞质流失，扰乱细胞的正常生理代谢，从而达到杀菌的目的。而在pH为中性时，壳寡糖中的氨基没有被质子化，因而不能抑制细胞的生长，反而是作为一种糖被细菌利用。由此可见，通常在微酸条件下，壳聚糖具有明显的抑菌作用，但是当pH值为7时，壳聚糖不但没有抑菌效果，反而还有一定的促进细菌生长的作用。晶体形状对壳聚糖抑菌性能的影响甲壳质有3种晶型，即α、β和γ－壳二糖聚合物，目前，人们对壳聚糖的研究绝大多是针对α晶型，对其他两种研究甚少。蒋霞云等通过对比α－壳聚糖和β－壳聚糖的抑菌性能得出，具有高黏度和高脱乙酰度的β－壳聚糖的抑菌性能强于α－壳聚糖，从而填补了壳聚糖抑菌性能研究在该方面的空白。

辐射对壳聚糖抑菌性能的影响

目前，由辐射方法改变壳聚糖的抑菌性研究已经逐步深入进行，分别有金黄色葡萄球菌、酵母菌等多个菌种被测试，并分别得出了不同的作用效果及不同的作用浓度。王勇、张成刚等人将壳聚糖经100Kgy60Coγ－射线辐射处理后，发现其对金黄色葡萄球菌抑菌效果最强，比为辐射前增加100倍，且最适作用浓度为0．01％。孟玲、张中泽通过对酵母菌的抑菌试验验证，经辐射处理后壳聚糖的抑菌活性明显增强，并且0．2g／L的辐射壳聚糖具有明显的抑菌活性。

化学改性对壳聚糖抑菌性能的影响

羧甲基化羧甲基壳聚糖是目前研究的较多一种物质，由于羧甲基化后其水溶性增强，因此大大拓宽了壳聚糖的应用范围。目前，羧甲基壳聚糖大多被用于食品保鲜方面。李治等人经实验证实，羧甲基壳聚糖在羧甲基化度小于0．6～0．8时，抗菌性均大于壳聚糖，当羧甲基化度0．3～0．6范围内，羧甲基壳聚糖具有较强的抗菌性，羧甲基化度大于或小于此范围，抗菌性均有所下降。

磺化由于壳聚糖上具有较多的活泼集团，因此较容易进行各类集团的转化与连接。黎碧娜等对磺化壳聚糖的抑菌性能进行了研究认为，磺化壳聚糖对大肠杆菌、枯草杆菌、葡萄球菌、黑曲霉、假丝酵母都有抑制作用，并且浓度越高，抑菌效果越好。此外，磺化羟丙基壳聚糖和黄原酸壳聚糖也具有一定的抑菌性。

与金属离子的配位甲壳素和壳聚糖的残基在C2上有一个乙酰氨或氨基，在C3上有一个羟基，从构象上说，都是平伏键，这种特殊的结构使得它们对具有一定离子半径的一些金属在一定的pH值下具有螯合作用，即甲壳素和壳聚糖是一种天然高分子螯合剂，这无疑拓宽了壳聚糖的应用领域。

研究认为，壳聚糖对过渡金属螯合作用具有很重要的应用价值。赵玉清等人合成了壳聚糖－Ag（I），并对其抑菌性研究认为，壳聚糖－Ag（I）对金黄色葡萄球菌有良好的抑制作用，并且，抑菌性能随配合物中Ag的配位比的增大而增大。其后，湛学军等人通过与传统的常用烧治制剂硝酸银对比，证明羧甲基壳聚糖银不仅具有创口愈合和抑菌两种特性，而且其对某些菌类的抑制效果较硝酸银强，同时可以弥补硝酸银在实际应用中的许多不足之处。可见，壳聚糖与某些金属络合后，会增加其抑菌性能。（作者：沈阳农业大学）

甲壳质的应用

甲壳质的产物作为坚韧和强的材料利于作为外科线。另外有一些不寻常的特性，甲壳素加速人体伤口愈合，甲壳素甚至成为一个单独的伤口愈合剂。 在生医材料上的相关应用研究非常多，具有良好的生物相容性、无生物毒性、价格低廉、容易改质、机械强度较好等优点。
医学名为：几丁聚糖（聚葡萄糖胺/壳聚糖）
（一）可被酶分解而吸收 　甲壳质是食物纤维素不易被消化吸收。若甲壳质和蔬菜、植物性食品、牛奶和鸡蛋一起食用可以被吸收。在植物和肠内细菌中含有壳糖胺酶、去乙酰酶、体内存在的溶菌酶以及牛奶、鸡蛋中含有卵磷脂等共同作用下可将甲壳质分解成低分子量的寡聚糖而被吸收。当分解到六分子葡萄糖胺时其生理活性最强。吸收部位主要在大肠。
（二）溶于酸性溶液形成带正电的阳离子基团 　壳聚糖分子中含有氨基（一NH2），具有碱性，在胃酸的反应下可生成铵盐，可使肠内pH值移向碱性侧，改善酸性体质。反应中生成带正电荷的阳离子基团，这是自然界中唯一存在的带正电荷可食性食物纤维。
（三）对人体细胞有很强的亲和性 　进入人体内甲壳质被分解成基本单位时就是人体内的成分，壳糖胺的基本单位是葡萄糖胺，葡萄糖胺是人体内存在的；而甲壳质的基本单位是乙酰葡萄糖胺，它是体内透明质酸的基本组成单位。因此，甲壳质对人体细胞有良好的亲和性，不会产生排斥反应。
（四）溶解后的几丁聚糖呈凝胶状态，具有较强的吸附能力。因甲壳质分子中含有羟基、氨基等极性基团，吸湿性很强，可用做化妆品保湿剂。
（五）甲壳质是天然纤维素（动物性食物纤维），没有毒性和副作用，其安全性和砂糖近似。（砂糖致死量为18g/kg，而甲壳质为16g/kg）。
（六）可螯合重金属离子，作为体内重金属离子的排泄剂。 甲壳素的吸水率高达1300%，1克的甲壳素吸饱水后可以达到13克；甲壳素具有天然抑菌功效，广谱抗菌率非常高，90%以上的常见细菌在甲壳素纤维上不能存活；因此甲壳素纤维与彩棉货纯棉等纤维制成的面料特别适合做婴幼儿服装及男女高档内衣。

壳聚糖溶于水吗？有不溶于水的吗？分子量是多少？分子量越大是不是越不溶于水抗菌效果也更好？

不溶于水。壳聚糖是以甲壳质为原料，再经提炼而成，不溶于水，能溶于稀酸，能被人体吸收。壳聚糖是甲壳质的一级衍生物。其化学结构为带阳离子的高分子碱性多糖聚合物，并具有独特的理化性能和生物活化功能
壳聚糖（chitosan），又称脱乙酰甲壳素，是由自然界广泛存在的几丁质（chitin）经过脱乙酰作用得到的，化学名称为聚葡萄糖胺[（1-4）-2-氨基-B-D葡萄糖，自1859年，法国人Rouget首先得到壳聚糖后，这种天然高分子的生物官能性和相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性等优良性能被各行各业广泛关注，在医药、食品、化工、化妆品、水处理、金属提取及回收、生化和生物医学工程等诸多领域的应用研究取得了重大进展。

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