甲壳素的成份和结构.doc

一、前言 甲殼質是經由幾丁質（chitin）水解後取得的多醣類天然聚合物，在自然界中含量僅次於纖維素；幾丁質為構造類似纖維素的直鏈狀高分子醣類聚合物，廣泛分佈在自然界中：如甲殼動物的外殼，節肢動物的外甲皮，軟體動物的外殼和內骨骼，還有真菌或酵母菌等微生物的細胞壁等，都有它的存在。一般蝦蟹殼裡約有三成左右的蛋白質、碳酸鈣和幾丁質，利用稀鹼來去除其蛋白質、稀酸來排除碳酸鈣後可以得到較純的幾丁質；再將幾丁質脫乙醯處理後就變成了幾丁胺醣。二、甲殼質的介紹（一）甲殼質的成份和結構 甲殼質是幾丁質和幾丁聚糖（幾丁胺醣）的合稱。幾丁質與幾丁聚醣是一種天然無毒性高分子，並且具有生物可分解性，它的構造類似纖維素，由1000-3000個N-乙葡萄糖胺（N -Acetyl 2- Amino -2 Deoxy -d -D =Glucose或n- Acetyl -d -Glucosamine）單體以B-1,4鍵所構成的直鏈狀高分子醣類。在自然界中幾丁質是地球上含量最豐富的胺基醣型式的多醣，含量僅次於纖維素；它主要存在於昆蟲類及水生甲殼類等無脊錐動物的外殼上，以及真菌類的細胞壁，它在生物體中所扮演的角色主要是用來作為身體骨架及保護作用。幾丁聚醣是幾丁質去乙基醯基產物，通常將幾丁質去乙醯基程度達70%以上即可變成可溶於酸性的幾丁胺糖產物。幾丁質與幾丁聚醣是由天然物質中所製取的生物高分子（biopolymer），與生物體細胞有良好的生物相容性（biocompatibility），不具有毒性且可以被生物體分解，具有生物活性，被視為最具有潛力的生物高分子。甲殼質之主要成分幾丁質與幾丁聚醣之簡介。幾丁質(Chitin)幾丁聚醣(Chitosan)化學式(C8H13NO5)n n=1000-3000 (C6H11NO4)n n=1000-3000 型 態無定形粉末無定形粉末溶解性不溶於水、稀酸、鹼、酒精與其他有機溶劑中，可溶於濃鹽酸、硫酸、甲酸、LiCl -NN Dimethylactamide不溶於水、鹼、酒精以及其他有機溶劑中，可溶於稀酸、Methanesulfonic acid結構圖ChitinChitosan（二）甲殼質的特性1.生物相容性，這使它適合於醫療相關的材料使用。2.生物再製性，這使它能夠被重製、重覆使用。3.生物分解性，這使它在使用後容易被生物分解，不會造成環境的負擔。4.生物活性，這使它不只適用於生物材料，更是一種機能性的材料。（三）甲殼質的應用甲殼質的作用非常繁多，應用範圍大致可分為以下幾類：1.原料資源的利用有淨化工業廢水、離子交換等功能。（1） 電解質復合體：利用離子化學上，吸附特定物質的作用，吸取污水中的物質，一方面過濾水，同時進行蛋白質的回收，此外，也被利用作為天然高分子凝聚劑。（2） 錯體：重金屬離子的回收和去除作用，放射性元素的去除作用，利用容易吸附於分子量大的重金屬的甲殼質聚糖之性質，嘗試讓它吸附鈾和鐪。（3） 離子交換：陽離子交換體，用以從蛋白質的混合物中，精製特定的蛋白質等等。（4） 制酸：做為製酸劑。2.醫療範圍的利用作為健康食品以及成人病的預防。（1） 免疫力強化：期望預防、治療細菌感染，以及製造治癌劑；在動物實驗中，甲殼質可以抑制癌細胞的生長，防止腫瘤細胞的轉移。但在人體中，甲殼質的效果未如預期般的神奇。（2） 抗血栓：製造抗血栓劑。（3） 阻止血液凝固：代用肝素，防止凝血，促進血液循環時利用。（4） 抗膽固醇：因甲殼素是一種帶正電荷的纖維素，可以抑制小腸對膽固醇的吸收，降低血液中膽固醇。3.農業範圍的利用甲殼質在農業方面的應用上，尚不普及，其應用及成果有下列幾種：（1） 抗菌作用：含甲殼質之溶液因帶有正電荷，會與植物細胞表面(通常帶負電)緊密結合，可以利用作為藥劑及其他小分子營養成份連結於植物上延長其效果(作為展著劑之功能)，並刺激葉孔細胞收縮，減低菌絲侵入途徑。也可吸咐於病菌表面抑制其繁殖，或與病菌表面鞭毛及套膜(通常亦帶負電)吸附凝集，抑制病菌繁殖。（2） 培養土壤微生物：刺激植物體產生自由酚化合(Freephenoliccompounds)及甲殼素脢,自然對病菌產生毒性或抑制菌絲發育，以提高生物本身防衛機能，並因甲殼質於土壤中分解後能促進放射線菌的增殖，產生自然拮抗作用，所以能排除絲狀菌，改良土壤內微生物之生態。（3） 增加農產量：甲殼質本身會產生凝集作用，對粘性土質能改其土壤團粒作用以促進通氣性、保水性及排水性，對作物的根部伸長，毛細根的發育有良好效果。（4） 避免農藥污染：由於甲殼質本身具有抗菌、抗黴菌、吸著力、保水力及增強免疫力等機能，當葉露溶液於葉面噴灑時，對黴菌、蚜蟲、蜘蛛等害蟲及病原菌都無法寄居於作物上，因此對農藥使用相對就可減少，並可保持土壤原有的活力。三、種子的生長發育（一）生長、分化與發育 生長（growth）、分化（differentiation）、與發育（development）這三個名詞，通常被用於描述植物在經歷生命週期時，不同型態的變化。發育是生長和分化的總稱，生長是一個相關於大小和質量的改變，可以一些不同的定量方式來進行估算；例如：細胞培養中的細胞生長，可用整體細胞數目（cell number）或鮮重（fresh weight）的增加來判斷其生長。但對較高大的植物，鮮重病不是一個可靠的判斷方式，雖然大部分的植物組織在正常環境下，約含有80的水分，但隨著植物所處環境的乾旱或潮濕，其含水量會有所改變，因而影響鮮重；因此，乾重（dry weight）較常用於測量直物體的生長。 乾重視一種計算原生質或乾燥物質重量的方式，但有時亦會造成生長估算的誤解，例如：一顆種子在黑暗中發芽成一顆實生苗，其總乾重比原來的種子乾重來得少，此處乾重的減少，主要是因為生長中的實生苗，在呼吸過程中消耗其種子內的炭源，並轉化成二氧化碳排放於空氣中。整個植物體的乾重變成負值。在這種情況之下，鮮重和實生苗的莖軸長，是較適合用於植物生長的測量。（二）種子發芽 當環境的狀況適當時，胚會重新恢復生長，種子便開始發芽了。種子在發芽過程中，吸水的浸潤作用（imbibition）是首要的步驟，主要是使原本乾燥的種子組織吸水恢復活性。 種子新陳代謝的活化，緊跟著水分的浸潤作用發生。啟動發芽的特殊生化作用，至今仍不清楚，不過在濕潤中的種子，呼吸作用的增加，是判斷發芽跡象的因素之一。緊接而來的將是（a）水解酵素的釋放、分解，並運移貯存的物質（b）胚軸上的細胞分裂，和細胞生長再次恢復。四、實驗目的及方法此實驗分成兩部分，第一部分測試種子發芽率；第二部分以無菌操作的技術，觀察蘿蔔種子發芽及幼苗生長的情形。（一） 種子發芽率的測試器具與材料濾紙、培養皿、甲殼質溶液、腐質酸（Humic acid；HA）、市購營養液（nutrient control solutions；NC）、市購發芽率為60的大波斯菊種子、及發芽率為65紫羅蘭種子 實驗方法 1.養液的製備：a. 甲殼質溶液調配成500、1000、1500、2000倍，EC值調成0.06、PH調到6.5，備用。b. NC液調配成200、500倍，EC值調成0.06、PH調到6.5，備用。c. HA液調配成1000倍，EC值調成0.06、PH調到6.5，備用。d. 另準備蒸餾水，作為對照組用。202.將濾紙鋪在培養皿中，每培養皿中放置20顆種子，依序加入a、b、c、d等，共八種溶液，重複兩次，放在22之室溫，每天觀察一次，記錄其發芽生長的情形。（二） 蘿蔔種子發芽及幼苗生長情形器具與材料試管、MS培養基、甲殼質溶液、70酒精、次氯酸鈉、市購蘿蔔種子實驗方法1.MS培養基的製作a. MS salt mixtcre(粉狀) 4.3(4.3g/l H2O)。b. 加入sucrose 1(10g/l H2O )。c. 將PH值調至5.5。d. 加入agar 0.8(8g/l H2O)。e. 加熱使agar溶解。f. 分裝到各試管後，放入高溫高壓滅菌腐(121、1.5atm、15-20分鐘)。g. 保存在4的低溫備用。2.消毒利用各種消毒法，經無菌操作之後，置於溫度控制在2021的培養箱內，觀察各處理的種子發芽、生長情形，重複20組試驗；消毒方法如下：（1）種子消毒法：a. 浸泡在無菌水2小時。b. 浸泡在70酒精3分鐘。c. 浸泡在次氯酸鈉3分鐘。d. 浸泡在甲殼質溶液200倍1小時。e. 浸泡在甲殼質溶液500倍1小時。f. 浸泡在甲殼質溶液1000倍1小時。（2）培養基消毒法：a. 培養基添加200倍甲殼質溶液。b. 培養基添加500倍甲殼質溶液。c. 培養基添加1000倍甲殼質溶液。五、結果與討論（一）種子發芽率的測試，經過三天的觀察結果如下：Table1.紫羅蘭各處理與生長發芽之記錄紫羅蘭處理法/發芽個數24hrs48hrs72hrs發芽率蒸餾水820287/10腐質酸217201/2NC 500625357/8NC 200329324/5甲殼質20002192613/20甲殼40甲殼質10004212727/40甲殼質5008232727/40Figur1.紫羅蘭各處理每天發芽個數Figur2.紫羅蘭各處理間發芽率之比較由figur1和figur2推測：（1）以甲殼質500倍溶液處理時，在24小時內，即可達到種子發芽的活性。（2）分別以營養液500倍和200倍、以及甲殼質溶液1500處理時，發芽率達80，為發芽情況最好者。（3）從figur2觀察種子發芽率的情形，無法明顯的判斷出哪一種濃度的甲殼質對紫羅蘭有較高的發芽率，可能是因為重複試驗作的不夠，也可能是實驗的操作技術上的疏失。Table2. 大波斯菊各處理與生長發芽之記錄大波斯菊處理法/發芽個數24hrs48hrs72hrs發芽率蒸餾水13283333/40腐質酸21313417/20NC 5001530369/10NC 20015283819/20甲殼質20001929369/10甲殼質150011293131/40甲殼質100020323417/20甲殼質5001021303/4Figur3.大波斯菊各處理每天發芽個數Figur4.大波斯菊各處理間發芽率之比較由figur3和figur4推測：（1）每一處理對大波斯菊都有很高的發芽率。 （2）無法判斷出哪一處理對種子發芽率有明顯的效能，這可能跟種子品種，當時的季節，和有操作技術等等有關係。（二）蘿蔔種子發芽及幼苗生長情形Table3：各項處理間的比較H2O/2hr/MS70alcohol/3min/MS10NaClO2/15min0.025/chitosan/2hr0.01/chitosan/2hr0.005/chitosan/2hr0.025 /chitosan/CM0.01/chitosan/CM0.005/chitosan/CM生長率16/1915/2017/2017/1920/2017/1916/2016/2013/19發霉率16/19 1/4 1/414/190 18/19 1/20 2/10 5/19Figur5：由table3和figur5觀察出（1）以500倍甲殼質水溶液、消毒種子2小時為處理的一組，發芽率最高，全部發芽，且沒有發霉的情形發生。 （2）以蒸餾水作處理，所有發芽的種子全數都有發霉的情形。 （3）推測若以500倍甲殼質水溶液、消毒種子2小時，可以獲得最高的發芽率，同時避免種子遭到污染而發霉。Table4：處理方式H2O/2hr/MS70alcohol/3min/MS10NaClO2/15min0.025/chitosan/2hr0.01/chitosan/2hr0.005/chitosan/2hr0.025 /chitosan/CM0.01/chitosan/CM0.005/chitosan/CM鮮重1.2472.9583.3032.7634.7640.8731.1990.9450.873乾重0.1730.1700.1850.1800.2240.1320.1510.1370.132鮮乾比7.208117.451317.854115.350021.26796.60367.94046.89786.6136Figur6：Figur7：由table4、figur6、figur7觀察出： 以500倍甲殼質水溶液、消毒種子2小時，可以得到最高的乾鮮比，所以推測用此處理者，可以使蘿蔔幼苗達到最佳的生長情況。六、參考文獻：1.李錦楓,李坤海,蝦殼蟹傳奇,元氣齋出版社有限公司,19992.健康圖書館編輯部,甲殼質聚糖健康法,大展出版社有限公司,19963.William G. Hopkins, Introduction to Plant Physiology,John W