第七章 甲壳素与壳聚糖.ppt

第二章甲壳素与壳聚糖 第一节甲壳素的来源与功能 1甲壳素的由来 1811年 法国学者布拉克诺 Braconno 首次从蘑菇中发现甲壳质 命名为Fungine 蕈素 1823年 法国科学家奥吉尔 Odier 从昆虫外壳中发现甲壳质 命名为几丁质 Chitin 1859年 法国人C Rouget将甲壳素浸泡在浓KOH溶液中煮沸一段时间 取出洗净后发现可溶于有机酸中 1894年 F Hoppe Seiler确认这种物质是脱掉了部分乙酰基的甲壳素 把它命名为Chitosan 中国古代医著 神农本草 本草纲目 千金药食治 等都有关于螃蟹壳 甲鱼壳 蝉蛹壳 比目鱼软骨入药治病的记载 甲壳素广泛存在于甲壳动物虾 蟹 昆虫的外壳 而且蘑菇 木耳 藻类 贝类 软体动物 如鱿鱼 乌贼 的软骨和表皮 节肢动物 昆虫 以及真菌类的细胞壁中 也存在着甲壳素 甲壳素的来源 2甲壳素的主要生理功效 人体正常PH值为7 35 7 45 PH值高于7 45或者低于7 35 人体就要发生病变 现代医学研究证明 对人类健康威胁最大的高血压 糖尿病 心脑血管疾病 肿瘤等 都与体液的酸化有关 一 调节体液PH值 改变酸性体质 甲壳素的调节机理 甲壳素是唯一带有阳离子碱性基团 NH2 的人体可吸收的动物纤维素 是一种生物碱 能吸附酸性物质 且性质稳定 能够在体液中慢性起效 因此能够改善酸性体质 二 调节免疫 甲壳素能活化巨噬细胞 增强NK细胞 LAK细胞的活性 寡糖可促进白细胞介素 的产生和白细胞介素 的诱导生成 因此甲壳素有提高机体免疫功能的作用 三 调节胃肠道 3 减少溃疡面出血 甲壳素亲和组织 又刺激血小板在创面聚集起到止血作用 4 保持大便通畅 甲壳素吸咐肠内容物膨胀 刺激肠壁 肠管蠕动 排便 5 维持肠道菌群平衡 抑制有害菌 促进有益菌生长 保持双歧杆菌的优势 6 预防结石生成 降低胆固醇 减少二次胆汁酸 使胆结石的形成机会减少 1 中和胃酸 保护修复胃粘膜 甲壳素呈碱性 与胃液中的胃酸作用 能达到中和胃酸的效果 同时甲壳素在胃粘膜表面可形成一层薄膜 使溃疡面不受炎症 酸碱和物理性刺激 促进肉芽组织生长 有利病变的修复 2 防止恶性溃疡癌变 由于甲壳素中和胃酸 促进新生肉芽生长促进自愈 尤其是甲壳素能提高机体体液免疫和细胞免疫 因此能防癌 四 调节血压 甲壳素分子中带有正电荷的 NH3 和血液中的CL 结合 排出体外 血压 CL 抑制使动脉血管扩张的激肽 血压增高 活化血管紧张素原转化酶 血管紧张素原转化成血管紧张素 血管紧张素 中小动脉收缩 血压收缩肾素分泌 血压收缩 五 调节血脂 1 抑制食物中胆固醇的吸收 2 甲壳素能抑制胰脂肪酶对脂肪的分解 从而抑制了脂肪的吸收 3 促使胆固醇转化成胆汁酸4 带正电荷 纤维性 吸附 冲刷血管壁上的脂肪沉积物 降脂 改善动脉硬化 5 甲壳素降低了低密度脂蛋白 提高了高密度脂蛋白 前者是恶性脂蛋白 后者为良性脂蛋白 六 调节血糖 调节体液PH值 使胰岛素活性增强 活化修复损伤的胰岛细胞 提高靶组织胰岛素受体的活性 减少糖分的吸收 改善并发症 七 抑制肿瘤 1 甲壳素能抑制毒性激素对身体的损伤作用 2 抑制癌细胞生长 甲壳素能抑制糖酵解 使癌细胞缺乏能量供应 导致癌细胞死亡 3 抵制癌细胞转移 甲壳素能优先于血管壁上的 接着分子 结合 使癌细胞失去结合的机会 从而抑制癌细胞的转移 4 减轻放化疗的副作用 5 与某些抗癌药配伍 可产生协同作用 八 强化肝脏功能 1 甲壳素与干扰素并用 促进肝炎病毒抗体产生 2 甲壳素 醛脱氢酶活性 由乙醇转化来的乙醛迅速转化为乙酸 后者再分解为CO2与H20 缓解乙醇对肝的损伤 防止酒精性肝损伤 3 活化肝细胞 增加解毒功能 降低血脂 预防脂肪肝和肝硬化 甲壳素造福人类健康的瑰宝 第二节甲壳素的结构与分离 一 甲壳素的结构 甲壳素的化学名称为 1 4 2 乙酰氨基 2 脱氧 D 葡萄糖 是线型多糖类聚合物 简称为N 乙酰 D 葡糖胺 甲壳素 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 肌肉与骨结合处 以及低等植物中均发现有甲壳素的存在 甲壳素 chitin 与壳聚糖 chitosan 是一种天然无毒性高分子 并且具有生物可分解性 它的构造类似纤维素 由1000 3000个N 乙葡萄糖胺 N Acetyl2 Amino 2Deoxy d D Glucose或n Acetyl d Glucosamine 单体以B 1 4键所构成的直链状高分子醣类 不具有毒性且可以被生物体分解 具有生物活性 被视为最具有潜力的生物高分子 在自然界中几丁质是地球上含量最丰富的胺基醣型式的多醣 含量仅次于纤维素 它主要存在于昆虫类及水生甲壳类等无脊锥动物的外壳上 以及真菌类的细胞壁 它在生物体中所扮演的角色主要是用来作为身体骨架及保护作用 虾 螃蟹 壳里各有三成左右的蛋白质 碳酸钙和几丁质 chitin 用稀碱去除其蛋白质 再用稀酸来排除碳酸钙 就能得到较纯的几丁质 chitin 再将几丁质 chitin 处理就变成了几丁聚醣 chitosan 甲壳素普遍存在于植物中的低等藻类 菇类和真菌的细胞壁 以及动物中的昆虫 甲壳类外层表皮 其中以虾蟹外壳为几丁质最常见之来源 根据文献报导 全球虾蟹壳年产量近2 000万吨 贝类 蚵类年产几丁质139万吨 发酵副产品中的丝状菌类年产几丁质79万吨 几丁质可谓取之不尽 用之不竭 二 甲壳素的功效 强化免疫力 甲壳素能提高身体的免疫机能 加强免疫细胞的增殖 因此有强化免疫力的功效 日本发表的动物实验证实 甲壳素的免疫强化作用有助于减少肿瘤细胞的伤害 及促进肝脏受损细胞的新生与正常化 无毒性抗癌效果 甲壳素的抗癌效果已由日本东北药科大学确认 且其抗癌效果适合生物体而无毒性反应出现 北海道大学的研究小组也发现 甲壳素有抑制恶性肿瘤细胞扩散及移转的效果 降低胆固醇 甲壳素在体内以带正电的阳离子形态出现 可与胆酸和胆盐结合 因而抑制小肠对胆固醇的吸收 不但会减少胆固醇在肝脏的堆积量 也可降低恶性胆固醇 LDL 的浓度 提高良性胆固醇 HDL 的含量 因此对于预防动脉硬化及心血管疾病有很好的效果 改善消化机能 甲壳素可促进肠内有益菌丛的繁殖 抑制有害菌丛的滋生 及减少大肠菌生长的机会 因此可以达到健胃整肠的功效 抑制过量摄取食盐而导致的高血压 甲壳素的成份几丁质与几丁聚醣是不会被人体吸收的一种高分子聚合物 日本水产厅主导的一项研究结果显示 添加在食品中的甲壳素会被人体由于离子吸附作用而使食盐附着其上 因此保留了食品原来的风味 但又不致使食盐被人体过度吸收 所以欲控制血压的人吃了含有添加甲壳素的食品 就不会有摄取过量食盐的困扰了 减少体内重金属的积蓄 重金属在体内蓄积会造成神经性病变 器官功能失调等后遗症 甲壳素可以吸附铜 镉 锌 铀等重金属 并排出体外 在环境污染日益严重的今天 甲壳素有助于体内废物的排除 而确保人体生理机能的正常运作 甲壳素的减肥作用 甲壳素的减肥作用 是指其本身所带的正负电离子与食物中带负电的脂肪自动附着结合 阻断脂肪分解酵素的做用 使得脂肪在肠内不被吸收而直接排出体外 甲壳素会与脂肪结合排出体外 但是不会和重要营养素的蛋白质结合 所以不会对人体造成危害 具备能让想减肥的人安心使用 又不影响养份吸收的效用 甲壳素不同于一般减肥食品的抑制食欲 或使人造成腹泻来达成减肥效果 更甚者对于消化道还有改善代谢机能的功效 三 甲壳素的开发应用前景 甲壳素中的主要成分几丁质与几丁聚醣是由天然物质所制取的生物高分子 与天物体细胞有良好的生物兼容性 biocompatibility 不具毒性且可以被生物体分解 具有生物活性 因此广泛地应用在医药食品等方面 甲壳素的主要应用方向有 1 机能食品2 医药用品3 食品加工4 纺织品5 环保用品 1 机能食品 前几丁聚醣在机能性食品上的应用最受到瞩目 具多项生理调节机能 包括无毒性的抗癌效果 改善消化吸收机能 降低脂肪及胆固醇摄取 降低高血压 强化免疫力等 通常造成高血压及心脏病的原因是脂肪 盐分的过量摄取 这也是目前的主要病因 而几丁质和几丁聚醣具有很好的调节血压能力 它带有正电荷的纤维分子 可以吸收带有负电性的脂肪酸 胆固醇 食盐的氯离子等 因而具有调节血压的作用 在临床医学上已有许多实例 几丁聚醣在市面上最热门的用途是体重调节 经过医学证实 在餐前服用几丁聚醣可以在胃中吸收食物中的脂肪球 避免过量脂肪吸收 通常几丁聚醣可吸收五倍的脂肪酸 已被广泛应用于瘦身健康食品上 2 医药用品 甲壳素除了前面所提到的具有生物活性外 同时具有抑菌性 因此十分适合拿来当做医药用的无菌敷材 甲壳素另外还具有缓释性 利用几丁聚醣及其它成胶物质形成一错合物 可包埋药物或其它以达到控制物质释出之特性 以使药物于适当的时间释放适当的剂量 另外 甲壳素在医药方面的用途还有血液凝固阻抗剂 促创伤愈合等功效 3 食品加工 甲壳素具抗菌性 因此在食品加工上可用为食物防腐用 避免使用人工合成的防腐性 是较健康的食物保存剂 甲壳素还可以促进肠内有益细菌增殖 因此可用于乳制品 病人用食品之添加 增进人体抵抗力 甲壳素还可以做为乳化剂 吸着剂 食品加工脱酸剂 保湿剂 等等均为其在食品加工上常见的应用 4 纺织品 甲壳素具强大的抗菌能力 故可利用抽丝技术制成抗菌防臭纤维与织品 5 环保用品 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 因此为一良好的水处理材料 四 从蟹壳中提取甲壳素的生产工艺 洗净蟹壳 用5 6 的HCl在室温20 下浸泡24小时 不断搅拌以充分除去钙质 得沉淀物 沉淀物水洗3次 清洗后的沉淀物用3 4 NaOH煮沸4 6小时以除去蛋白质 得沉淀物 将沉淀物水洗3次 清洗后的沉淀物用0 5 的高锰酸钾处理1小时 得沉淀物 沉淀用1 的硝酸在60 70 下浸泡30 40分钟 得白色产品 水洗 干燥 得甲壳质工业品 甲壳质的收率为蟹壳的15 虾壳的20 五 方法 方法一方法二方法三 方法一 洗净蟹壳 用5 6 的HCl在室温20 下浸泡24小时 不断搅拌以充分除去钙质 得沉淀物 沉淀物水洗3次 清洗后的沉淀物用3 4 NaOH煮沸4 6小时以除去蛋白质 得沉淀物 将沉淀物水洗3次 清洗后的沉淀物用0 5 的高锰酸钾处理1小时 得沉淀物 沉淀用1 的硝酸在60 70 下浸泡30 40分钟 得白色产品 水洗 干燥 得甲壳质工业品 甲壳质的收率为蟹壳的15 虾壳的20 方法二 称取蟹壳20g 在室温下浸泡于1 0mol L的盐酸中24小时 不断搅拌以充分除去钙质 得沉淀物 沉淀物用水洗涤至中性 在室温下浸泡于2 5mol L的氢