甲殼素及其衍生物在畜牧業(yè)生產(chǎn)中的應用

文│劉國利（山東省濱州市高新區(qū)小營街道辦事處）

甲殼素又稱幾丁質(zhì)、甲殼質(zhì)，廣泛分布于昆蟲、甲殼綱動物的外殼及真菌、酵母菌等微生物細胞壁中，具有保護及支持生物體的作用，是自然界中產(chǎn)量僅次于纖維素的天然多糖。甲殼素的衍生物是指脫乙酰程度不同而成的不同分子量的殼聚糖，又稱幾丁聚糖。殼聚糖存在于某些生物體內(nèi)，特別是真菌的細胞壁上，這類多糖既可生物合成，又可生物降解，與動物的器官組織及細胞有良好的生物相容性，無毒，降解過程中產(chǎn)生的低分子寡聚糖在體內(nèi)不積累，幾乎沒有免疫原性。

一、甲殼素及其衍生物的特性

甲殼素的分子量在100萬以上，是惟一含氨基（－NH2）的均態(tài)多糖，是纖維素第二位上的羥基被酰胺基置換的產(chǎn)物。甲殼素存在α、β、γ三種晶型，α型最豐富，最穩(wěn)定，不易分解，不易熔化，也不溶于水、乙醇、乙醚、稀酸（但能溶于醋酸）、稀堿，可溶于無機酸，但同時主鏈發(fā)生降解。甲殼素與濃堿反應生成殼聚糖。甲殼素是白色或灰白色、半透明、片狀固體，其不溶性限制了應用范圍，所以大多加工成殼聚糖使用。

殼聚糖是由甲殼素經(jīng)濃堿水解脫乙?；笊傻漠a(chǎn)物，脫乙酰程度多為65%～99%，一般以70%～80%最常見。它是白色或灰白色、略有珍珠光澤、半透明、片狀固體，不溶于水和堿溶液，可溶于稀有機酸及部分無機酸，如鹽酸等，但不溶于冷的稀硫酸、稀硝酸、稀磷酸、草酸。殼聚糖溶液不能配制得太濃，對于中等黏度的殼聚糖也只能配制成濃度小于5%的溶液，濃度太大時會轉(zhuǎn)化為膠體甚至形成溶脹物。由于殼聚糖具有縮醛結(jié)構(gòu)，在酸性溶液中將發(fā)生降解，溶液黏度也隨之下降，加入乙醇、甲醇、丙酮等，可延緩殼聚糖溶液黏度降低，以乙醇的作用最明顯。殼聚糖甲酸溶液比殼聚糖乙酸溶液穩(wěn)定?？寡趸瘎┚S生素C對殼聚糖具有明顯的促進降解作用。

二、甲殼素及其衍生物的作用機理

1.調(diào)節(jié)脂肪代謝。殼聚糖能有效降解膽固醇和甘油三酯，促進這些物質(zhì)排出體外。關(guān)于殼聚糖降脂作用的原理，目前尚無定論。日本小林隆明認為：殼聚糖在胃中能與胃酸作用形成凝膠，在腸內(nèi)pH條件下可以保持該凝膠不分解，且具有吸附膽汁酸和膽固醇的作用。吸附了膽汁酸和膽固醇的殼聚糖凝膠隨糞便排出體外，減少了脂肪的吸收，降低了血中血清總膽固醇和甘油三酯的水平。戚曉紅（2001）等的試驗則證明：殼聚糖能明顯降低試驗性脂肪肝大鼠肝臟中TC和TG含量，改善肝臟的功能，其機制可能是殼聚糖破壞膽固醇在膽鹽作用下形成的緊密結(jié)合微膠粒，阻止膽固醇進入腸黏膜細胞，降低了膽固醇的吸收，以及殼聚糖具有黏滯性，可通過延緩胃排空而減少脂肪的吸收。

2.抗微生物活性。殼聚糖有較強的抑制細菌、霉菌的作用。殼聚糖分子所帶的正電荷及其聚合分子結(jié)構(gòu)可與病原菌表面的鞭毛及套膜吸附凝集，抑制病原菌繁殖，同時促進腸道有益菌如雙歧桿菌、乳酸菌等的增殖，改進小腸代謝功能。

3.免疫增強作用。殼聚糖的非特異免疫機理在于激活巨噬細胞，誘發(fā)延發(fā)性超反應和產(chǎn)生循環(huán)抗體，誘發(fā)殺傷性T細胞，激活NK細胞及誘發(fā)細胞因子，同時還能抑制腫瘤細胞生長，所以改性殼聚糖可作為一種免疫增強劑，用于口蹄疫疫苗或其他疫苗。殼聚糖的氨基對各種蛋白質(zhì)的親和力非常高，可作為酶、抗原、抗體等生理活性物質(zhì)的載體。試驗研究還表明，殼聚糖經(jīng)化學改性后制備的微球吸附抗原對動物機體安全可靠，既具有緩釋作用，又具有生物可降解作用。

殼聚糖免疫活性機理現(xiàn)在多被認為：一是殼聚糖為陽性趨化劑，吸收單核細胞從血管中游出，聚集在組織中，形成巨噬細胞；二是殼聚糖直接刺激局部組織，促進細胞增生繼而演變?yōu)榫奘杉毎?；三是殼聚糖可吸附H＋，從而帶有大量的-NH3+，使其親和性增強，可以活化巨噬細胞，還可活化殺傷性T淋巴細胞，促使其釋放出各種淋巴因子。

4.調(diào)節(jié)pH值。甲殼素、殼聚糖可吸附H＋，也可結(jié)合相當數(shù)量的酸性物質(zhì)，可抑制、中和胃酸分泌，保護胃黏膜，甲殼素、殼聚糖對H＋吸附，使體液pH傾向堿性，對改善機體內(nèi)環(huán)境有益。

三、甲殼素及其衍生物的生產(chǎn)方法

制備甲殼素的主要原料，是水產(chǎn)加工廠廢棄的蝦殼和蟹殼。它們的成分中無機鹽（主要是碳酸和磷酸的鈣鹽）約占45%，粗蛋白和脂肪約占27%，甲殼素約占20%。

1.甲殼素及其衍生物的制備。將蝦、蟹殼洗凈干燥后，以5%稀鹽酸于室溫浸泡2小時，除去原料中的碳酸鈣，然后過濾、水洗至中性，再置于10%的氫氧化鈉溶液中煮沸2小時脫蛋白質(zhì)，然后再過濾、水洗至中性，干燥即得甲殼素。

2.殼聚糖的制備。將甲殼素置于45%～50%氫氧化鈉溶液中，在100～110℃水解4小時，或置于40%氫氧化鈉溶液中于（84±1）℃的烘箱中保溫17小時，然后過濾、水洗至中性，干燥即得殼聚糖。為加快脫乙?；磻俣?，可進行間斷性水洗。

3.殼聚糖的脫酰度測定。甲殼素脫乙酰基的程度，也就是殼聚糖中自由氨基的含量，直接影響到它在稀酸中的溶解度、黏度、離子交換能力、絮凝性能和與氨基有關(guān)的化學反應能力，也是產(chǎn)品質(zhì)量的主要標志之一。測定的方法很多，如酸堿滴定法、苦味酸法、膠體滴定法、銀量滴定法、電位滴定法等，這里只介紹最簡單的測定方法—酸堿滴定法，該法不需特殊的儀器且重復性好。具體方法如下：準確稱取約0.5克殼聚糖樣品放入20毫升錐形瓶中（帶塞），加入30毫升0.1摩爾/升鹽酸標準液，不停地緩緩搖動，待殼聚糖完全溶解后加兩滴甲基橙，用0.1摩爾/升氫氧化鈉標準液滴定，記下氫氧化鈉的用量，根據(jù)反應前后鹽酸標準液濃度的改變，即可算出樣品的脫乙?；潭?。

四、甲殼素及其衍生物在養(yǎng)殖業(yè)中的應用

1.在養(yǎng)雞業(yè)中的應用研究。印度人發(fā)現(xiàn)甲殼素能促進焙烤用小雞的生長。將0.5%的甲殼素飼料混入家禽飼料中喂養(yǎng)家禽，不但可減少飼料消耗，而且比不加甲殼素飼料喂養(yǎng)的家禽增重12%。美國學者研究表明，小雞吃含有干乳清加甲殼素的飼料比吃不加甲殼素的飼料增重明顯。日本人發(fā)現(xiàn)，殼聚糖可被小雞和牛消化；母雞連續(xù)1周吃含10%磷蝦殼的飼料后，產(chǎn)蛋率比前周高8.8%。王述柏、張麗英等（1998）報道，肉雞日糧中添加2%的殼聚糖，試驗組第20天（40日齡）、30天（50日齡）時血清膽固醇含量分別比對照組低15.22毫升/分升和43.06毫升/分升，與對照組相比，前者差異顯著（p＜0.05%），后者差異極顯著（p＜0.01%）；同時，腿肌、胸肌膽固醇含量分別比對照組降低了5.08%和4.96%。張麗英等（1998）試驗在蛋雞基礎日糧中添加4%殼聚糖，結(jié)果表明血清膽固醇含量極顯著低于對照組（p＜0.01%），比對照組降低22.17毫升/分升，蛋黃中膽固醇含量比對照組降低9.13%。

2.在養(yǎng)豬業(yè)中的應用研究。顧振權(quán)、宋錦昌（1991、1992）在稀土甲殼素對生長肉豬的效應研究中表明，在基礎飼料一致的情況下添加稀土甲殼素0.2%、0.3%、0.5和1.0%，試驗組日增重比對照組提高5.35%～10.17%，可節(jié)省飼料3%～14.37%，其中以添加0.5%為佳。

3.在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中的應用研究。楊清友所做殼聚糖對羅氏沼蝦苗抗菌作用試驗表明：5×10-6～100×10-6殼聚糖即可達到抑菌（氣單胞菌）效果。胡品虎、梁雙林（1994）報道，在飼料中添加1.5%的稀土甲殼素喂僵鰻，8天后僵鰻活動能力明顯增加，20天后體色好轉(zhuǎn)，待復蘇后繼續(xù)添加，其日增長率與正常鰻基本相似。

五、甲殼素及其衍生物的研究趨勢及展望

甲殼素在水中及有機溶劑中不溶，殼聚糖只溶于稀酸中，其應用范圍曾受到限制，但在它們的結(jié)構(gòu)中除了含有羥基外，還有活潑的氨基，易于化學改性，所以可通過引入多功能基團來拓寬其應用。當前的研究通過對分子內(nèi)羥基、氨基進行化學修飾，引入各種功能團，改善甲殼素、殼聚糖物化性質(zhì)，以產(chǎn)生新的不同的功效。

甲殼素、殼聚糖作為飼料添加劑的研究才剛剛開始，還有許多問題需要進一步探討，如對其在畜禽體內(nèi)的代謝過程和作用機理需進一步系統(tǒng)地研究；對動物不同來源或不同分子量的甲殼素、殼聚糖及殼聚糖脫乙酰程度的利用情況需深入探索；對殼聚糖的最適添加比例及經(jīng)濟效益等需進一步研究探討。中國具有豐富的甲殼素資源，有巨大的甲殼素、殼聚糖產(chǎn)品市場，加強甲殼素、殼聚糖產(chǎn)品的開發(fā)與研究，充分利用自然資源，必將帶動甲殼素、殼聚糖產(chǎn)品應用和產(chǎn)業(yè)開發(fā)。