殼聚糖的提取及應(yīng)用研究

申熙耀，梅增霞，李建慶

（濱州學(xué)院生物與環(huán)境工程學(xué)院/山東省黃河三角洲環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濱州 256603）

殼聚糖（chitosan，CTS）是由甲殼素（chitin）脫乙酰處理后得到的產(chǎn)物——脫乙?；讱に兀羌讱に刈钪匾难苌?，在醫(yī)藥、化工、農(nóng)業(yè)、紡織、環(huán)保等領(lǐng)域得到了較為廣泛應(yīng)用。目前殼聚糖的生產(chǎn)原料主要為蝦蟹殼，但蝦蟹殼中甲殼素含量少、且礦物質(zhì)含量較高，致使其提取成本升高。甲殼素廣泛存在于生物體中，如何提取和制備優(yōu)良的殼聚糖成為一項(xiàng)重要的研究?jī)?nèi)容，本文對(duì)殼聚糖的提取及其在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了闡述，以期對(duì)殼聚糖開發(fā)應(yīng)用提供參考。

1 殼聚糖的概況

殼聚糖是甲殼素脫去分子中的乙?；蟮漠a(chǎn)物，溶解性能較甲殼素高，是無(wú)分支的鏈狀高分子化合物。殼聚糖的結(jié)構(gòu)與纖維素相類似。殼聚糖是天然多糖中唯一存在大量的堿性氨基的多糖，有α、β和γ 3種構(gòu)象，微結(jié)晶性粉末，能溶于部分有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸[1]。殼聚糖具有很強(qiáng)的的吸濕性，較高的黏度，并且具有優(yōu)良的成膜性和組織相容性[2]。

傳統(tǒng)的殼聚糖提取過(guò)程會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，所以近年來(lái)不斷有研究者在優(yōu)化提取工藝。采用蛋白酶降解法，可從螃蟹殼中制得食品級(jí)甲殼素，發(fā)酵法制備甲殼素，用離子強(qiáng)度線性梯度洗脫準(zhǔn)備殼聚糖[3-8]。

2 殼聚糖的來(lái)源

目前工業(yè)上甲殼素、殼聚糖的生產(chǎn)原料主要是蝦蟹殼，昆蟲體內(nèi)甲殼素含量也較高，主要分布于體壁部分，不同的昆蟲和不同蟲態(tài)甲殼素的含量不同[9,10]。王敦等從金龜子、臭蜣螂中提取出了殼聚糖并優(yōu)化了提取工藝[6,7]。

微生物中也富含殼聚糖，可通過(guò)微波法、酸堿法和堿法提取從菌絲體中提取殼聚糖[11,12]，陳勉等從菌絲體中提取了殼聚糖[8]。楊迺嘉等從桑白皮中葉分離出了殼聚糖[13]。

3 殼聚糖的提取方法

3.1 濃堿熱解法

工業(yè)上，一般采用高溫濃堿熱解法提取殼聚糖[14]，高溫高濃度堿脫乙酰，此法制備的聚糖性質(zhì)不穩(wěn)定，且提取成本高，污染環(huán)境[15]。

3.2 酶法

采用甲殼素脫乙酰酶水解甲殼素中的乙酰基，可以制得高品質(zhì)的殼聚糖，還解決了高濃度堿液污染環(huán)境的問(wèn)題。但從蝦蟹殼中提取殼聚糖的方法仍存在著一些明顯的缺點(diǎn)：受季節(jié)影響嚴(yán)重，原料來(lái)源不穩(wěn)，品質(zhì)不同，造成成品質(zhì)量難以得到保證，且蝦蟹殼中礦物質(zhì)含量較高。

3.3 發(fā)酵法

發(fā)酵法從蝦蟹殼中提取殼聚糖和甲殼素的主要原理是利用菌絲體發(fā)酵產(chǎn)生的蛋白酶消耗蛋白質(zhì)，以及發(fā)酵過(guò)程中微生物產(chǎn)生的酸消耗無(wú)機(jī)物，從而提取殼聚糖和甲殼素。Sini等提出使用芽孢桿菌發(fā)酵產(chǎn)生的蛋白酶和酸降解蝦殼中的蛋白質(zhì)和無(wú)機(jī)物。Jung等首次采用連續(xù)發(fā)酵法從蟹殼中提取甲殼素。

3.4 真菌法

米根霉是一種藥和酒曲中的霉菌，細(xì)胞壁含有天然殼聚糖，經(jīng)發(fā)酵，無(wú)需脫乙酰，直接提取殼聚糖，可以減少對(duì)環(huán)境污染。

利用毛霉絲狀真菌細(xì)胞內(nèi)的甲殼素合成酶和脫乙酰酶，經(jīng)自身催化，把毛霉菌絲內(nèi)的甲殼素轉(zhuǎn)變成殼聚糖，直接從其菌絲體提取殼聚糖。毛霉殼聚糖產(chǎn)量可占細(xì)胞干重的8%。

4 殼聚糖的應(yīng)用

4.1 果蔬保鮮

經(jīng)殼聚糖溶液處理后的果蔬，表面可形成一層透明薄膜，抑制果蔬與大氣之間的氣體交換，在一定程度上能夠有效減緩果蔬老化，減少腐爛變質(zhì)，能夠較長(zhǎng)時(shí)間保持果蔬的品質(zhì)[16]。

4.2 抑菌作用

殼聚糖具有較為高的抗菌活性，能夠較為有效地抑制細(xì)菌和真菌的生長(zhǎng)與繁殖，和一般的抑制劑對(duì)比，它具有抑菌活性高、廣譜、殺滅率高等優(yōu)點(diǎn)，并且殼聚糖的分子量大小對(duì)抑菌性有較大的影響[17]。

4.3 保健免疫作用

隨著對(duì)殼聚糖研究的深入，人們開始注意到殼聚糖的營(yíng)養(yǎng)保健功能。殼聚糖具有提升免疫力、改善消化機(jī)能、降低膽固醇、調(diào)節(jié)人體酸堿平衡、吸附和排出體內(nèi)有害重金屬、減肥等多種保健功能[18]。殼聚糖被認(rèn)為是繼維他命丸、卵磷脂以及螺旋藻之后的第二代保健食品。

殼聚糖具有明顯的降血脂、降血糖和增強(qiáng)免疫的作用，能夠在體內(nèi)阻礙膽固醇的吸收、且能夠和膽汁酸結(jié)合，并將其排除體外，還可以阻礙脂類物質(zhì)的吸收，達(dá)到降低血脂的作用[19]。

4.4 醫(yī)療材料

殼聚糖與磷酸鈣復(fù)合物可作為骨骼的代替物，可用做修補(bǔ)損壞的牙齒及其填充材料。殼聚糖衍生物與聚酯的復(fù)合材料可用做人造血管，以甲殼素為原材料制成的人工皮膚，具有優(yōu)良的組織相溶性，可以加速創(chuàng)面的愈合，并且具有消炎、止痛、促進(jìn)皮膚新生的功效[20]。

4.5 食品包裝

殼聚糖對(duì)細(xì)菌和真菌具有一定的抑制作用，且殼聚糖良好的成膜性對(duì)氣味及食品風(fēng)味有較好的阻隔作用，殼聚糖的這些性質(zhì)使其在食品涂膜及包裝方面非常適合。

4.6 環(huán)保治污

殼聚糖對(duì)許多金屬離子具有螯合吸附的作用，其分子中的氨基和羥基能與許多金屬離子（如Cu2+、Ca2+、Ag+等）形成穩(wěn)定的鰲合物。殼聚糖可以用于各種含有金屬離子污水的治理，并可用于金屬離子的分離，應(yīng)用于濕法冶金。

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