新型殼聚糖衍生物的生物活性研究

付佳玉，鐘志梅(.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 0008；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)土壤質(zhì)量與養(yǎng)分資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 0008)

0 引言

殼聚糖是由甲殼素經(jīng)過(guò)脫乙酰得到的高分子化合物，其具有抗氧化、抑菌、降脂、抗心律失常、調(diào)節(jié)免疫、抗凝血等生物活性，盡管殼聚糖具有上述較好生物活性，但是其溶解性差，部分生物活性不高，為提高其生物活性，研究者進(jìn)行了衍生化研究。一些殼聚糖經(jīng)過(guò)化學(xué)修飾后得到的衍生物在保留殼聚糖本身生物活性外，又得到改良。如當(dāng)殼聚糖?；瘯r(shí)，其與有機(jī)酸及其衍生物反應(yīng)，在分子鏈中導(dǎo)入芳香族酰基或脂肪族酰基，其抗碎強(qiáng)度、水溶性、生物相容性都有所增強(qiáng)[1]。當(dāng)殼聚糖烷基化時(shí)，殼聚糖的氨基所帶電子與高級(jí)脂肪醛、鹵代烷等反應(yīng)制備成衍生物，改性后其分子量增大氫鍵削弱、溶解性增強(qiáng)。當(dāng)殼聚糖酯化改性時(shí)，其與含氧酸發(fā)生席佛堿反應(yīng)，在殼聚糖上引入羥基后，其抗菌能力、吸附能力以及溶解性都有所提高[2]?？傊?，殼聚糖及其衍生物具有抑菌、抗氧化、降脂、抗心律失常、調(diào)節(jié)免疫、抗凝血等生物活性，且其本身無(wú)毒又易與機(jī)體反應(yīng)，這些優(yōu)點(diǎn)使殼聚糖及其衍生物能廣泛的應(yīng)用于醫(yī)療、化妝品、食品、農(nóng)業(yè)等方面。

1 殼聚糖及其衍生物的應(yīng)用

殼聚糖及其衍生物中含有大量的氨基可以抗氧化、抑菌、降脂、抗心律失常、調(diào)節(jié)免疫、抗凝血等，這使其可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、化妝品、食品、農(nóng)業(yè)等方面。

1.1 殼聚糖及其衍生物的醫(yī)療應(yīng)用

多年來(lái)，經(jīng)多種實(shí)驗(yàn)證明殼聚糖及其部分衍生物無(wú)毒，且易與機(jī)體反應(yīng)，容易被人體吸收利用，而其本身又具有降脂、抗心律失常、調(diào)節(jié)免疫、抗凝血等生物活性，可以治療多種疾病包括治療腦血栓、脂肪肝、心肌缺血、制作抗癌藥物等，因此被廣泛運(yùn)用于醫(yī)療中。

1.1.1 殼聚糖及其衍生物的降脂作用

在現(xiàn)代生活中，高血脂、脂肪肝等疾病尤為常見(jiàn)，這與人們的不健康生活習(xí)慣有很大關(guān)系，因此如何降低脂肪成為人們追求健康迫在眉睫的問(wèn)題。殼聚糖及其衍生物具有降脂功能，其中殼寡糖的降脂效果極好。殼聚糖及其衍生物可以通過(guò)調(diào)節(jié)肝脂酶活性從而使脂質(zhì)代謝穩(wěn)定，達(dá)到降脂功效。王斌等[3]對(duì)殼聚糖和殼寡糖的降脂能力進(jìn)行比較研究，分別設(shè)置了Model 組(高脂日糧)、Control 組(正常日糧) 以及分別加入5% 的殼聚糖、殼寡糖的高脂日糧，來(lái)飼養(yǎng)小鼠17 周，通過(guò)測(cè)定小鼠的體重、血清、肝臟生化指標(biāo)等，發(fā)現(xiàn)加入殼聚糖和殼寡糖的小鼠的肝脂酶活性提高，調(diào)節(jié)了脂質(zhì)代謝，防止脂質(zhì)過(guò)氧化從而降脂，寡聚糖作用效果更好。何雪萍等[4]在研究不同分子質(zhì)量殼聚糖對(duì)肉雞的脂質(zhì)影響的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)殼聚糖確實(shí)具有降低脂質(zhì)代謝、減少脂質(zhì)利用率的效果。王潤(rùn)蓮等[5]研究低分子殼聚糖對(duì)懷鄉(xiāng)雞生長(zhǎng)、屠宰性能及肉品質(zhì)的影響中發(fā)現(xiàn)因?yàn)榈头肿託ぞ厶歉菀妆粰C(jī)體吸收并調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝，所以其能顯著降低懷鄉(xiāng)雞的肝脂與腹脂。對(duì)于殼聚糖及其衍生物的降脂功能還有一些人認(rèn)為其對(duì)脂肪具有吸附能力。金秋等[6]在不同分子量和構(gòu)型(α、β)殼聚糖減肥降脂功能研究中發(fā)現(xiàn)α-寡聚糖對(duì)膽固醇的吸附效果最優(yōu)且在α-殼寡糖濃度為25 μg/mL、50 μg/mL 時(shí)對(duì)脂肪細(xì)胞分化抑制效果最好，該實(shí)驗(yàn)?zāi)茏C明殼聚糖及其衍生物可以吸附脂質(zhì)具有降脂功能。張淑琴等[7]研究幾種殼聚糖及其衍生物的降脂作用強(qiáng)弱，發(fā)現(xiàn)殼聚糖的降脂作用優(yōu)于羧甲基殼聚糖和微交聯(lián)殼聚糖，在電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)未加入殼聚糖及其衍生物前其表面光滑，加入殼聚糖及其衍生物后其表面附著大量脂質(zhì)，從而證明了殼聚糖及其衍生物具有吸附脂質(zhì)，從而降脂的能力。綜上所述，殼聚糖及其衍生物具有調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝和吸附脂質(zhì)從而降脂的功能。

1.1.2 殼聚糖及其衍生物的抗心肌缺血、心律失常作用

如今心肌缺血和心律失常已經(jīng)成為了常見(jiàn)病，這與現(xiàn)代人生活作息不規(guī)律有著不可分的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖及其衍生物具有抗心肌缺血、心律失常的功能，當(dāng)心肌缺血時(shí)，心肌細(xì)胞的電位就會(huì)發(fā)生一些改變從而導(dǎo)致心律失常，而殼聚糖與羧甲基殼聚糖可抑制Ik的外流，減少其胞外積累從而使電位趨于穩(wěn)定不變，改善心率失衡的問(wèn)題。張二偉等[8]對(duì)水溶性殼聚糖對(duì)缺血再灌注損傷大鼠心肌的作用進(jìn)行研究，研究表明殼聚糖及其衍生物對(duì)心肌缺血的大鼠有保護(hù)作用，當(dāng)心肌缺血再灌注損傷(IRI) 時(shí)氧化物歧化酶會(huì)降低導(dǎo)致電位失常，當(dāng)加入水溶性殼聚糖后可使氧化物歧化酶升高，使電位穩(wěn)定，從而保護(hù)心律失常。宋志國(guó)[9]在羧甲基殼聚糖對(duì)大鼠單一心房肌細(xì)胞超速激活延遲整流鉀電流的作用中，研究發(fā)現(xiàn)Ik的外流是導(dǎo)致心律失常的原因，在心肌缺血的大鼠中加入羧甲基殼聚糖后發(fā)現(xiàn)其可抑制Ik的外流，從而抗心律失常。同樣，張沈麗等[10]研究羧甲基殼聚糖對(duì)豚鼠單一心室肌細(xì)胞延遲外向鉀電流的作用中也證明了羧甲基殼聚糖可抑制Ik的外流，從而抗心律失常。還有一些人認(rèn)為殼聚糖及其衍生物可使心律失常的心臟周?chē)苊芏仍黾樱瑥亩剐募∪毖?、心律失常。徐斌等[11]研究溫敏性殼聚糖水凝膠注射心肌組織，發(fā)現(xiàn)殼聚糖及其衍生物可以促心律失常心臟的血管增生，使心肌細(xì)胞壁增厚，從而抗心肌缺血、心律失常。綜上所述，殼聚糖及其衍生物通過(guò)抑制Ik的外流和使心臟周?chē)茉錾?，心肌?xì)胞壁增厚而抗心肌缺血、心律失常。

1.1.3 殼聚糖及其衍生物的免疫調(diào)節(jié)作用

殼聚糖及其部分衍生物與一些細(xì)菌的多糖結(jié)構(gòu)相似，這就導(dǎo)致殼聚糖及其部分衍生物可以刺激吞噬細(xì)胞，從而激發(fā)免疫調(diào)節(jié)過(guò)程。劉小彬等[12]研究低聚糖對(duì)肉雞免疫功能的影響，該研究結(jié)果是低聚殼聚糖可使免疫球蛋白明顯增多從而調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)。李赫等[13]在殼聚糖對(duì)草魚(yú)非特異性免疫功能的影響實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在草魚(yú)飼料中添加一定范圍濃度的殼聚糖，具有激活白細(xì)胞吞噬活性的作用，研究中設(shè)置投放不同梯度劑量的殼聚糖最終發(fā)現(xiàn)5 g/kg 的殼聚糖對(duì)其免疫功能影響最好。He Xiaofei等[14]在殼聚糖上引入更多的活性基團(tuán)來(lái)提高其藥用活性，他們合成了6-胺殼聚糖衍生物，通過(guò)元素分析、HPLC 和FT-IR 對(duì)其進(jìn)行了表征，并通過(guò)血凝試驗(yàn)檢測(cè)了其抗病毒活性。最后，6-胺殼聚糖衍生物提高了抗病毒活性，特別是引入溴離子后活性明顯提高。RT-PCR 結(jié)果顯示TNF-α 和IFN-β 的表達(dá)水平明顯升高，說(shuō)明氨基修飾殼聚糖的抗病毒活性是通過(guò)刺激吞噬細(xì)胞而調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)，從而發(fā)揮作用的。疫苗對(duì)于各種疾病的預(yù)防尤為重要，佐劑是添加到疫苗中以增強(qiáng)免疫原性和誘導(dǎo)更強(qiáng)免疫應(yīng)答的物質(zhì)。殼聚糖及其衍生物具有獨(dú)特的理化和生物學(xué)特性，作為疫苗佐劑受到廣泛關(guān)注。許多研究表明，殼聚糖及其衍生物能有效激活抗原細(xì)胞，誘導(dǎo)細(xì)胞因子刺激產(chǎn)生有效的免疫應(yīng)答，促進(jìn)Th1/Th2 應(yīng)答的平衡。在眾多衍生物中，季銨鹽殼聚糖的性能較好，殼聚糖和殼聚糖季銨鹽都是很有前途的輔助材料，且季銨鹽殼聚糖具有更大的潛力[15]。Xu等[16]研究利用帶正電的羥丙基三甲基氯化銨殼聚糖(HACC) 和帶負(fù)電的羧甲基殼聚糖(CMC) 之間的靜電相互作用，制備了200 kDa N, O-羧甲基殼聚糖- hacc (NO-CMC-HACC) 和N-羧甲基殼聚糖-hacc (N-cmc-hacc)，兩種納米顆粒顯著促進(jìn)DCs白細(xì)胞介素-6、腫瘤壞死因子和白細(xì)胞介素-1β 的表達(dá)，200 kDa 的NO-CMCHACC 納米顆粒具有很強(qiáng)的免疫佐劑潛力，這也說(shuō)明殼聚糖及其衍生物具有調(diào)節(jié)免疫的功能。由此可見(jiàn)，殼聚糖及其衍生物可以通過(guò)刺激吞噬細(xì)胞、促進(jìn)白細(xì)胞介素表達(dá)和激活抗原細(xì)胞的方式調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)。

1.1.4 殼聚糖及其衍生物的抗癌作用

癌癥是人們多年以來(lái)攻克不了的疾病之一，殼聚糖及其衍生物有抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)的作用。董曉丹等[17]對(duì)硒酸殼聚糖誘導(dǎo)BGC-823 胃腺癌細(xì)胞凋亡機(jī)制進(jìn)行研究，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)硒酸殼聚糖可以使BGC-823 胃腺癌細(xì)胞中的線粒體凋亡從而扼殺癌細(xì)胞。該實(shí)驗(yàn)有力地證明了殼聚糖及其衍生物具有抗癌作用。周曉峰等[18]以殼聚糖為基礎(chǔ)制備出cRGD-羧甲基殼聚糖-軟脂酸，該物質(zhì)利用了殼聚糖的抗癌功能和cRGD 的靶向性制作出高效抗癌藥物。殼聚糖及其衍生物還可以抑制癌細(xì)胞運(yùn)動(dòng)從而抑制癌細(xì)胞擴(kuò)散。Chy A等[19]通過(guò)檢測(cè)細(xì)胞分離比率而研究pH 響應(yīng)性殼聚糖對(duì)癌細(xì)胞的抑制能力，該方法主要通過(guò)檢測(cè)癌細(xì)胞的粘附性和運(yùn)動(dòng)性，從而判斷pH 響應(yīng)性殼聚糖是否具有癌細(xì)胞抑制能力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其具有抑制癌細(xì)胞擴(kuò)散的能力。殼聚糖及其衍生物可產(chǎn)生抗癌物質(zhì)。Karthikeyan, C等[20]合成殼聚糖-氧化銅發(fā)現(xiàn)其的光致發(fā)光光譜顯示在516 nm 處出現(xiàn)綠色發(fā)光(氧空位)，這歸因于納米材料產(chǎn)生活性氧(ROS)，這被認(rèn)為是殺死生物(細(xì)胞死亡) 效應(yīng)的原因，其可以抑制宮頸癌細(xì)胞，使癌細(xì)胞死亡。從而證明殼聚糖及其衍生物具有抗癌作用。殼聚糖經(jīng)過(guò)一些化學(xué)反應(yīng)形成的某些衍生物的結(jié)構(gòu)與抑制癌細(xì)胞的化合物結(jié)構(gòu)相似，從而具有抗癌功能。Qing Li等[21]設(shè)計(jì)并合成了一類(lèi)酚-殼聚糖季銨鹽衍生物，具有阿魏酸和芥子酸(4b 和4c) 共軛結(jié)構(gòu)的殼聚糖衍生物對(duì)A549 細(xì)胞具有良好的抗腫瘤活性。結(jié)果表明，含酚基團(tuán)的殼聚糖衍生物具有較強(qiáng)的抗氧化和抗腫瘤活性。綜上所述，殼聚糖及其衍生物可以通過(guò)使癌細(xì)胞線粒體凋亡、降低癌細(xì)胞的粘附性和運(yùn)動(dòng)性、產(chǎn)生抗癌物質(zhì)以及改變殼聚糖結(jié)構(gòu)使其成為與阿魏酸和芥子酸有效結(jié)構(gòu)相似的衍生物從而達(dá)到抗癌的作用。

1.1.5 殼聚糖及其衍生物的抗凝血作用

肝素是具有抗凝血功能的物質(zhì)，但其價(jià)格昂貴在醫(yī)療中不能廣泛使用，因此制備肝素類(lèi)似物成為了尤為重要的事情，殼聚糖及其衍生物本身具有凝血性，當(dāng)其磺化后成為肝素類(lèi)似物，具有較強(qiáng)的抗凝血性，在醫(yī)療中被廣泛利用。江長(zhǎng)兵等[22]制備了6-O-羧甲基殼聚糖并將其硫酸酯化后得到肝素類(lèi)似物，經(jīng)研究表明該物質(zhì)對(duì)同源性和相同凝血途徑具有抑制作用。王子婧等[23]在抗凝血納米殼聚糖微球的合成檢測(cè)中將殼聚糖磺化使其具有-SO3H 基團(tuán)，這樣就具有抗凝血作用，進(jìn)一步研究表明當(dāng)濃度為50 g/L 時(shí)，其效果與肝素鈉最相似，抗凝血效果最好。Xia等[24]以羧甲基殼聚糖為原料，經(jīng)透明質(zhì)酸氧化交聯(lián)，制備了一種可降解的殼聚糖基水凝膠。對(duì)水凝膠在大鼠肝切除術(shù)損傷中的止血性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明水凝膠的止血性能與纖維蛋白膠相當(dāng)。此外，該水凝膠被人體快速吸收，體內(nèi)蓄積不明顯，具有良好的生物降解性和生物相容性，可成為良好的抗凝血藥物。綜上所述，殼聚糖及其衍生物經(jīng)磺化后與肝素相似具有抗凝血功能。

1.2 殼聚糖及其衍生物的化妝品、食品應(yīng)用

殼聚糖及其衍生物具有抗氧化、保濕、抑菌等生物活性，研究表明，殼聚糖脫乙酰度越高其抗氧化能力越強(qiáng)[25]。其本身無(wú)毒又廉價(jià)易得，所以成為了很多化妝品、食品保鮮的良好原料。

1.2.1 殼聚糖及其衍生物在化妝品中的應(yīng)用

化妝品是人們生活必不可少的部分，其功效包括美白、抗衰老、保濕等。酪氨酸在酪氨酸酶的催化下容易生成黑色素使皮膚變黑，因此關(guān)于美白一般采用抑制酪氨酸酶活性的方法。市面上大多用化學(xué)合成的美容劑來(lái)抑制酪氨酸酶活性，使用這類(lèi)化妝品會(huì)出現(xiàn)清潔不當(dāng)而導(dǎo)致化學(xué)物質(zhì)大量殘留的問(wèn)題，而且化學(xué)試劑的價(jià)格較昂貴，會(huì)使化妝品的制作成本較高。殼聚糖及其衍生物可高效抑制酪氨酸酶活性從而阻止黑色素生成，并且其本身無(wú)毒對(duì)人體無(wú)害價(jià)格相對(duì)低廉，所以成為加入美白化妝品中的理想成分。孫愛(ài)蘭等[26]研究谷胱甘肽和殼聚糖美白活性，發(fā)現(xiàn)殼聚糖谷胱甘肽與熊果苷復(fù)合使用對(duì)酪氨酸酶的抑制效果最好，同時(shí)降低了化妝品制作成本，提高了化妝品的性?xún)r(jià)比。殼聚糖及其衍生物的抗衰老功能主要因?yàn)槠淇蓪⒊蹶庪x子、羥基自由基、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH) 等清除達(dá)到抗氧化抗衰老的目的[27]。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)羧甲基殼聚糖、戊二酰殼聚糖衍生物、琥珀酰殼聚糖衍生物、N-馬來(lái)酰殼聚糖寡糖、N-(2-羥基3-三甲基銨) 丙基殼聚糖衍生物等殼聚糖衍生物對(duì)超氧陰離子、羥基自由基、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)的清除效果較好，抗氧化能力較強(qiáng)[28]。李卓航等[29]研究秀麗線蟲(chóng)體內(nèi)羧甲基殼聚糖的抗氧化性能，對(duì)加入羧甲基殼聚糖的秀麗線蟲(chóng)進(jìn)行過(guò)氧化氫酶活力測(cè)定，發(fā)現(xiàn)過(guò)氧化氫酶活性大大提高，從而可減少超氧陰離子等，使其抗氧化能力增強(qiáng)，當(dāng)其濃度為500 mg/L 時(shí)效果最強(qiáng)，抗氧化能力最佳。殼聚糖及其衍生物具有大量的能與水分子結(jié)合的氨基，所以具有良好的保濕功能，與透明質(zhì)酸相似，價(jià)格又相對(duì)低廉，本身對(duì)人體無(wú)害，成為很多保濕化妝品中添加的物質(zhì)[30]。殼聚糖及其衍生物本身無(wú)毒又抑菌且保濕、美白、抗衰老，所以被廣泛應(yīng)用于面膜的制作。殼聚糖及其衍生物可以在酸性條件下解離出正離子，可抑制靜電力，防脫發(fā)做護(hù)發(fā)劑，并且他們還有減輕口臭，防止牙齦出血的功能，可以添加在牙膏中[31]。

1.2.2 殼聚糖及其衍生物在食品中的應(yīng)用

殼聚糖及其衍生物易于成膜且具有良好的抑菌性，所以可作為食品保鮮劑。

它們可使水產(chǎn)類(lèi)、肉類(lèi)及果蔬類(lèi)等表面產(chǎn)生保護(hù)膜，有阻止氧化、可降解、抑菌、可食用等優(yōu)點(diǎn)[32]。Zhang等[33]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)相對(duì)于殼聚糖來(lái)說(shuō)，加入尿素后的殼聚糖衍生物的抑菌與抗氧化性更好，更佳適宜作為食品保鮮膜。對(duì)于果蔬保鮮方面，墻夢(mèng)婕等[34]研究殼聚糖與植物精油復(fù)配制作保鮮劑，殼聚糖易于成膜，該膜可以調(diào)控果蔬呼吸、抑制果蔬氧化、抑制一些菌類(lèi)感染從而延長(zhǎng)果蔬壽命，但殼聚糖自身成膜較為脆弱，對(duì)果蔬保護(hù)強(qiáng)度不夠。植物精油具有較強(qiáng)的抑菌效果，但其本身不溶于水和有機(jī)溶劑，易于揮發(fā)，且伴有強(qiáng)烈的刺激味，將殼聚糖與植物精油復(fù)合可增強(qiáng)保鮮能力并減少刺激性味道對(duì)食物的影響。Wang H等[35]在N-琥珀酰殼聚糖(NSC) 中加入乳酸鏈球菌素(nisin) 和不同濃度的紫蘇精油(EO) 制備抗菌膜，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)NSC 可抑制金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、沙門(mén)氏菌等，而加入nisin 改良了其水溶性和機(jī)械性使其可以更加適用于食品的保鮮，該薄膜在草莓上的應(yīng)用表明在NSC 膜中加入N 和EO 可以延緩草莓在貯藏過(guò)程中的快速腐爛。Kritchenkov等[36]研究通過(guò)簡(jiǎn)單的混合，將具有高抗菌活性的三唑甜菜堿殼聚糖(TBC) 組分摻入琥珀酰殼聚糖鈉鹽(SC-Na) 基體中，形成致密、均勻的膜。SC-Na 與TBC 的共混提高了共混膜的拉伸強(qiáng)度，同時(shí)降低了共混膜的透氣性?；旌夏ぷ鳛橄憬妒称吠繉拥脑囼?yàn)應(yīng)用減少了香蕉的失重、維生素C 的損失和呼吸速率，從而顯著延長(zhǎng)了被涂層香蕉的貨架期。此外，由于所制備的共混膜由無(wú)毒的SC-Na 和TBC 組成，因此該衍生物是無(wú)毒的，適合作為食品保鮮膜。對(duì)于肉類(lèi)保鮮方面，甄宗圓等[37]認(rèn)為脂類(lèi)變質(zhì)是影響肉類(lèi)保鮮的主要原因，殼聚糖及其衍生物保鮮膜可以有效隔離水、氧氣與脂類(lèi)接觸從而起到保鮮的作用，另一方面，殼聚糖及其衍生物具有抑菌性，可以有效抑制像大腸桿菌等一類(lèi)細(xì)菌，阻止細(xì)菌繁殖可使肉質(zhì)保持新鮮。關(guān)于水產(chǎn)類(lèi)保鮮，李念等[38]對(duì)蝦青素-羧甲基殼聚糖復(fù)配后涂抹羅氏沼蝦后的保鮮性能進(jìn)行研究，該實(shí)驗(yàn)設(shè)置為涂抹復(fù)配組、涂抹未添加蝦青素殼聚糖組和空白組，共同冷藏7 d 后檢測(cè)各項(xiàng)參數(shù)值，發(fā)現(xiàn)涂抹復(fù)配組保鮮效果最好，其延緩了脂類(lèi)變質(zhì)3 d，說(shuō)明該復(fù)合物具有良好的保鮮性。殼聚糖雖具有良好的成膜性、抗氧化性、抑菌性可成為良好的食品保鮮膜，但是其機(jī)械性、熱性能、水溶性和阻隔性較弱，當(dāng)其與其他物質(zhì)交聯(lián)時(shí)，可有效解決這一問(wèn)題。唐森等[39]研究殼聚糖-咖啡酸衍生物涂膜多寶魚(yú)發(fā)現(xiàn)2% 的殼聚糖-咖啡酸衍生物對(duì)多寶魚(yú)的保鮮效果最好，檢測(cè)3 d 后各項(xiàng)指標(biāo)發(fā)現(xiàn)其具有良好的抗氧化和抑菌性，可做保鮮膜。Orgulloso-Bautista, Silvia等[40]在殼聚糖中加入明膠和甲殼類(lèi)水解產(chǎn)物使其交聯(lián)，得到的復(fù)合物研究其結(jié)構(gòu)、熱性能、表面性和生物性能發(fā)現(xiàn)，該復(fù)合物的拉伸能力明顯提高同時(shí)抗氧化性與抑菌性也得到了提升，在食品保鮮中應(yīng)用范圍更加廣闊。綜上所述，殼聚糖及其衍生物可以作為一種可生物降解的環(huán)保食品保鮮包裝材料。

1.3 殼聚糖及其衍生物的農(nóng)業(yè)應(yīng)用

殼聚糖及其衍生物在農(nóng)業(yè)方面應(yīng)用較為廣泛，可以制成殺蟲(chóng)劑、抑菌劑、抗病毒劑等?，F(xiàn)如今市面上的殺蟲(chóng)劑種類(lèi)繁多，多以化學(xué)試劑合成為主，這種類(lèi)型的殺蟲(chóng)劑利用率低造價(jià)高且對(duì)環(huán)境污染極大。殼聚糖及其衍生物是可降解、無(wú)毒無(wú)害、價(jià)格低廉的殺蟲(chóng)劑原料，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖及其衍生物可以提高植物的抗病性從而實(shí)現(xiàn)殺蟲(chóng)的目的，張宓等[41]研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖及其衍生物可殺死鱗翅目和同翅目害蟲(chóng)，對(duì)蚜蟲(chóng)和小菜蛾的殺蟲(chóng)效果明顯。朱俊[42]研究三種殼聚糖衍生物滅活根結(jié)線蟲(chóng)，結(jié)果表明馬來(lái)酰化類(lèi)殼寡糖衍生物的活性最強(qiáng)，滅活根結(jié)線蟲(chóng)效果最佳。雖然殼聚糖及其衍生物并不能完全取代其他殺蟲(chóng)劑，但是在一定程度上可以取代部分殺蟲(chóng)劑，從而改善部分環(huán)境污染問(wèn)題并降低對(duì)人體的危害。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中影響作物產(chǎn)量的因素有很多，其中有害菌感染作物導(dǎo)致減產(chǎn)是常見(jiàn)問(wèn)題。殼聚糖及其衍生物具有抑菌作用，其與微生物的磷酸壁結(jié)合從而破壞微生物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，使菌體致死[43]。還有一些殼聚糖及其衍生物被植物吸收后產(chǎn)生幾丁質(zhì)脫乙酰化酶，該酶會(huì)溶解某些菌類(lèi)的細(xì)胞壁，使其致死。殼聚糖及其衍生物主要可以抑制枯草芽孢桿菌、白假絲酵母菌、金黃色葡萄球菌等，Wang MY等[44]研究發(fā)現(xiàn)對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌來(lái)說(shuō)0.01% (w/v) 殼聚糖3 分鐘內(nèi)可將其全部殺死，適當(dāng)加入氯化鈉后效果更加明顯。殼聚糖及其衍生物對(duì)不同菌的作用機(jī)理不同，如革蘭氏陽(yáng)性菌是通過(guò)改變其細(xì)胞膜通透性使其無(wú)法進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)運(yùn)輸從而達(dá)到抑菌的作用。革蘭氏陰性菌則是利用了殼聚糖的絮凝功能，對(duì)胞內(nèi)帶負(fù)電荷的物質(zhì)進(jìn)行吸附使細(xì)胞內(nèi)的環(huán)境被破壞，從而使細(xì)胞致死[45]。炭疽病是一種嚴(yán)重的芒果采后病害。為了有效地控制這種病害，采后應(yīng)用殺菌劑是必要的，但許多國(guó)家不允許使用這些殺菌劑。經(jīng)研究結(jié)果表明，1% 殼聚糖+ 400 μL/L 百里香精油對(duì)芒果炭疽病的防治效果優(yōu)于合成殺菌劑[46]。Zhang等[47]研究2-甲氧基甲酰化低聚殼聚糖，成功地設(shè)計(jì)并合成了2-尿素-低聚殼聚糖衍生物(2-尿素-cos 衍生物) 和2,6-利尿劑-低聚殼聚糖衍生物(2,6-利尿劑-cos 衍生物) 研究了COS 衍生物對(duì)尖孢鐮刀菌(Fusarium oxysporum f. sp. niveum)、蘆筍(Phomopsis asparagus) 和灰霉病菌(Botrytis cinereal) 的抑菌作用。含尿素基團(tuán)的COS 衍生物比原始COS 具有更好的生物活性。在經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，2,6-利尿-COS 衍生物比2-尿素-COS 衍生物具有更高的生物活性，并且其細(xì)胞毒性較低，這些結(jié)果表明含尿素基團(tuán)的COS 衍生物是一種很有前途的生物材料，可制成農(nóng)藥化肥。殼聚糖及其衍生物對(duì)類(lèi)病毒及部分植物病毒有一定的抑制能力，將其噴灑在植物表面可有效降低植物染病率。殼聚糖及其衍生物還可以改良土壤、處理種子、提高果實(shí)質(zhì)量等，將其加入土壤中可以促進(jìn)作物生長(zhǎng)和霉菌繁殖，若用其處理種子可以達(dá)到促進(jìn)種子發(fā)芽，提高種子發(fā)芽率的目的[48]。

2 結(jié)論

殼聚糖及其衍生物作為高分子多糖具有多種生物活性，如抗氧化、抑菌、降脂活性、抗心律失常、調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)、抗凝血活性等生物活性，在醫(yī)療、化妝品、食品、農(nóng)業(yè)等方面應(yīng)用廣泛。

2.1 在醫(yī)療方面

殼聚糖及其衍生物具有降脂、抗凝血、抗心律失常、抗癌及免疫調(diào)節(jié)等功能。在降脂方面，殼聚糖及其衍生物可通過(guò)吸附脂肪、抑制脂肪細(xì)胞分化和調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝等方式降脂，可治療脂肪肝、高血脂等疾病。殼聚糖及其衍生物經(jīng)磺化后可抗凝血，治療腦血栓等疾病。殼聚糖及其衍生物還可以阻止心肌細(xì)胞中Ik大量外流導(dǎo)致電位發(fā)生變化，從而引發(fā)的心率失常，以及使心臟周?chē)茉錾?，心肌?xì)胞壁增厚而抗心肌缺血、心律失常。殼聚糖及其衍生物通過(guò)破壞癌細(xì)胞線粒體的方式抑制癌細(xì)胞繁殖生長(zhǎng)、通過(guò)降低癌細(xì)胞的粘附性和運(yùn)動(dòng)性、產(chǎn)生抗癌物質(zhì)以及改變殼聚糖結(jié)構(gòu)使其成為與抗癌物質(zhì)有效結(jié)構(gòu)相似的衍生物達(dá)到抗癌目的。殼聚糖及其衍生物可以通過(guò)刺激吞噬細(xì)胞、促進(jìn)白細(xì)胞介素表達(dá)和激活抗原細(xì)胞的方式調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)。

2.2 在化妝品、食品方面

殼聚糖及其衍生物在化妝品的配料、食品保鮮劑等應(yīng)用非常廣泛。作為化妝品的配料，其具有保濕、抗衰老、美白等功效。殼聚糖及其衍生物可抑制酪氨酸酶活性從而阻止黑色素生成起到美白的效果。對(duì)于抗氧化，殼聚糖及其衍生物具有清除超氧陰離子、羥基自由基、DPPH 等功能，從而可以達(dá)到抗衰老的效果。殼聚糖及其衍生物與透明質(zhì)酸相似，可以起到保濕作用且價(jià)格相對(duì)低廉非常適合用作護(hù)膚品添加劑。殼聚糖及其衍生物因其具有易成膜、抑菌、可調(diào)控果蔬呼吸、隔離水和氧氣的功能，且與脂類(lèi)接觸后無(wú)毒無(wú)味可作為食品保鮮劑。

2.3 在農(nóng)業(yè)方面

殼聚糖及其衍生物可作殺蟲(chóng)劑，張宓等人研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖及其衍生物可使鱗翅目和同翅目害蟲(chóng)死亡，在一定程度上殼聚糖及其衍生物可以取代部分化學(xué)合成的殺蟲(chóng)劑，減少化學(xué)試劑的使用，保護(hù)環(huán)境。殼聚糖及其衍生物具有抑菌性可以抑制如大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等菌類(lèi)，其可被菌體吸收后破壞其細(xì)胞壁使菌體致死從而達(dá)到抑菌的目的。殼聚糖及其衍生物對(duì)類(lèi)病毒和部分植物病毒有抑制作用，可以作為部分植物的抗病毒藥物。除此之外，殼聚糖及其衍生物還可以改良土壤、增大種子出芽率、提高果實(shí)質(zhì)量等。

3 展望

殼聚糖及其衍生物具有抗氧化、抑菌、降脂、抗心律失常、調(diào)節(jié)免疫、抗凝血等生物活性具有廣泛的研究前景。比如殼聚糖及其衍生物在食品包裝方面有很大應(yīng)用前景?，F(xiàn)如今食品包裝中不管是紙質(zhì)包裝、塑料還是金屬包裝對(duì)環(huán)境都有嚴(yán)重的污染，殼聚糖及其衍生物作為食品包裝可以解決這類(lèi)問(wèn)題。首先殼聚糖及其衍生物屬于多糖易于分解，其次殼聚糖及其衍生物還有抑菌、保鮮、抗氧化等功能，更有助于食品的保存保鮮。殼聚糖及其衍生物還可以作為敷料，作為敷料主要是促進(jìn)細(xì)胞的增殖與分化，殼聚糖及其衍生物具有抑菌、止血且不會(huì)阻礙細(xì)胞呼吸等優(yōu)點(diǎn)，雖然機(jī)械能力較弱，但是只要加以改造就可以成為良好的敷料，殼聚糖及其衍生物成為敷料材料成為研究的熱點(diǎn)。除此之外殼聚糖及其衍生物還有做植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、綠色飼料、廢水處理等應(yīng)用。