壳聚糖的应用研究进展(综述性论文).doc

壳聚糖的应用研究进展(综述性论文) 绿色原料壳聚糖的应用研究进展 摘要本文综述了绿色原料壳聚糖的应用研究进展着重介绍了壳聚糖在食品水处理生物药用造纸业等方面的应用 关键词壳聚糖 应用 食品 水处理前言 原料在化学品的合成中非常重要其可以成为影响一个化学品的制造加工与使用的最大因素之一如果一个化学品的原料对环境有负面的影响则该化学品也很可能对环境具有净的负面影响要实现绿色化学在选择原料时应尽量使用对人体和环境无害的材料避免使用枯竭或稀有的材料尽量采用回收再生的原材料采用易于提取可循环利用的原材料使用环境可降解的原材料 自然界的有机物数量最大的是纤维素其次是蛋白质排在第三位的是甲壳素估计每年生物合成甲壳素100 亿t甲壳素N-脱乙酰基的产物壳聚糖就是一种重要的绿色原料壳聚糖化学名称为聚葡萄糖胺 1-4 -2-氨基-B-D葡萄糖壳聚糖的外观为白色或淡黄色半透明状固体 略有珍珠光泽 可溶于大多数稀酸如盐酸醋酸苯甲酸等溶液 且溶于酸后分子中氨基可与质子相结合 而使自身带正电荷自1859年法国人Rouget首先得到壳聚糖后这种天然高分子的生物官能性和相容性血液相容性安全性微生物降解性等优良性能被各行各业广泛关注在医药食品化工化妆品水处理金属提取及回收生化和生物医学工程等诸多领域的应用研究取得了重大进展壳聚糖无毒无害具有良好的保湿性润湿性能防止静电 化学稳定性良好 但吸湿性较强 遇水易分解对壳聚糖进行化学改性 得到的壳聚糖衍生物在许多物化性质方面都得到改善其应用也更加受到关注本文着重介绍了壳聚糖在食品医药水处理方面的应用进展1 壳聚糖及其衍生物在食品工业中的应用11 在水果蔬菜贮藏中可作为天然保鲜剂果蔬贮藏的目的就是尽可能在保持其鲜度指数的同时 延长物料的贮存时间 主要是通过减少果蔬呼吸降低其营养消耗目前生产中用的方法有气调贮藏硅窗袋贮藏保鲜剂贮藏等其中的保鲜剂多为杀菌抑制呼吸的化学物质这类物质在达到保鲜目的的同时 也给果品蔬菜带来一定程度的污染 因而 开发无污染的保鲜剂也日益成为研究的热点由于壳聚糖富含-OH 成膜性好由壳聚糖制得的膜能选择性的阻止02 的渗人 CO2 的排出等 使果蔬的微环境中含CO2多 而O2少 从而天然性符合绿色食品的要求达到令人满意的保鲜效果以壳聚糖为原料制成的可食性保鲜膜己成功地应用于许多果品的贮藏如胡洪禄 赵东风 马天芳 王文政1曾以潍坊青萝卜为试验材料 在常温条件下 用壳聚糖涂膜萝卜 探讨萝卜贮藏期间主要生理生化变化 以达到延长萝卜的市场流通时间及方便人们日常生活对萝卜需求的目的试验结果表明 在常温条件下 萝卜经过45d的贮藏 呼吸强度失水率可溶性糖含量糠心率腐烂率等均明显优于对照 为萝卜的保鲜提供了另一途径1 番茄的保鲜同样可以使用壳聚糖2 用浓度为2 的壳聚糖对番茄涂膜保鲜巧d 后 发现涂了膜的番茄的总酸度总糖量维生素C 含量均与原番茄接近保藏效果比0 2 苯甲酸钠溶液好另外据报道3 4在葡萄苹果草毒四季袖等果品贮藏中应用壳聚糖保鲜膜效果皆较令人满意可见壳聚糖作为保鲜膜应用范围十分广泛这方面的研究前景也是研究人员着眼的方向12 壳聚糖在果汁澄清工艺上的应用果汁澄清效果的好坏直接影响了产品的品质和外观果汁中存在果胶质树胶质和蛋白质等悬浮物必须通过澄清作用除去目前在果汁加工工业中 果汁澄清通常是采用果胶酶和淀粉酶水解结合助凝剂加膨润土硅胶等处理 简称酶法 来完成该操作复杂周期长费用高5而且不能从根本上解决果汁在贮藏过程中引起的非生物性浑浊和褐变6使用壳聚糖应用为果汁澄清剂不仅成本低而且效果好日益受到重视该澄清的原理7是 壳聚糖是氨基葡萄糖的直链多糖在酸性介质中 NH Z 吸附质子而带正电便成了阳聚电解质它与果汁中的蛋白质等阴电解质凝聚形成絮凝物而沉淀另外壳聚糖澄清果汁的另一个优点是可以降低果汁酶褐变的速度和程度因为壳聚糖能除去果汁中多酚氧化酶夏文水王璋研究了壳聚糖对苹果汁的澄清作用5发现用壳聚糖来澄清苹果浊汁随着壳聚糖剂量的增加其澄清效果逐渐提高当剂量大于03g L 时则透光率达到最大值若剂量再增大时透光率基本不变这与一般高分子絮凝剂作用不同一般高分子絮凝剂当剂量达到一定值出现最大峰值 剂量再增加时絮凝效果反而下降即会使所形成的絮凝体重新变成稳定的胶体壳聚糖澄清作用的这个特点给实际使用和操作提供了方便当然壳聚糖剂量大小与果汁中悬浮物的含量有关随着果汁浓度的减少 而壳聚糖剂量相应减少 两者呈线性关系 夏文水等5也研究了pH温度对澄清作用的影响 表明当苹果汁pH 在35 范围内 壳聚糖澄清效果都很好 而不同温度下壳聚糖对苹果汁的澄清效果基本相同壳聚糖澄清苹果汁减少了果汁的果胶物质 蛋白质及酚类化合物 从而提高了清汁的贮藏稳定性 但其主要营养成分和风味没有改变在室温下保藏一年多 清汁的透光率基本不变 具有很好的贮藏稳定性在同样条件下 酶法澄清的苹果汁则有微量的浑浊产生和色泽变化他们将壳聚糖澄清法与目前工业上生产苹果清汁所采用的酶法相比 不仅澄清效果更好 而且澄清时间大大缩短 加快了生产周期 在操作上也简单方便 处理成本费用可减少到1213 有较大的经济效益梁灵等人研究了果胶酶和壳聚糖对猕猴桃果汁的澄消效果 发现壳聚糖对猕猴桃果汁的澄清效果比果胶酶好 保持稳定的时间长 在澄清过程中条件控制容易 更具有经济效益当在猕猴桃果汁自然pH下 壳聚糖用量为04g L 时 有最好的澄清效果通过研究pH 值对壳聚糖澄清效果的影响 发现壳聚糖澄清猕猴桃果汁适宜pH 范围较宽 且pH在34 时果汁透光率最大实验还表明温度在4050 澄清效果最好 作用温度范围较宽8徐金祥 刘秀凤等人的研究表明 壳聚糖对胡萝卜汁桔子汁及苹果汁等澄清效果显著 透光率达85 以上是一种较好的澄清剂 来源广泛 成本低 无毒无味 是一种值得推广的澄清剂 9从以上科研人员的研究中可以发现壳聚糖应用到果汁的澄清 一般不需调节pH 对温度要求也不高 操作方便 成本较低经济效益较高13 对水产品的影响壳聚糖是迄今为止自然界中发现的唯一存在的阳离子碱性多糖水溶性好可通过动物肠道上皮细胞直接吸收壳聚糖能够降低血清中甘油三酯和胆固醇浓度进而改善脂类代谢同时还能够降低血液中的尿素氮水平提高蛋白质沉积率降低尿素在肾脏中的沉积从而减少肾脏尿素中毒的可能性马利等将南美白对虾分成5组饲料中分别添加壳寡糖0mgkg125mgkg250mgkg500mgkg1000mgkg饲喂8周发现壳寡糖对南美白对虾血清中的肌酐葡萄糖钙离子总胆固醇甘油三脂和低密度脂蛋白胆固醇均无显著影响但可使高密度脂蛋白胆固醇显著增加促进脂类代谢Dautremepuits等把健康鲤鱼置于溶解有壳聚糖浓度分别为75mgL150mgL的水中作试验组正常饲养96h之后采集鲤鱼的肝头肾等组织并检测其溶菌酶活性发现试验组的溶菌酶活性和对照组之间差异显著这些生化指标的变化直接或间接的反映了寡糖投喂后对鱼类生长代谢的作用10张茜研究壳聚糖对淡水鱼糜凝胶特性的影响以淡水鱼糜为原料测定添加壳聚糖后鱼糜制品的凝胶强度全质构 TPA 失水率和色泽研究不同脱乙酰度分子量和添加量的壳聚糖对鱼糜制品质构和品质的影响结果表明脱乙酰度为64时凝胶强度提高了约34失水率减少了291壳聚糖分子量对鱼糜制品的凝胶强度影响小随着壳聚糖添加量的增加鱼糜制品凝胶强度TPA都有明显的增加失水率显著降低添加量大于10后增加幅度减小添加1低脱乙酰度壳聚糖的鱼糜制品紧密弹性高与添加常用的配料淀粉相比10的壳聚糖即能达到添加40淀粉的效果在草鱼鱼糜中添加1DD为64的壳聚糖同样能改善产品的质构探讨了壳聚糖与CaCl2复配添加和采取不同的漂洗次数对鱼糜凝胶强度的影响并用扫描电镜观察鱼糜的微观结构进行壳聚糖对盐溶性蛋白的吸附实验和SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳实验研究壳聚糖与鱼糜蛋白质之间的相互作用结果表明添加CaCl2与壳聚糖无法起到协同效果漂洗一次的鱼糜添加10的壳聚糖凝胶强度与漂洗三次的凝胶强度相当达到4707g·mm可以减少营养损失提高得率添加10壳聚糖的淡水鱼糜凝胶形成了明显的网状结构表明壳聚糖与蛋白质之间存在相互作用30温度下壳聚糖在前10min内对盐溶性蛋白的吸附较快吸光度Ocom当吸附时间达到10min后达到平衡壳聚糖和蛋白质之间以弱键结合以上研究表明壳聚糖改善了淡水鱼糜制品的质构和品质11在水产动物的生产中人们常用抗生素来预防病菌感染促进动物生长但抗生素在杀害有害菌的同时也杀死了有益菌而且长期使用不仅使细菌产生耐药性同时药物的残留及对畜产品品质的影响更是一个严重的问题壳聚糖作为新型绿色饲料添加剂资源丰富无毒无副作用实际应用中问题较少前景广阔14 壳聚糖对食用陆生动物生长的影响 壳聚糖对动物营养物质消化代谢影响的资料报道较少且多数研究集中在较高剂量壳聚糖对动物脂肪代谢的影响方面12丁晓岚13研究得出壳聚糖的添加虽然对日粮表观代谢能的含量无明显影响 但添加00203的壳聚糖可不同程度的增加日沉积表观代谢能尤以添加005壳聚糖时的效果最明显但其表观代谢能的沉积量相对于对照组并没有增加史彬林张彩芬12进一步探讨日粮壳聚糖水平对仔猪营养物质消化代谢的影响 以期从营养物质消化代谢的角度初探壳聚糖促进动物生长的机制实验结果表明日粮中添加壳聚糖对氮表观代谢率具有一定影响且与添加剂量有关添加001005时氮表观代谢率较高即在仔猪日粮中添加001005壳聚糖在一定程度上提高仔猪粗蛋白的表观代谢率马小珍杨烨等14人用 1日龄艾维因 Avian 公雏168只进行试验 研究日粮添加壳聚糖对肉仔鸡生长性能脂肪代谢的影响试鸡按体重随机分为4组 每组设 2个重复分别饲以含壳聚糖 012 3的日粮 试鸡自由采食和饮水试验分 02 1d 2 242d4356d 3个阶段共 56d在第 21d42 d56d对试鸡称重 每组选取3只体重接近平均体重的鸡进行心脏采血 然后屠宰试验结果表明 添加壳聚糖能促进肉仔鸡的生长 能显著降低腹脂 P 001 皮下脂肪 P 005 肌间脂肪 P 005 的沉积 能显著减少血清甘油三酯 P 005 总胆红素的含量 P 005 减少脂肪的吸收试验结果表明 壳聚糖能降低肉仔鸡的脂肪沉积量 对改善胴体品质有益田丰任海军等15人作了壳聚糖对奶牛产奶性能乳体细胞数及血清免疫球蛋白的影响的研究试验旨在研究壳聚糖对奶牛产奶性能乳体细胞数及血清IgGIgM浓度的影响试验选择12头胎次体重泌乳量泌乳阶段相近 P 005 的成年荷斯坦奶牛根据产奶量产犊日期胎次等相近的原则采用配对分组试验分为对照组和壳聚糖组每组6头对照组不添加壳聚糖壳聚糖组每天每头牛饲粮中添加15g的壳聚糖试验期为75d前15d为预饲期后60d为正试期结果表明在整个试验阶段奶牛日粮中添加01的壳聚糖可显著提高产奶量 P 005 对于乳成分含量没有明显影响但是平均乳脂量有明显的增加趋势日粮中添加01的壳聚糖可以显著降低乳中体细胞数 P 005 对血清IgGIgM浓度无明显影响以上研究表明壳聚糖在一定条件下对动物的代谢有一定促进作用从而可以提高动物的使用率提高产率2 壳聚糖在水处理中的应用21 壳聚糖对海水溴离子吸附的影响溴素是重要的化工原料之一溴素及其衍生的溴化物在国民经济和科技发展中有着特殊的价值海水中溴的浓度过低限制了直接采用现有生产技术制备溴素因此需要通过吸附方法对海水的溴进行浓缩侯杰16研究三种壳聚糖对海水溴离子的吸附性能结果表明三种吸附剂对海水Br-有一定的吸附作用其中负载硝酸镧的改性壳聚糖微球对海水Br-的吸附效果最好在浓缩海水溴素方面展现出一定的应用前景22 对金属离子吸收的影响王学刚王光辉等17人以天然高分子化合物壳聚糖 CTS 为原料在碱性条件下用环氧氯丙烷对壳聚糖进行化学改性 制得不溶水的交联壳聚糖 CCTS 用作含铀废水的吸附剂 探讨了pH值吸附剂用量铀初始浓度粒径对吸附的影响及其对铀的吸附动力学规律结果表明 当废水pH 35左右 交联壳聚糖用量为10mg铀初始浓度为50 mgL 经160 min后可达吸附平衡 铀的吸附去除率最高可达980 以上交联壳聚糖对铀的吸附规律较好地符合Langmu ir吸附等温式 吸附动力学模型可用准二级速率方程来描述初始铀浓度为50mgL 壳聚糖和交联壳聚糖对铀的吸附去除率分别为874 980交联壳聚糖对铀的吸附能力得到明显的提高此外黄增尉 周泽广18进行交联壳聚糖处理电镀废水中铬的研究他们以天然高分子化合物壳聚糖为原料在碱性条件下用环氧氯丙烷对壳聚糖进行化学改性制备得水不溶的交联壳聚糖 CCTS 采用静态法研究交联壳聚糖对废水中Cr 的吸附行性能 实验结果表明交联壳聚糖对Cr 具有很好的吸附性能 吸附的最佳条件是 pH 值34吸附时间为80min使用CCTS 处理电镀废水中的Cr 离子吸附率达到了96 而且吸附后的CCTS可以再生使用 由此可见壳聚糖对污水的处理作用前景广阔而且吸收金属离子的效率较高3 壳聚糖的生物药用31 在眼科上的应用 医用壳聚糖的分子量可达到300万道尔顿 且分子中含有许多极性基团 具有良好的吸水性和成膜性 溶于水中形成具有粘滞性的大分子胶体溶液可延长药物在结膜囊内的滞留时间而延长疗效 而且本身又具有消炎抑菌止血及良好的生物相容性因此 壳聚糖人工泪液 替代或补充泪液 湿润眼球 治疗无泪液患者和干燥性角膜炎结膜炎 具有显著的疗效19李平等对壳聚糖人工泪液和甲基纤维素人工泪液的疗效进行了对照研究 96例无泪液患者和干燥性角膜炎结膜炎患者分为两组 壳聚糖人工泪液组58 例 甲基纤维素人工泪液组38 例 观察眼球湿润充血干涩情况以评价疗效壳聚糖人工泪液组显效32例有效26例无效0例 总有效率100甲基纤维人工泪液组总有效率605Feil等一壳聚糖作为泪液替代品发现壳聚糖不仅可以改善干眼症患者的状况而且有良好的抑菌功能19 此外哈力牟阳李昊20通过实验也发现了壳聚糖可促进鱼腥草素钠的吸收 提高鱼腥草素钠在眼房水内的浓度 是一种很有前景的眼用增黏剂和增效剂32 医用药物抗肿瘤药药膜植入术后瘤床用于间质化疗可起到类似靶向作用的目的陈红丽等制备了胶原 壳聚糖载硫酸长春新碱微球复合药膜 作者先用WOO溶剂挥发法制备聚乳酸羟基乙酸载VCR 微球再将此微球加入到含胶原 壳聚糖为41 的03 丙二酸溶液中搅拌混匀冷冻干燥得复合药膜对药膜的表面形态降解性质热力学性质及释放性质进行表征结果添加了壳聚糖的药膜降解速度明显小于单纯的胶原药膜作者认为壳聚糖分子链上的羟基和氨基与胶原分子中的羰基和氨基之间形成氢键使共混膜中同时存在同种分子之间与异种分子之间的静电引力和氢键力可以限制胶原酶对胶原的识别使得添加了壳聚糖的药膜释放速率减慢2133 基因运载工具 将包埋小牛胸腺 DNA 的壳聚糖海藻酸钠微囊通过管饲法注入小鼠体内后 发现微囊通过小鼠消化系统仍能回收 说明壳聚糖海藻酸钠微囊可作为DNA 的保护屏障利用壳聚糖可浓缩DNA 且形成小的分散颗粒 最大粒径为100 nm 将壳聚糖DNA 复合物用于基因运载 经验证壳聚糖DNA 复合物能有效转染HeLa 细胞 宫颈癌传代细胞 224 壳聚糖在造纸业中的应用 徐腾安庆坤23通过对施胶整理整理工艺和纸面抗菌测试进行了较深入的研讨经过实验得出通过对壳聚糖加入整理后不仅提高了纸张的强力抗皱性和杀菌性能并赋予纸张以绿色的内涵提高了纸张的功能性5 壳聚糖在纺织工业中的应用 王鸿博高卫东24经研究发现在纺织工业上甲壳素可作为织物的上浆剂整理剂改善织物的洗涤性能减少绉缩率防毡缩增强可染性用甲壳素制作的无纺布加工成的生物衣具有吸水扩散抗菌等功能另外甲壳素具有增色和固色的作用可作为直接染料和硫化染料的固色剂提高染料对织物的染色效果改善色度提高色牢度6 壳聚糖在制革业中的应用大量研究表明用壳聚糖对皮革进行预处理之后皮革对阴离子染料的作用显著增强这是由于在染色的酸性条件壳聚糖的伯氨基质子化带上阳电荷后增加了染料与皮革的作用及结合点而在碱性条件下非质子化的氨基又在革内形成额外的亲核中心从这一方面来看它又为反应性染料增加了反应点经壳聚糖处理之后的各类革坯染色之后色调更深丰满性更好且革坯的壳聚糖预处理对阴离子染料的染色作用影响大于其对直接性染料染色作用的影响此外预处理没有对革的水洗色牢度造成影响25结论和展望我国有广阔的海岸线和大面积水产养殖基地甲壳素资源十分丰富对于甲壳素壳聚糖的科学研究也正在不断的深人甲壳素壳聚糖作为一种性能优良的高分子材料其多功能性生物相容性生物降解性是其他合成功能高分子无法比拟的甲壳素高分子链的两个羟基和壳聚糖高分子中的两个羟基和氨基能发生多种化学反应生成极有开发价值的新功能材料广泛用于高附加值新产品的开发甲壳素壳聚糖及衍生物作为绿色材料其开发潜力和应用前景是相当巨大的目前 壳聚糖季铵盐及其衍生物已经在诸多领域中被广泛应用随着人们对甲壳素壳聚糖认识的增多具有环保安全廉价等诸多优点的壳聚糖也必将在各个领域中发挥更多的作用 参考文献1胡洪禄赵东风马天芳王文政壳聚糖涂膜保鲜萝卜的研究J潍坊高等职业教育200703012袁毅华壳聚糖常温保鲜番茄的研究J食品科学1994 02 62- 653黄向红壳聚糖膜保鲜四季抽的效果研究A中国科协第二届青年学术年会食品科学论文集4尹莲含金属离子的壳聚糖涂膜剂常温保鲜葡萄的研究J食品科学1998 09 5 1 -535夏文水王璋壳聚糖澄清果汁作用的研究J无锡轻工业学院学报 1993 12 2 111- 1176蒋挺大甲壳素M北京中国环境科学出版社1996 222-2267杨莉陈锦屏壳聚糖在食品工业中的应用J食品研究与开发2 0012 05 8梁灵等壳聚糖在称猴桃果汁澄清中的应用研究J食品科技19 98 0 l 33 一359徐金祥 刘秀凤等果汁菜汁澄清方法的比较研究J食品科学 1997 18 31-3310王思乐王纪亭壳聚糖在水产动物养殖中的应用J山东畜牧兽医2010 09 11张茜 壳聚糖对淡水鱼糜凝胶特性的影响D 无锡江南大学200912史彬林张彩芬崔玉铭王鹏宇张树合侯先志壳聚糖对仔猪营养物质消化代谢的影响J饲料工业200930 10 13丁晓岚 壳聚糖对肉仔鸡生长性能的影响及其促生长机理的研究D呼和浩特内蒙古农业大学200514 马小珍杨烨谢新东冯玉兰 壳聚糖对肉仔鸡 公鸡 生长性能和脂肪代谢的影响J 福建农业学报2001 04 15田丰任海军史彬林 闫素梅 赵鹏 壳聚糖对奶牛产奶性能乳体细胞数及血清免疫球蛋白的影响J 饲料工业2009 05 16侯杰三种壳聚糖对海水溴离子的吸附性能研究D青岛中国海洋大学200917王学刚王光辉谢志英 交联壳聚糖吸附处理低浓度含铀废水J 金属矿山2010 09 18黄增尉 周泽广 交联壳聚糖处理电镀废水中铬的研究J 广西民族学院学报 自然科学版 200612 04 19程金伟魏锐利李由顾其胜 壳聚糖在眼科疾病治疗中的应用J上海生物医学工程200122 04 20哈力牟阳李昊 鱼腥草壳聚糖滴眼液兔眼药动学研究J中国中医药科技201017 05 21桂留中陈礼明 以壳聚糖为载体的抗肿瘤药制剂研制进展J安徽医药2010141022余婷婷壳聚糖的药物制剂学进展J广东药学院学报200117 01 23徐腾安庆坤壳聚糖在造纸业上的应用J江苏造纸2005 04 24王鸿博高卫东 甲壳素及壳聚糖在纺织工业中的应用D青岛江南大学200325林芳李正军刘春滟 壳聚糖及其衍生物在制革业中的应用J 西部皮革200830 12 The application research progress of chitosan one green raw material Wei yinxiu Huizhou UniversityHuizhou 516007Guangdong China AbstractThis article reviewed the progress of the application of Chitosanmainly introduces the applications in food water treatment biological medicinal paper industry and so on Key words Chitosan application food Water treatment精品