北大男科医院地图:甲壳素的作用与副作用

甲壳素与壳聚糖在饲料中的应用

山东轻工业学院食品与生物工程学院 宁维颖

山东轻工业学院轻化与环境工程学院 王正顺

甲壳素也叫甲壳质、几丁质、壳多糖、壳蛋白、甲壳胺等，于1811年被法国科学家Braconnot发现，1823年被法国科学家Odier命名为甲壳素（Chitin），希腊语的意思为“外衣”，当时是从甲壳昆虫的翅鞘中分离出来，因而命名为甲壳素。1859年Rouget将甲壳素用浓碱处理，得到了脱乙酸化的甲壳素，即变性甲壳素。1894年F.Hoppe－Seiler将变性的甲壳素命名为壳聚糖（Chitosan）。一百多年来，由于对甲壳素的化学结构和组成难以确定，限制了它的应用。

1 甲壳素在自然界的来源

甲壳素大量存在于动物尤其是节肢动物（如虾、蟹和昆虫）外壳中，也存在于低等动物（如真菌、藻类）的细胞壁中。地球上存在的天然有机化合物中，数量最大的是纤维素，其次就是甲壳素。估计自然界每年生物合成的甲壳素将高达千亿吨之多。甲壳素是地球上数量最大的含氮有机化合物，其次才是蛋白质。我国的虾、蟹及贝类产量极大，食用后剩下大量甲壳废弃物，既可作为生产甲壳素、壳聚糖的原料，又可避免污染环境。甲壳素在自然界的存在，大体可归纳为以下几个方面。

1.1 节肢动物 主要是甲壳纲，如虾、蟹等，其中虾壳中甲壳素的含量为20％～25％、蟹壳中的含量为15％～20%；其次是昆虫纲（如蝗、蝶、蚊、蝇、蚕等蛹壳）含甲壳素20％～60％，多足纲（如马陆、蜈蚣等）、蛛形纲（如蜘蛛、蝎、蝉、螨等）甲壳素含量为4％～22％。

1.2 软体动物 主要包括双神经纲（如石鳖）、腹足纲（如鲍、蜗牛）、掘足纲（如角贝）、瓣鳃纲（如蛐、牡燃）、头足纲（如乌贼）等，甲壳素含量达3％～26％。

1.3 环节动物 包括原环虫纲（如角窝虫）、毛虫纲（如沙蚕、蚯蚓）和检纲（如蚂蝗跨，有的含甲壳素极少，而有的则高达20％～38％。

1.4 原生动物 简称原虫，是单细胞动物，包括鞭毛虫纲（如锥体虫）、肉足虫纲（如变形虫）、池子虫纲（如疟原虫）、纤毛虫纲（如草履虫）等，含甲壳素较少。

1.5 腔肠动物 包括水媳虫纲（中水媳、简螅等）、钵水母纲（如海月水母、海蛰、霞水母等）和珊瑚虫纲等，一般含甲壳素很少，但有的也能达3％～ 30％。

1.6 海藻 主要是绿藻，含少量甲壳素。

1.7 真菌 包括子囊菌、担子菌、藻菌等，含甲壳素从微量到 45％不等，只有少量真菌如 Olmycetes和Trichomycetes不含甲壳素。

1.8 其他 动物的关节、蹄、足的坚硬部分，以及动物肌肉与骨接合处，均有甲壳素存在。

2 甲壳素和壳聚糖的性质

甲壳素的化学名称是(1，4)－2一乙酸氨基一2一脱氧一β－D葡萄糖，化学结构是由2一乙酸氨基一脱氧一D一葡萄糖通过β－1，4糖苷键形式连接而成的多糖，分子量在100万以上，是唯一含氨基的均态多糖，结构与纤维素极为相似，是纤维素第二位上的羟基被殴胺基置换的产物。它是由生物合成再提取的天然产物，有良好的生物相容性，可被生物降解。甲壳素存在α、β、γ3种多晶型物。α型最丰富，最稳定，不易分解，木易溶化，也不溶于水、乙醇、乙醚、稀酸，但能溶于醋酸、稀碱，也可溶于无机酸，但同时主链发生降解。甲壳素与浓碱反应生成壳聚糖。甲壳素是白色或灰白色半透明片状固体，其不溶性限制了应用范围，所以大多加工成壳聚糖使用。

壳聚糖（Chitosan）是由甲壳素经浓碱水解脱乙酸基后生成的产物，又称脱乙酸甲壳素、可溶性甲壳素、聚氨基葡萄糖，化学名称是聚(1，4苷)－2一氨基一β－D一葡萄糖。它是白色或灰白色略有珍珠光泽半透明片状固体。不溶于水和碱溶液，可溶于稀有机酸及部分无机酸，如盐酸等，但不溶于冷的稀硫酸、稀硝酸、稀磷酸和草酸等。壳聚糖溶液不能配制的太浓，对于中等粘度的壳聚糖也只能配制成浓度小于5％的溶液。浓度太大时会转化为胶体，甚至形成溶胀物。壳聚糖作为溶液存放和使用时，需处于酸性环境中。由于其具有缩醛结构，在酸性溶液中将发生壳聚糖降解，溶液粘度也随之下降，加入乙醇、甲醇、丙酮等可延缓壳聚糖溶液粘度的降低，以乙醇的作用最明显。壳聚糖甲酸溶液比壳聚糖乙酸溶液稳定。抗

氧化剂维生素C对壳聚糖具有明显的促进降解作用。

3 甲壳素和壳聚精的制备

制取甲壳素的主要原料是水产加工厂废弃的虾蟹壳。我国是水产大国，虾、蟹壳资源丰富，为生产甲壳素和壳聚糖产品提供了原料基础。

3.l 甲壳素的制备 将虾、蟹壳洗净干燥后，以5％稀盐酸于室温浸泡Z h，除去原料中的碳酸钙，然后过滤水洗至中性，再置于 10％ NaOH溶液中煮沸Z h脱蛋白，然后过滤、水洗至中性，干燥即得甲壳素。

3.2 壳聚糖的制备将甲壳素置于45％～50％NaOH溶液中，在100～110℃水解4 h，或用40 ％NaOH溶液于84±1℃的烘箱中保温I7 h，然后过滤、水洗至中性，干燥即得壳聚糖。为加快脱乙酸反应，可进行间断性水洗。

4 壳聚糖的脱乙酸度测定

壳聚糖的脱乙酸度是壳聚糖分子中脱除乙酸基的糖残基数占壳聚糖分子中总的糖残基数的百分比，也就是竞聚糖分子链上自由氨基的含量，是一项重要的技术指标。竞聚糖脱乙酸度的高低，直接关系到它在稀酸中的溶解能力、粘度、离子交换能力、絮凝性能和同氨基有关的化学反应能力。例如，医药食品级的壳聚糖脱乙酸基度≥85 ％，工业级的脱乙酸基度＞75％。测定的方法很多，如酸碱滴定法、苦味酸法、胶体滴定法、银量滴定法、电位满定法等。现将最简单的酸碱满定法介绍如下，该法不需特殊仪器，且重复性好，特别适合于生产过程中的质量监控。

酸碱滴定法的原理，是壳聚糖的自由氨基呈碱性，可与酸定量发生质子化反应，形成壳聚糖的胶体溶液；溶液中游离的H+用碱反滴定，这样从用于溶解壳聚糖的酸量与滴定用去的碱量之差，即可推算出壳聚糖自由氨基结合酸的量，从而计算出壳聚精中自由氨基的含量。具体方法为：准确称取0.3～0.5 g壳聚糖样品放入250 mL锥形瓶中（带塞），加入 30 mL 0.l mol/L HCI标准溶液，在20～25℃搅拌至溶解完全（可加适量蒸馏水稀释），加入2～3滴甲基橙，用 0.l mol／L NaOH标准液滴定游离的HCI，记下NaOH的用量，根据HCI和NaOH的用量即可算出样品的脱乙酸度。

5 甲壳素和壳聚糖在饲料中的应用

5.l 在家禽饲料中的应用

5.1.1 甲壳素和壳聚糖能促进鸡的生长，提高母鸡产蛋率印度人发现甲壳素能促进焙烤用小鸡的生长，将0.5％甲壳素混入饲料中喂养家禽，不但可减少饲料消耗，而且可提高增重12%。日本人发现壳聚糖及其衍生物可被小鸡消化，母鸡连续吃含10％鳞虾壳的饲料后产蛋率比不添加鳞虾壳的前周高8.8％。

5.1.2 壳聚糖对鸡脂肪代谢的调控 壳聚糖能减少肉鸡的脂肪沉积，鸡脂肪过多是一个国际性的问题，皮下脂肪在鸡肉加工中要被剔除。壳聚糖能降低家禽血脂和胆固醇等（Sugano，1980），由于其成分中带有4价铰离子，因而具有较高的阴离子交换性能，能粘合胆汁酸，防止胆汁酸循环，降低脂肪吸收，从而减少体脂的沉积量。在日粮中添加甲壳素，对脂肪表观吸收率、血脂浓度或腹脂量没有影响，但是添加壳聚糖减少了腹脂吸收率和腹脂量（Shigeki、Kobayashi等，1995）。Kobayashi等（1997）通过肉仔鸡试验表明，添加壳

聚糖能减少脂肪的吸收而降低体脂量，但不影响生长。补饲壳聚糖可使饲喂高脂肪而导致的血浆甘油三酯浓度降低，因此在肉鸡日粮中添加壳聚糖可以控制脂肪沉积量，且不降低饲料利用率。王述柏等（1998）在肉仔鸡对照组日粮基础上分别添加壳聚糖上S油。鱼油，结果表明试验组血清胆固醇含量均低于对照组，差异显著（P＜0．01）。对比血清和肌肉中脂肪酸含量还表明，壳聚糖除了有降低胆固醇的作用外，对某些不饱和脂肪酸也有一定的降低作用。张丽英（1998）在产蛋鸡日粮中添加4％壳聚糖，显著降低了鸡血清和蛋黄中胆固醇含量，并对产蛋鸡产蛋性能和饲料报酬有一定的积极影响。

5.1.3 甲壳素能促进家禽对乳清的利用 乳清是乳制品工业产生的副产品，由于含有70％左右乳糖而在家禽饲料中木能很好应用，原因是家禽消化肠道缺乏双歧杆菌，而双歧杆菌是动物肠道的正常菌群，乳糖的代谢主要靠双歧杆菌。因此，肠道内双歧杆菌缺乏，会造成乳糖的不吸收。李继珩（1985）研究发现，甲壳素摄人鸡体后可作为双歧因子的前体发挥作用。Auslin（1981）发现甲壳素可提高鸡对高乳糖干酪乳清的消化率。

5.2 在家畜饲料中的应用

5.2.l 甲壳素与壳聚糖能促进家畜增重 顾振权、宋锦昌（1991、1992）在稀土甲壳素对生长肉猪的效应研究中表明，在基础饲料中添加稀土甲壳素0.2％、0.3％、0.5％和1.0％，试验组可比对照组提高日增重5.35％～10.17％，可节省饲料3％～14.37％，其中以添加 0.5％为佳。日本研究证明，在断奶仔猪饲料中添加0.2％壳聚低糖，21 d后与对照组比较，体重增加13.1％，并且无腹泻现象。

5.2.2 能减少家畜组织中胆固醇含量日本的一个研究表明，在猪与牛的饲料中分别添加0.2

％与0.5％壳聚低糖，结果表明壳聚低糖能显著降低血液及肌肉组织中的胆固醇含量，尤其能使HDL胆固醇升高，LDL胆固醇含量降低。日本鸟取大学平野教授研究证明，用高胆固醇饲料喂养兔子，由于胆固醇与中性脂肪在血液中的浓度升高，不久后开发脂肪肝及肝炎，肝脏呈赤红色，但同时喂添加甲壳素的兔子，胆固醇和脂肪明显降低，没有出现脂肪肝、肝炎，肝脏呈暗褐色。

总之，甲壳素与壳聚糖在医药食品方面的应用开发较多，而在饲料方面的应用也逐渐受到人们重视，今后需要在饲料中的添加量及作用效果及机理等方面进行进一步的研究。

（参考文献略）

甲壳素的医疗作用

1、抗菌抗感染：甲壳素及其多种衍生物均具有不同程度的抗感染作用，以甲壳素六聚糖为最强。小分子的脱乙酰甲壳素具有质子化铵，质子化铵与细菌带负电荷的细胞膜作用，吸附和聚沉细菌，同时穿透细胞壁进入细胞内，扰乱细菌的新陈代谢及合成而具有抗菌作用。夏文水、吴焱楠研究认为，相对分子量为1500的脱乙酰甲壳素对大肠杆菌的抑制效果最强，随着分子量增大，则抑菌作用下降。正光华发现，脱乙酰甲壳素对金黄葡萄球菌、大肠杆菌、小肠结尖耶尔氏菌、鼠伤害沙门氏菌和李斯特单核增生菌，均有较强的抑制作用。中国纺织大学吴清基教授已成功地将甲壳素制成无纺布、流延膜、涂层纱布等多种医用敷料用于临床，其中甲壳素与醋酸制成的无纺布透气透水性能极佳，用于大面积烧伤烫伤，抗感染和促进伤口愈合效果很好。目前上海市每年可生产甲壳素医用材料约100吨。

2、降脂和防治动脉硬化：魏涛等采用含胆固醇1％和脱氧胆酸钠0.2％的合成饲料喂大鼠28天，在诱发高血脂症的同时，经口服脱乙酰甲壳素观察其对高血脂症的影响。实验设高脂对照组和低、中、高三个剂量实验组。结果表明，脱乙酰甲壳素中、高剂量组的总胆固醇及总甘油三酯含量与高脂对照组比较，前者降低了10.5％、14.2％，后者降低了18.8％和26.1％，低、中、高剂量三实验组的高密度脂蛋白胆固醇与高脂对照组比较，分别升高了16.5％、32.7％和50.4％。顾云等对31例高血脂成人患者进行口服脱乙酰甲壳素降脂试验，30日后检查，胆固醇、甘油三酯下降，低密度脂蛋白胆固醇下降，高密度脂蛋白胆固醇、脂蛋白均无明显变化。

3、抗病毒：许多科学家已从多方面证实了甲壳素硫酸酯的抗病毒活性。DerekHorton等证明氨基上含有SO42-的甲壳素衍生物对血液病毒有显著抑制作用。1992年Vorcellotti等发现甲壳素磺化衍生物能抑制哺乳动物的病毒感染，特别是能抑制和治疗艾滋病病毒感染，抑制其复制的IC50为7微克/毫升，同时也能抑制劳舍氏白血病病毒和单纯疱疹病毒。

4、抗肿瘤：小分子甲壳素具有优良的抗肿瘤活性，特别是甲壳素六聚糖具有很强的抑制肿瘤的作用。日本爱媛大学奥田教授经实验确认，甲壳素在64微克/毫升的浓度时就能增强淋巴球细胞杀死癌细胞的作用。铃木茂生报道，脱乙酰甲壳素能直接抑制艾氏腹水癌细胞的作用，在含有1×105的癌细胞溶液中，加入0.5毫克/毫升的脱乙酰甲壳素，24小时后癌细胞完全死亡。Saiki报道，硫酸甲壳素和硫酸羧甲基甲壳素对黑色素瘤肿瘤细胞有明显的抑制作用，且作用呈量效关系。福建师范大学刘艳如等对小白鼠接种S180肿瘤细胞，设对照组和甲壳素实验组，实验表明脱乙酰甲壳素对S180小鼠癌细胞有明显的抑制作用。目前国内外研究者对其抗肿瘤作用十分关注。

5、抗凝血：Muzzarelli等在五六十年代就充分认识到甲壳素硫酸酯的化学结构与肝素相似，预示此类化合物有抗凝血活性。1985年Hirano报道，分子量26000,O-位双硫酸酯甲壳素的抗凝血活性是肝素（174单位/毫克）的1.9～2.2倍。

6、其他：张桂英等证明，脱乙酰甲壳素具有良好的抗辐射性能。蒋莉等研究表明，脱乙酰甲壳素能保护肝脏，提高肝脏抗氧化能力。沈阳铁路总医院高风兰应用脱乙酰甲壳素口服治疗心绞痛5人、心律失常4人、顽固性心衰4人，均收到满意疗效。此外，某些甲壳素衍生物能结合Fe2+，增强胃肠道的吸收功能，用于治疗铁缺乏症。

甲壳素基本上没什么附作用。不过有句成语叫“过犹不及”，也不要短时间内使用大量的甲壳素哦