甲壳素与壳寡糖
研究与开发历史
早在400年前《本草纲目》中就有螃蟹壳应用的记载这是甲壳素最早的应用纪录
1811年法国H.Braconnot教授最早分离出甲壳素他用温热的稀碱处理蘑菇得到一些纤维状的残渣他以为是纤维素并命名为Fungine,意思是真菌纤维素12年后也就是1823年另一位法国科学家A.Odier从昆虫的翅鞘中分离出同样的物质命名为Chitin即铠甲信封的意思
1859年法国C.Rouget第一次分离出壳聚糖命名为Chitosan
从发现甲壳素后的一个半世纪甲壳素的研究进展缓慢20世纪下半叶随着对纤维素蛋白质和甲壳素及其他糖类等生物大分子的研究有机化学诞生和发展起来甲壳素的研究重心也从欧洲转向日本
1977年英国Muzzarelli教授发起并主持了第一届甲壳素和壳聚糖国际会议以后每2年召开一次在1991年的会议上美欧的医学科技界营养食品研究机构将其誉为第六要素
我国于1952年开始研究20世纪90年代是研究的全盛时期1997年研究开发课题列入国家科委九五攻关计划归属863计划2000年前后酶法生产壳寡糖的方法被攻克二甲壳素及其衍生物的概念
甲壳素是乙酰氨基葡萄糖组成的聚糖壳聚糖是甲壳素通过强碱水解或酶解后脱去部分乙酰基的衍生物是氨基葡萄糖的聚糖
壳寡糖是壳聚糖降解后的衍生物现在把由20个以下氨基葡萄糖组成的低聚壳聚糖称为壳寡糖乙酰氨基葡萄糖或氨基葡萄糖不是葡萄糖在体内也不会转变为葡萄糖因此对血糖不会有不利影响甲壳素经脱乙酰基处理得到壳聚糖再经过进一步降解就成为壳寡糖
甲壳素是第一个实际应用的产品也是在日本第一个被批准的功能性食品但是甲壳素不溶于水碱一般的酸和有机溶剂只溶于部分浓酸是依靠人体胃肠道中的甲壳素酶溶菌酶等的作用少部分分解因此其吸收率较低服用量较大产生的服用反应也高达70%%以上对甲壳素进行化学处理脱掉其中的乙酰基就变成了壳聚糖壳聚糖已经可以溶于稀酸比甲壳素进了一步但是甲壳素和壳聚糖都是大分子分子量在几十万到几百万都不溶于水把壳聚糖降解为小分子就是壳寡糖壳寡糖可以直接溶于水因此吸收率大为增加服用量和服用后反应大为减少
壳寡糖具有较高溶解度所以很容易被吸收利用具有许多优于高分子量壳聚糖的功能是当今国内外研究开发的重点领域三糖复合物
甲壳素类物质在包括人在内的动物的关节足的坚硬部分以及动物肌肉和骨结合处均有存在另外在我们体内有一大类以氨基葡萄糖为重要组成成分的糖复合物它们是糖蛋白蛋白多糖和糖脂
蛋白质是生命的体现者没有蛋白质就没有生命人的血浆存在着一百多种蛋白质其中有不下80种是糖蛋白在这些蛋白质上为什么必须加上糖链呢糖链保证了糖蛋白的亲水性也就是保证这些蛋白质能溶于水如果我们体内的大部分蛋白质都凝固还能有生命吗因此专家们认为这是生命存在的前提而且糖链保护蛋白结构的稳定性减少它的破坏
糖链的另一个主要功能是作为信号分子
一切生命现象实际上都是机体内细胞对胞外信息的转导并最终在细胞内产生特定效应的信号转导和调控的过程
我们现在处在一个信息社会信息的重要性我们都有体会如果没有了互联网电视报纸电话我们的社会会变成什么样子那是很可怕的我们人体也是一个小社会人体内部各组织器官和系统的协调和外部环境协调统一对来自内部和外部的各种信息作出及时和准确的反应信息的沟通是必要的先决条件细胞膜上有接受信息的结构叫受体Ⅱ型糖尿病的发病原因就是胰岛素受体出了问题受体大部分是糖蛋白其中糖链起着辨别和接受信息的作用又被称为分子雷达或细胞天线
蛋白聚（多）糖的生理作用
蛋白聚糖构成细胞间的基质包括透明质酸肝素硫酸软骨素等对基质的成分和功能起重要作用硫酸软骨素能维持软骨的正常性能角膜的胶原纤维间充满了硫酸软骨素使角膜透明
细胞是生活在基质中的细胞是岛屿基质就是海洋基质的正常与否对细胞的功能起重要作用由于甲壳素类物质在营养学上的重要性所以1991年在欧美国际学术会议上被定为继蛋白质糖脂肪维生素微量元素之后的第六生命要素
甲壳素类物质这么重要就不能让它缺乏那么我们体内所需要的这些物质从哪里来呢我们人体可以合成一些但是日本甲壳素协会理事长松永亮认为跟踪研究发现人到中年后自我合成甲壳素类物质的功能几乎完全丧失大量使用杀虫剂使粮食中几乎不含此物质
按照松永亮教授的意见中老年人自我合成壳聚糖壳寡糖的能力下降故必须依赖于从食物中补充而我们从食物中能补充到的也不足这是由于食物链的破坏
辽阔的大地上昆虫和农作物共同生长昆虫死亡之后遗体在土壤中被分解甲壳素的分解产物也被植物吸收因此粮食和蔬菜中含有甲壳素及其衍生物成分杀虫剂的大量使用塑料大棚的广泛应用以及无水栽培等新技术都阻断了上述的演变过程食物链发生了破坏因此人从粮食和蔬菜水果中得到的甲壳素类物质大为减少因此应当像补充其他营养素一样注意补充四甲壳素类物质的生理保健功能
除了营养学作用外甲壳素和壳寡糖还具有重要的生理保健功能这些作用具有一个鲜明的特点就是针对细胞起作用细胞是构成人体的基本结构和功能单位细胞正常人才能健康因此这一作用具有整体性
壳寡糖对细胞的作用首先是促进细胞增生被实验证实的就有皮肤骨骼胰岛心肌神经肝脏等因此并非局限于个别的细胞另一方面对细胞有保护作用可以延长细胞在体内的存活时间
这些作用有以下几方面的意义⑴增强功能如实验证明壳寡糖对胰岛细胞增生有明显的促进作用这一点对于糖尿病人的康复具有重要的意义⑵促进愈合很多疾病和创伤都存在一个病灶愈合的问题病灶愈合的前提就是细胞的增生这一点从壳寡糖促进试验性兔骨骨折愈合的实验中可以清楚显示出来⑶抗衰老细胞再生能力减弱大量衰老细胞得不到更新使得细胞趋于老龄化这是早衰的主要原因⑷减少细胞的损伤对实验动物用异丙基肾上腺素造成心肌细胞的大片坏死应用壳寡糖进行保护坏死明显减轻显著优于心得安的保护作用
1.免疫功能
非典的流行给我们上了一堂保健和免疫课现在大家都非常关注免疫功能人们逐渐认识到最终保护人体免于或减少伤害的是我们自身的免疫系统
实验证明壳寡糖使白介素-1（IL-1）增加3.4倍白介素-2增加2.7倍可激活杀伤细胞如NK细胞LAK细胞等并产生INF-γTNFα等细胞因子还可直接作用于B细胞并分泌免疫球蛋白（Ig）
因此对免疫的两个环节细胞免疫和体液免疫壳寡糖都有明显改善作用
2.辅助防治肿瘤
除免疫防护功能外免疫的另一个作用就是肿瘤监视我们每天要有大约7000亿到10000亿个细胞制造出来就像工厂会出废品每天我们体内会有几百万个细胞不正常但是只要免疫功能正常就能及时地发现和清除不正常细胞防止肿瘤的发生这是消除来自体内的危险另一方面壳寡糖能保护细胞防止外来的致癌因素的诱变作用对肿瘤病人壳寡糖有直接抑制肿瘤细胞减少其转移的作用和减少放疗化疗副作用的功能从而配合常规治疗提高病人的疗效
3.对糖尿病的作用
我们从上面的实验可以看出壳寡糖可以促进胰岛细胞增生因此胰岛素分泌量增加氨基葡萄糖的碱性有助于提高体液的PH值这个值每提高0.1胰岛素的活性就提高30%%同时对高血压高脂血症高粘血症等造成并发症的危险因素有改善作用就有利于减少和延后糖尿病并发症的发生
对糖尿病非肥胖性糖尿病小鼠随机分为治疗组和对照组治疗组用4%%壳寡糖对照组用蒸馏水做饮用水连续15周结果治疗组有65%%降血糖作用明显35%%降血糖有效对照组小鼠陆续死亡结论壳寡糖对糖尿病小鼠有治疗和延长生存期作用
4.甲壳素及其衍生物的化学结构对其功能的影响
甲壳素及其衍生物的一些生理保健功能与该类物质的化学结构有关其中含有的氨基具有三个重要的特性
⑴碱性人体对体液酸碱度的要求是非常严格的PH值需要限制在一个很狭小的范围内否则生理功能就受到不利影响严重的会产生酸碱中毒由于人体的分解代谢产物多是酸性的因此体液有酸性化的倾向专家们建议多吃碱性食品就是这个道理而甲壳素类物质是天然存在的唯一碱性多糖其碱性是由其氨基决定的
⑵还原性也就是有抗自由基作用因为自由基是几乎所有中老年慢性疾病的重要发病机制因此抗氧化就非常重要
⑶吸附性可以结合很多有害的物质
5.环保作用
目前环境污染正严重地威胁着人类的健康环境污染需要治理我们就可以选择服用甲壳素类物质的保健品来减少污染对自己健康的危害氨基葡萄糖的C2上有一个氨基C3上有一个羟基对具有一定离子半径的金属具有鳌合作用对重金属的作用突出而对钠钾镁钙铵钡等没有明显结合对色素苯酚多氯联苯卤素有吸附作用对卤素中的氯离子的吸附和降压作用有关因此1993年国际学术研讨会上甲壳素类物质被定为人体环保剂环保卫士
6.降脂作用
甲壳素和壳寡糖从肠道局部和全身两个方面产生降脂和减肥作用甲壳素类物质可以在肠内形成溶胶与脂肪胆汁酸结合和包裹妨碍了小肠对它们的吸收从而起到降脂作用
胆固醇一方面从食物中吸收一方面可以体内合成而且合成的量比吃进去的更多HMG-CoA还原酶是胆固醇合成的重要催化酶抑制了它的活性就可以减少胆固醇的合成临床上有一类重要的降脂药物-HMG-CoA还原酶抑制剂如洛司他汀辛伐他汀等非常有效壳寡糖可以抑制HMG-CoA还原酶因此是一种天然的HMG-CoA还原酶抑制剂
对30例单纯性肥胖人群的观察服用甲壳素30天后血清总胆固醇由试验前的5.3±0.9mmol/L下降为4.4±0.5mmol/L甘油三酯由1.5±0.5mmol/L下降为1.1±0.2mmol/L血压由129±12.3mmHg/85±8mmHg下降为120±10mmHg/80±6mmHg
7.对高血压的影响
试验和流行病学调查都证明吃的食盐过多会增加高血压这是食盐中钠离子还是氯离子的作用呢专家们用实验证明了是氯离子的原因氯离子可以激活血管紧张素转换酶的活性使能强烈收缩血管的血管紧张素Ⅱ大大增加血压就会升高如果抑制了这个酶血压就会下降临床上有以卡托普利为代表一类有效的降压药物甲壳素类物质可以减少氯离子的吸收因此也可以视为天然的血管紧张素转换酶抑制剂
根据以上分析甲壳素壳寡糖的实际应用是有充分的理论基础的它必将为增进人类的健康促进疾病的康复和延缓衰老发挥重要作用
