几丁质与壳聚糖的抑制脂肪吸收作用及抑制肿瘤作用

1.几丁质的结构与性质

几丁质（Chitin）又称为甲壳质、甲壳素，主要从甲壳动物的外壳中提取。纯几丁质是一种无毒无味的白色或灰白色半透明固体，在水、稀酸、稀碱及一般的有机溶剂中难以溶解，因此限制了它的应用和发展。后来人们在研究探索中发现，几丁质经浓碱处理脱去其中的乙酰基就变成可溶性的甲壳胺或壳聚糖（Chitosan）。壳聚糖的化学名是聚-1，4-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖，或者简称为聚氨基葡萄糖。壳聚糖由于大分子结构中存在大量氨基（图2.3），溶解性与化学活性得到改善，因此它在营养、保健和医疗等方面具有广泛的应用价值。几丁质是地球上含量极高的一种自然资源，也是自然界中迄今被发现的唯一带正电荷的动物纤维素。由于分子结构中带有阳离子基团，因而对带负电荷的各类有害物质具有强大的吸附作用。它也能够清除人体内的“垃圾”，达到预防疾病、延年益寿的目的。

2.几丁质的分布

图2.3　壳聚糖结构式

（1）节肢动物：主要为甲壳亚门，如虾、蟹等，含几丁质可高达58%～85%；其次是昆虫纲（如蝗、蚊、蝇、蝶、蚕等蛹壳含几丁质20%～60%）、多足纲（如蜈蚣、马陆等）、蛛形纲（如蜘蛛、蜱、螨、蝎等，几丁质含量达4%～22%）。

（2）软体动物：主要为腹足纲（如鲍、蜗牛）、多板纲（如石鳖）、掘足纲（如角贝）、头足纲（如乌贼、鹦鹉螺）、瓣鳃纲（如牡蛎）等，几丁质含量达3%～26%。

（3）环节动物：包括毛足纲（如沙蚕、蚯蚓）、原环虫纲（如角虫）和蛭纲（如蚂蟥）3个纲，有的含有几丁质极少，而有的则高达20%～38%。

（4）原生动物：简称原虫，为单细胞动物，包括肉足虫纲（如变形虫）、鞭毛虫纲（如锥体虫）、纤毛虫纲（如草履虫）、孢子虫纲（如疟原虫）等，含几丁质较少。

（5）腔肠动物：包括钵水母纲（如海蜇、海月水母、霞水母等）、水螅虫纲（水螅、筒螅等）及珊瑚纲等，一般含几丁质很少，但有的也能达3%～30%。

（6）其他动物的蹄、足、关节的坚硬部分，以及肌肉和骨的接合处均有几丁质存在。

3.几丁质、壳聚糖的生物活性

（1）降低血糖。糖原合成是机体贮存多余葡萄糖的一个重要途径，胰岛素可通过激活糖原合成酶——磷酸酶来促进肝脏及肌肉中糖原的合成。研究发现，患糖尿病的大鼠，其肝糖原合成酶的活性变弱。在血糖异常时，低分子量壳聚糖能进入胰岛，促进胰岛细胞的修复，提升胰岛素的分泌，提高外周组织对胰岛素的敏感性，从而促进糖原合成，起到降低血糖、调节机体糖代谢的作用，但对正常的血糖、血胰岛素水平则没有影响。(www.xing528.com)

（2）降血压、降血脂。动物实验及人体观察结果证实，壳聚糖有一定的降血压功能，壳聚糖结构中的氨基和食盐中的Cl-结合，可以促进Cl-排出体外，从而抑制血管紧张素转化酶（ACE）的活性。因而，壳聚糖可以被认为是一种ACE抑制剂。研究发现，几丁质、壳聚糖对Ⅰ、Ⅱ期高血压患者还有一定的缓解眩晕、头痛、心悸、失眠、耳鸣和烦躁等症状的功能。同时，壳聚糖能促进钙离子及铁离子在小肠的吸收，体内Ca2+浓度升高，在一定程度上可促进Na+排出体外，使血压降低。血液中的脂肪滴带负电荷，当带正电荷的几丁质或壳聚糖与其结合时，在脂肪滴周围会形成天然屏障，几丁质的降解物以及壳聚糖具有良好的吸附功能和螯合分子的能力，可阻断脂肪分子进一步分解，限制脂肪滴被吸收。低浓度几丁质和壳聚糖还能抑制脂肪消化酶活性，使脂肪在小肠内难以被吸收而以脂肪微粒的形式排出体外。几丁质和壳聚糖在小肠内和胆汁酸相结合，破坏脂类乳化，减少人体吸收。以上功能降低了机体中血脂的含量。

（3）免疫调节。体内巨噬细胞的含量及T淋巴细胞的活性可影响人体免疫调节作用，几丁质和壳聚糖可促进巨噬细胞生成，活化T淋巴细胞。几丁质、壳聚糖所带的阳性基团，吸引单核细胞从血液中游出，在组织中聚集形成巨噬细胞，同时几丁质、壳聚糖直接刺激局部某些组织，促使细胞增生，继而演变成巨噬细胞。在偏酸性的体内环境，癌细胞生长增殖加快，而淋巴细胞不活跃。研究发现，在pH7.4的体液中，淋巴细胞活性最强，能直接杀死癌变细胞。几丁质、壳聚糖中的氨基能吸附H+，提高体液中HCOO-浓度，使体液pH偏向碱性，创造出有利于淋巴细胞攻击癌细胞的环境，对改善内环境极其有效。

（4）抑制肿瘤。几丁质、壳聚糖主要是通过增强机体非特异性免疫功能而对肿瘤起到抑制作用，壳聚糖的结构不同导致它们在抑制肿瘤方面起到不同的作用。壳聚糖对DNA有很强的亲和力，可以抑制宿主细胞对病原体的反应，不仅具有一定的抑制肿瘤功能，还可降低化疗药物的毒副作用。目前的研究还发现，诱导肿瘤细胞凋亡可能是壳聚糖抑制肿瘤的又一个重要机制。

（5）抑菌。几丁质、壳聚糖聚合物具有广谱抗菌及抗病毒活性，对不同的微生物，其抑制作用的机制可能不同，其作用方式主要有改变细胞膜的通透性、损伤细胞壁、改变蛋白质和核酸分子、抑制酶的作用、抑制代谢、抑制核酸的合成。

根据革兰氏染色法，细菌分为革兰阳性菌和革兰阴性菌。几丁质、壳聚糖对这2种细菌的抑菌机制不同，对于革兰阴性菌，主要是由小分子的壳聚糖渗透入细菌细胞内，吸附细胞内带负电的细胞质，并引起絮凝作用，破坏细菌细胞正常的生理活动，从而起到杀灭细菌的作用。对于革兰阳性菌，主要是由聚合成大分子的壳聚糖吸附于细菌细胞表面，形成一层高分子阻断膜，阻止营养物质向细胞内运输，从而起到抑菌和杀菌作用。

4.几丁质、壳聚糖在食品工业中的应用

（1）保鲜剂。用几丁质、壳聚糖制成的无毒、高效、可降解的果蔬涂膜保鲜材料可防腐抑菌，延长果蔬贮存期限。美国和加拿大等国从20世纪80年代起开始研究壳聚糖对果蔬的保鲜，已取得了一定成果。美国以壳聚糖作为水果保鲜剂，在水果上喷洒其溶液，保鲜期可达9个月。目前，我国果蔬保鲜主要采用气调保鲜与化学保鲜，由于技术落后，操作不当，每年果蔬产后损耗达到25%～30%，所以几丁质、壳聚糖涂膜保鲜剂已成为研究及开发的热点。研究表明，应用壳聚糖保鲜膜可以较好地抑制贮藏期短的果蔬（如猕猴桃、梨、黄瓜、草莓、蘑菇和西红柿等）的腐烂变质，延长贮存时间。另外，壳聚糖还可作为腌菜、面条、果冻、米饭等的保鲜剂。

（2）保健食品。几丁质、壳聚糖具有降血脂、降血压、增强免疫力等作用，按一定比例添加在保健食品中，可以起到抗癌、减肥、调节微量元素等功效。几丁质、壳聚糖被认为是继卵磷脂、螺旋藻等第二代保健食品之后的第三代保健食品。几丁质、壳聚糖还能改善肠道微环境，促进肠道益生菌增殖，具有爽口的甜味，但能值比蔗糖低很多，且不增加胰腺的负担。由于这种特性，几丁质、壳聚糖广泛用于口香糖、牛奶巧克力、牙膏、牙粉等生产，不仅有良好的口感，且能起到预防龋齿及牙周病、止血、愈合伤口及消除口臭等作用。另外，将可溶性壳聚糖添加在食品中，还可以帮助人体吸收所需无机盐如钙、锌、铁等。

（3）饮料澄清剂。目前在果汁加工业中，果汁澄清通常是采用果胶酶与淀粉酶水解，结合助凝剂、膨润土或硅胶等处理来完成，操作复杂、费用高、周期长，且不能从根本上解决果汁在贮藏过程中出现的非生物性浑浊以及部分果汁品种褐变的问题。果汁大部分呈弱酸性，含大量带负电荷的纤维素、果胶、单宁和多聚戊糖等物质，壳聚糖在稀酸溶液中带正电荷，由于正负电荷间的静电相互作用，果汁中带负电荷的悬浮物吸附于壳聚糖表面，小颗粒悬浮物聚成大颗粒，当超过液体对它的承载浮力时，就会发生沉降，过滤后即得到澄清的果汁。有研究表明，壳聚糖在雪莲果汁和甘薯饮料、山楂汁等果蔬汁澄清中起到较好的作用。壳聚糖也可以用于食醋澄清，用量6 g/L就可以有效防止食醋在贮藏期间发生浑浊、沉淀现象，且对食醋的风味影响很小。另外，在中药提取液中，用几丁质、壳聚糖作为澄清剂也有着广阔的应用前景。

（4）可食用包装膜。目前，食品工业中普遍使用的聚合包装膜因含有不能天然降解的材料，容易对环境造成污染。几丁质与壳聚糖具有良好的成膜性及生物降解性，与多糖物质结合后，可以形成具有阻湿性和阻氧性的薄膜。例如，日本人在淀粉类物质的水溶液中加入几丁质与壳聚糖，混匀制膜，制得一种淀粉-几丁质-壳聚糖的复合膜，此膜不溶于水、耐油、抗张强度高，可用于包装固体、半固体或者液体食品。壳聚糖膜用于食品包装中可有效防止食品氧化、阻隔CO2、抑制细菌生长、防水防潮，膜耐油性好、机械延展性高、柔韧性较好，且膜体透明，可用于糕点、果脯、方便面调料及其他方便食品的内包装，延长食品货架期。

（5）其他用途。由于几丁质、壳聚糖是呈阳性的天然聚合物，在食品工业方面，可应用于饮用水净化、食品废水处理等，还可作为天然的食品乳化剂，添加在各类食物里，如冰激凌、果酱等。几丁质、壳聚糖还可以作为肉制品的抗氧化剂、固定化酶的载体等。