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1、药用高分子材料学之,甲壳素和壳聚糖及其衍生物的应用,甲壳素和壳聚糖及其衍生物的应用,我国南宋学者朱熹早在12世纪就提出了“天无弃物”的观点,但长期以来人类开发和利用废弃物等物质资源的广度、深度和有效程度却始终受到科学技术和经济条件的制约.直至1811年,法国人于大自然中最早发现了甲壳素,之后于1859年又发现了甲壳素的脱乙酰基产物壳聚糖一种唯一的碱性天然多糖.近几十年来,甲壳素和壳聚糖已成为日、美等国家的热门研究课题.据统计,近十年来日本平均每3天就申请1项有关甲壳素或壳聚糖的专利.我国从20世纪中期也开始开展有关的研究和产品开发,且很快成为生产壳聚糖的主要国家 。,甲壳素和壳聚糖及其衍生物的
2、应用,壳聚糖(chitosan)是甲壳素(chitin)的部分脱乙酰产物 ,也是迄今所发现的唯一天然碱性多糖 。甲壳素广泛存在蟹、虾等低等动物以及藻类、真菌等植物中 ,含量极其丰富 ,自然界每年产量约在1013 1014 kg,是仅次于纤维素的第二大多糖。壳聚糖近年之所以引起人们关注 ,是因为: 壳聚糖的生物相容性好 ,且能被生物降解 ,降解产物无毒性; 壳聚糖及其衍生物具有许多独特的性质 ,如对重金属离子的螯合性、抗菌性、抗病毒性、抗癌性、促进伤口的愈合等等。因此 ,它在污水处理、贵金属回收、膜分离、化妆品、抗凝血药物、伤口愈合材料、功能膜材料等方面获得了广泛的应用。,甲壳素和壳聚糖及其衍生
3、物的应用,中药方面的应用 西医中的应用 食品上的应用,壳聚糖的溶解性能,壳聚糖不溶于中性与碱性水溶液以及绝大部分有机溶剂 ,可溶于无机酸和大部分有机酸 ,其溶解度取决于它的脱乙酰度与溶液的pH值。一般地说 ,脱乙酰度越高 ,其溶解性越好。,中药方面的应用,1.壳聚糖的溶解性能 2.壳聚糖的安全性 3.生物合成与生物降解 4.壳聚糖在中药提取过程的应用,壳聚糖的安全性,壳聚糖的急性毒性实验 ,经口腔、皮下和腹腔给药 ,大黑鼠与老鼠试验证明毒性极低。连续投药 3 个月的亚急性毒性实验 ,末发现病理异常。对皮肤、黏膜的刺激性实验及皮肤吸收实验证明 ,对人类皮肤几乎无刺激、无过敏反应、不经皮肤吸收。其
4、他实验表明 ,壳聚糖不溶血、无热源性、无致突变性、抗原性很低。,中药方面的应用,1.壳聚糖的溶解性能 2.壳聚糖的安全性 3.生物合成与生物降解 4.壳聚糖在中药提取过程的应用,生物合成与生物降解,壳聚糖在自然界由壳聚糖酶合成 ,在体内被溶菌酶降解为对人体无毒的 N2乙酰氨基葡萄糖 ,具有良好的生物相容性。,中药方面的应用,1.壳聚糖的溶解性能 2.壳聚糖的安全性 3.生物合成与生物降解 4.壳聚糖在中药提取过程的应用,壳聚糖在中药提取过程的应用,重金属离子去除剂 絮凝澄清剂 壳聚糖在中药新剂型中的应用,壳聚糖在中药提取过程的应用,絮凝澄清剂 水提醇沉是中药制药的传统工艺 ,目前依然在一些中药
5、企业使用。多年来 ,人们发现醇沉工艺的一些不足:如有效成分损失严重、成本高、成品稳定性差、生产周期长、劳动强度高等。醇沉过程对某些药效成分的严重损失,难以保证制剂的有效性。例如 ,多糖是被证明有多种的药效成分,对提高人体免疫功能有重要作用;但在醇沉过程中 ,大部分的多糖被去除。现代中药工艺正研究替代醇沉的去除杂质法。其中,絮凝澄清法是一种有发展前景的有效方法。絮凝澄清法是在中药提取液或提取浓缩液中加入一种澄清剂以吸附架桥及电中和方式除去溶液中的粗粒子,以达分离纯化的目的。絮凝剂的种类很多 ,有鞣酸、明胶、10l果汁澄清剂、ZTC澄清剂等 ,但目前应用最广泛的是壳聚糖澄清剂。,壳聚糖在中药提取过
6、程的应用,重金属离子去除剂 絮凝澄清剂 壳聚糖在中药新剂型中的应用,壳聚糖在中药新剂型中的应用,壳聚糖作为一种新型辅料 ,已广泛应用制剂中:可用作片剂的崩解剂或粘合剂 ,并能减缓药物对胃刺激性;可以制备控释剂 ,控制药物释放速度 ,延长有效治疗时间;也可用作凝胶剂的基质、口腔给药系统的生物粘附剂、成膜材料和伤口愈合制剂。,壳聚糖在中药新剂型中的应用,片剂辅料 控释载体材料 中药复合药膜,壳聚糖在中药新剂型中的应用,片剂辅料 壳聚糖作为粉末直接压片的辅料 ,具有极其优良的特性 。常用辅料(甘露醇、乳糖或淀粉)中加入壳聚糖 ,可降低休止角而改善混合粉末的流动性。将壳聚糖与乳糖、盐酸心得安混合直接压
7、片 ,溶出试验结果表明属于零级释放。壳聚糖如果以高于 5 %的浓度加入片剂中 ,作为崩解剂 ,效果优于玉米淀粉和微晶纤维素。壳聚糖的崩解效果取决于结晶度、脱乙酰度、分子量和颗粒大小。此外 ,壳聚糖可用于易产生溃疡的药物的给药。事实上 ,多糖在低pH形成凝胶的特性以及它的抗酸性和抗溃疡性 ,使壳聚糖可预防某些活性化合物对胃的刺激性。例如 ,用壳聚糖制备阿司匹林片剂 ,可使阿司匹林缓慢释放 ,减少了它对胃的刺激作用。,壳聚糖在中药新剂型中的应用,片剂辅料 控释载体材料 中药复合药膜,壳聚糖在中药新剂型中的应用,控释载体材料 在制药工业中,壳聚糖的另一用途,是用于开发药物控释给药系统。壳聚糖具有独特
8、的聚合阳离子特性、胶凝性和成膜性,在体内可生物降解,并具有良好的生物相容性,是理想的控释载体材料,用来控制药物给药速度、延长有效治疗作用时间 ,也可能将药物向特定的部位进行靶向给药。,壳聚糖在中药新剂型中的应用,片剂辅料 控释载体材料 中药复合药膜,壳聚糖在中药新剂型中的应用,中药复合药膜 壳聚糖中药复合药膜,运用微乳化技术与微胶囊技术等现代技术 ,使中药有效成分与壳聚糖结合在一起制成药膜,既保持了壳聚糖本身生物活性 ,又使中药有效成分高效、缓释吸收。它具有喷涂方便、自然成膜、缓释高效、覆盖充分、渗透性强、易于吸收、加快溃疡愈合等优势 ,满足了现代新型敷料设计的基本要求 ,是中药外用剂型改革的
9、新领域。,西医中的应用,1.降脂、降胆固醇和防止动脉粥样硬化 2.提高机体的免疫能力 3.抗肿瘤作用 4.抗菌作用,降脂、降胆固醇和防止动脉粥样硬化,近些年来,壳聚糖的心血管保健作用逐渐被人们所认识,主要用于降脂、降胆固醇和防止动脉粥样硬化,其机制为壳聚糖在胃中能与胃酸作用形成凝胶,并进一步吸附甘油三酯、脂肪酸、胆汁酸和胆固醇等形成不溶性的复合物通过消化系统排出体外。同时,壳聚糖及其衍生物 (如硫酸酯)具有抗氧化活性,可直接清除自由基或者抑制自由基的产生,防止低密度脂蛋白被氧化修饰,减少内皮细胞损伤阻断动脉粥样硬化的形成。,甲壳素和壳聚糖及其衍生物的应用,中药方面的应用 西医中的应用 食品上的
10、应用,西医中的应用,1.降脂、降胆固醇和防止动脉粥样硬化 2.提高机体的免疫能力 3.抗肿瘤作用 4.抗菌作用,提高机体的免疫能力,壳聚糖具有一般多糖的共性,具有促进体液免疫和细胞免疫的功能。其机制为激活巨噬细胞、T和 B淋巴细胞、NK细胞等, 诱导一些细胞因子如IL21、干扰素、巨噬细胞集落刺激因子、肿瘤坏死因子等产生而调节机体的免疫功能。,西医中的应用,1.降脂、降胆固醇和防止动脉粥样硬化 2.提高机体的免疫能力 3.抗肿瘤作用 4.抗菌作用,抗肿瘤作用,大量研究发现,水溶性的壳寡糖具有明显的体内抗肿瘤作用,其机制认为 N2乙酰氨基葡萄糖或氨基葡萄糖与巨噬细胞表面受体结合,激活巨噬细胞释放
11、白介素IL21, 同时引起 T细胞表面白细胞介素IL22表达加速T细胞分化为成熟的细胞毒性T细胞而产生抗肿瘤作用。,西医中的应用,1.降脂、降胆固醇和防止动脉粥样硬化 2.提高机体的免疫能力 3.抗肿瘤作用 4.抗菌作用,抗菌作用,研究表明,壳聚糖为广谱抑菌剂,其抗菌机制与其抗肿瘤的机制相似,主要是壳低糖通过激活 T淋巴细胞与巨噬细胞相互加强的结果。,甲壳素和壳聚糖及其衍生物的应用,中药方面的应用 西医中的应用 食品上的应用,食品上的应用,1.抗菌防腐剂 2.增稠剂 3.抗氧化剂 4.被膜剂 5.稳定和凝固剂 6.乳化剂 7.甜味剂,食品上的应用,1.抗菌防腐剂 壳聚糖及其衍生物有较好的抗菌活
12、性。Papineau等认为,由于壳聚糖分子的正电荷和细菌细胞膜上负电荷的相互作用,使细胞内的蛋白酶和其他成分泄漏,从而达到抗菌、杀菌作用。 2.增稠剂 Tetsuya 等用甲壳素、CaCO3 作为日本面条的增稠剂和稳定剂 , 用量为 014 %018 % 。Tomohiho 用不溶或低溶解性的多糖粉末提高凝胶状食品的硬度和弹性。,食品上的应用,3.抗氧化剂 肉类食品中由于含有高含量的不饱和脂类化合物易被氧化而使肉类食品腐败变质从而缩短肉制品的贮存寿命和破坏肉制品的风味。Darmadji 和 Izumimoto 研究了用壳聚糖处理的牛肉的氧化稳定性效果。结果发现 , 加入 1 %的壳聚糖, 在4
13、下贮藏 3d牛肉中的硫化巴比土酸减少 70 %。Shahidi 报道 甲基壳聚糖对抑制熟肉的氧化非常有效 , 冷藏 9d 后的熟肉风味几乎不变。他指出 ,甲基壳聚糖及前面提到的壳聚糖衍生物在 5003000ppm 之间的抑制氧化效果大。这种抑制氧化作用是与肉中自由铁离子和壳聚糖有关的。当肉在热处理过程中,自由铁离子便从肉的血红蛋白中释放出来,并与壳聚糖螯合形成螯合物,从而抑制铁离子的催化活性。,食品上的应用,4.被膜剂 由甲基纤维素、壳聚糖和防腐剂制得的包装膜具有抗微生物活性的功效。 5.稳定和凝固剂 Takanori 等将壳聚糖或它的有机酸水溶液用作蛋黄酱、调味酱、奶油或人造黄油的稳定剂,使
14、这些食品具有较好的味道和较高的稳定性。,食品上的应用,6.乳化剂 曾名勇等将微晶甲壳素用作冰淇淋乳化剂 , 微晶甲壳素制备方法如下: 小片状甲壳素与 50 %浓硫酸以 11015 的比例放入烧杯 , 搅拌数小时 , 滤液稀释数倍 , 用NaOH中和,室温静置 , 离心过滤,水洗沉淀物呈中性,干燥后粉碎得微晶甲壳素。按以下配方制作冰淇淋: 稀奶油 21125 %, 鲜牛奶 50113 %, 脱脂炼乳 13113 %, 蔗糖15 %, 稳定剂 012 %, 微晶甲壳素 (乳化剂) 013 %, 所制得的冰淇淋组织细腻 , 泡沫感丰富 , 风味独特。,食品上的应用,7.甜味剂 低聚糖是近几年兴起的新的功能性甜味剂。甲壳素/壳聚糖的低聚糖不仅有非常爽口的甜味,而且与其它低聚糖类似，具有以下功能: 能促进肠道有益菌的增殖 , 改善肠道微生态环境; 热量比蔗糖低许多,有明显的防发胖效果; 在消化道中不被吸收,几乎全部进入肠道 , 也不增加血中胰岛素水平 ,是一种“无糖”之糖 。,甲壳素和壳聚糖及其衍生物的应用,由于甲壳素和壳聚糖及其衍生物具有诸多良好特性, 随着研究的进一步深入, 其应用领域会不断拓展。,主讲人 马金平 PPT制作者 马金平 素材收集人员 龚晟晟 翁巧洁 李建姣 沈萍萍 徐 明,
