殼聚糖及其衍生物抗菌作用的研究進(jìn)展

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1、殼聚糖及其衍生物抗菌作用的研究進(jìn)展【摘要】　　殼聚糖作為一種天然無(wú)毒，生物相容性好，可降解，可再生而且來(lái)源非常豐富的資源，已經(jīng)日益引起人們重視，并已成功應(yīng)用于醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域。殼聚糖及衍生物作為天然高分子絮凝劑，其殺菌作用已被認(rèn)識(shí)和研究。殼聚糖不僅具有天然抗菌性能，而且抗菌譜廣。本文對(duì)殼聚糖的抑菌原理、抑菌作用的特點(diǎn)及其衍生物研究應(yīng)用的最新進(jìn)展與發(fā)展前景作了綜述?！娟P(guān)鍵詞】殼聚糖；甲殼素；抗菌作用　甲殼素是存在于自然界中的唯一一種帶陽(yáng)離子能被生物降解的分布極其廣泛的高分子材料，大量存在于昆蟲(chóng)、甲殼綱動(dòng)物外

2、殼及真菌的細(xì)胞壁中，是地球上僅次于纖維素的第二大可再生資源，但不溶于水及有機(jī)溶劑，很難被人體利用。其脫乙?；卯a(chǎn)物稱為殼聚糖，能被人體吸收利用。這類多糖既可生物合成，又可生物降解，與動(dòng)物的器官組織及細(xì)胞有良好的生物相容性，無(wú)毒，降解過(guò)程中產(chǎn)生的低分子寡聚糖在體內(nèi)不積累，幾乎無(wú)免疫原性。其結(jié)構(gòu)中，還有活潑的氨基，易于化學(xué)改性，引入多功能集團(tuán)，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域。近年來(lái)有關(guān)殼聚糖及其衍生物抗菌性能的報(bào)道很多[1~4]，我們也做了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究[5~7]，一致認(rèn)為殼聚糖不僅具有天然抗菌性能，而且抗菌譜廣。本文主要對(duì)

3、殼聚糖的抑菌原理、抑菌作用的特點(diǎn)及其衍生物研究發(fā)展前景進(jìn)行綜述。10　　1殼聚糖的抑菌機(jī)制10殼聚糖及其衍生物的抑菌作用隨著其自身和環(huán)境條件的改變而呈現(xiàn)出不同的結(jié)果，分析其原因，主要有以下幾種可能：(1)殼聚糖的有效基因N可以與細(xì)菌細(xì)胞膜上的類脂、蛋白質(zhì)復(fù)合物反應(yīng)，使蛋白質(zhì)變性，改變細(xì)胞膜的通透性，或者與細(xì)菌細(xì)胞壁（尤其是革蘭陽(yáng)性菌細(xì)胞壁較厚，結(jié)構(gòu)緊密，含有豐富的磷壁酸）形成一個(gè)負(fù)電荷環(huán)境，殼聚糖損壞細(xì)胞壁的完整性，或使細(xì)胞壁趨于溶解，直至細(xì)胞死亡[8~9]。(2)高分子量的殼聚糖溶于酸后，成為一種陽(yáng)離

4、子型生物絮凝劑，在絮凝過(guò)程中使菌體細(xì)胞聚沉，高分子鏈密集于細(xì)菌菌體表面，形成一層高分子膜，影響細(xì)菌對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，阻止代謝廢物的排泄，導(dǎo)致菌體的新陳代謝紊亂，從而起到殺菌和抑菌的作用[8~10]。(3)隨著分子量的增大，殼聚糖分子鏈的卷曲和纏結(jié)程度增大，使得有效基因N被包埋在其中，降低了對(duì)菌體的吸附及殺菌能力。(4)殼聚糖分子量降低，則可以通過(guò)滲透作用穿過(guò)多孔細(xì)胞壁（尤其是革蘭陰性菌細(xì)胞壁較薄，交聯(lián)松散）低分子量殼聚糖進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部[11]，破壞細(xì)胞質(zhì)中內(nèi)含物的膠體狀態(tài)，使其絮凝、變性，細(xì)菌無(wú)法進(jìn)行正常

5、的生理活動(dòng)，或者直接干擾其帶負(fù)電荷的遺傳物質(zhì)DNA和RNA[12~13]，抑制細(xì)菌的繁殖，導(dǎo)致微生物的死亡。如果分子量進(jìn)一步減少，則有效基團(tuán)減少，殼聚糖的絮凝能力降低，甚至沒(méi)有抗菌能力。通過(guò)滲透作用進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞后，可能被幾丁質(zhì)酶或殼聚糖酶所降解[3]，從而作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而被利用，反而促進(jìn)了菌體的生長(zhǎng)。(5)殼聚糖的殺菌作用可以通過(guò)提高離子強(qiáng)度得到增強(qiáng)，主要是環(huán)境中的離子干擾殼聚糖形成分子內(nèi)剛硬的晶體結(jié)構(gòu)，增加溶解度實(shí)現(xiàn)的。但金屬離子除外，因?yàn)闅ぞ厶潜砻娴淖杂砂被鶊F(tuán)可以有選擇性地螯合對(duì)微生物生長(zhǎng)起關(guān)鍵作用

6、的金屬離子，尤其是酶的輔助因子，從而抑制微生物的生長(zhǎng)和繁殖[9]，同時(shí)也降低有效氨基的含量，從而降低其殺菌能力。(6)當(dāng)殼聚糖濃度足夠高時(shí)，能夠激活部分微生物本身的幾丁質(zhì)酶活性，或使幾丁質(zhì)酶被過(guò)分表達(dá)，導(dǎo)致其對(duì)自身細(xì)胞壁幾丁質(zhì)的降解，從而損傷細(xì)胞壁。　　2殼聚糖及其衍生物抑菌作用的特點(diǎn)　　2.1改變細(xì)胞膜和細(xì)胞壁的通透性　　細(xì)胞壁的主要功能之一為保護(hù)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)不泄漏于菌體外，吳迪等[14]研究了殼聚糖對(duì)大腸埃希菌和金黃色葡萄球菌細(xì)胞壁功能的影響，發(fā)現(xiàn)加入殼聚糖醋酸溶液后，兩種菌的細(xì)胞內(nèi)酶溢出，TEM照片

7、顯示大腸埃希菌的菌體聚集，細(xì)胞壁模糊不清，而金黃色葡萄球菌的細(xì)胞壁變化更為明顯，細(xì)胞壁模糊還存在質(zhì)壁分離現(xiàn)象，說(shuō)明殼聚糖對(duì)細(xì)菌的細(xì)胞壁有不可逆的破壞作用。楊冬芝等[8]也認(rèn)為酸性條件下，殼聚糖作為分子吸附到細(xì)胞壁上，使細(xì)胞壁和細(xì)胞膜上負(fù)電荷分布不均、干擾細(xì)胞壁合成，導(dǎo)致細(xì)菌裂解而死亡。10　　2.2殼聚糖分子量不同，抑菌的作用方式不同　　　不同分子量殼聚糖對(duì)不同微生物的抑制作用機(jī)制不同。NoHK等[15]研究了6種不同分子量殼聚糖和6種不同分子量聚氨基葡糖寡聚物分別對(duì)4種革蘭陰性細(xì)菌和7種革蘭陽(yáng)性細(xì)菌的

8、除菌作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，殼聚糖的抑菌效果普遍強(qiáng)于聚氨基葡萄糖寡聚物，并且對(duì)大多數(shù)測(cè)試菌都有明顯的抑制作用，當(dāng)然分子量和菌種不同時(shí)抗菌效果有所差別，但是總趨勢(shì)為抑制革蘭陽(yáng)性細(xì)菌的作用明顯強(qiáng)于革蘭陰性菌。鄭連英等[11]研究了不同分子量殼聚糖對(duì)大腸埃希菌和金黃色葡萄球菌的抑制作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)殼聚糖對(duì)金黃色葡萄球菌的作用隨分子質(zhì)量減少而減弱，但是對(duì)大腸埃希菌的抗菌作用卻相反，隨分子質(zhì)量減少，抗菌作用反而增強(qiáng)。因此認(rèn)為，殼聚糖對(duì)于革蘭陰性菌和革蘭陽(yáng)性菌生