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毒，生物相容性好，可降解，可再生而且來源非常豐富的資源，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、甲殼綱動(dòng)物外殼及真菌的細(xì)胞壁中，是地球上僅次于纖維素的第二大可

2、再生資源，但不溶于水及有機(jī)溶劑，很難被人體利用。其脫乙酰基所得產(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，無毒，降解過程中產(chǎn)生的低分子寡聚糖在體內(nèi)不積累，幾乎無免疫原性。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)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?！　?殼聚糖的抑菌機(jī)制殼聚糖及其衍生

3、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，成為一種陽離子型生物絮凝劑，在絮凝過程中使菌體細(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

4、，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，則可以通過滲透作用穿過多孔細(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)菌無法進(jìn)行正常的生理活動(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，甚至沒有抗菌能力。通過滲透作用進(jìn)入細(xì)菌細(xì)

5、胞后，可能被幾丁質(zhì)酶或殼聚糖酶所降解[3]，從而作為營養(yǎng)物質(zhì)而被利用，反而促進(jìn)了菌體的生長。(5)殼聚糖的殺菌作用可以通過提高離子強(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)微生物生長起關(guān)鍵作用的金屬離子，尤其是酶的輔助因子，從而抑制微生物的生長和繁殖[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?！　?殼

6、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?！　?.2殼聚糖分子量

7、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種革蘭陽性細(xì)菌的除菌作用，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，但是總趨勢為抑制革蘭陽性細(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

8、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性菌生長的抑制可以