甲殼素－殼聚糖抑菌性能研究

甲殼素－殼聚糖是一種極有前途的天然高分子聚合物，自20世紀(jì)60年代以來，人們對它們的研究、生產(chǎn)、應(yīng)用變得十分活躍。特別是近幾年，研究人員認(rèn)識到它們的抑菌效能，通過深入研究，有些甲殼素－殼聚糖的抑菌產(chǎn)品已經(jīng)問世。

甲殼素脫乙酰基產(chǎn)物為殼聚糖。據(jù)研究，殼聚糖的抑菌作用可能有兩種機(jī)理，一種是殼聚糖通過正電荷的－NH3吸附帶負(fù)電荷的細(xì)胞壁，使殼聚糖吸附在細(xì)胞膜表面形成一層高分子膜，改變了細(xì)胞膜的選擇透過性，阻止?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)向細(xì)胞內(nèi)的運輸，致使細(xì)胞質(zhì)流失、細(xì)胞質(zhì)壁分離，從而起到抑菌殺菌作用；另外一種機(jī)理是殼聚糖通過滲入進(jìn)細(xì)胞體內(nèi)，吸附細(xì)胞體內(nèi)帶有陰離子的細(xì)胞質(zhì)，并發(fā)生絮凝作用擾亂細(xì)胞正常的生理活動，從而殺滅細(xì)菌。近幾年，隨著對該特性認(rèn)識的加深，人們不僅對能夠影響其抑菌性能的機(jī)理進(jìn)行了深入的研究，而且，也開始應(yīng)用化學(xué)方法對其進(jìn)行改性，從而提高殼聚糖的抑菌性能，最終達(dá)到擴(kuò)大其應(yīng)用范圍的目的。目前，針對影響殼聚糖抑菌性能方面的研究主要有以下幾個方面：分子量對殼聚糖抑菌性能的影響多數(shù)研究認(rèn)為，寡聚糖和低分子量的殼聚糖的抑菌效果較好，隨分子量上升效果逐漸下降。特別是對大腸桿菌，殼聚糖分子量越小，抑菌作用愈明顯。例如：宋獻(xiàn)周等就幾種不同分子量的α－殼聚糖對幾種常見菌（大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草桿菌、產(chǎn)氣莢膜桿菌）的抑制研究表明，低分子量的α－殼聚糖的抑菌效果優(yōu)于高分子量的α－殼聚糖。夏文水等采用E．coli作為試驗菌株，測得分子量為1500的殼低聚糖抑菌效果最強(qiáng)。但是，也有一些研究利用不同的試驗菌得出結(jié)論認(rèn)為，殼聚糖分子量較大時，其抑菌能力更強(qiáng)。例如：Yousook等報導(dǎo)分子量為4萬的殼聚糖在濃度為0．5％時，對S．taureus和E．coli的殺滅率為90％：分子量為18萬的殼聚糖在濃度為500PPM時，對S．taureus和E．coli的殺滅率為100％：分子量在30萬以下時，殼聚糖對金黃色葡萄球菌的抑制作用隨分子量減小而逐漸減弱。

pH值對殼聚糖抑菌性能的影響

嚴(yán)欽等人研究認(rèn)為，殼聚糖因為具有質(zhì)子化銨，能與細(xì)菌大負(fù)電荷的細(xì)胞膜作用，干擾細(xì)菌細(xì)胞膜功能，造成細(xì)菌體內(nèi)細(xì)胞質(zhì)流失，擾亂細(xì)胞的正常生理代謝，從而達(dá)到殺菌的目的。而在pH為中性時，殼寡糖中的氨基沒有被質(zhì)子化，因而不能抑制細(xì)胞的生長，反而是作為一種糖被細(xì)菌利用。由此可見，通常在微酸條件下，殼聚糖具有明顯的抑菌作用，但是當(dāng)pH值為7時，殼聚糖不但沒有抑菌效果，反而還有一定的促進(jìn)細(xì)菌生長的作用。晶體形狀對殼聚糖抑菌性能的影響甲殼質(zhì)有3種晶型，即α、β和γ－殼二糖聚合物，目前，人們對殼聚糖的研究絕大多是針對α晶型，對其他兩種研究甚少。蔣霞云等通過對比α－殼聚糖和β－殼聚糖的抑菌性能得出，具有高黏度和高脫乙酰度的β－殼聚糖的抑菌性能強(qiáng)于α－殼聚糖，從而填補(bǔ)了殼聚糖抑菌性能研究在該方面的空白。

輻射對殼聚糖抑菌性能的影響

目前，由輻射方法改變殼聚糖的抑菌性研究已經(jīng)逐步深入進(jìn)行，分別有金黃色葡萄球菌、酵母菌等多個菌種被測試，并分別得出了不同的作用效果及不同的作用濃度。王勇、張成剛等人將殼聚糖經(jīng)100Kgy60Coγ－射線輻射處理后，發(fā)現(xiàn)其對金黃色葡萄球菌抑菌效果最強(qiáng)，比為輻射前增加100倍，且最適作用濃度為0．01％。孟玲、張中澤通過對酵母菌的抑菌試驗驗證，經(jīng)輻射處理后殼聚糖的抑菌活性明顯增強(qiáng)，并且0．2g／L的輻射殼聚糖具有明顯的抑菌活性。

化學(xué)改性對殼聚糖抑菌性能的影響

羧甲基化羧甲基殼聚糖是目前研究的較多一種物質(zhì)，由于羧甲基化后其水溶性增強(qiáng)，因此大大拓寬了殼聚糖的應(yīng)用范圍。目前，羧甲基殼聚糖大多被用于食品保鮮方面。李治等人經(jīng)實驗證實，羧甲基殼聚糖在羧甲基化度小于0．6～0．8時，抗菌性均大于殼聚糖，當(dāng)羧甲基化度0．3～0．6范圍內(nèi)，羧甲基殼聚糖具有較強(qiáng)的抗菌性，羧甲基化度大于或小于此范圍，抗菌性均有所下降。

磺化由于殼聚糖上具有較多的活潑集團(tuán)，因此較容易進(jìn)行各類集團(tuán)的轉(zhuǎn)化與連接。黎碧娜等對磺化殼聚糖的抑菌性能進(jìn)行了研究認(rèn)為，磺化殼聚糖對大腸桿菌、枯草桿菌、葡萄球菌、黑曲霉、假絲酵母都有抑制作用，并且濃度越高，抑菌效果越好。此外，磺化羥丙基殼聚糖和黃原酸殼聚糖也具有一定的抑菌性。

與金屬離子的配位甲殼素和殼聚糖的殘基在C2上有一個乙酰氨或氨基，在C3上有一個羥基，從構(gòu)象上說，都是平伏鍵，這種特殊的結(jié)構(gòu)使得它們對具有一定離子半徑的一些金屬在一定的pH值下具有螯合作用，即甲殼素和殼聚糖是一種天然高分子螯合劑，這無疑拓寬了殼聚糖的應(yīng)用領(lǐng)域。

研究認(rèn)為，殼聚糖對過渡金屬螯合作用具有很重要的應(yīng)用價值。趙玉清等人合成了殼聚糖－Ag（I），并對其抑菌性研究認(rèn)為，殼聚糖－Ag（I）對金黃色葡萄球菌有良好的抑制作用，并且，抑菌性能隨配合物中Ag的配位比的增大而增大。其后，湛學(xué)軍等人通過與傳統(tǒng)的常用燒治制劑硝酸銀對比，證明羧甲基殼聚糖銀不僅具有創(chuàng)口愈合和抑菌兩種特性，而且其對某些菌類的抑制效果較硝酸銀強(qiáng)，同時可以彌補(bǔ)硝酸銀在實際應(yīng)用中的許多不足之處?？梢?，殼聚糖與某些金屬絡(luò)合后，會增加其抑菌性能。（作者：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)）