簡介
殼聚糖是甲殼質經脫乙酰反應後的産品，脫乙酰基程度(D.D)決定了大分子鍊上胺基(NH2)含量的多少，而且D.D增加，由于胺基質子化而使殼聚糖在稀酸溶液中帶電基團增多，聚電解質電荷密度增加，其結果必将導緻其結構，性質和性能上的變化，至今殼聚糖稀溶液性質方面的研究都忽略了D.D值對方程的影響。
殼聚糖是以甲殼質為原料，再經提煉而成，不溶于水，能溶于稀酸，能被人體吸收。殼聚糖是甲殼質的一級衍生物。其化學結構為帶陽離子的高分子堿性多糖聚合物，并具有獨特的理化性能和生物活化功能。
結構性質
殼聚糖分子結構與纖維素相似，呈直鍊狀，極性強，易結晶，可根據分子主鍊的排列方式将其分為α-、β-兩種：α-分子主鍊以反平行方式排列，分子間氫鍵作用強；β-分子則相反。
主要用途
主要應用于食品、醫藥、農業種子、日用化工、工業廢水處理等行業。殼寡糖具有提高免疫、活化細胞、預防癌症、降血脂、降血壓、抗衰老,調節機體環境等作用,可用于醫藥、保健、食品領域。農業領域可應用于飼料添加、種子處理、土壤改良、水果保鮮等。
制備方法
制備殼聚糖的主要原料來源于水産加工廠廢棄的蝦殼和蟹殼，其主要成分有碳酸鈣、蛋白質和甲殼素（20％左右）。
由蝦蟹殼制備殼聚糖的過程實際上就是脫鈣、去蛋白質、脫色和脫乙酸的過程。
目前國内外制備殼聚糖的方法包括酸堿法、酶法、氧化降解法及機械加工法。
酸堿法是利用稀鹽酸将難溶的碳酸鈣轉化為可溶性的氯化鈣而随溶液分出，再用稀堿将蛋白質溶出，再經過脫色及水洗、幹燥等過程即可得到甲殼素，然後通過脫乙酸化反應，可使甲殼素脫去分子中的乙酸基，轉變為殼聚糖。
酶法則是利用乙二胺脫鈣、用酶去蛋白質的過程。機械加工法則是利用精選的蝦蟹殼經過幹燥、壓碎、研磨、分選、精篩等過程。
其中最常用的方法是酸堿法，但此法仍存在許多問題，如酸堿性過強、降解速度慢、降解産物聚合度低、産物純化難、生産成本高等。
主要功能
免疫活性
殼聚糖對免疫系統有多方面的調節作用。如可通過激活補體系統，介導補體的系列生物學效應，增強機體非特異性免疫系統功能。同時能分泌多種免疫因子，調節細胞免疫與體液免疫，從而增強機體抗感染能力。
巨噬細胞的表面存在着細菌多糖的受體，而殼聚糖作為細菌多糖的類似物，能刺激巨噬細胞活化，從而促進其吞噬能力，提高其分泌的水解酶活性。它還能激活T細胞和B細胞，增強其在免疫應答中的協同效應、介導機體的細胞免疫應答和體液免疫應答。
殼聚糖參與免疫系統免疫球蛋白（IgM）的生成，它刺激在不含血清介質中培養的人雜種瘤細胞HB4C5，與淋巴細胞内IgM的産生；但對IgG、IgA沒有影響。ICR/JCL鼠長時間飼喂甲殼素能增加其在脾與骨髓中免疫細胞的數量。
因而，殼聚糖對動物機體非特異性免疫及特異性免疫均有不同程度的促進作用，是一種良好的免疫促進劑。
抑菌活性
殼聚糖與其他多糖一樣，在其複雜的空間結構中含有高活性的功能基團，表現出類抗生素的特征，能夠抑制多種細菌的生長與活性。
大量的實驗表明，殼聚糖對大腸杆菌有抑制效果。研究發現，在pH值為5.5，濃度達0.5％和1％，經過兩天潛伏期可以使其完全失活。不同脫乙酸度的殼聚糖具有不同的抑菌濃度，脫乙酸度越高其抑菌效果越好。在pH值為7時，殼聚糖不再具有抗菌效果。這是由于木帶電荷的氨基酸殘基比例的增加及與其更低的可溶性所緻。
殼聚糖的抗菌活性還依賴于它的分子量與細菌類型。
在濃度為0．1％時，殼聚糖通常對革蘭氏陽性菌表現更強的抗菌活性。根據不同細菌類型與殼聚糖分子量的分析，殼聚糖的最低抑菌濃度在0.05％--l％之間。當分子量為746ku的殼聚糖與分子量為470ku的殼聚糖相比時，分子量為746ku的殼聚糖對大腸杆菌與熒光假單胞杆菌具有更強的抑制效果。殼聚糖的抗菌效果與pH值呈反相關，pH值越低活性越高。
抗腫瘤活性
具有增強抗腫瘤藥物作用，能促進白細胞介素2（IL一2）的生成，IL－2對NK、T和B細胞活性均有增強作用。
殼聚糖是一種帶正電荷的天然高分子生物聚合物，顯示極強的生理活性。腫瘤細胞表面帶有更高負電荷，聚陽離子電解質能吸附到癌細胞表面使電荷中和，抑制腫瘤細胞生長與轉移。在酸性環境中能形成陽離子基團，與體細胞産生親和性，活化體細胞，增強機體免疫力。殼聚糖具有清除體内自由基細胞毒素的能力，可作為早期癌症的治療藥物。
調節膽固醇代謝
殼聚糖具有多聚物性質，粘滞度高，在上消化道不易被消化，吸水性高；而在下消化道吸水性低。還由于殼聚糖含有氨基，在體外試驗的低pH值條件下通過離子鍵作用能與一系列陰離子如膽汁酸或遊離脂肪酸結合。殼聚糖還可通過減少腸道脂質吸收，從而降低血漿中膽固醇與甘油三酯的水平。
應用價值
殼聚糖分子結構中大量遊離氨的存在，溶解性能大大改觀，具有一些獨特的物化性質及生理功能，在農業、醫藥、食品、化妝品、環保諸方面具有廣闊的應用前景。
工業價值
①與金屬離子的螯合
殼聚糖是一種天然的高分子螯合劑，應用領域很廣。在一定的PH條件下具有富集能力。殼聚糖對過度金屬離子具有鳌合作用，因此，殼聚糖可作為鹽溶液、天然水、海水、含鹽廢水等富集過渡金屬離子的螯合劑，使其使用效果要比合成螯合樹脂要優越得多。此外殼聚糖稀酸溶液的聚電解質性質可作為陽離子型無毒絮凝劑廣泛用于食品工業和飲料工業。
②殼聚糖的混凝作用
殼聚糖分子鍊上分布着大量的遊離氨基，在稀酸溶液中質子化，從而使殼聚糖分子鍊上帶有大量的正電荷，成為一種聚電解質，一種典型的陽離子型混凝劑。
在應用上，殼聚糖是自來水廠（主要指使用地表水）淨化水質的理想混凝劑，它不但可以除去水中的無機固體懸浮物，還可除去有害的極性有機物，如農藥、表面活性劑等。殼聚糖的用量，取決于懸濁液的濃度、共存離子的濃度及懸濁液的pH等因素，一般而言，大約是懸浮液中幹物質量的0.2％一10.0％。而從廢水中可回收30％一70％的蛋白質，在某些情況下還能回收30％一50％的脂肪。
③生物大分子物質的回收
殼聚糖能沉澱水溶液中的透明質酸、硫酸軟骨素、黏朊和核酸。同時也能凝集哺乳動物細胞。殼聚糖的這些作用可在生物化學、組織化學和細胞化學的研究中作為一個得力的工具。
殼聚糖對蛋白質、核酸、多糖等生物大分子物質的凝集和回收，無疑是具有很大吸引力的。
④污泥脫水
污水或廢水處理後均産生大量的污泥，其中既有無機物又有有機物及微生物，成分十分複雜，經生化方法處理後仍存在許多問題，因此，污泥脫水一直是困擾人們的一大難題。殼聚糖被認為是一種無毒的、易降解的污泥脫水劑。配合其他混凝劑，效果更好，在日本已使用較多。
⑤在分析化學中的作用
由于甲殼素和殼聚糖結構上的特殊性，具有離子交換、螯合、吸附等作用，加上本身是一種高分子化合物，不溶于水和大多數有機溶劑，有一定的剛性和抗壓性，便于制備各種各樣的衍生物，因此在分析化學上會得到較廣泛的應用。這方面的研究工作報道較多，涉及的範圍也很廣泛。
⑥功能材料
膜材料的最基本特點是具有透過作用，用于物質分離過程，如鹹水的淡化，廢水處理，食品工業和發酵工業中的物質分離，濃縮，人工腎中血液滲析等等。作為膜材料，除了具有一定的透過性能外，還要求有好的物理機械性能，而對于血液的滲透膜這樣的醫療衛生材料，還需具有優良的生物學性能。
甲殼素和殼聚糖是極有發展前途的天然高分子膜材料。甲殼素和殼聚糖具有很好的成纖性。甲殼素和殼聚糖纖維的生産成本要高于黏膠纖維或醋酸纖維，這就決定了它們隻能用于一些特殊場合，如作外科手術縫合線、離子交換纖維、輻射能防禦布等。
⑦飲用水的淨化
自來水的消毒，普通使用氯氣或漂白粉，雖然消毒效果好，成本低，但在自來水中會産生和殘留三氯甲烷、四氯化碳等鹵代物，它們有潛在的緻癌作用，活性炭也不能有效地去除。殼聚糖卻能有效地除去這些鹵代物。用包覆殼聚糖的活性炭作淨水劑，既有效地提高活性炭的吸附性能，又降低了單用殼聚糖的費用。
⑧織物的整理劑
殼聚糖可作為織物的永久整理劑，使織物耐水洗，耐磨擦，具有固色和增強作用，提高織物的堅牢度，減少皺縮率，并使織物具有滑爽光潔和挺括的外觀和手感。襯領和衣襯墊使用殼聚糖處理後既硬挺又不怕水洗。電線的絕緣包布用殼聚糖處理後可提高其絕緣性能及熱老化性能。此外，甲殼素和殼聚糖也可制成具有特殊用途的纖維。
⑨日用化學品
殼聚糖溶于稀的弱酸中即為陽離子型高分子電解質，它無色無味、無嗅、無毒副作用，有很高的吸濕和保濕作用，因其含有氨基，與毛、發、皮膚有很好的親和、滲透作用，而且還有抗菌作用，因此是一種理想的化妝品用高分子化合物。可以用于固發劑、頭發調理劑、洗發香波、護膚劑、口腔衛生劑等。
醫學價值
甲殼素和殼聚糖在醫藥和衛生材料方面應用研究由來已久，有些研究成果已付諸實際應用，甚至已工業化生産。目前美國、日本等已經嘗試将其應用于生物醫學領域，如止血劑、治癌劑、抗高膽固醇等。
①殺蟲抑菌
a、殺滅寄生蟲
許多溫血動物容易感染蜱、螨等寄生蟲。動物的寄生蟲與細菌、病毒一樣，也含有抗原物質，而甲殼素正好是這些寄生蟲或某些細菌及真菌最有效的抗原。實驗證明，把粉碎得很細的甲殼素用生理鹽水配制後，給試驗狗受蜱侵害的部位塗抹，數天之後，蜱全部被殺死，而且很快長出新毛。把殼聚糖溶于1％乙酸溶液中配成1％濃度的殼聚糖溶液，每天塗抹成年猕猴被螨損害而發生皮炎的部位，連續3天，就使頑固的皮炎治愈，10天後就開始長出新毛。
b、提高對衛生害蟲的殺滅效果
為了防治蒼蠅、蚊子等衛生害蟲，常用的防治手段之一是在門窗上使用滞留噴灑殺蟲劑，但若經風吹、雨淋等，殺蟲劑會逐漸流失，藥效降低，持效期縮短。為此，使用大分子的殼聚糖作為緩釋成膜劑，可在藥物表面形成具有通透性的不溶于水的半透膜，可延長殺蟲劑的持效期，使滅蠅效果提高2倍多。
c、抑菌作用
在燒傷病人發生綠膿杆菌、金黃色葡萄球菌和釀膿鍊球菌感染時，甲殼素和殼聚糖具有明顯的抑菌作用，對于一般人體表皮存在的皮膚細菌如表皮葡萄球菌，腸細菌如大腸杆菌和人體真菌如熱帶白色念珠菌，也是如此。
我國南方人易患的“腳氣病”，也是一種真菌感染。如果用l％殼聚糖乙酸溶液塗抹，連續五六天，就能止癢并治愈。口腔潰瘍為臨床常見多發病之一，以口服或給予抗生素等方法治療，療效不夠理想。洛美沙星為氟喹酮類抗菌藥。李平等以殼聚糖、甘油、明膠為輔料制備的洛美沙星殼聚糖口腔潰瘍膜，用于口腔潰瘍的治療，療效可靠，無不良反應。
②醫用纖維和膜
a、手術縫合線
用甲殼素作原料可以制成外科手術縫合線，它的一個好處就是可以被有機體吸收而不用拆線，原因是因為甲殼素被酶水解成單糖或寡糖而實現的。目前外科手術仍是使用羊腸線，它的不足之處是縫合和打結不好操作，且容易産生抗原抗體反應，傷口愈合後必須拆線。
殼聚糖纖維制成的縫合線，在預定時間内有很強的抗張強度，在血清、尿、膽汁、胰液中能保持良好的強度。縫合和打結操作性好，在體内有良好的适應性，尤其是經過一定時間，殼聚糖縫合線能被溶菌酶所酶解，從而被人體自行吸收，因此，當傷口愈合後，不必再拆線。
b、醫用纖維紙和膜
現在，外科手術常用紙代替紗布貼于人體組織表面。由植物纖維或合成纖維制成的紙容易引起炎症，甲殼素有消炎作用，用甲殼素纖維造的紙既柔軟又消炎，是理想的材料。另外可用殼聚糖纖維或甲殼素纖維制成無紡布，還可以将聚氨基酸溶液與甲殼素混合均勻後塗在平闆玻璃上浸人凝固劑制成薄膜，同樣用做醫用材料，這種薄膜均勻、透明、手感柔軟，具有良好的彈性和強度。
c、人工腎膜
殼聚糖具有足夠的機械強度，可以透過尿素、肌酐等水分子有機物，但不透過Na＋、K＋、Cl¯等無機離子及血清蛋白，透水性好，是一種理想的人工腎用膜。
d、人造皮膚
用殼聚糖或甲殼素造成的人造皮膚，柔軟、舒适，與創面的貼合性好，既透氣，又吸水，具有抑制疼痛和止血的功能，有抑菌消炎作用，随着傷口慢慢愈合，自身皮膚生長，它能自行溶解被機體吸收，免除了揭除時流血多及病人的痛苦，同時能促進皮膚的再生，對治療高熱創傷特别有效。
③藥物載體
近年來，藥理學的一個熱門課題就是采用新材料、新工藝制造緩釋藥物和定向輸送藥物。現在市場上已出現這類新劑型的藥物。甲殼素和其衍生物也是頗受青睐的載體材料，因為它們能使人體内的溶菌酶分解，分解産物不會對人的健康帶來任何妨害，這是合成高分子和一些天然高分子所無法比拟的。
此外，将殼聚糖用作藥物的載件和運輸工具，控制殼聚糖在體内的酶水解速度，就可控制藥物的釋放速度。
a、緩釋膜
經研究證實，分子量低于2900的化合物可以透過殼聚糖膜，作為分子量更低的藥物，則更能順利地透過此膜，這是殼聚糖或甲殼素可作為藥物緩釋膜的基礎。許多藥物可以制成甲殼素衍生物的緩釋膜，例如抗菌素類的四環素、新黴素和杆菌肽，抗病毒類的碘苷，抗過敏性的氯曲米通，抗炎類的氫化可的松等。
b、緩釋凝膠
緩釋凝膠是在制備過程中直接用幹燥的方法排除溶劑，最後形成凝膠，藥物被包埋在其中，它們被植人體内後是蝕解式的緩釋，即表層高分子材料吸水膨脹和形成凝膠，使水分不能很快進人内部溶解藥物，隻有當水分能進人内部後，才有藥物慢慢溶出，直至藥物釋放完全為止。
c、緩釋膠囊
緩釋膠囊既不同于常見的明膠硬膠囊藥物，也不同于微膠囊藥物。它是由高分子材料制成的中空纖維或膜内裝填藥物，藥物通過該中空纖維或膜的壁恒定地向外擴散，并在相當長的時間内維持恒定的釋藥速率。甲殼素或殼聚糖作為這種載體的一個突出好處是藥物釋放盡後，載體會被人體内的溶菌酶分解并能夠完全被組織吸收。用它制成的中空纖維或薄膜是一種很好的緩釋膠囊材料。
④抗癌作用
殼聚糖具有直接抑制腫瘤細胞的作用。在含有1×10¯５癌細胞的溶液中，加人0.5毫克/毫升殼聚糖溶液，24小時後癌細胞全部死亡。但甲殼素不能直接抑制癌細胞，必須通過活化免疫系統顯示抑制癌細胞的作用。
⑤凝血劑和抗凝血劑
殼聚糖本身有很強的凝血作用，可以将其硫酸化後，又變成肝素類似物而具有抗凝血作用。高黏度殼聚糖溶液的使用效果要比明膠海綿好，還能防止感染。用粉末殼聚糖或殼聚糖溶液處理醫用紗布，能制得止血紗布。滌綸人工血管經殼聚糖溶液浸漬過植入人體後，很快就會形成凝血層，減少了血液的損漏和病人的痛苦。
⑥眼科材料
甲殼素和殼聚糖可以制作接觸鏡片（即隐形眼鏡）和接觸鏡片的清洗液，還可制作人造眼淚和消炎眼藥膏。殼聚糖制作帶色接觸鏡片，顔色可以持久。
a、隐形眼鏡清洗液
b、人造淚
眼内自然淚分泌不足或使用隐形眼鏡的人感到眼内幹澀時，可滴加人造淚。人造淚可用1.8％一3.4％無菌殼聚糖溶液與0.5％聚氧化乙烯脫水山梨酸一油酸醋配成等滲溶液，并用0.5％氯化丁醇作防腐劑。
農業價值
1、種子處理劑
殼聚糖可用作許多糧食、蔬菜作物種子的處理劑，激發種子提前發芽，促進作物生長，提高抗病能力，從而提高糧食和蔬菜産量。
殼聚糖能在種子表面形成一層保護膜，利于保持種子水分供作物需要，如果土壤水分過多，又能阻斷水分，防止種子爛掉，有利于種子發芽和出苗。用不同數量殼聚糖處理小麥、水稻、玉米等幾個作物種子，均有取得增産的報道，國外報道殼聚糖可使茶葉味道更香醇，水稻的抗寒能力更強，可使番茄顔色靓麗，含糖量提高等。
2、液體土壤改良劑
利用殼聚糖的抗菌能力和改善土壤的作用，可将殼聚糖與可溶性蛋白（如膠原蛋白）合成液體土壤改良劑。這種改良劑有适當的穩定性和具有可降解性，降解以後是優質的有機肥料，可供作物吸收。并且能抑制土壤中的病原菌生長和繁殖，同時能有效地改善土壤的團粒結構，因此是一種比較理想的液體土壤改良劑。
在使用時，噴到土壤表面的液體土壤改良劑能形成一層薄膜，因此還有保墒作用。也可将農藥或化肥摻入其中，使它們均勻分散和取得緩釋放的效果。土壤中含有殼聚糖，能促進植物生長。
3、病蟲害防治劑
殼聚糖對植物病原菌的孢子萌發和生長有阻礙作用，并對病原菌感染的防護機制有誘導作用。在25℃時，随殼聚糖濃度或脫乙酰基程度的增加，其抑菌作用增強。
4、植物或園藝作物的抗病誘活劑
甲殼素（幾丁質）的誘導抗病性，近年來報道較多，如殼聚糖的降解産物對黃瓜幼苗離體葉片及整株都能誘導出幾丁質酶活性，而且這種誘導作用是可以傳導的。
植物體内不含甲殼素、殼聚糖的成分，但卻具有幾丁質酶。這些酶能與植物病原菌或害蟲外皮的甲殼素反應，并阻止其侵入植物組織内，從而增強了植物自身對敵害的防禦能力。樹組織附上一層幾丁質膜後，這些植物組織中的幾丁質酶的活性比沒有附上的提高4倍，可加快樹組織的傷口愈合。
5、殺線蟲劑
線蟲近年來給水果、蔬菜和有核作物造成很大危害、将殼聚糖與适當的載體物質相混，可制成一種對防治線蟲非常有效的天然物農藥。它不溶于水，不會對地下水造成污染。它的殺蟲作用與化學制劑不同，不是直接殺死害蟲，而是促使上壤中微生物産生一種能殺死線蟲及其蟲卵的酶，而達滅火蟲的目的。
6、果蔬保鮮劑和食品防腐劑
殼聚糖保鮮劑天然、安全、無毒，是來自于自然又回歸自然的環保保健型保鮮劑；具有優良的成膜性和附着性。形成一層選擇透氣性保護膜，限制了氧氣的進入，但不影響二氧化碳的通透，使果實處于自發調節的微氣調狀态從而延緩了果實的成熟衰老進程，具有廣譜的抗菌活性。
不但能抑制果實表面的細菌，還能抵禦外面病菌的侵人，達到防腐保鮮的作用；具有良好的保濕性。殼聚糖保鮮劑的功能在于為果蔬産品創造了一個良好的氣體環境，減緩了果蔬成熟衰老的生化反應，降低了水分的蒸騰，抵抗和抑制了病原菌的侵染，提高了保鮮率，延長了貨架壽命，從而達到保鮮的效果。
前景展望
産氣莢膜梭菌食物中毒是美國第二大常見的細菌性食源性疾病，每年影響上百萬人。一個國際研究團隊發現，從甲殼類動物中提取的一種名為殼聚糖的天然碳水化合物有望成為對付産氣莢膜梭菌食物中毒的有效“武器”。
産氣莢膜梭菌存在于土壤、腐爛的植物以及脊椎動物的腸道内。沒有充分烹煮或保存不當的肉類可能導緻産氣莢膜梭菌繁殖，人吃了這些肉類會中毒，出現腹痛、腹瀉等症狀。
産氣莢膜梭菌能産生一種頑固的、處于代謝休眠狀态的孢子，許多食物加工方法都無法将其殺滅。但從蝦等甲殼類動物中提取的殼聚糖不但能阻止産氣莢膜梭菌在熟雞肉中的生長，還能抑制孢子的萌發和生長。
研究人員之一、美國俄勒岡州立大學的馬赫祖福·薩卡爾說，在實驗室環境中，低濃度的殼聚糖就可以起效；在熟雞肉中，由于雞肉含有許多抑制殼聚糖活動的成分，需要較高濃度的殼聚糖發揮抗菌作用。
薩卡爾說，這是首次觀察到殼聚糖在實驗室環境和熟雞肉中産生一緻的抗菌作用。研究人員接下來将研究殼聚糖在其他肉類和肉制品中的效果，并優化使用殼聚糖的條件，如殼聚糖與山梨酸、苯甲酸等其他食品保鮮劑一同使用效果是否更好。
