壳聚糖及其衍生物抗菌作用的研究进展

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1、壳聚糖及其衍生物抗菌作用的研究进展【摘要】　　壳聚糖作为一种天然无毒，生物相容性好，可降解，可再生而且来源非常丰富的资源，已经日益引起人们重视，并已成功应用于医药等多个领域。壳聚糖及衍生物作为天然高分子絮凝剂，其杀菌作用已被认识和研究。壳聚糖不仅具有天然抗菌性能，而且抗菌谱广。本文对壳聚糖的抑菌原理、抑菌作用的特点及其衍生物研究应用的最新进展与发展前景作了综述。【关键词】壳聚糖；甲壳素；抗菌作用　甲壳素是存在于自然界中的唯一一种带阳离子能被生物降解的分布极其广泛的高分子材料，大量存在于昆虫、甲壳纲动物外

2、壳及真菌的细胞壁中，是地球上仅次于纤维素的第二大可再生资源，但不溶于水及有机溶剂，很难被人体利用。其脱乙酰基所得产物称为壳聚糖，能被人体吸收利用。这类多糖既可生物合成，又可生物降解，与动物的器官组织及细胞有良好的生物相容性，无毒，降解过程中产生的低分子寡聚糖在体内不积累，几乎无免疫原性。其结构中，还有活泼的氨基，易于化学改性，引入多功能集团，拓宽应用领域。近年来有关壳聚糖及其衍生物抗菌性能的报道很多[1~4]，我们也做了相关实验研究[5~7]，一致认为壳聚糖不仅具有天然抗菌性能，而且抗菌谱广。本文主要对

3、壳聚糖的抑菌原理、抑菌作用的特点及其衍生物研究发展前景进行综述。10　　1壳聚糖的抑菌机制10壳聚糖及其衍生物的抑菌作用随着其自身和环境条件的改变而呈现出不同的结果，分析其原因，主要有以下几种可能：(1)壳聚糖的有效基因N可以与细菌细胞膜上的类脂、蛋白质复合物反应，使蛋白质变性，改变细胞膜的通透性，或者与细菌细胞壁（尤其是革兰阳性菌细胞壁较厚，结构紧密，含有丰富的磷壁酸）形成一个负电荷环境，壳聚糖损坏细胞壁的完整性，或使细胞壁趋于溶解，直至细胞死亡[8~9]。(2)高分子量的壳聚糖溶于酸后，成为一种阳离

4、子型生物絮凝剂，在絮凝过程中使菌体细胞聚沉，高分子链密集于细菌菌体表面，形成一层高分子膜，影响细菌对营养物质的吸收，阻止代谢废物的排泄，导致菌体的新陈代谢紊乱，从而起到杀菌和抑菌的作用[8~10]。(3)随着分子量的增大，壳聚糖分子链的卷曲和缠结程度增大，使得有效基因N被包埋在其中，降低了对菌体的吸附及杀菌能力。(4)壳聚糖分子量降低，则可以通过渗透作用穿过多孔细胞壁（尤其是革兰阴性菌细胞壁较薄，交联松散）低分子量壳聚糖进入细菌内部[11]，破坏细胞质中内含物的胶体状态，使其絮凝、变性，细菌无法进行正常

5、的生理活动，或者直接干扰其带负电荷的遗传物质DNA和RNA[12~13]，抑制细菌的繁殖，导致微生物的死亡。如果分子量进一步减少，则有效基团减少，壳聚糖的絮凝能力降低，甚至没有抗菌能力。通过渗透作用进入细菌细胞后，可能被几丁质酶或壳聚糖酶所降解[3]，从而作为营养物质而被利用，反而促进了菌体的生长。(5)壳聚糖的杀菌作用可以通过提高离子强度得到增强，主要是环境中的离子干扰壳聚糖形成分子内刚硬的晶体结构，增加溶解度实现的。但金属离子除外，因为壳聚糖表面的自由氨基基团可以有选择性地螯合对微生物生长起关键作用

6、的金属离子，尤其是酶的辅助因子，从而抑制微生物的生长和繁殖[9]，同时也降低有效氨基的含量，从而降低其杀菌能力。(6)当壳聚糖浓度足够高时，能够激活部分微生物本身的几丁质酶活性，或使几丁质酶被过分表达，导致其对自身细胞壁几丁质的降解，从而损伤细胞壁。　　2壳聚糖及其衍生物抑菌作用的特点　　2.1改变细胞膜和细胞壁的通透性　　细胞壁的主要功能之一为保护细胞内物质不泄漏于菌体外，吴迪等[14]研究了壳聚糖对大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌细胞壁功能的影响，发现加入壳聚糖醋酸溶液后，两种菌的细胞内酶溢出，TEM照片

7、显示大肠埃希菌的菌体聚集，细胞壁模糊不清，而金黄色葡萄球菌的细胞壁变化更为明显，细胞壁模糊还存在质壁分离现象，说明壳聚糖对细菌的细胞壁有不可逆的破坏作用。杨冬芝等[8]也认为酸性条件下，壳聚糖作为分子吸附到细胞壁上，使细胞壁和细胞膜上负电荷分布不均、干扰细胞壁合成，导致细菌裂解而死亡。10　　2.2壳聚糖分子量不同，抑菌的作用方式不同　　　不同分子量壳聚糖对不同微生物的抑制作用机制不同。NoHK等[15]研究了6种不同分子量壳聚糖和6种不同分子量聚氨基葡糖寡聚物分别对4种革兰阴性细菌和7种革兰阳性细菌的

8、除菌作用，结果发现，壳聚糖的抑菌效果普遍强于聚氨基葡萄糖寡聚物，并且对大多数测试菌都有明显的抑制作用，当然分子量和菌种不同时抗菌效果有所差别，但是总趋势为抑制革兰阳性细菌的作用明显强于革兰阴性菌。郑连英等[11]研究了不同分子量壳聚糖对大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌的抑制作用，结果发现壳聚糖对金黄色葡萄球菌的作用随分子质量减少而减弱，但是对大肠埃希菌的抗菌作用却相反，随分子质量减少，抗菌作用反而增强。因此认为，壳聚糖对于革兰阴性菌和革兰阳性菌生