β-殼聚糖

β-殼聚糖

甲殼素是一種天然多分子多糖,其分子量大於1000000(MW)。甲殼素具有5000個以上的由β-1->4 碳鍵相連的N-乙醯基-β-氨基葡萄糖。因其分子結構的不同,分為α-,β-,γ-三種類型。第一種,α-甲殼素占地球甲殼素總量的2/3,它具有不平行結構(螺旋結構);第二種β-甲殼素存在於烏賊軟骨中,具有平行結構,相對於α-甲殼素,其分子結合力(inter-molecular forces)更弱;第三種,γ-甲殼素是平行和非平行結構的混合物。作為甲殼素脫去乙醯基後的生成物殼聚糖,亦分為α-,β-,γ-三種類型。

規格

1、β-甲殼素:淡黃色絲狀

2、β-殼聚糖:脫乙醯度85%,90%,

3、β-殼寡糖:脫乙醯度85%

分類

1)螃蟹、蝦(甲殼類動物的殼)————α-甲殼素

2)烏賊(軟體動物的軟骨)——————β-甲殼素

3)昆蟲表皮—————————————γ-甲殼素

生產

生產流程如下:

烏賊軟骨→脫蛋白質→β-甲殼素→脫乙醯基→β-殼聚糖

大量的烏賊軟骨被視為廢棄物。但是烏賊軟骨含有大量的β-甲殼素、蛋白質以及少量碳酸鈣和類胡蘿蔔素,所以不可使用酸處理來去處礦物質,酸處理法通常用於α-殼聚糖的去除鈣成分過程。β-殼聚糖僅使用鹼處理和酶解,它不含任何有毒成分,因此比普通α-殼聚糖更安全。

在溫和的(PH,溫度)脫乙醯過程中,β-甲殼素很容易轉化成α-結構殼聚糖。我司採用了獨特的脫乙醯生產過程,因此β-結構殼聚糖含量達98%以上。

通過持續提高氫氧化鈉的濃度、溫度和發應時間,我司可生產高純度β-殼聚糖。但是那將導致較低的黏度繼而降低分子質量。因此,基於不同的目的,生產過程需要相應調整。

特性

1)分子結構分析

紅外色譜(FT-IR )

在1654cm-1附近,β-殼聚糖只有一個氨基峰 I(peak of amide),而α-殼聚糖則有許多氨基峰 I。氨基峰 II,β-殼聚糖和α-殼聚糖分別位於1598cm-1和1570cm-1。這點解釋了β-殼聚糖和α-殼聚糖的分子結構區別。

由於分子結構更簡單,分子間作用力更弱,β-殼聚糖具有四倍於α-殼聚糖的生理活性。

核磁共振色譜(NMR)

β-甲殼素有2個峰,CH3峰在23ppm,C=O峰在173ppm,這些峰在脫乙醯度達90%以上的β-殼聚糖中是觀察不到的。α-甲殼素的C-3峰和C-5峰可以在73ppm和75ppm處觀察到,但是β-甲殼素則顯示只有一個峰在74ppm。這解釋了α-甲殼素具有反平行結構(螺旋結構),其所有的氫氧基團都有氫鍵與之結合。這些氫鍵或在C-3、C-5之間,或在CH2OH、C-6之間。而β-甲殼素則只在C-2之間有氫鍵。這種區別就在於C-3和C-5的化學結構轉換。在α-殼聚糖中,C-4峰可在82ppm觀測到,但是這種C-4峰在β-殼聚糖中是觀察不到的。

2)β-殼聚糖的理化性質

溶解性——殼聚糖不能100%溶於水,但是可溶於蟻酸、醋酸等有機酸和低濃度鹽酸等無機酸。β-殼聚糖溶液的PH值取決於其含量和酸的類別,在PH值小於6時,保持溶液狀態,大於6,則沉澱。

眾所周知,由於其獨特的分子結構,β-殼聚糖的溶解度遠大於α-殼聚糖。因此,它可非常容易地用於各種食品添加劑,因為它可以很容易地在弱酸條件下降解以提高吸收率。

黏度——β-殼聚糖溶液的典型特徵是高黏度,但是它的黏度是基於其分子量、脫乙醯度、離子強度和PH值。高溫和延時導致較低的黏度。

活性——因獨特的分子結構,β-殼聚糖具有高於α-殼聚糖40~50%的活性。β-殼聚糖表現出對金屬離子和螯合物的吸附性,因此它可用作各種不可消化物的載體。並且,由於它可與放射性材料結合,因此可套用於放射性材料的清除。

穩定性——當β-殼聚糖需要加熱以測試穩定性時,其分子結構不會發生任何改變。並且,β-殼聚糖放置於不同的環境下,比如黑暗、室內以及室內溫度下2年的光照下,其外觀、脫乙醯度都不會發生大的變化。些微注意一下β-殼聚糖的毒素測試,對於老鼠來說,在10克/公斤的劑量下任何毒素都不會出現。除此之外,在18克/公斤和16克/公斤的劑量下,釋放性殼聚糖和蟻酸殼聚糖同樣是安全的。

據報導,β-殼聚糖的安全性遠遠高於α-殼聚糖。

生理活性

1)控制膽固醇

人類健康的最大問題之一是膽固醇,它導致許多嚴重的疾病。殼聚糖有兩個機制降低膽固醇。一個是阻止脂肪的吸收,另一個是將人體血液內的膽固醇排泄掉。首先,殼聚糖抑制那些助於脂肪吸收的脂肪酶的活性。脂肪酶分解脂肪使人體進行吸收。另外一個是排泄膽酸。一旦膽酸排泄,則血液中的膽固醇被用於製造膽酸。這兩種機制使得殼聚糖成為強膽固醇清除劑。也有一些其他的膽固醇清除劑,比如消膽胺(cholestyramine)和鹽酸降膽寧(cholestipol HCL)。但是這些不僅排泄膽酸和抑制膽固醇,並且產生便秘和腸胃功能紊亂的副作用。殼聚糖是一種天然材料,具有強大的陰離子吸附力,適用於降低膽固醇而沒有任何副作用。此外,根據社會上對甲殼素和殼聚糖的報導,β-殼聚糖比於α-殼聚糖具有更高的蛋白吸附能力。

2)抑制細菌活性

β-殼聚糖在弱酸溶劑中易於溶解,這種溶液特別含有氨基(NH2+)。這些氨基通過結合負電子來抑制細菌。殼聚糖的抑制細菌活性,使其在醫藥、紡織和食品等領域有著廣泛的套用。

3)預防和控制高血壓

對高血壓最有影響力的因素之一就是氯離子(cl-)。它通常通過食鹽攝入。近來許多人都過量消費鹽。血管緊縮素轉換酶(ACE:Angiotensin Converting Enzyme)產生血管緊縮素II,一種引起血管收縮的材料,其活力來自氯離子。高分子殼聚糖象膳食纖維一樣發揮作用,在腸內不被吸收。殼聚糖通過自身的氯離子和氨根離子之間的吸附作用,排泄氯離子。因此,殼聚糖降低血管緊縮素II。它有助於防止高血壓,特別是那些過量攝入食鹽的人群。在那種情況下,必須用高分子量的殼聚糖以增強效果。

4)吸附和排泄重金屬

殼聚糖的一個顯著特性是吸附能力。許多低分子量的材料,比如金屬離子、膽固醇、甘油三酯、膽酸和有機汞等,都可以被殼聚糖吸附。特別是殼聚糖不僅可以吸附鎂、鉀,而且可以吸附鋅、鈣、汞和鈾。殼聚糖的吸附活性可以有選擇地發揮作用。這些金屬離子在人體中濃度太高是有害的。比如,血液中銅離子(Cu2+)濃度過高會導致銅中毒,甚至產生致癌後果。現已證明殼聚糖是高效的螯合物介質。殼聚糖的吸附能力的大小取決於其脫乙醯度。脫乙醯度越大,吸附能力越強。

5)保持濕度

6)免疫效果

優點

1)β-殼聚糖比α-殼聚糖具有更高的蛋白吸附能力;

2)在降解酶(溶解酵素lysozyme、kitinase)的作用下,β-殼聚糖具有高於α-殼聚糖數倍的降解性;

3)β-殼聚糖很容易加工成線,適合做成線狀或片狀的醫用材料;

4)β-殼聚糖比α-殼聚糖具有更高的親和力和溶解性,適用於生產各類衍生物;

5)β-甲殼素比α-甲殼素具有更高的化學活性,該特性在其生成殼聚糖後不變;

6)β-殼聚糖的持水性高於α-殼聚糖;

7)在血清中,β-殼聚糖比α-殼聚糖更易降解吸收;

8)β-甲殼素屬單純地脫乙醯基,它比α-甲殼素更容易脫乙醯基為殼聚糖;

9)β-殼聚糖比α-殼聚糖具有更高的生物降解性;

10)β-殼聚糖表現出有選擇性的高度抑制口腔鏈球菌生長的作用,同時並不影響其他有益細菌的生長,而α-殼聚糖則抑制全部存活的細菌。

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