胡新良，王 勤

（孝感學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，湖北孝感 432100）

甲殼素是自然界中含量?jī)H次于纖維素的有機(jī)物，每年生物合成甲殼素約100億t[1]，也是自然界中含氮量?jī)H次于蛋白質(zhì)的有機(jī)物。全球每年水產(chǎn)加工產(chǎn)生的甲殼素廢棄物達(dá)140多萬(wàn)t。甲殼素是目前尚未被充分利用的天然資源之一。殼聚糖通常是以蝦類、蟹類以及昆蟲(chóng)的外殼或真菌、藻類等細(xì)胞壁提取的甲殼素經(jīng)脫乙酰化反應(yīng)而得到的純天然多糖類有機(jī)聚合物，是存在于自然界中的眾多天然多糖中唯一豐富的堿性多糖。從分子結(jié)構(gòu)上看，殼聚糖是由大部分2-氨基-2-脫氧-D-吡喃葡萄糖以及少量2-乙酰氨基-2-脫氧-D-吡喃葡萄糖通過(guò)β-(1-4)糖苷鍵連接而成的二元線性聚合物。已有大量研究顯示，殼聚糖具有抗菌作用。該文將對(duì)有關(guān)殼聚糖及其衍生物抗菌活性的應(yīng)用研究、影響因素及抗菌機(jī)理等進(jìn)行綜述。

1 殼聚糖及其衍生物的抗菌活性

1.1 殼聚糖的體外抗菌活性

蔣玉燕等[2]研究表明，殼聚糖對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌及革蘭氏陰性菌都有明顯的抑制效果，且對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌的敏感性高于革蘭氏陰性菌，當(dāng)殼聚糖濃度為5 mg/mL時(shí)，對(duì)革蘭陽(yáng)性菌的抑菌率達(dá)75%以上，而對(duì)大部分革蘭陰性菌的抑菌率僅為20%～30%。F.Seyfarth等[3]研究了殼聚糖抗真菌作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，殼聚糖對(duì)白色念珠菌、克柔氏念珠菌、光滑念珠菌都有抑制作用，且隨著分子量的降低，殼聚糖抗菌活性減弱。另有研究發(fā)現(xiàn)，在燒傷病人發(fā)生金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌和釀膿鏈球菌感染時(shí)，殼聚糖具有顯著的抑菌作用；對(duì)一般人體表皮的皮膚細(xì)菌也有顯著的抑菌效果。

1.2 殼聚糖衍生物的體外抗菌活性

殼聚糖分子結(jié)構(gòu)中存在的大量氨基和羥基為其化學(xué)改性創(chuàng)造了有利條件。近年來(lái)，人們通過(guò)對(duì)殼聚糖的化學(xué)改性，獲得了多種衍生物。殼聚糖的衍生化不僅能改善其水溶性差的缺點(diǎn)，而且保留甚至增強(qiáng)了其抗菌活性。Muzzarelli等[4]研究發(fā)現(xiàn)，羧丁基殼聚糖對(duì)革蘭陽(yáng)性菌和念珠菌特別有效，在濃度為8 mg/mL時(shí)抑制了大部分被試菌株；對(duì)革蘭陰性菌，在濃度為9 mg/mL時(shí)抑菌率達(dá)到90%以上。Chen CS等[5]研究發(fā)現(xiàn)，磺酸殼聚糖和苯甲磺酰殼聚糖也具有抗菌作用，對(duì)痢疾志賀菌、嗜水氣單胞菌、鼠沙門菌、蠟樣芽孢桿菌的最低抑菌濃度比殼聚糖低。Qin等[6]用微量熱法研究了N-2-羥丙基三甲基氯化銨殼聚糖的抑菌作用，結(jié)果表明，其對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和白色念珠菌的生長(zhǎng)具有抑制作用，且在弱堿性環(huán)境中比在弱酸性環(huán)境中的作用強(qiáng)。R.L.Patale和V.B.Patravale[7]制備了羧甲基殼聚糖-鋅復(fù)合物并研究了其抗菌活性，發(fā)現(xiàn)該復(fù)合物對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌均表現(xiàn)出抗菌活性，且羧甲基殼聚糖-鋅復(fù)合物的抗菌活性明顯強(qiáng)于殼聚糖-鋅復(fù)合物。

2 殼聚糖及其衍生物抗菌活性的應(yīng)用研究

2.1 在食品中的應(yīng)用

殼聚糖及其衍生物可作為延長(zhǎng)食品保存期的保鮮劑和防腐劑。趙博等[8]以紅橘為原料,研究了室溫條件下不同配比的殼聚糖與生姜大蒜提取物的復(fù)配涂膜液對(duì)果實(shí)的保鮮效果。結(jié)果表明，用殼聚糖和生姜大蒜提取物的復(fù)配液來(lái)處理紅橘對(duì)其采后貯藏期間的生理代謝具有明顯的抑制作用，可以顯著降低紅橘果實(shí)的腐爛率和失重率，延緩果實(shí)總酸和Vc含量的下降。Ghaouth等[9]、李紅葉等[10]研究發(fā)現(xiàn)，用殼聚糖處理的蘋(píng)果比未涂膜的發(fā)病率低，且對(duì)褐腐病菌、軟腐病菌和灰霉病菌有直接抑制作用。Papineau[11]等研究發(fā)現(xiàn)，0.2 mg/mL的殼聚糖乳酸鹽對(duì)大腸桿菌的繁殖具有較好的抑制作用，且殼聚糖能很好的抑制酵母菌（如釀酒酵母）的繁殖，1 mg/mL的殼聚糖乳酸鹽會(huì)使酵母菌在17 min內(nèi)完全失去活性。Chen[12]等研究了脫乙酰度為69%、磺化度分別為0.63%、13.03%的殼聚糖和硫代苯甲酰殼聚糖對(duì)牡蠣的防腐作用，結(jié)果表明，除芽孢桿菌外，這4種化合物對(duì)細(xì)菌的繁殖均具有很好的抑制效果。

2.2 醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

鄧婧等[13]研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖對(duì)常見(jiàn)的傷口感染菌、皮膚癬菌、口腔致病菌均有較為顯著的抑菌效果，在pH6.5時(shí)，殼聚糖對(duì)牙齦卟啉單胞菌、白色念珠菌、變形鏈球菌、金黃色葡萄球菌和幽門螺桿菌等口腔常見(jiàn)致病菌均有抑制作用，同時(shí)還證明了殼聚糖熱穩(wěn)定性好。王科兵[14]等以水溶性殼聚糖為載體與碘絡(luò)合制備的碘殼聚糖無(wú)紡布，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，殼聚糖碘液對(duì)常見(jiàn)致病性皮膚癬菌均有明顯的殺菌作用，3 h即能殺死全部真菌。在傷口敷料材料中加入殼聚糖可以緩慢地釋放有效抗菌成分，使材料的抗菌效果大幅增加[15]。S.Y.Ong等[16]制備了殼聚糖-聚磷酸鹽敷料，該敷料具有加速血液凝固、血小板附著、凝血酶產(chǎn)生等作用。

2.3 殼聚糖在織物上的抗菌活性

理想的織物抗菌處理應(yīng)該是對(duì)人體安全并且對(duì)環(huán)境友好的，殼聚糖作為一種天然高分子，具有無(wú)毒、生物可降解和生物相容性，同時(shí)又具有抗菌活性，是用于織物抗菌的理想材料。陸淼泉等[17]研究證明，殼聚糖對(duì)織物上的白色念珠菌、大腸桿菌及金黃色葡萄球菌的抗菌率為100%，經(jīng)多次皂洗后，對(duì)上述3種菌的抗菌率仍在75%以上。Gupta等[18]研究發(fā)現(xiàn)，以0.1%水溶性羧甲基殼聚糖處理過(guò)的棉纖維對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌表現(xiàn)出良好的抗菌活性，同時(shí)有利于棉織物褶皺的平復(fù)。張偉等[19]比較了殼聚糖及殼聚糖季銨鹽的抗菌性，并將其用于桑蠶絲織物的抗菌整理。結(jié)果表明：殼聚糖及其季銨鹽對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌均有顯著的抑菌性；經(jīng)殼聚糖及其季銨鹽處理后，桑蠶絲織物對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率均明顯提高。

3 殼聚糖抗菌活性的影響因素及抗菌機(jī)理

3.1 影響因素

殼聚糖及其衍生物的抗菌活性受多種因素影響，包括分子量、環(huán)境pH、濃度及脫乙酰度等。何日安等[20]通過(guò)測(cè)定最小抑制濃度和抑制圈,研究不同分子量的低分子量殼聚糖對(duì)稻胡麻葉斑病菌等13個(gè)植物原病菌的抑制作用，結(jié)果表明，對(duì)多數(shù)植物病原菌來(lái)說(shuō)，可溶性的低分子量殼聚糖分子量在662～5 492范圍內(nèi),隨分子量的增加，其抑菌能力增強(qiáng),抑菌效果更明顯,最小殺菌濃度減小，殺菌能力增強(qiáng)。其中以聚合度在10～34,分子量在1 628～5 492的低分子量殼聚糖抑菌效果最好，對(duì)野油菜黃單孢28004菌、青枯雷爾氏菌GMI1000菌株和辣椒斑點(diǎn)病菌的抑菌效果都很好。成慶利等[21]研究了pH、殼聚糖分子量和濃度對(duì)殼聚糖殺菌效果的影響，結(jié)果表明，最適pH為5～6;殼聚糖分子量為4.4 kd時(shí),殺菌效果最好;殼聚糖殺菌率隨濃度的增大而增大。Jeon等[22]發(fā)現(xiàn)，在pH為6的條件下，分子量大的殼聚糖表現(xiàn)出較高的殺菌活性。但也有研究表明，抑菌對(duì)象不同，分子量對(duì)殼聚糖抗菌特性也不同。對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌，殼聚糖的抗菌作用隨分子量增大而增強(qiáng)；而對(duì)革蘭氏陰性菌，抗菌作用卻隨分子量減小而增強(qiáng)。Simpson等[23]研究了脫乙酰度對(duì)殼聚糖抗菌活性的影響，發(fā)現(xiàn)高脫乙酰度比低脫乙酰度的殼聚糖更能有效地抑制大腸桿菌的生長(zhǎng)。胡瑛等[24]研究發(fā)現(xiàn)，1.0 g/L的?；瘹ぞ厶菍?duì)葡萄灰霉病病菌、小麥穎枯病病菌、黃色鐮刀菌和立枯絲核菌4種植物病原真菌具有明顯抗菌性，抗菌性隨著乙?；鶊F(tuán)的增加而增強(qiáng)，?；瘹ぞ厶呛蜌ぞ厶菍?duì)葡萄灰霉病病菌和小麥穎枯病病菌的最低抑菌濃度（MIC）分別為0.5、1.0 g/L。較高乙酰度的水溶性殼聚糖具有抗菌性，隨著重均分子量的下降，對(duì)黃色鐮刀菌的抗菌性增強(qiáng)，而對(duì)其他3種菌的抗性下降。由于殼聚糖及其衍生物的抗菌活性受到的影響因素較多，研究結(jié)果不盡相同，但基本認(rèn)為pH>7的環(huán)境中其活性很弱。

3.2 抗菌機(jī)理

殼聚糖的抗菌機(jī)理目前還不十分清楚，人們提出了多種機(jī)理，主要有以下3種：①殼聚糖能夠結(jié)合一些微生物正常生長(zhǎng)所必需的微量元素、金屬元素或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而抑制微生物生長(zhǎng)[25]；②酸性環(huán)境下，殼聚糖以聚陽(yáng)離子形式存在，可與微生物帶負(fù)電荷的細(xì)胞膜通過(guò)靜電作用結(jié)合，使細(xì)胞發(fā)生凹陷、變形和泄露[26]；③殼聚糖可透過(guò)微生物細(xì)胞壁進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)部，與DNA形成穩(wěn)定的復(fù)合物，干擾DNA聚合酶或RNA聚合酶的作用，阻礙DNA或RNA的合成，從而抑制微生物繁殖[23]。

4 結(jié)語(yǔ)

殼聚糖作為唯一的自然界中含量豐富的天然堿性多糖，其抗菌活性已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著人們對(duì)殼聚糖及其衍生物的研究不斷深入，以及對(duì)其抑菌機(jī)理的不斷探索，其應(yīng)用前景將更為廣闊。

[1]KUMAR MNVR,MUZZARELLI RAA,MUZZARELLI C.Chitosan Chemistry and Pharmaceutical perspectives[J].Chemical Reviews,2004,104(12):6017-6084.

[2]蔣玉燕,畢憶群,汪子偉,等.聚氨基葡萄糖的體外抗菌活性[J].中國(guó)抗生素雜志,1996,21(1):54-56.

[3]F.SEYFARTH.Antifungal effect of high-and low-molecularweight chitosan hydrochloride,carboxymethyl chitosan,chitosan oligosaccharide and N-acetyl-d-glucosamine against Candida albicans,Candida krusei and Candida glabrata[J].International Journal of Pharmaceutics,2008,353(1-2):139-148.

[4]MUZZARELLI R,TARSI R,FILIPPINI O,et al.Antimicrobial properties of N-carboxybutyl chitosan[J].Antimicrobial Agents and Chemotherapy,1990,34(10):2019-2023.

[5]CHEN CS,LIAU WY,TSAI GJ.Antibacterial effects of N-sulfonated and N-sulfobenzoyl chitosan and application to oyster preservation[J].Journal of Food Protection,1998,61(9):1124-1128.

[6]QIN CQ,XIAO Q,LI HR,et al.Calorimetric studies of the action of chitosan-N-2-hydroxypropyl trimethyl ammonium chloride on the growth of microorganisms[J].International Journal of Biological Macromolecules,2004,34(1-2):121-126.

[7]R.L.PATALE,V.B.PATRAVALE.O,N-carboxymethyl chitosanzinc complex: A novel chitosan complex with enhanced antimicrobial activity[J].Carbohydrate Polymers,2011,85(1):105-110.

[8]趙博.殼聚糖生姜大蒜提取物復(fù)合保鮮劑對(duì)紅橘的保鮮效果[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,35(20):6228-6230.

[9]EI GHAOUTH A,PONNAMPALAM R,CASTAIGNE F,et al.Chitosan coating to extend the storage life of tomatoes[J].HortScience,1992,27(9):1016-1018.

[10]李紅葉.脫已酰殼聚糖對(duì)桃軟腐、褐腐病菌的抑制和采后軟腐病的防治研究[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),1997,9(2):87-92.

[11]PAPINEAU AM,HOOVER DG,KNORR D,et al.Antimicrobial Effect of Water-Soluble Chitosans with High Hydrostatic Pressure[J].Food Biotechnology,1991,5(1):45-57.

[12]CHEN CS,LIAU WY,TSAI GJ.Antibacterial Effects of NSulfonated and N-Sulfobenzoyl Chitosan and Application to Oyster Preservation [J].Journal of Food Protection,1998,61(9):1124-1128.

[13]鄧婧,符大勇,宋文斌,等.殼聚糖對(duì)幾種口腔常見(jiàn)致病菌的體外抑制作用[J].上?？谇会t(yī)學(xué),2005,14(1):74-77.

[14]王科兵,肖激文,王芳宇,等.殼聚糖碘液體外抗真菌活性研究[J].解放軍藥學(xué)學(xué)報(bào).2002,18(6):372-373.

[15]KNILL CJ,KENNEDY JF,MISTRY J,et al.Alginate fibers modified with unhydro-lyzed and hydrolyzed chitosans for wound dressings[J].Carbohydrate Polymers.2004,55(1):65-76.

[16]S.Y.ONG.Development of a chitosan-based wound dressing with improved hemostatic and antimicrobial properties[J].Biomaterials,2008,29(32):4323-4332.

[176]陸淼泉,王蔚.殼聚糖加工布料的抗菌性研究[J].浙江醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),1997,26(6):255-257.

[18]GUPTA,D.,HAILE,A.,Multifunctional properties of cotton fabric treated with chitosan and carboxymethyl chitosan[J].Carbohydrate Polymers,2007,69(1):164-171.

[19]張偉,朱蓓,陳宇岳.殼聚糖季銨鹽在桑蠶絲織物抗菌整理中的應(yīng)用[J].紡織學(xué)報(bào),2010(10):70-74.

[20]何日安,岳武,姚評(píng)佳,等.低分子量殼聚糖對(duì)植物病原菌的抑制作用研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,37(4):1566-1568.

[21]成慶利,劉秉濤,閆金霞.殼聚糖對(duì)公園污水渠殺菌效果研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2006,34(23):6266-6267,6270.

[22]鄭連英,朱江峰,孫昆山,殼聚糖的抗菌性能研究[J].材料科學(xué)與工程,2000,18(2):22-24.

[23]SIMPSON BK,GAGNE N,ASHIE INA,et al.Utiization of chitosan for preservation of raw shrimp(Pandalus Borealis)[J].Food Biotechnology,1997,11(1):25-44.

[24]胡瑛,林建國(guó),胡振,等.不同乙酰度殼聚糖的制備及抗菌活性的測(cè)定[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,48(8):1894-1896.

[25]JACKSON SL,Heath IB,Roles of calcium ions in hyphal tip growth [J].Microbiology and Molecular Biology Reviews,1993,57(2):367-382.

[26]PAPINEAU AM,Hoover DG,Knorr D,et al.Antimicrobial effect of water-soluble chitosans with high hydrostatic pressure[J].Food Biotechnology,1991,5(1):45-57.