甲壳质
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第854页（3756字）
甲壳质是一种天然多糖，广泛存在于甲壳类动物和昆虫的外壳以及菌类和藻类的细胞壁中，是地球上最丰富的有机物之一。
据估算，仅海洋中的甲壳质年产量就达10亿吨，相当于陆地上纤维素的总和，而且是－种不断增殖的再生资源。由于甲壳质及其衍生物具有广泛而奇特的用途，因而越来越受到人们关注。
1811年始发现甲壳质。曾有甲壳素、甲壳胺、壳蛋白、几丁质、明角质等名称。其化学名称为聚N－乙酰－D－葡萄糖胺，是2－乙酰氨基葡萄糖多聚体，呈白色或微黄色固体，其化学结构与天然纤维素相似。20世纪80年代以来，甲壳质的研究空前活跃，内容涉及甲壳质及其衍生物的结构、性质、性能以及制造和应用。1977、1981、1985、1988年曾先后在美国、日本、英国和挪威召开4次国际甲壳质会议。
甲壳质不溶于水、乙醇、乙醚、盐和稀酸、稀碱，只能溶于磺盐、三氯乙酸／二氯乙烷等极少数的溶剂，而且往往伴有大量的水解反应。
这样，其研究和应用便受到限制。如果将甲壳质大分子侧基上的乙酰基(CH3CO)脱去，就使它变得可溶于许多稀酸溶液，称为脱乙酰甲壳质或壳聚糖。壳聚糖可制成多种形式，如颗粒、膏状、溶液、薄膜、纤维或喷剂等。利用酰化、氧化、羟化、硫酸酯化等多种化学反应，可以从甲壳质和壳聚糖制备各种衍生物。
如果利用交联等方法，还可制备出具有生物相容性好的复合材料。制造甲壳质的主要工业原料是水产加工厂废弃的虾、蟹壳。在干燥的虾、蟹壳中甲壳质含量为20%～50%，产率一般在20%左右。
甲壳质可被体内溶菌酶溶解并被组织吸收，是制作手术线的理想材料。
甲壳质手术线伸长率小，抗张强度大，在胆汁、尿、胰液中可很好地保持抗张强度。1984年，纳卡吉马(M．Naksjima)等对甲壳质手术线进行的毒性试验表明，它在所有诱变、急性中毒、发热、溶血、皮肤反应方面均显示负性。用甲壳质制作的人造皮肤柔软度适当，与人体亲和性好，没有副作用，再生的表皮光滑。它还具有吸收从伤口渗出的体液、减缓伤口疼痛的效果。
当伤口愈合后，这种人造皮肤会自行脱落。日本等国正准备将其投放市场。甲壳质和壳聚糖无论是溶液还是固体粉末，都是很好的止血剂。在止血的同时，还能阻止血纤维蛋白束的形成、结缔组织细胞的增殖以及胶原蛋白的合成，而且伤口愈合结痂最小。
也可以把它们制成绷带，用于止血和加速伤口的愈合。把壳聚糖乙酸水溶液直接涂于烧伤和烫伤的伤口，能在伤口表面形成一层坚韧、吸水、透氧、生物相容性好的薄膜。
该薄膜可以起到防止感染、减轻痛苦等作用。
特别是从真菌发酵提取出甲壳质，由于其精细的粉末状态，使用更为方便。
经硫酸酯化的甲壳质或壳聚糖在结构上与抗凝血药物人造肝素相似，所以利用甲壳质或壳聚糖制作人造肝素的研究已做了许多工作。1985年，希拉诺(S．Hirano)等将某些壳聚糖的硫酸衍生物对一些动物的凝血因子的作用进行研究，并与肝素进行比较。在活化某些凝血因子时间方面的活性次序(units／mg)是O硫酸化－N－乙酰基壳聚糖(371～379)＞N，O硫酸化壳聚糖(190～287)＞肝素(174)＞硫酸化－O－羧甲基壳聚糖(27～31)。1984年艾伦(G．G．Allan)等研究报道，甲壳质及其衍生物所具有的一些生物学特性，能很好地满足接触眼镜材料的要求。
特别是壳聚糖具有优异的透氧性和促进伤口愈合的特殊性。把n－J酰化甲壳质粉末注模后制成的接触镜，它的透氧率可达14×10－11(cm2／s)(mlO2／ml×mmHg)，且可被水很好地湿润。1989年希拉诺和罗兰德(B．Roland)等研究报道，将药物分子填入甲壳质细小的孔穴内，可制成含药物的微孔小球或微胶囊。例如，将含有磺胺嘧啶的壳聚糖溶液滴入三聚磷酸中，通过离子交换，形成三维网络结构的微球，一次用药可达到长期发挥药效的作用。
长效的阿斯匹林剂可由浓缩的阿斯匹林和乙酸壳聚糖水溶液块化凝聚后制得，通过控制壳聚糖在片剂中的含量、物理状态以及药物溶解介质的pH，可以控制药物的释放速度。通过对灰黄霉素、氢化泼尼松、苯巴比妥、消炎痛等药物的增溶研究发现，甲壳质和壳聚糖对药物溶解性和生物利用率的改善，要比微晶纤维素好。适合填入甲壳质中空纤维中的药物包括蛋白质、抗生素、抗癌药、眼用药、甾类避孕药等，药物分子的释放速率为零级动力学控制，释放时间可以控制在24小时至3个月不等。
甲壳质及其衍生物也有许多药理功能。例如，甲壳质和壳聚糖可抑制某些癌细胞的增殖，具有杀菌、杀螨、杀虫和免疫功能。1989年杜宾斯凯耶(A．M．Dubinskaya)等报告，壳聚糖具有降低胃酸、抑制溃疡、抗凝血、降低胆固醇和三甘油酯等作用。
现已有用于治疗癌症的含有壳聚糖的注射液的专利问世，不久可望投入临床应用。将副作用大的抗癌药接到壳聚糖的侧链上，可以保持药物的抗癌性，使副作用减少或消除，同时还可以起到使药物缓释的作用。
癌细胞表面往往具有较高的负电荷，如用带正电荷的聚电解质壳聚糖治疗，则可有效地阻止癌细胞的增殖和扩散。
在工业方面，利用溶液浇注法很容易使甲壳质及壳聚糖成膜，可用于制造食品包装袋、磁带、超滤膜、药物外包膜和胶囊等。在纺织染整上，它是上浆剂、固色剂及处理剂，可赋予织物更好的染色性、耐洗性和抗皱性。由于甲壳质不怕水，制成的纸可用来绘制海图及航海记事本。
纸表面用壳聚糖处理，可提高纸的强度，使油墨印刷鲜明，且不会因紫外线照射而褪色。壳聚糖有很强的增粘、保湿和抗静电作用，形成被膜的性能及保护胶体的能力优异，可用于制作润肤剂、洗发剂、固发剂等。
甲壳质及其衍生物无毒无味，是理想的絮凝剂。它们可降低食用色素的毒性，可用于处理食品厂的废水，絮凝效果优于合成的高分子絮凝剂。
美国环保局已把壳聚糖列为可用于饮水净化。日本每年用于水的净化的甲壳质达500000kg。
甲壳质及其衍生物还被用作酒类、饮料的除浊剂，食醋的防沉淀剂，原料糖汁的纯化剂。虽然甲壳质及其衍生物在各国均可用于动物饲料的添加剂，但对其用作食品工业原料，各国有不同的规定。在日本，将其视为天然物质，可用作食品原料，几种添加壳聚糖的食品已供应市场。
在农业方面，甲壳质或壳聚糖还可诱生植物的甲壳酶和壳糖酶，使酶的活性增强几倍，进而活化植物细胞，刺激植物生长和发育。用甲壳质拌种，出芽率高、苗壮。1989年，美国马里兰IGENE公司利用甲壳质生产一种不污染环境的新型杀虫剂。
该杀虫剂不是直接杀死害虫，而是利用刺激土壤微生物产生一种杀死线虫和虫卵的酶，间接地把害虫消灭。将甲壳质溶液喷在采摘下的水果上，可形成一层允许适量氧气通过的膜，从而延长水果的保鲜期。
也可通过改变甲壳质溶液的浓度，使甲壳质形成的膜具有不同的通透性，以适应不同的水果保鲜需要。
在生物学领域，甲壳质及其衍生物可用于固定酶载体。
1975年，斯坦利(Stanley)最早用壳聚糖为载体，采用戊二醛交联法研究乳糖酶的固定化。1983年，穆扎里利(R．A．A．Muzzarelli)等报告，通过物理吸附作用，甲壳质可以不用交联剂将溶菌酶、淀粉酶等直接固定，可保持高达90%游离酶的活性。
除此之外，甲壳质和壳聚糖还可用于固定脲酶、胃蛋白酶、木瓜酶、氧化酶等多种酶。与其它固定酶载体比较，具有价格低廉、原料易得、固定酶效率高、反应活性高、不易受溶液中金属离子干扰和抑制等特点。
它们还可以用作微生物细胞的固定以及制造各种生物反应器等。
甲壳质及其衍生物在日本、美国和一些西欧国家颇受重视，新的用途不断开发，实际应用也越来越多。未来的发展方向，将仍然是开发新的甲壳质衍生物及其应用。中国甲壳质资源丰富，仅每年废弃的虾、蟹壳就有数千万吨，如果利用这些废弃的污染源制取甲壳质及其衍生物，就会变废为宝。
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(安徽省淮南职业医学专科学校奇云副教授撰)