一,、研究與開發(fā)歷史
早在400年前，《本草綱目》中就有螃蟹殼應用的記載,，這是甲殼素最早的應用紀錄。
1811年,，法國H.Braconnot教授最早分離出甲殼素,，他用溫熱的稀堿處理蘑菇，得到一些纖維狀的殘渣,，他以為是纖維素，并命名為Fungine,意思是真菌纖維素,。12年后也就是1823年，另一位法國科學家A.Odier從昆蟲的翅鞘中分離出同樣的物質,，命名為Chitin,，即鎧甲,、信封的意思。
1859年法國C.Rouget第一次分離出殼聚糖,，命名為Chitosan。
從發(fā)現甲殼素后的一個半世紀,，甲殼素的研究進展緩慢,。20世紀下半葉,，隨著對纖維素、蛋白質和甲殼素及其他糖類等生物大分子的研究,，有機化學誕生和發(fā)展起來,。甲殼素的研究重心也從歐洲轉向日本,。
1977年英國Muzzarelli教授發(fā)起并主持了第一屆甲殼素和殼聚糖國際會議，以后每2年召開一次,。在1991年的會議上，美,、歐的醫(yī)學科技界,、營養(yǎng)食品研究機構將其譽為“第六要素”,。
我國于1952年開始研究。20世紀90年代是研究的全盛時期,。1997年,，研究開發(fā)課題列入國家科委九五攻關計劃，歸屬863計劃,。2000年前后酶法生產殼寡糖的方法被攻克。二,、甲殼素及其衍生物的概念
甲殼素是乙酰氨基葡萄糖組成的聚糖,。殼聚糖是甲殼素通過強堿水解或酶解后脫去部分乙?；难苌?，是氨基葡萄糖的聚糖。
殼寡糖是殼聚糖降解后的衍生物,，現在把由20個以下氨基葡萄糖組成的低聚殼聚糖稱為殼寡糖,。乙酰氨基葡萄糖或氨基葡萄糖不是葡萄糖，在體內也不會轉變?yōu)槠咸烟?，因此對血糖不會有不利影響。甲殼素經脫乙?；幚淼玫綒ぞ厶?，再經過進一步降解,，就成為殼寡糖。
甲殼素是第一個實際應用的產品,，也是在日本第一個被批準的“功能性食品”,。但是甲殼素不溶于水,、堿、一般的酸和有機溶劑,，只溶于部分濃酸,，是依靠人體胃腸道中的甲殼素酶、溶菌酶等的作用少部分分解,，因此其吸收率較低,，服用量較大,，產生的服用反應也高達70%%以上,。對甲殼素進行化學處理，脫掉其中的乙?；?，就變成了殼聚糖,，殼聚糖已經可以溶于稀酸，比甲殼素進了一步,。但是甲殼素和殼聚糖都是大分子,，分子量在幾十萬到幾百萬,，都不溶于水。把殼聚糖降解為小分子,，就是殼寡糖,。殼寡糖可以直接溶于水，因此吸收率大為增加,，服用量和服用后反應大為減少。
殼寡糖具有較高溶解度,，所以很容易被吸收利用,，具有許多優(yōu)于高分子量殼聚糖的功能,，是當今國內外研究、開發(fā)的重點領域,。三、糖復合物
甲殼素類物質在包括人在內的動物的關節(jié),、足的堅硬部分,，以及動物肌肉和骨結合處均有存在,，另外在我們體內有一大類以氨基葡萄糖為重要組成成分的糖復合物，它們是糖蛋白,、蛋白多糖和糖脂,。
蛋白質是生命的體現者,，沒有蛋白質就沒有生命,。人的血漿存在著一百多種蛋白質,，其中有不下80種是糖蛋白。在這些蛋白質上為什么必須加上糖鏈呢,？糖鏈保證了糖蛋白的親水性,，也就是保證這些蛋白質能溶于水,。如果我們體內的大部分蛋白質都凝固，還能有生命嗎,？因此專家們認為，這是生命存在的前提,。而且，糖鏈保護蛋白結構的穩(wěn)定性,，減少它的破壞。
糖鏈的另一個主要功能是作為信號分子,。
一切生命現象,，實際上都是機體內細胞對胞外信息的轉導,，并最終在細胞內產生特定效應的信號轉導和調控的過程。
我們現在處在一個信息社會,，信息的重要性我們都有體會，如果沒有了互聯網,、電視,、報紙,、電話，我們的社會會變成什么樣子,？那是很可怕的,。我們人體也是一個小社會,，人體內部各組織,、器官和系統的協調，和外部環(huán)境協調統一,，對來自內部和外部的各種信息作出及時和準確的反應，信息的溝通是必要的先決條件,。細胞膜上有接受信息的結構叫“受體”,，Ⅱ型糖尿病的發(fā)病原因就是胰島素受體出了問題。受體大部分是糖蛋白,，其中糖鏈起著辨別和接受信息的作用，又被稱為“分子雷達”或“細胞天線”,。
蛋白聚（多）糖的生理作用：
蛋白聚糖構成細胞間的基質,，包括透明質酸,、肝素、硫酸軟骨素等,，對基質的成分和功能起重要作用,。硫酸軟骨素能維持軟骨的正常性能；角膜的膠原纖維間充滿了硫酸軟骨素,，使角膜透明。
細胞是生活在基質中的,。細胞是島嶼,，基質就是海洋,。基質的正常與否對細胞的功能起重要作用,。由于甲殼素類物質在營養(yǎng)學上的重要性,，所以1991年在歐美國際學術會議上被定為繼蛋白質、糖,、脂肪、維生素,、微量元素之后的第六生命要素,。
甲殼素類物質這么重要，就不能讓它缺乏,。那么,，我們體內所需要的這些物質從哪里來呢？我們人體可以合成一些,，但是日本甲殼素協會理事長松永亮認為：“跟蹤研究發(fā)現，人到中年后,，自我合成甲殼素類物質的功能幾乎完全喪失,，大量使用殺蟲劑使糧食中幾乎不含此物質。”
按照松永亮教授的意見,，中老年人自我合成殼聚糖、殼寡糖的能力下降,，故必須依賴于從食物中補充,，而我們從食物中能補充到的也不足,，這是由于食物鏈的破壞。
遼闊的大地上,，昆蟲和農作物共同生長,，昆蟲死亡之后，遺體在土壤中被分解,，甲殼素的分解產物也被植物吸收，因此糧食和蔬菜中含有甲殼素及其衍生物成分,。殺蟲劑的大量使用,，塑料大棚的廣泛應用，以及無水栽培等新技術,，都阻斷了上述的演變過程,，食物鏈發(fā)生了破壞，因此人從糧食和蔬菜,、水果中得到的甲殼素類物質大為減少,，因此,，應當像補充其他營養(yǎng)素一樣注意補充,。四、甲殼素類物質的生理保健功能
除了營養(yǎng)學作用外,，甲殼素和殼寡糖還具有重要的生理保健功能,。這些作用具有一個鮮明的特點就是針對細胞起作用，細胞是構成人體的基本結構和功能單位,，細胞正常人才能健康,，因此這一作用具有整體性,。
殼寡糖對細胞的作用首先是促進細胞增生,，被實驗證實的就有皮膚,、骨骼、胰島,、心肌、神經,、肝臟等,，因此并非局限于個別的細胞,。另一方面對細胞有保護作用,，可以延長細胞在體內的存活時間。
這些作用有以下幾方面的意義：⑴增強功能,。如實驗證明殼寡糖對胰島細胞增生有明顯的促進作用,，這一點對于糖尿病人的康復具有重要的意義。⑵促進愈合,。很多疾病和創(chuàng)傷都存在一個病灶愈合的問題，病灶愈合的前提就是細胞的增生,，這一點從殼寡糖促進試驗性兔骨骨折愈合的實驗中可以清楚顯示出來,。⑶抗衰老。細胞再生能力減弱,，大量衰老細胞得不到更新，使得細胞趨于“老齡化”,，這是早衰的主要原因,。⑷減少細胞的損傷。對實驗動物用異丙基腎上腺素造成心肌細胞的大片壞死,，應用殼寡糖進行保護,，壞死明顯減輕，顯著優(yōu)于心得安的保護作用,。
1.免疫功能：
非典的流行給我們上了一堂保健和免疫課,，現在大家都非常關注免疫功能。人們逐漸認識到,，最終保護人體免于或減少傷害的是我們自身的免疫系統,。
實驗證明，殼寡糖使白介素-1（IL-1）增加3.4倍，白介素-2增加2.7倍,。可激活殺傷細胞,，如NK細胞,、LAK細胞等并產生INF-γ,、TNFα等細胞因子，還可直接作用于B細胞并分泌免疫球蛋白（Ig）,。
因此對免疫的兩個環(huán)節(jié)———細胞免疫和體液免疫,，殼寡糖都有明顯改善作用,。
2.輔助防治腫瘤：
除免疫防護功能外，免疫的另一個作用就是腫瘤監(jiān)視,。我們每天要有大約7000億到10000億個細胞制造出來,，就像工廠會出廢品,，每天我們體內會有幾百萬個細胞不正常,，但是只要免疫功能正常，就能及時地發(fā)現和清除不正常細胞,，防止腫瘤的發(fā)生，這是消除來自體內的危險,；另一方面,，殼寡糖能保護細胞,，防止外來的致癌因素的誘變作用,。對腫瘤病人,，殼寡糖有直接抑制腫瘤細胞、減少其轉移的作用,，和減少放療,、化療副作用的功能，從而配合常規(guī)治療,，提高病人的療效,。
3.對糖尿病的作用：
我們從上面的實驗可以看出，殼寡糖可以促進胰島細胞增生，因此胰島素分泌量增加,；氨基葡萄糖的堿性，有助于提高體液的PH值,，這個值每提高0.1,，胰島素的活性就提高30%%,；同時,，對高血壓、高脂血癥,、高粘血癥等造成并發(fā)癥的危險因素有改善作用,，就有利于減少和延后糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生。
對糖尿病非肥胖性糖尿病小鼠隨機分為治療組和對照組,。治療組用4%%殼寡糖,，對照組用蒸餾水做飲用水，連續(xù)15周,。結果：治療組有65%%降血糖作用明顯,，35%%降血糖有效；對照組小鼠陸續(xù)死亡,。結論：殼寡糖對糖尿病小鼠有治療和延長生存期作用,。
4.甲殼素及其衍生物的化學結構對其功能的影響：
甲殼素及其衍生物的一些生理保健功能與該類物質的化學結構有關，其中含有的氨基具有三個重要的特性：
?、艍A性,，人體對體液酸堿度的要求是非常嚴格的，PH值需要限制在一個很狹小的范圍內,，否則生理功能就受到不利影響,，嚴重的會產生酸堿中毒。由于人體的分解代謝產物多是酸性的,，因此體液有酸性化的傾向,，專家們建議多吃堿性食品就是這個道理。而甲殼素類物質是天然存在的唯一堿性多糖,，其堿性是由其氨基決定的。
?、七€原性，也就是有抗自由基作用,，因為自由基是幾乎所有中老年慢性疾病的重要發(fā)病機制,，因此抗氧化就非常重要,。
⑶吸附性,，可以結合很多有害的物質。
5.環(huán)保作用：
目前,，環(huán)境污染正嚴重地威脅著人類的健康,，環(huán)境污染需要治理,，我們就可以選擇服用甲殼素類物質的保健品來減少污染對自己健康的危害,。氨基葡萄糖的C2上有一個氨基，C3上有一個羥基,，對具有一定離子半徑的金屬具有鰲合作用,。對重金屬的作用突出,，而對鈉,、鉀、鎂,、鈣,、銨、鋇等沒有明顯結合,。對色素,、苯酚、多氯聯苯,、鹵素有吸附作用,。對鹵素中的氯離子的吸附和降壓作用有關。因此1993年國際學術研討會上甲殼素類物質被定為人體環(huán)保劑,、環(huán)保衛(wèi)士。
6.降脂作用：
甲殼素和殼寡糖從腸道局部和全身兩個方面產生降脂和減肥作用,。甲殼素類物質可以在腸內形成溶膠與脂肪,、膽汁酸結合和包裹，妨礙了小腸對它們的吸收,，從而起到降脂作用,。
膽固醇一方面從食物中吸收，一方面可以體內合成,，而且合成的量比“吃進去”的更多,。HMG-CoA還原酶是膽固醇合成的重要催化酶,，抑制了它的活性就可以減少膽固醇的合成,。臨床上有一類重要的降脂藥物-HMG-CoA還原酶抑制劑,，如洛司他汀、辛伐他汀等非常有效,。殼寡糖可以抑制HMG-CoA還原酶，因此是一種天然的HMG-CoA還原酶抑制劑,。
對30例單純性肥胖人群的觀察,，服用甲殼素30天后，血清總膽固醇由試驗前的5.3±0.9mmol/L下降為4.4±0.5mmol/L,；甘油三酯由1.5±0.5mmol/L下降為1.1±0.2mmol/L,；血壓由129±12.3mmHg/85±8mmHg下降為120±10mmHg/80±6mmHg。
7.對高血壓的影響：
試驗和流行病學調查都證明,，吃的食鹽過多會增加高血壓,，這是食鹽中鈉離子還是氯離子的作用呢？專家們用實驗證明了是氯離子的原因,。氯離子可以激活血管緊張素轉換酶的活性,，使能強烈收縮血管的血管緊張素Ⅱ大大增加，血壓就會升高,。如果抑制了這個酶,，血壓就會下降。臨床上有以卡托普利為代表一類有效的降壓藥物,，甲殼素類物質可以減少氯離子的吸收,，因此也可以視為天然的血管緊張素轉換酶抑制劑。
根據以上分析,，甲殼素,、殼寡糖的實際應用是有充分的理論基礎的。它必將為增進人類的健康,，促進疾病的康復和延緩衰老發(fā)揮重要作用,。
中國海洋大學海洋生命學院教授、博士生導師 劉萬順
