什么是甲殼素

說起甲殼素，首先就要談?wù)勌穷愇镔|(zhì)。糖類物質(zhì)是除蛋白質(zhì)和核酸外的又一類非常重要的生命物質(zhì)，糖類化學(xué)在生命科學(xué)、藥物研究中占有很重要的地位和廣泛的用途。我們接觸比較多的有單糖葡萄糖和二糖果糖、蔗糖等，而甲殼素也是一種多糖，是目前自然界中唯一帶正電荷的天然高分子聚合物，屬于直鏈氨基多糖，也可以稱做氨基葡萄糖，功能神奇。甲殼素是自然界中唯一含氨基的均態(tài)多糖，學(xué)名為[(1，4)-2-乙酰氨基-2-脫氧-β-d-葡萄糖]，分子式為(c8h13no5)n。甲殼素分子化學(xué)結(jié)構(gòu)與植物中廣泛存在的纖維素非常相似，所不同的是，若把組成纖維素的單個(gè)分子———葡萄糖分子第二個(gè)碳原子上的羥基(oh)換成乙酰氨基(nhcoh3)或者氨基(nh2)，這樣纖維素就變成了甲殼素，從這個(gè)意義上講，甲殼素可以說是動(dòng)物性纖維。甲殼素現(xiàn)在也是一種通稱，包括各種類似結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，作為一種多糖類物質(zhì)甲殼素具有較高的生物相容性和安全性.

甲殼素在自然界中廣泛存在于高等真菌類、節(jié)支動(dòng)物蝦、蟹、昆蟲的外殼等生物體中。由于大分子間強(qiáng)的氫鍵作用，導(dǎo)致自然界存在的甲殼素結(jié)晶構(gòu)造堅(jiān)固，一般不熔化，也不溶于水、酸堿和一般的有機(jī)溶劑，化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，應(yīng)用有限，只有經(jīng)過加工后的甲殼素才能廣泛應(yīng)用。

甲殼素、殼聚糖是自然界中唯一帶正電荷的一種天然高分子聚合物，亦是自然界中唯一含游離氨基堿性基因的陽離子可食性動(dòng)物纖維，屬于直鏈氨基多糖。自1811年，法國(guó)學(xué)者h(yuǎn)enli  brocronnat.首次從蘑菇中分離提取到甲殼素，到1859年法國(guó)rouget發(fā)現(xiàn)甲殼素能溶于有機(jī)酸，從此世界對(duì)甲殼素有了初步的認(rèn)識(shí)。甲殼素亦被世人稱為“科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的第六生命要素”。由于甲殼素特殊的生理機(jī)能不斷被發(fā)現(xiàn)，引起全球科技界和產(chǎn)業(yè)界的重視。一些發(fā)達(dá)國(guó)家爭(zhēng)相投入大量資金進(jìn)行研究開發(fā)。

甲殼素的發(fā)展

對(duì)甲殼素的開發(fā)國(guó)外從30年代就開始了，主要有美國(guó)、德國(guó)、日本及韓國(guó)等，其中日本開發(fā)的力度Zui大，已成為世界上第一甲殼胺的生產(chǎn)大國(guó)，歐洲及美國(guó)的營(yíng)養(yǎng)學(xué)界稱甲殼胺為六大要素之一，并投入大量人力、物力、財(cái)力開發(fā)生產(chǎn)以甲殼胺為主要原料的產(chǎn)品，其中部分產(chǎn)品投放市場(chǎng)后，受到廣大消費(fèi)者的歡迎。現(xiàn)在國(guó)際上甲殼素年銷售額已超過20億美元。1982年4月日本政府農(nóng)水省制定了“未利用生物資源”的十年研究開發(fā)計(jì)劃(1983-1992)。1985年文部省撥款60億日元，資助全國(guó)13所大學(xué)及醫(yī)療機(jī)構(gòu)，利用10年時(shí)間，上千人從事有關(guān)甲殼素的開發(fā)利用與基礎(chǔ)研究，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，開發(fā)的產(chǎn)品用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，為提高中國(guó)對(duì)日農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，目前日本已將其開發(fā)的甲殼素產(chǎn)品推廣到中國(guó)對(duì)日出口基地中。韓國(guó)多年來對(duì)甲殼素在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用也是突飛猛進(jìn)，不但有專門應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的甲殼素產(chǎn)品，還將利用甲殼素生產(chǎn)出的產(chǎn)品單獨(dú)打出品牌，如甲殼素西紅柿、甲殼素黃瓜等，韓國(guó)對(duì)甲殼素在種植業(yè)的認(rèn)可程度由此可見一斑。近年來美國(guó)、加拿大也將甲殼素用于設(shè)施農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)中，如在水培營(yíng)養(yǎng)液中添加甲殼素已達(dá)到改善品質(zhì)減少病害的作用。

我國(guó)對(duì)甲殼素的開發(fā)和研究進(jìn)行的比較晚，從80年代才開始生產(chǎn)甲殼素，由于我國(guó)具有豐富的甲殼素生產(chǎn)原料，因而生產(chǎn)量也比較大，1998年甲殼素產(chǎn)量已達(dá)到3000噸，但是以粗加工產(chǎn)品為主，主要面對(duì)國(guó)外市場(chǎng)，目前，人們已意識(shí)到甲殼胺具有優(yōu)異的物化性質(zhì)、生物相容性和生理活性，對(duì)于甲殼素的應(yīng)用也開始起步，高附加值和高技術(shù)含量的甲殼素產(chǎn)品已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)爭(zhēng)相開發(fā)的熱點(diǎn)。    

1996年在大連召開中國(guó)第一屆甲殼素化學(xué)應(yīng)用研討會(huì)。

1999年11月在武漢召開中國(guó)第二屆甲殼素化學(xué)與應(yīng)用研討會(huì)。

2001年11月在浙江玉環(huán)召開第三屆中國(guó)甲殼素化學(xué)與應(yīng)用研討會(huì)。

2004年11月14日至11月17日中國(guó)化學(xué)會(huì)第四屆甲殼素化學(xué)生物學(xué)與應(yīng)用技術(shù)研討會(huì)在中國(guó)廣西北海召開。

2006年11月5日-8日中國(guó)化學(xué)會(huì)第五屆甲殼素化學(xué)生物學(xué)與應(yīng)用技術(shù)研討會(huì)在江蘇南京召開。

2006年12月23日,中國(guó)資源綜合利用協(xié)會(huì)甲殼質(zhì)專業(yè)委員會(huì)成立大會(huì)在山東青島召開，國(guó)內(nèi)甲殼質(zhì)、殼聚糖方面的專家教授和國(guó)內(nèi)具有代表性的甲殼質(zhì)生產(chǎn)廠家應(yīng)邀出席了會(huì)議。

近年來，中國(guó)農(nóng)業(yè)對(duì)甲殼素的認(rèn)識(shí)逐漸深入，出現(xiàn)了許多甲殼素農(nóng)資產(chǎn)品，如肥料、農(nóng)藥等，還出現(xiàn)了以甲殼素命名的產(chǎn)品如甲殼素紅棗、甲殼素雞蛋等，不但成為出口創(chuàng)匯的招牌，甲殼素還成為擊破出口壁壘的銳利長(zhǎng)矛

甲殼素在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用主要有以下幾方面：

甲殼素有廣譜抗菌性。研究表明，甲殼素誘導(dǎo)作物產(chǎn)生多種抗性物質(zhì)，對(duì)由病毒、真菌、細(xì)菌等引起的病害的防治都有效。尤其重要的是，對(duì)病毒病的防治過去往往是植保的難題，而用甲殼素農(nóng)藥防治效果卻十分理想。應(yīng)用甲殼素對(duì)作物炭疽、疫病、枯黃萎、根腐等病害均可預(yù)防并直接控制。

研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常使用甲殼素的作物還較少發(fā)生蟲害。在昆蟲剛孵化成幼蟲時(shí)用甲殼素農(nóng)藥效果。甲殼素對(duì)各種蚜蟲均有明顯的觸殺作用，蚜蟲觸藥后4～12小時(shí)即死亡。

北京市土肥工作站在保護(hù)地施用甲殼素、石灰氮等具有藥用功能的肥料，對(duì)線蟲病害具有較好的防治效果。連續(xù)施用藥肥防治線蟲病害，第一年可以減輕發(fā)病率40%，產(chǎn)量增加45%，品質(zhì)明顯改善；第二年可減輕發(fā)病率60%，產(chǎn)量增加32%，作物根部微生物區(qū)系明顯改善。

甲殼素可作為藥物緩釋劑，延長(zhǎng)藥物作用時(shí)間和減少用藥量；還可在植物表面形成一層半透膜，阻止有害生物的入侵。因此，甲殼素及其衍生物可作糧食、蔬菜作物等種子的處理劑，激發(fā)種子提前發(fā)芽，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高抗病能力，從而提高作物產(chǎn)量。

甲殼素進(jìn)入土壤后可以大大促使有益細(xì)菌如固氮菌、纖維分解菌、乳酸菌、放線菌的增生；抑制有害細(xì)菌如霉菌、絲狀菌的生長(zhǎng)。甲殼素可生物降解轉(zhuǎn)化成優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料，供作物吸收利用，同時(shí)可有效的改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，有效改良土壤，改善作物的生存環(huán)境，是一種多功能的土壤改良劑。

甲殼素在果實(shí)表面形成薄膜，對(duì)病菌的侵害起阻隔作用，而且這層膜有良好的保濕作用和選擇性透氣作用，因此甲殼素可以成為果蔬保鮮劑的原料。

甲殼素誘導(dǎo)作物產(chǎn)生的多種抗性物質(zhì)中，有些具有預(yù)防、減輕或修復(fù)逆境對(duì)植物細(xì)胞的傷害的作用，因此施用甲殼素可提高作物的抗寒冷、抗高溫、抗旱澇、抗鹽堿、抗肥害、抗氣害、抗?fàn)I養(yǎng)失衡等抗逆性。

在蔬菜生產(chǎn)中，甲殼素主要有以下兩個(gè)方面的應(yīng)用：

　　一、改良土壤

　　經(jīng)過多年種植的大棚在改茬換種其他一些品種后，病害依然很嚴(yán)重，產(chǎn)量也上不去，產(chǎn)出的果實(shí)的品質(zhì)也很低，都說老大棚難管理。許多菜農(nóng)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這是土壤的問題，有的不得不一次次換茬、大棚換土，有的甚至把大棚推倒翻建。造成這些問題的原因是多方面的，歸結(jié)起來有以下幾點(diǎn)：一、過量施用化肥使土壤微生物群落被破壞，微生物的活性大大降低，離子交換吸收、吸附吸收困難。二、土壤養(yǎng)分中各營(yíng)養(yǎng)元素間的平衡被破壞，產(chǎn)生各營(yíng)養(yǎng)元素間的拮抗作用，即土壤的養(yǎng)分比例失調(diào)，種植年限越長(zhǎng)這種矛盾往往愈突出。三、養(yǎng)分濃度過高。很明顯養(yǎng)分濃度是根部吸收的重要因素，當(dāng)土壤中的養(yǎng)分濃度超過一定的量，根對(duì)離子的選擇吸收能力減落，甚至灼傷根組織，即土壤的鹽漬化。四、肥料的不完全吸收改變了土壤酸堿度和結(jié)構(gòu)狀況，變得不利于植物生長(zhǎng)。

    出現(xiàn)這些問題僅僅靠換土、換茬、不再施肥等等顯然是不夠的。人們?cè)诜e極尋求一種夠改良土壤的東西，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)甲殼素具備土壤改良的所有特點(diǎn)：

　　1、能激發(fā)和強(qiáng)化土壤中微生物數(shù)量的成倍增加，提高土壤微生物活性及孕存生命力。它并不象活菌的微生物制劑一旦生存條件不適就會(huì)死掉。甲殼素的活性不受外界干擾：只要進(jìn)入土壤甲殼素即極具活力。

　　2、解除土壤中閉蓄態(tài)肥的危害，使土壤中閉蓄態(tài)肥實(shí)現(xiàn)有危害到有利的轉(zhuǎn)變 ，也就是說：甲殼素能使土壤中的無效養(yǎng)分變?yōu)橹参锟晌绽玫挠行юB(yǎng)分，提高化學(xué)肥料的有效性即化肥的利用率。

　　3、改善土壤物理結(jié)構(gòu)，使土壤變松、保水，形成良好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，減少灌溉次數(shù)，從而促進(jìn)根系發(fā)育，形成強(qiáng)大的根系系統(tǒng)。

　　4、強(qiáng)力分解、降解土壤中的有害化學(xué)物質(zhì)，解除土壤中累積的有害化學(xué)殘留。

　　5、調(diào)整土壤酸堿度（即ph值）以適合作物生長(zhǎng)。

　　二、防治線蟲和土傳病害

甲殼素防治線蟲的效果已經(jīng)在一些國(guó)家和地區(qū)得到證實(shí)，并開始推廣運(yùn)用。甲殼素能激發(fā)土壤中的放線菌活性成幾何級(jí)數(shù)的提高，當(dāng)放線菌的數(shù)量達(dá)到一定水平時(shí)線蟲的生存空間就不復(fù)存在了，從根本上治療線蟲的目的就會(huì)達(dá)到。實(shí)驗(yàn)表明施用甲殼素僅僅12天，土壤微生物的活性就提高了20倍， 原來危害作物根系的線蟲被土壤中的放線菌全部吃掉了。同時(shí)，甲殼素甲殼素通過加速分解作物殘留物（如雞糞、植物殘枝等），在激活土壤中有益微生物的時(shí)候抑制了病原菌的存活和繁殖，消除有害微生物賴以生存的基礎(chǔ)。