甲殼素及衍生物在食品工業(yè)中應(yīng)用
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摘要:綜述了甲殼素及其衍生物在食品工業(yè)各領(lǐng)域的應(yīng)用新進(jìn)展，包括功能性食品、食品添加劑、食品保鮮劑、水處理劑、固定化酶載體和霉菌污染檢測(cè)。
關(guān)鍵詞:甲殼素;殼聚糖;衍生物
作為從低等植物菌類、蝦、蟹、昆蟲等甲殼動(dòng)物的外殼、真菌的細(xì)胞壁中提取的一種線型高分子多糖即天然的中性黏多糖，甲殼素(chitin)在自然界中的生物合成量是地球上僅次于纖維素的第二大類可再生有機(jī)資源。甲殼素化學(xué)性質(zhì)不活潑，經(jīng)過一系列磺化、羧甲基化、?；然瘜W(xué)反應(yīng)，可以獲得具有特定用途的甲殼素系列衍生物。甲殼素及其衍生物應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，經(jīng)過脫乙酰后的產(chǎn)物殼聚糖無毒無味，具有很好的吸附性和相容性，在食品、醫(yī)藥、化妝品、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等方面的應(yīng)用較為多見。本文就近年來甲殼素及其衍生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用新進(jìn)展作一綜述［1］。
1甲殼素及其衍生物在功能性食品中的應(yīng)用
甲殼素和殼聚糖作為天然高分子多糖，在多年前就被譽(yù)為是除了糖、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素和礦物質(zhì)以外，人體所需的第六大生命要素，其本身就可以作為功能性保健食品，滿足人們的需要，被稱作是繼維他命丸、卵磷脂以及螺旋藻之后的第三代保健食品［2］。
1．1減肥降脂食品殼聚糖的陽性氨基
基團(tuán)能捕捉人體中帶負(fù)電的脂肪和Cl－，也能通過靜電作用結(jié)合膽汁酸，低分子質(zhì)量殼聚糖甚至可滲透并修復(fù)胰島細(xì)胞，在降血脂、降血糖、降膽固醇、穩(wěn)定血壓等方面發(fā)揮著巨大作用［3］。
1．2抗癌食品
人體內(nèi)淋巴細(xì)胞對(duì)內(nèi)環(huán)境的pH變化非常敏感，當(dāng)pH下降，其活性也隨之下降，從而使人體免疫功能遭到破壞，由于甲殼素能使體液的pH傾向弱堿性，從而提高淋巴細(xì)胞的活性，使淋細(xì)胞破壞癌細(xì)胞的活性增強(qiáng)，起到防癌抗癌的作用［1］。
1．3胃腸道保健食品甲殼素和殼聚糖及其衍生物
在消化系統(tǒng)內(nèi)停留的時(shí)間相對(duì)較短，高分子量的殼聚糖及其衍生物與胃酸作用可形成一種膠狀液，粘附在胃壁上形成一層保護(hù)膜，防止胃酸對(duì)胃部損傷面的刺激，因而起到輔助治療胃潰瘍的作用。同時(shí)甲殼素可促進(jìn)腸道內(nèi)雙歧桿菌的生長(zhǎng)速度，雙歧桿菌在體內(nèi)可抑制其它微生物的生長(zhǎng)，并且產(chǎn)生消化乳糖所需要的乳糖酶，提高人體對(duì)乳制品的吸收能力［1］。
2甲殼素及其衍生物在食品添加劑中的應(yīng)用
2．1食品增稠劑和穩(wěn)定劑
甲殼素和殼聚糖具有一定的乳化、增稠、穩(wěn)定的性能，特別是當(dāng)甲殼素和殼聚糖被制成顯微晶質(zhì)甲殼素或分散體時(shí)，其性能將得到進(jìn)一步改善。在生產(chǎn)焙烤類食品時(shí)，如果將殼聚糖加入面團(tuán)中，就能形成穩(wěn)定的蛋白質(zhì)乳狀液，生產(chǎn)的產(chǎn)品適口性好，柔軟濕潤(rùn)。在生產(chǎn)果醬、花生醬、奶油替代品等食品時(shí)加入殼聚糖時(shí)能起到增稠、穩(wěn)定的作用［4］。
2．2食品抗氧化劑
肉類中脂肪以及脂肪酸的含量較高，容易氧化，導(dǎo)致食品變質(zhì)，縮短了肉制品的貨架期，這類食品為了保存，往往需要添加抗氧化劑。甲殼素和殼聚糖抗氧化的機(jī)理目前主要被認(rèn)為是其能與肉類食品在加熱時(shí)釋放的游離鐵離子形成螯合物，從而抑制鐵離子的催化活性，起到抗氧化的作用［1］。
2．3食品絮凝劑
殼聚糖可作為果汁、糖蜜、醋、酒等的澄清劑，要獲得澄清的果汁，不僅要去除懸浮物和沉淀物，還要去除容易引起渾濁的果膠、蛋白質(zhì)等膠體物質(zhì)。殼聚糖分子上存在游離的帶正電氨基，與果汁中帶負(fù)電荷的陰離子電解質(zhì)相互作用，并且它的長(zhǎng)鏈線狀結(jié)構(gòu)可在同一分子上吸附多微粒雜質(zhì)并形成絮團(tuán)，從而破壞起穩(wěn)定作用的膠體結(jié)構(gòu)，經(jīng)過濾使果汁澄清，不會(huì)影響食品原有的營(yíng)養(yǎng)成分和風(fēng)味，操作方便成本低［5－6］。
3甲殼素及其衍生物在食品保鮮劑中的應(yīng)用
3．1果蔬保鮮劑
甲殼素和殼聚糖是一種天然的保鮮劑，易形成膜，無毒性，將殼聚糖涂抹于果蔬表面可減少果蔬蒸騰作用，殼聚糖形成的膜對(duì)O2，CO2，C2H4具有選擇滲透作用，達(dá)到果蔬保鮮的效果。同時(shí)，由于殼聚糖是真菌細(xì)胞壁的重要組成部分，它對(duì)于革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌、酵母、霉菌、大腸桿菌、葡萄球菌等起抑制作用，因此殼聚糖可以對(duì)食品起防腐的作用［7］。
3．2食品包裝保鮮材料
甲殼素和殼聚糖可以作為一種無毒、可食用、可降解的新型綠色包裝膜，它的氨基基團(tuán)可以絡(luò)合微生物細(xì)胞中的金屬離子，也可與微生物細(xì)胞膜表面的負(fù)電荷物質(zhì)結(jié)合，制成薄膜后可吸收滲液并阻止葡萄球菌、大腸桿菌等微生物的生長(zhǎng)，對(duì)多種有毒細(xì)菌有良好的抗菌活性［8－9］。
4甲殼素及其衍生物在食品廢水處理及純水制備中的應(yīng)用
甲殼素及其衍生物作為一種優(yōu)良的吸附劑，其分子結(jié)構(gòu)中含有大量氨基N原子上的孤對(duì)電子，殼聚糖可進(jìn)入到重金屬離子的空軌道中，通過配位鍵結(jié)合，形成很好的螯合物，吸附重金屬離子后形成穩(wěn)定的螯合物，使直鏈的殼聚糖形成交鏈的高聚物，在純水的制造及飲用水中對(duì)重金屬離子、苯類有害廢物去除有很好的效果，凈化廢水［10］。
5甲殼素及其衍生物在固定化酶載體中的應(yīng)用
近年來甲殼素/殼聚糖作為酶固定化的載體，其分子中含有相當(dāng)數(shù)量的氨基，這些游離氨基可以和雙功能試劑發(fā)生交聯(lián)作用，再與酶發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)制得固定化酶，這種載體制得的固定化酶機(jī)械性能良好、化學(xué)穩(wěn)定性高、價(jià)格便宜，且甲殼素/殼聚糖有與其它離子整合的能力，使酶不會(huì)受金屬離子抑制，是一種優(yōu)良的載體［11］，酸性磷酸酯酶、D-葡萄糖氧化酶、β-半乳糖苷酶、胰蛋白酶等都是通過甲殼素/殼聚糖作為固定載體的酶。
6甲殼素及其衍生物在霉菌污染檢測(cè)中的應(yīng)用
食品加工原料(植物等)或農(nóng)產(chǎn)品表面的霉菌的檢測(cè)是食品質(zhì)量跟蹤管理的重要組成部分。現(xiàn)有的定量檢測(cè)方法無法檢測(cè)出已死霉菌的菌體量，只能給出活霉菌的菌體量。甲殼素是真菌細(xì)胞壁的主要成分，通過對(duì)加工原料或農(nóng)產(chǎn)品表面霉菌中甲殼素含量的定量檢測(cè)，可以反映霉菌的菌體量，所以食品表面霉菌的污染情況可以通過檢測(cè)甲殼素含量來完成［4］。
7甲殼素和殼聚糖的應(yīng)用展望
甲殼素/殼聚糖由于其天然無毒的特性，以及在化妝品、食品、環(huán)保等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。但是目前市場(chǎng)上甲殼素處于求大于供的狀態(tài)，甲殼素的產(chǎn)量無法滿足市場(chǎng)的需求，當(dāng)前制備甲殼素的主要原料就是蝦殼和蟹殼，除了受到地域和季節(jié)的限制外，生產(chǎn)成本高也是一大問題，開發(fā)出新的穩(wěn)定的甲殼素資源是深化甲殼素及其衍生物應(yīng)用的第一步。作為深化甲殼素及其衍生物應(yīng)用的第二步就是進(jìn)一步探索其不同衍生物的生物活性，通過不同物理和化學(xué)方法的改性，制備出擁有不同基團(tuán)的多功能殼聚糖衍生物，進(jìn)一步探索不同衍生物的生物活性，增加高附加值產(chǎn)品的產(chǎn)出，實(shí)現(xiàn)其更廣泛的應(yīng)用［12］。
作者:彭文怡 張進(jìn)萍 單位:上海良友(集團(tuán))有限公司技術(shù)中心