壳聚糖在国内外食品中的发展现状及其应用前景

壳聚糖在国内外食品中的发展现状及其应用前景马正然江南大学食品学院食科0804班0103080404摘要:壳聚糖是一种可被生物体降解而对人体无毒的物质，不仅在食品领域有广泛的应用，在饲料行业、医药行业、以及环境保护等许多领域都有广泛的应用。本文主要概述了壳聚糖在国内外食品中的发展现状，并介绍了壳聚糖的性质、在食品中的应用及其化学改性，阐明了壳聚糖在食品开发方面的广阔前景。关键词：壳聚糖，添加剂，改性，复合纳米粒子ChitosaninthedevelopmentsituationoffoodathomeandabroadanditsapplicationprospectsMaZhengran;Class0804,SchoolofFoodofScienceandTechnology,JiangnanUniversity;0103080404Abstract:Chitosanisabiodegradableandnon-toxicsubstancesonthehumanbody.It'snotonlywidelyusedinfoodindustry,butalsoinfeedindustry,pharmaceuticalindustry,environmentalprotectionandmanyotherareas.Thisarticleismainlyaboutchitosaninthedevelopmentsituationoffoodathomeandabroad,anddescribesthenatureofchitosan,theapplicationinfoodindustryandchemicalmodificationofchitosanandsetoutthebroaddevelopmentprospectsofchitosan.Keywords：chitosan;additives;modification;compositenanoparticles引言壳聚糖是自然界中唯一带正电荷、阳离子的膳食纤维，被称为挽救人类健康的神奇“电粉”。作为天然的可再生资源，壳聚糖具有广谱抗菌性、吸附性、成膜性、保湿性、生物可降解性、生物可相容性、无毒性以及极好的螯合能力，且能加速伤口愈合。大量应用实例证明，壳聚糖对人体的各项生理功能具有良好的调节作用，并显示出许多生命特征，如改善代谢内分泌功能，调节免疫功能；改善消化机能，降低胆固醇；调节人体酸碱平衡吸附，排除体内有害重金属；活化细胞，增强人体生命活力，延缓衰老等。近年来，随着食品工业的不断发展，国内外研究人员对壳聚糖的关注和重视也不断加强。本文主要论述壳聚糖在国内外食品工业中的各种研究应用及其发展前景。1、壳聚糖的简介甲壳素是一种带正电的碱性多糖，广泛存在于虾、蟹、昆虫的甲壳，以及真菌（酵母、霉菌）的细胞壁和植物（如蘑菇）的细胞壁中，是自然界中仅次于纤维素的第二大天然高分子化合物，是存在于自然界中唯一能够被生物降解的阳离子高分子材料。甲壳素经浓碱处理，脱去分子中的乙酰基后，转化为可溶性的脱乙酰甲壳素，又称壳聚糖（Chitosan），学名：几丁聚糖。其化学结构是由大部分氨基葡萄糖和少量的N一乙酰基葡萄糖通过β一1，4糖苷键连接起来的直链多糖。分子式为：（C6H11NO4）n结构：2、壳聚糖在食品中的应用2.1抗菌剂壳聚糖及其衍生物具有较好的抗菌活性，能抑制一些真菌、细菌和病毒的生长繁殖。如将壳聚寡糖添加到酱油中，对引起酱油变质的酵母菌群有明显的抑制作用；使用壳聚糖谷氨酸盐作为食品防腐剂于蛋黄酱中，可以抑制腐败菌的生长；在香肠中使用壳聚糖代替亚硝酸盐可以抑制腐败菌的生长。此外，壳聚糖的抗菌性还被应用于面条中，以减少醋酸味；应用于抗菌大米、沙丁鱼和牛肉中，防止煮制后缺乏“煮熟风味”等。2.2果蔬保鲜剂果蔬保鲜的主要目的是保持果蔬在采摘后直到货架期，能维持正常的品质、品味、营养成分和外观，提高其商品价值。用壳聚糖进行涂膜保鲜，其膜层具有通透性、阻水性，可以对各种气体分子增加穿透阻力，形成了一种微气调环境，使果蔬组织内的二氧化碳含量增加，氧气含量降低，抑制了果蔬的呼吸代谢和水分散失，减缓果蔬组织的结构衰老，从而有效地延长果蔬的采后寿命。研究结果证实，应用壳聚糖保鲜膜可较好的控制苹果、梨、草莓、葡萄等多种水果的腐烂变质，可保持水果硬度，减少褐变，延长贮存时间和货架寿命。同时，壳聚糖涂膜的保鲜作用在黄瓜、豆角、番茄、胡萝卜等多种蔬菜的保鲜实验中已得到证实；经壳聚糖涂膜处理，可显著降低蔬菜的呼吸强度、蒸腾失水、多酚氧化酶及过氧化物酶的活性，保持较低的膜透性，减少蔬菜腐烂发生，从而延长贮藏期。2.3抗氧化剂肉类食品中由于含有高含量的不饱和之类化合物易被氧化而使肉类食品腐败变质，从而缩短了肉制品的贮存寿命，破坏了肉制品的风味。利用壳聚糖对肉类食品进行涂膜处理，其成膜性、抗菌性、抗氧化性可有效地帮助肉类食品保鲜。2.4饮料澄清剂果汁中含有大量的带负电的果胶、纤维素、鞣质和多聚戊糖等物质，在存放期间会使果汁浑浊。壳聚糖由于其分子中存在着大量游离氨基酸，能与质子结合形成阳离子高聚物，当壳聚糖的正电荷与上述负电荷物质吸附絮凝后，经处理后的澄清果汁是一个稳定的热力学体系，所以能长期存放，不产生浑浊。另外，壳聚糖在果汁乳和蔬菜乳中可除去部分有机酸；在与牛乳或豆乳等蛋白饮料混合时，可使乳类长期保持稳定，不产生凝聚沉淀。2.5其他食品添加剂壳聚糖难被人体肠胃消化吸收，是一种有效的膳食纤维，与果胶、卡拉胶等可加工成高质量的低热能保健食品。壳聚糖加入各种保健食品中服用，对人体有降低胆固醇、提高机体免疫力、调节人体微量元素的功能，是一种理想的功能食品原料。目前，国外已研制出多种含壳聚糖的保健食品，多以胶囊或锭剂之形态，用以减肥。在生产焙烤食品中，加入适量的壳聚糖可与蛋白质形成稳定的乳液，然后焙烤可使面包柔软可口、保湿性能好，焙烤食品体积增加，内部蜂窝状结构均匀。在冷饮食品中加入微晶壳聚糖做乳化剂可使组织细腻、冰晶均匀细小、泡沫丰富、风味独特、口感好。3、壳聚糖的化学改性在壳聚糖的分子中含有-OH和-NH2两类基团，可以对壳聚糖进行化学改性，而得到壳聚糖衍生物，使壳聚糖的许多物化性质都可以得到改善。3.1酯化反应壳聚糖能被各种酸和酸的衍生物酯化，得到无机酸酯和有机酸酯。如：壳聚糖与硫酸直接反应可得到硫酸酯，具有较好的抗凝活性；把P2O5加入到壳聚糖的甲碳酸溶液中反应制得其磷酸酯，此衍生物有较好的水溶性和耐热性，有较强的吸附重金属离子的能力。3.2羧基化反应羧基化反应是指用氯代烷酸或者乙醛酸在壳聚糖中引入羧烷基基团。羧基化产物可用作保湿剂，应用于化妆品中，其性能与透明质酸相当；也可作为一种良性絮凝剂，其絮凝效果优于聚丙烯胺；它还是一种很好的食品保鲜膜材料，能阻隔大气中氧的透入，防止二氧化碳的透出，且乙烯能够很好地逸出，有效对食品进行保鲜处理。3.3制备壳聚糖复合纳米粒子壳聚糖通过静电作用可以吸附到由Fe2+和Fe3+共沉淀所制备的Fe3O4纳米粒子上，形成磁性Fe3O4-CS复合纳米粒子。据报道，这种复合粒子已经被广泛应用到酶亲和力隔离、蛋白质分离、细胞分离、酶的固定化等多种领域。同时，氨基基团的存在使壳聚糖成为通过戊二醛技术固定酶的一种很好的选择。研究表明，磁性Fe3O4-CS复合纳米粒子可以作为β-半乳糖苷酶固定过程中的有效载体；经此法固定的酶具有较长的贮藏期，并且PH、热稳定性都比一般的可溶性酶要好。此外，经壳聚糖纳米粒子固定的中性脂肪酶的热稳定性、操作和存储稳定性也得到明显的改善。因此，壳聚糖纳米颗粒被用于保护普通中性脂肪酶的活性，并可将其活性提高13.7%。中性脂肪酶能够将脂肪水解成甘油和脂肪酸，是食品、医药等领域中广泛应用的一种酶。经过壳聚糖纳米粒子固定后的脂肪酶，其水解脂肪的效率明显提高，从而降低了生产成本。3.4其他反应壳聚糖经过醚化、N-烷基化、酰化等化学修饰改性，可得到多种衍生物。这些衍生物在日用品、农业、食品工业、医药、环保和纺织业等领域都得到了研究与应用。壳聚糖的发展前景随着国内外对壳聚糖的研究与开发，特别是应用研究和应用领域的逐步深入，可以看出其发展前景的广阔。虽然我国的壳聚糖资源丰富，但在研究以及应用领域与国外相比还有很多的不足，没有形成一定的生产规模。因此，我们应积极开展壳聚糖的应用研究与研究成果的推广，充分利用资源，合理的开发与利用。同时，以新方法（如自昆虫提取，以遗传工程方式改良美军或酵母菌种等）生产壳聚糖也将成为壳聚糖应用研究的重要方向。参考文献[1]ChenliangPan,BingHu,WeiLi.Novelandefficientmethodforimmobilizationandstabilizationofβ-D-galactosidasebycovalentattachmentontomagneticFe3O4-chitosannanoparticles.JournalofMolecularCatalysisB:Enzymatic61(2009)208-215.[2]WiesławWójcik,UrszulaZłotek.UseofChitosanFilmCoatingsintheStorageofCarrots.Progressonchemistryandapplicationofchitinandits...VolumeXIII,2008,141-148.[3]Zhen-XingTang,Jun-QingQian⁎,Lu-EShi.Characterizationsofimmobilizedneutrallipaseonchitosannano-particles.Materialsletters61(2007)37-40.[4]岳晖,王文亮,邬元娟,姜国华.壳聚糖在食品中的开发现状及其发展前景.中国食物与营养,No.07.2009,35-36.[5]郭开宇,赵谋明.甲壳素、壳聚糖的研究进展及其在食品工业中的应用.食品与发酵工业,Vol.26,No.1,1999,59-64.[6]刘峥颢,吴广臣,王庭欣.壳聚糖保鲜食品的机理及其应用的研究.食品科学,2005,Vol.26,No.8,533-536.[7]赵希荣,夏文水.壳聚糖的抗菌防腐活性及其在食品保藏中的应用.食品研究与开发,2006.Vol.27.No.2,157-160.[8]王瑾,陈均志,刘毅,邵超群,尤艳雪.壳聚糖及其衍生物涂膜保鲜果蔬和食品的研究进展及应用.食品工程,2008(09)118-121.[9]常德富,王江涛.壳聚糖的化学改性及其应用.日用化学工业,2006.Vol.36,No.4,243-246.