壳寡糖应用

一只小小螃蟹

足以改变世界

壳寡糖是天然的食品防腐保鲜剂

对食品中真菌和细菌较强的抑菌效果:壳寡糖主导了食品防腐保鲜剂业界一场新革命

Chitosan Oligosaccharides Introduction

甲壳素(chitin), 广泛存在于虾蟹壳中,是由N乙酰氨基葡糖聚合而成的多糖。

甲壳素经脱乙酰化处理后得到壳聚糖(chitosan)

近十几年来,甲壳素、壳聚糖的研究已在国内外广泛展开,它们在抗肿瘤、防治病源微生物方面的功能越来越引起人们的重视。但由于其不溶于水, 在开发应用上受到很大限制。 为此,通过适当方法将壳聚糖降解为壳寡糖(又称寡聚氨基葡糖、甲壳低聚糖,chitooligosaccharide, chitosan oligosaccharide),即由2~10个氨基葡糖通过β-1-4糖苷键连接而成的低聚糖。

通过一系列实验发现,其不但水溶性好,易被人体吸收,具有抑菌、抗肿瘤、调血脂、调节免疫及活化肠道双歧杆菌等多种生理功能,而且应用领域大大拓宽。

壳寡糖在精细化工、生物医药、保健食品及农林畜牧等方面具有独特的应用价值。


壳寡糖化学结构式

壳寡糖是一种源自甲壳素的多功能生物聚合物,由于其独特的特性,已在多个行业中得到广泛应用。这种可生物降解且无毒的化合物在各个领域具有一系列优势:

  • 医疗保健和制药:壳寡糖的生物相容性使其在医疗应用中具有不可估量的价值。它用于伤口愈合产品、药物输送系统,并用作组织工程中的生物材料。它促进愈合和控制药物释放的能力使其成为制药行业的热门选择。
  • 环境保护:在水处理中,壳寡糖与重金属和其他污染物结合的能力使其成为净化过程的有效剂。这一特性使其在工业和市政水处理设施中使用。
  • 农业:农民和农艺师利用壳寡糖作为天然生物刺激剂和诱发剂。它促进植物生长并增强对病原体的抵抗力,有助于更可持续的农业实践。
  • 食品工业:壳寡糖在食品生产和保存中具有多种用途。它作为抗菌食品添加剂,可用于制造可食用薄膜或涂层,以延长易腐产品的保质期。
  • 饮料生产:在酒精饮料行业,壳寡糖用于澄清葡萄酒、啤酒和威士忌,有助于提高其透明度和稳定性。
  • 膳食补充剂:该化合物还用于生产膳食补充剂,利用其潜在的健康益处。
  • 塑料工业:壳寡糖的可生物降解特性使其成为开发环保塑料替代品的有吸引力的选择。

  • 生物活性。壳寡糖水溶性大于99%,人体吸收率99.88%,从而比壳聚糖具有更优越的生物活性。它能改善肠道微生物的区系分布, 刺激有益菌的生长,其药理活性是同等重量壳聚糖的14 倍。实验证明,壳寡糖应用于乳制品,可使双歧杆菌增生120 倍。
  • 抗菌抑菌作用。壳寡糖具有明显的抗菌抑菌作用。其抑菌作用也是随壳寡糖分子量的降低而逐渐增强,用分子量为1 814,脱乙酰度为84% 的壳寡糖处理非编织布料,发现0.01%的浓度对普通变形杆菌的抑菌率就达到90%,而对金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌需0.05%,分子量为2 000~ 30 000, 脱乙酰度为 91.5%的壳寡糖对伴放线放线杆菌和突变链球菌两种口腔病原体有灭活作用。
  • 抗肿瘤作用。壳寡糖能提高机体的免疫活性和抗癌能力,对肝癌细胞有明显抑制作用。
  • 植物的防病抗病活性。壳寡糖还可作为植物调节剂,增强植物对病虫害的防御能力。寡聚糖具有调控植物生长、发育、繁殖、防病抗病等方面的功能,能够刺激植物的免疫系统反应,激活防御反应,产生具有抗病害的活性物质,抑制病害的形成。
3. 壳寡糖在生物包装中有什么好处和功能?

壳寡糖来自海洋蟹壳,在生物包装领域具有多种优势和功能。

壳寡糖在生物包装中的好处

1.生物降解性:壳寡糖是完全可生物降解的,与传统塑料包装相比,减少了污染。现在是时候创建新工厂,用壳寡糖制造生物塑料了!

2.无毒:壳寡糖来自天然来源,无毒且可安全用于食品包装,对消费者或环境无害。

3.抗菌特性:壳寡糖具有固有的抗菌特性,通过抑制细菌和真菌的生长来帮助延长包装食品的保质期。

4.阻隔性能:它具有出色的氧气和油阻隔性能,对于保持食品的质量和新鲜度至关重要。

5.与其他材料的兼容性:壳寡糖可以很容易地与其他生物聚合物结合,从而增强所得生物包装材料的机械和阻隔性能。

壳寡糖在生物包装中的功能

1.食品保鲜:利用其抗菌和抗真菌特性来保持水果、蔬菜和肉类等易腐烂商品的质量并延长保质期。

2.食用涂层:壳寡糖用于制造直接粘附在食品表面的可食用薄膜或涂层,提供额外的保护,防止变质和物理损坏。

3.添加剂的释放:壳寡糖薄膜可以被丝粒化以提供功能性添加剂,如抗氧化剂、萜烯、酯类、类黄酮、多酚和营养物质,这些添加剂可以以受控方式释放,以提高食品质量和安全性。

4.水蒸气阻隔层:壳寡糖薄膜可以作为水蒸气的屏障,有助于保持烘焙食品、水果和蔬菜等食品所需的水分含量。

5.减少环境影响:通过用生物相容性、可生物降解的壳寡糖基材料代替塑料,包装废弃物的整体环境影响显着减少。

壳寡糖在生物包装中的应用是可持续包装解决方案的一个有前途的发展,它既具有抗微生物功能优势,又具有环保优势。

4. 生物包装中壳寡糖的常见形式有哪些?

壳寡糖来源于贝类,以几种常见形式用于生物包装,以增强包装材料的功能性和可持续性。

在各种形式的生物包装中使用壳寡糖,通常需要特定的配方来优化机械强度、阻隔特性和生物降解性等特性。

以下是壳寡糖使用的一些主要形式,以及典型的比例和合适的应用,以及为各种形式的包装选择合适的类型和粘度的指南:

1.薄膜和片材:壳寡糖薄膜或片材可以通过溶剂浇铸技术形成。这些薄膜透明且有弹性,适用于包装各种商品,尤其是食品。

  • 比率:通常,壳寡糖溶解在酸性溶剂中时,以 1% 至 3% (w/v) 的浓度用于形成薄膜和片材。
  • 应用:这些适用于包装新鲜农产品、肉类和奶酪,提供防止水分和微生物生长的屏障。
  • 合适的壳寡糖类型: 酸溶性壳寡糖 20-100cps 或盐酸壳寡糖因其良好的溶解性和成膜能力而被普遍使用,可以获得更光滑的薄膜和均匀的厚度。

2.涂层:壳寡糖可以作为涂层溶液直接涂在食品表面或其他包装材料上。这种应用方法增强了对气体和蒸气的阻隔性能,并提供抗菌保护。

  • 比率: 涂料溶液通常含有 1% 至 2% (w/v) 范围内的壳寡糖,通常与甘油等增塑剂结合使用以提高柔韧性。
  • 应用方法:直接应用于水果和蔬菜,通过减少变质和保持水分来延长保质期。
  • 合适的壳寡糖类型:壳寡糖低聚糖和羧甲基壳寡糖是涂料的首选,因为它们更易溶解并提供更好的表面附着力。

3.复合材料:壳寡糖通常与其他生物聚合物(如藻酸盐、淀粉或纤维素)混合形成复合材料。这些复合材料可以提高包装的机械强度、阻隔性能和整体功能。

  • 比例:壳寡糖与其他材料混合,根据所需的特性,壳寡糖的比例可能会有很大差异,相对于其他聚合物,壳寡糖的重量通常在 1% 到 2% 之间。
  • 应用: 用于结构要求更高的包装解决方案,如食品和电子产品的托盘和容器,这些解决方案需要额外的机械强度。
  • 合适的壳寡糖类型:通常使用具有较高粘度壳寡糖(100-500 cps 或 500-1000 cps)的酸溶性壳寡糖,因为它与其他生物聚合物的相容性以及形成坚固复合材料的能力,它可能对复合材料有益,因为它有助于提高材料的机械强度和结构完整性。

4.纳米颗粒:壳寡糖纳米颗粒可以加入生物包装中,以改善对紫外线和氧气的阻隔性能,或以控释方式输送营养物质或抗菌剂。

  • 比率:壳寡糖纳米颗粒通常制备浓度为 0.1% 至 1% (w/v),具体取决于所需的释放特性和纳米颗粒稳定性。
  • 应用: 非常适合需要控制抗菌剂、抗氧化剂或其他添加剂释放的活性包装解决方案,例如极易腐烂商品的包装。
  • 合适的壳寡糖类型:盐酸壳寡糖和壳寡糖是纳米颗粒的绝佳选择,因为它们具有很强的溶解性和形成稳定纳米颗粒的能力。

5.泡沫:壳寡糖基泡沫专为保护性包装而开发,在运输过程中为易碎物品提供缓冲和保护。这些泡沫重量轻,使用后可以生物降解。

  • 比例:泡沫配方可以包括 1% 至 5% (w/v) 范围内的壳寡糖,通常加入发泡剂或发泡剂。
  • 应用: 运输过程中敏感物品的保护性包装,提供缓冲和生物降解性。
  • 合适的壳寡糖类型:羧甲基壳寡糖是泡沫的良好选择,因为它具有增强的溶解度和化学官能团,可以提高泡沫的稳定性。

这些形式能够利用壳寡糖的独特特性,例如生物降解性和抗菌活性,使其成为可持续包装解决方案中的宝贵组成部分。

这些比例和应用是典型的,但具体配方可能会因其他因素而异,例如被包装的食品或物品的类型、监管要求和环境因素。可能需要根据实验结果或特定行业需求进行调整。

这些合适的壳寡糖类型的建议考虑了每种壳寡糖类型的一般特性和粘度水平,为优化特定包装应用的形式和功能而量身定制。可能需要根据特定要求和实验反馈进行调整。

5. 生物包装中壳寡糖的总结

壳寡糖由于其可持续的来源和出色的功能特性,越来越被认为是一种有价值的生物包装材料。

壳寡糖使其成为素食主义者和具有环保意识的市场的首选。

壳寡糖其固有的生物降解性和无毒特性使其成为合成塑料的绝佳替代品,尤其是在食品包装行业。

壳寡糖的抗菌特性通过抑制霉菌、细菌和酵母菌的生长(食品中常见的腐败因子)的生长,大大有助于延长易腐烂商品的保质期。

在生物包装的应用中,壳寡糖可以加工成薄膜、涂料和复合材料等各种形式。

壳寡糖制成的薄膜具有良好的机械强度和抗氧和防潮性能,这对于保持包装食品的质量和新鲜度至关重要。

此外,壳寡糖的多功能性允许开发直接粘附在食品表面的可食用涂层,提供额外的保护层,同时可以安全食用。

这种适应性不仅提高了食品安全和减少浪费,还支持向更可持续的包装解决方案转变,与全球努力最大限度地减少对环境的影响保持一致。

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