引言：
壳聚糖是一种多功能的天然高分子材料，其广泛应用于医药、食品、农业和环境保护等多个领域。凭借其优良的生物相容性和生物降解性，壳聚糖在药物释放系统、食品包装、肥料缓释等方面展现了显著的应用潜力。
简介：壳聚糖是什么？
壳聚糖源自几丁质，是一种常见于甲壳类动物和昆虫外骨骼的物质。它以生物相容性、生物降解性、低毒性和杀死微生物的能力而闻名。壳聚糖 是一种线性多糖，由随机分布的 β-（1→4） 连接的 D-氨基葡萄糖（去乙酰化单元）和 N-乙酰基-D-氨基葡萄糖（乙酰化单元）组成。它是通过用碱性物质（如氢氧化钠）处理虾和其他甲壳类动物的几丁质壳制成的。
壳聚糖有什么功能？壳聚糖具有广泛的商业应用及潜在的生物医学用途。在农业领域，它可以用作种子处理剂和生物农药，增强植物对真菌感染的抵抗力。在酿酒行业中，壳聚糖作为澄清剂，能够有效防止酒液变质。在工业应用中，它被用于自修复聚氨酯涂料，以增强涂层的耐用性。在医学方面，壳聚糖可用于制造绷带以减少出血，作为抗菌剂，并帮助药物的皮肤输送。
1. 壳聚糖的应用
1.1 壳聚糖对健康有什么作用？
（1）用于膳食补充剂
由于壳聚糖具有广泛的应用范围、环保特性以及丰富的原料来源（如甲壳素），它正迅速成为营养保健品和膳食补充剂中的天然成分。壳聚糖已被证实具有多种生物学功能，这些特性使其在食品工业中具有重要作用，包括生物降解性、抗氧化、乳化、絮凝、成膜、脂肪结合和抗菌等。壳聚糖的脂肪结合特性有助于体重控制，并表现出降低血脂、胆固醇以及抗高血压的功效。壳聚糖能够螯合脂肪并降低胆固醇水平，而不会影响钙、镁和铁的状态。根据欧洲食品安全局（EFSA）的建议，每日摄入3克壳聚糖有助于维持正常的血液LDL胆固醇水平。
（2）有益于消化健康和体重控制
在体重管理和膳食补充剂领域，壳聚糖被用于结合摄入的膳食脂肪和胆固醇，从而降低其吸收，并有助于体重控制。壳聚糖通过与膳食脂肪和胆固醇结合，减少其在体内的吸收，进而支持减肥效果。作为一种纤维，壳聚糖也是促进结肠健康的重要营养素。壳聚糖在胃肠道中吸附胆固醇的示意图如下：
壳聚糖是一种天然纤维聚合物，具有脂肪结合能力，能够主动吸附油脂和脂质。这种粘稠的可溶性纤维，特别是壳聚糖，已被证明能干扰膳食脂肪的代谢，从而减少脂肪的吸收。与其他粘稠可溶性纤维不同，壳聚糖在胃酸中溶解后带有正电荷，这种正电荷是其高效脂肪结合能力的关键因素。壳聚糖无毒，可作为膳食纤维长期使用，支持消化系统的健康并有助于肠道菌群的平衡，从而对整体健康产生积极影响。
尽管已经评估了壳聚糖对降低胆固醇和体重的作用，但这种效果似乎没有临床意义或临床重要性较低。
1.2 壳聚糖在工业上的应用有什么优势？
（1）在食品工业中的应用
由于无毒、可生物降解、螯合、抗凝、抗氧化和抗菌特性以及生物相容性等无与伦比的特性，壳聚糖已被证明可用于开发生物活性材料。近年来，用于包装应用的抗菌膜越来越受到食品工业的关注。最近，已经报道了纳米薄膜包裹壳聚糖聚合物的研究。壳聚糖在高剪切槽中与海洋生物一起脱水，形成一层薄膜，然后与其他生物分子一起抑制那些脱落的生物。这意味着，纳米包覆的壳聚糖膜大大降低了水蒸气渗透性，解决了生物聚合物纳米膜创新中长期存在的危机之一。此外，已证实将分散的壳聚糖引入蛋白质可显著提高纳米膜的机械强度，使这些薄膜在工业食品中的应用变得切实可行。
（2）用于农业
在农业中，壳聚糖通常用作天然种子处理剂和植物生长促进剂，以及一种生态友好的生物农药物质，可增强植物抵御真菌感染的先天能力。在欧盟和英国，壳聚糖被注册为“基本物质”，用作各种作物的生物杀菌剂和杀菌剂。
壳聚糖的生物防治作用方式在应用于叶子或土壤时，会在植物内引发自然的先天防御反应，以抵抗昆虫、病原体和土壤传播的疾病。壳聚糖增加光合作用，促进和增强植物生长，刺激营养吸收，增加发芽和发芽，增强植物活力。当用作棉花、玉米、种薯、大豆、甜菜、西红柿、小麦和许多其他种子的种子处理或种子包衣时，它在发育中的根系中引起先天免疫反应，破坏寄生孢囊线虫，而不会伤害有益线虫和生物体。
（3）用于生物医学
壳聚糖是一种天然存在的生物聚合物，在生物医学研究和医疗保健增强领域得到广泛应用。它以生物相容性、生物降解性、低毒性和杀死微生物的能力而闻名。壳聚糖的独特特性使其成为广泛生物医学用途的有吸引力的物质，包括药物输送系统和组织工程。壳聚糖在生物医学领域的应用如下图所示：
2. 壳聚糖的优点和缺点
（1）壳聚糖的应用有什么优势？
使壳聚糖成为有益且有价值的多糖的最简单和最显著的特征是：
壳聚糖是葡萄糖胺/乙酰葡萄糖胺的线性天然聚合物，在低 pH 值下表现为具有正电荷密度的聚电解质。
在工业多糖中，壳聚糖是一个例外，它是唯一高分子量的阳离子聚电解质，而多糖通常是中性或阴离子的。
壳聚糖通常被称为 GRAS（一般认为是安全的）和可生物吸收的。
（2）壳聚糖有什么缺点？
同样的多用途“良好”特性实际上也是导致多种不良影响的原因，从处理共聚物时最明显的一个开始，即共聚单体的化学组成种类繁多。壳聚糖的种类繁多，聚合物大小、乙酰化程度和可能的化学改性各不相同，呈指数级增长。另一方面，化学改性的简单性是壳聚糖的一大优势。壳聚糖的“可调”特性使其能够通过优化得到适合治疗应用的生物材料，原则上也能够优化其生物学特性。
结构变异性的对应物在于其共聚单体（葡萄糖胺和乙酰葡萄糖胺）的（统计）分布难以表征，以及成分变异性和分子量分布如何增加最终产品有益特性（“坏”）的识别复杂性这一尚未解决的问题。
（3）壳聚糖纳米粒剂型的优缺点
参考：
[1]https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7827691/
[2]Garg U, Chauhan S, Nagaich U, et al. Current advances in chitosan nanoparticles based drug delivery and targeting[J]. Advanced pharmaceutical bulletin, 2019, 9(2): 195.
[3]https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8512059/
[4]https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4882573/
[5]https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780128114490000153
[6]Yadav H, Malviya R, Kaushik N. Chitosan in Biomedicine: A Comprehensive Review of Recent Developments[J]. Carbohydrate Polymer Technologies and Applications, 2024: 100551.
[7]https://en.wikipedia.org/wiki/Chitosan
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