壳聚糖及其衍生物与脂肪相互作用的研究

壳聚糖及其衍生物与脂肪相互作用的研究

侯玉梅　方　波　关　琛　黄春兰　郁瑛芝

(华东理工大学生物工程学院,上海,200237)

摘　要　以壳聚糖(CTS)及其衍生物为脂肪吸附剂,花生油为吸附对象,通过模拟人体消化系统做体外实验,考察了3种不同性质的壳聚糖衍生物的脂肪吸附容量,其中羟丙基三甲基壳聚糖季铵盐(HTACC)为强阳离子壳聚糖,羧甲基壳聚糖(CMCTS)为亲水性壳聚糖,十六烷基壳聚糖(CTCTS)为疏水性壳聚糖。结果表明:阳离子壳聚糖优于其他衍生物,平均每克可吸附29g油脂;CTCTS次之,每克吸附25g;CTS可吸附22g;CMCTS最差,仅为16g。以壳聚糖和阳离子衍生物为例,进一步考察了影响壳聚糖吸附脂肪的因素,研究表明:作为溶剂的盐酸溶液的pH和用量均可影响样品的吸脂能力,当样品2盐酸溶液浓度为0101g/mL、pH为2时,吸附效果较好。关键词　壳聚糖,壳聚糖衍生物,脂肪吸附

　　壳聚糖(chitosan,简写为CTS)是天然存在的唯一碱性多糖,学名为β2(1→4)222氨基222脱氧2D2葡聚糖,类纤维素高分子多糖,具有较好的生物相容性、血液相容性、安全性和微生物降解性等性能。由于这些优良性能,壳聚糖及其衍生物作为保健食品材料的研究日益受到人们的重视。

研究发现单纯的壳聚糖可以吸附自身质量很多倍的油脂,动物实验表明壳聚糖能有效阻止消化系统吸收胆固醇和甘油三脂,防止胆固醇及脂肪酸在体内蓄积,促进这些物质从体内排出[1]。关于壳聚糖能够吸附油脂的机理一般认为是自身的氨基使其成为聚阳离子体,与脂肪酸的羧基发生静电桥联作用形成壳聚糖脂肪酸盐络合物,从而促进脂肪的分解,抑制其消化吸收[2]。

Muzzarellia等人考察了N2十二烷基壳聚糖和N2二甲胺丙基壳聚糖与橄榄油的相互作用,发现该衍生物可有效吸附油脂[3]。Yu和He用交联的N2O羧甲基壳聚糖从血清中吸附甘油三酯,每克样品可吸收3135mg甘油三酯,吸附量可达50%[4]。许加超等人研制了壳聚糖油酸脂乳液,观察了78名肥胖症患者应用该产品前后体重和血脂的变化。结果表明:应用了60天降低体重总有效率为9714%,平均降低318kg,胆固醇、甘油三酯明显降低[5]。刘晓非等人研究了羟乙基壳聚糖和O2羧甲基壳聚糖对营养性肥胖大鼠体重及体脂含量的影响,结果显示食用壳聚糖衍生物添加组的大鼠体重明显降低[6]。本文以花生油为吸附对象,探讨了3种不同性质的壳聚糖:阳离子壳聚糖羟丙基三甲基壳聚糖季铵盐(HTACC)、亲

第一作者:硕士研究生(方波教授为责任作者)。

收稿日期:2006-06-27,改回日期:2006-08-03

水性壳聚糖羧甲基壳聚糖(CMCTS)和疏水性壳聚糖

N-十六烷基壳聚糖(CTCTS)吸附脂肪的效果。同时,考察了影响壳聚糖吸附脂肪的因素,进一步探讨了壳聚糖的降脂机理,为功能性降脂保健食品开发新基料提供理论基础。

1　材料与仪器

壳聚糖,浙江金壳生物化学有限公司,食品级,类白色(略带珍珠色)粉末状固体,脱乙酰度(D1D)90%;花生油,山东鲁花牌,购于当地超市;阳离子壳

聚糖、羧甲基壳聚糖、十六烷基壳聚糖均为实验室自制产品。

磁力恒温搅拌器(上海市曹行公社农机厂);8022型电动离心机(江苏省金坛市宏华仪器厂)。

2　试验方法

211　壳聚糖及其衍生物吸附脂肪容量的测定

根据Rokita[7,8]等人的实验方法,通过模拟人体胃肠道消化系统的酸碱度及体温,研究了每克样品体外脂肪吸附容量(FBC)。

准确称取011g样品,与3g花生油混合,模拟人体胃肠道的酸碱度,加入pH为210的HCl溶液(模拟胃液酸度)10mL,37

℃(体温)恒温搅拌2h后,用

011mol/L的NaOH溶液调制pH为614左右(模拟十二指肠的酸度),继续搅拌015h后,调制pH为710～716(模拟结肠的酸度),继续搅拌215h。冷却

至室温,离心分离取出上层游离油层,称重。消耗部分即为被吸附量,计算每克样品吸附脂肪的质量。每个样品做5次平行实验取平均值。脂肪吸附容量按下式计算:

2006年第32卷第9期(总第225期)　61

食品与发酵工业FOODANDRMENTATIONINDUSTRIES

所用油的质量-游离油的质量样品质量

212　不同因素对吸脂能力的影响

准确称取011g样品,分别加入不同pH的HCl和不同量的HCl溶液,相互作用3h,按211方法测

FBC/g・g-1=

定吸附脂肪的能力。

稀薄,而且与油脂不互溶,在碱性环境下无溶胶析出,

不能很好的结合与包裹脂肪。

由以上分析可得出结论,阳离子性是壳聚糖吸附脂肪的关键因素,增强壳聚糖的阳离子性有利于对脂肪的吸附。同时,疏水性在一定程度上也有利于脂肪的吸附,而亲水性降低了壳聚糖的降脂能力。312　HCl溶液pH值对吸附脂肪能力的影响以壳聚糖和阳离子壳聚糖为例,改变样品HCl溶液的pH值,分别测定0101g/mL的CTS和HTACC在不同的pH下吸附脂肪的量。测定结果见图2。

3　结果与讨论

311　壳聚糖及其衍生物吸附脂肪容量的研究

人体内的脂肪主要是C16～C18的脂肪酸甘油酯,而花生油中C16～C18的脂肪含量高达80%以上,所以本文选用花生油为吸附对象。另外,本文的实验温度及混合物酸碱度尽量模拟人体肠胃道环境。壳聚糖在酸性环境下溶解形成粘稠的溶液,加入油脂,并搅拌,使油脂与溶液充分接触,随着pH的增大,壳聚糖溶液与脂肪结合和包裹,形成乳白色絮凝物。离心分离后,上层为未被吸附的游离油脂,中间为壳聚糖2油乳白色粘稠絮状物,下层为水溶液。壳聚糖的衍生物吸附脂肪的过程大致相似。壳聚糖、阳离子壳聚糖、亲水性壳聚糖和疏水性壳聚糖脂肪吸附容量如图1所示。

图2　不同pH值对吸附脂肪能力的影

比较CTS和HTACC两条吸附曲线,在pH在1

～3之间,CTS和HTACC的吸附容量曲线大小差别不明显;pH=2时,吸附效果达最好,CTS可吸附2514g油脂,而阳离子壳聚糖可吸附26g;pH>3时,阳离子壳聚糖的吸附容量曲线的下降趋势明显比壳聚糖的平缓,说明阳离子的引入有利于提高壳聚糖吸附油脂的能力。当pH为2～3时,两者的吸脂能力都达最高,说明在此范围内样品结合氢离子的能力最强,可生成较多的阳离子NH+,壳聚糖对油脂表现出最大的结合能力,形成乳白色的溶胶。当pH>4时,壳聚糖在此介质中的阳离子化程度很低,很难以离子键形式与吸附质发生作用,所以脂肪吸附能力明显下降,离心分离后,粉末状样品沉于离心管底部,中间为水相,上层为未吸附的游离脂肪。pH为2～3接近于人体胃酸的酸度,可见壳聚糖及其衍生物在理论上适合作为降脂食品。

313　HCl用量对吸附脂肪能力的影响

样品分散于不同体积的HCl溶液中(pH=2),考察了不同体积的溶剂对样品吸脂能力的影响。测定结果见图3。

　　比较CTS和HTACC2条吸附曲线,其脂肪吸附容量变化趋势大致相同。从整体趋势上分析,HTACC的脂肪吸附能力优于壳聚糖,进一步说明了

图1　壳聚糖及其衍生物的脂肪吸附容量

　　由图1可见,平均每克CTS可吸附22g油脂,

HTACC可吸附29g,CTCTS可吸附25g,而CMCTS仅吸附16g。其中阳离子壳聚糖HTACC吸附脂肪的能力最好,与壳聚糖相比,平均每克可多吸附7g,其主要原因可能是改性后的壳聚糖正电性和阳离子性增强,使得其结合脂肪酸负离子的能力大大加强;其次是CTCTS,平均每克比壳聚糖多吸附3g,CTCTS中引入了疏水基团十六烷基,使壳聚糖具有一定的亲油性。当CTCTS与花生油相互作用时,根据相似相溶性,可与花生油互溶,从而增强了壳聚糖与脂肪的结合能力;效果较差的是水溶性羧甲基壳聚糖CM2CTS,每克仅吸附16g油脂。原因可能是水溶性的壳聚糖在酸性条件下不能形成凝胶状粘稠物,溶液过于　62

2006Vol.32No.9(Total225)研究报告

　　(2)盐酸溶液的pH对壳聚糖的降脂效果有一定影响。pH在0～2之间吸附效果呈递增形式;当pH为2～3时,吸附剂的吸脂能力较好;pH>4时,脂肪吸附容量呈递减趋势,但阳离子壳聚糖HTACC总体上优于壳聚糖。

(3)盐酸溶液的用量对壳聚糖的降脂效果也有一定影响,不加盐酸吸附容量仅为5g,随盐酸用量的增加,脂肪吸附容量提高,10mL左右时达最最高点。随着盐酸用量的进一步增加,吸附效果变差,而阳离子壳聚糖的吸附效果总体上优于壳聚糖。样品的浓度为0101g/mL时,吸附效果最佳。

参

考

文

献

图3　HCl用量对样品吸附脂肪能力的影响

阳离子性对壳聚糖吸附脂肪的重要性。

当样品中不加HCl时,样品颗粒只是单纯地以物理吸附的形式与油脂结合,每克样品仅吸附5g油脂。随着HCl溶液加入量的增大,样品阳离子性显示出来,有较多的NH+形成,从而以静电作用与脂肪酸结合形成较致密的絮凝物,使得脂肪吸附容量迅速提高。说明样品在溶胀形成粘性的溶胶的前提下,才能有效地吸附脂肪。当溶剂过多时,溶液的浓度降低,溶液过于稀薄,结合油脂的乳白色絮状物较为蓬松,在受到外力作用下(离心分离),油脂很容易脱附而渗出。由此表明样品的酸溶液浓度对其脂肪的吸附效果也有一定的影响,0101g/mL为最佳浓度配比。

4　结　论

(1)作为脂肪吸附剂羟丙基三甲基壳聚糖季铵盐

优于壳聚糖平均每克吸附油脂29g,比壳聚糖多吸附7g;其次是N-十六烷基壳聚糖平均每克吸附油脂25g,比壳聚糖多吸附3g;羧甲基壳聚糖吸附效果较

差,平均每克仅吸附16g。由此得出结论:阳离子性是壳聚糖降脂的关键因素,同时改善壳聚糖的疏水性也有利于对脂肪的吸附。

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InteractionsofChitosanandItsDerivativeswithFat

HouYumei　FangBo,GuanChen

(CollegeofBioengineering,EastChinaUniversit

　HuangChunlan　YuYingzhi

gy,Shanghai200237,China

)

yofScienceandTechnolo

(HTACC)ofcationicABSTRACT　Chitosan(CTS),N2hydroxypropylthreemethylsammoniumchloridechitosan

chitosanderivative,carhoxymethylchitosan(CMCTS)ofhydrophilicchitosanderivativeandhydrophobecetyl2chi2tosan(CTCTS)wereusedtointeractewithpeanutoilinvitrobyusingamodelofdigestivetractinordertoinves2tigatetheirfat2bindingcapacity(FBC)1TheresultindicatedthattheFBCwas22g,29g,25gand16gforCTS,HTACC,CTCTSandCMCTSrespectively1TheeffectsofpHandthevolumeofhydrochloricacidwatersolutionusedonthefat2bindingcapacitywerealsoimportant1Whenhydrochloricaciacidwatersolutionconcentrationwas0101g/mLandpH=2,theFBCreachedtothemaximum1Keywords　chitosan,chitosanderivatives,fat2bindingcapacity

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