一种新的壳聚糖来源的鉴定方法

发布时间：2024-08-02 10:28:53

壳聚糖是甲壳素的部分脱乙酰产物，又称脱乙酰甲壳素，广泛存在于虾蟹壳、昆虫外骨骼、真菌细胞壁中，是自然界唯一大量存在的碱性多糖，化学名称为β‑1,4‑聚‑葡萄糖胺。壳聚糖具有阳离子聚电解质性和多功能基团反应性，易于化学修饰，安全无毒，具有生物相容性和生物降解性，在工业、医学、生物学、食品等领域得到了深入的研究和广泛的应用。

市售壳聚糖绝大多数是由海洋动物甲壳如蟹壳、蟹壳加工后获得的甲壳素再经强碱热解法脱乙酰制备，工艺成熟，产量巨大且成本低。另一部分市售壳聚糖的生产方法是以真菌为原料，通过一定的工艺处理，获得壳聚糖。壳聚糖是许多真菌细胞壁的主要组成部分，与传统强碱处理的海洋动物源的壳聚糖相比，真菌来源的壳聚糖原料易得，生产过程污染少，所得产品理化性质均一，优势明显。作为非动物源性材料，真菌源壳聚糖及其衍生物产品能够有效避免来自虾蟹等海洋动物过敏源的引入或者病毒的传播，在安全性方面会更加友好。但目前为止，真菌源壳聚糖的研究仍处于研究阶段，并没有得到产业化水平，且真菌源壳聚糖的产率很低，工艺尚不成熟，价格较高，货源稀少。

动物源原料及产品，在应用和产品控制上会有更加严格的监管。例如，在医疗器械监管领域，国家药品监督管理局发布的《动物源性医疗器械注册技术审查指导原则》中规定，动物组织及其衍生物应用到人体会增加病毒传播和免疫原性等方面的安全风险，且存在材料表征上的困难，因此对于动物源性医疗器械安全性的评价，需要考虑比常规医疗器械更多方面的内容，如要比非动物源的医疗器械多提供的动物种属产品来源、原材料加工工艺、病毒灭活研究报告等资料。该指导原则中明确了动物源壳聚糖属于动物组织衍生物，其在医疗器械中的应用要参照执行该指导原则中的有关要求。对于市场上出现的宣称来源于真菌细胞壁的壳聚糖，因尚且不受动物源产品监管法规的限制，可以免于动物源产品的特定研究，产品上市速度相对较快，且因为目前市场上的真菌壳聚糖及产品稀少，价格昂贵，利润空间大，容易出现不良商家以价格便宜的海洋动物源壳聚糖代替真菌源壳聚糖或者掺假的现象，这不仅会扰乱市场秩序，还会给消费者带来健康风险。目前，用于壳聚糖鉴别的方法主要是傅里叶变换红外光谱(FT‑IR)，按照《中华人民共和国药典》(2015年版)四部，通则0402，红外分光光度法规定的方法测定，应符合6.2规定。但是该方法仅用于壳声明：上述转载或引用文章的内容，仅用于学习和研究为目的，如有不符，立即纠正。聚糖或壳聚糖盐的检测，无法区分壳聚糖是否为海洋生物源壳聚糖。因此，探究能够鉴别壳聚糖来源的检测判别方法，对于保障消费者健康和权益、规范市场秩序、推进立法管理等都具有重要的现实意义。

山东政法学院山东省高校法庭科学技术特色实验室，郭双金等人以海洋动物（蟹、虾）壳和真菌（双孢蘑菇、黑曲霉）细胞壁为原料制备壳聚糖样品，采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）检测其分子结构，采用顶空-气相色谱-离子迁移谱（HS-GC-IMS）分析其气味成分。首次鉴定出酯类、酮类、醛类等220种挥发性有机化合物（VOC）作为壳聚糖的气味指纹成分。主成分分析（PCA）表明，根据特征VOCs可以对壳聚糖进行有效识别和分类，前三个主成分之和可解释原始信息总方差的87%。建立了正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）模型用于追踪和来源识别，其拟合指数R表现出优异的性能独立变量拟合度和模型预测精度分别为R2X= 0.866、R2Y = 0.996和Q2 = 0.989。通过利用 OPLS-DA 建模以及基于热图的追踪路径研究，发现29种VOC对海洋壳聚糖有显著贡献，显著性水平为VIP > 1.00（p < 0.05），而另外20种与真菌壳聚糖特异性相关的VOC对其气味特征有显著贡献。这些结果提出了一种识别商业壳聚糖来源的新方法，可用于确保实际应用中的生物安全。

图 1. 原料和相应的壳聚糖。蟹壳聚糖 (YTC-san)、虾壳聚糖 (YTS-san)、双孢蘑菇伞壳聚糖 (AB-san) 和黑曲霉菌丝体壳聚糖 (AN-san) 样品。

图 2. 虾壳聚糖(YTS-san)、蟹壳聚糖 (YTC-san)、双孢蘑菇伞壳聚糖(AB-san)和黑曲霉菌丝体壳聚糖(AN-san) 的FT-IR光谱

图 3. 虾壳聚糖 (YTS-san)、蟹壳聚糖 (YTC-san)、双孢蘑菇伞壳聚糖 (AB-san) 和黑曲霉菌丝体壳聚糖 (AN-san) 的顶空-气相色谱-离子迁移谱(HS-GC-IMS风味分析)图

图4. 不同原料制成的壳聚糖样品的差异VOC热图

内容选自《Odor Fingerprinting of Chitosan and Source Identification of Commercial Chitosan: HS-GC-IMS, Multivariate Statistical Analysis, and Tracing Path Study》和专利《202310840972 .0一种基于气味鉴别海洋动物源壳聚糖的方法》 

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