壳聚糖在农业领域中的应用

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1、壳聚糖在农业领域中的应用摘要介绍了壳聚糖在农业领域中作为种子处理剂、植物生长调节剂、植物病害诱抗剂、植物病原菌抑制剂、杀虫剂、土壤改良剂、保鲜剂、食品和饲料添加剂等的应用情况及发展前景，以为壳聚糖的开发利用提供参考。关键词壳聚糖；农业；应用壳聚糖(chitosan)是由自然界广泛存在的几丁质(chitin)经过脱乙酰作用得到的，是N-乙酰-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖以01,4糖苷键连接而成的无分支的线性高分子化合物。自1859年,法国人C.Rouget第1次分离出壳聚糖后，这种天然高分子的生物相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性等优良性能被各行各业广泛关注，在医药、食品、化工、化妆品、

2、水处理、金属提取及回收、生化和生物医学工程等诸多领域的应用研究取得了重大进展。如壳聚糖可作添加剂添加到食品、饲料中、化妆品中，或可作食品防腐剂用于水果保鲜。我国研究壳聚糖在农业领域的应用起步较晚，从20世纪80年代开始出现壳聚糖在农业领域中的应用报道。迄今，对壳聚糖在农业领域的实验室研究、实际应用研究，无论从深度和广度上都有了很大的进展，下面进行总结，以期为科研工作者及生产者提供一些帮助。1 种子处理剂和植物生长调节剂1-5用壳聚糖处理小麦、玉米、水稻等谷物类以及黄瓜、番茄等蔬菜种子和桑树、大豆、棉花等经济作物种子或植株，一方面能利用自身的成膜性保持种子内水分，另一方面，还能阻隔土壤中病原菌的

3、入侵，与其他药剂、生长调节剂、肥料等混合可配成种衣剂，对提高种子的发芽率和发芽势，促进根的生长，增加幼苗干物重，株高和叶绿素含量，光合作用强度，产量和可溶性蛋白、酶的活性等品质的提咼和改善均有效果。2 植物病害诱抗剂、病原菌抑制剂、杀虫剂5-10用不同浓度的壳聚糖溶液处理种子和植株，可提高植物对多种细菌、真菌、病毒的抗性，如水稻胡麻斑病、花生叶斑病、番茄根腐病、黄瓜腐霉菌、烟草环纹病毒等，并能增强抗土传真菌病害的能力。对棉花炭疽病菌、烟草黑胫病、小麦赤霉病菌、水稻白叶枯病菌、马铃薯环腐病菌、棉花角斑病菌等的生长繁殖及真菌抱子萌发均有明显抑制作用。美国登记的虾蟹壳粉(chitin-protein

4、)为美国IGIN公司出品的Clandosan618，是一种从甲壳纲动物的壳中分离得到的干粉状甲壳素蛋白与尿素的混合物，具有杀灭线虫的功能，作用机理是刺激土壤有益微生物的生长产生能杀死线虫和虫卵的酶，间接消灭害虫。3 土壤改良剂5,11-12壳聚糖及其衍生物可以改良土壤，培肥地力，改变土壤微生物区系，改善土壤理化性质，活化土壤养分。同时，壳聚糖及其衍生物具有可降解性，在土壤中可被微生物分解，为植物提供更多营养，土壤肥力提高；抑制土壤中的病原菌生长和繁殖；具有保墒作用；还可将农药或化肥掺入其中，使它们均匀混合，取得缓释的效果；壳聚糖分子结构中含有氨基(-NH2)，与微量元素铁、铜、锰、锌、钼等能产

5、生螯合作用，使壳聚糖肥料中的微量元素有效态养分增加；促进植物根系细胞分生，短时间内毛细根显著增多，根系发达，对养分吸收能力提高。因此，壳聚糖及其衍生物对土壤和植物具有双重作用。4 保鲜剂13-18随着现代食品工业的发展以及商品流通步伐的加快，肉、海鲜、果蔬等类食品在流通及储藏过程中的防腐保鲜非常重要。食品的腐败涉及糖的变质即发酵，致使产气、变酸；蛋白质的变质称为腐败，由于产生了恶臭的硫化物、氮化物，致使食品发臭，产生异味；油脂的变质称为哈变或酸败，由于脂肪酸分解产生了低级的醛、酮，致使散发哈味。从造成食品腐烂变质的微生物来讲，有酵母、细菌和真菌。为了防止食品的腐烂变质，用盐腌、糖渍、干制、加热

6、、真空包装、辐照、食品防腐剂、抗氧剂等方法。防腐、抗氧、保鲜剂的种类很多，新产品相继推出，利用壳聚糖及其衍生物在果蔬表面互相交联形成的一层无色透明薄膜，该膜具有通透性、阻水性，对02、C02、C2H2具有一定的选择渗透作用，可以阻止外界的空气进入膜层，在单果周围形成了一种微气调环境，使果蔬组织内C02含量增加，02含量降低，抑制了果蔬的呼吸代谢强度和水分散失，调节果蔬生理代谢，减缓果蔬组织和结构衰老，从而有效地延长果蔬的采后寿命。而且壳聚糖在微酸环境中具有较强的抑菌、抗菌作用，可用于食品的保鲜。通常使用浓度为0.5%2.0%（质量分数）的溶液，喷在果蔬表面形成一层薄膜就可达到保鲜效果。用壳聚糖

7、在果蔬上涂膜，对呼吸跃变型果实和非呼吸跃变型果实都有良好的保鲜效果。另外，壳聚糖通过改变病原真菌的形状，破坏侵入的菌体，诱导植物产生几丁质酶、壳聚糖酶和01,3-葡聚糖酶，防止病原菌入侵而具有防腐保鲜的功能。壳聚糖及其衍生物用于食品的防腐保鲜是近几年来研究的热点。加拿大学者用羧甲基壳聚糖制成一种叫做NutriSare的水果保鲜剂可明显延长水果的保鲜期。我国多名学者研究表明，壳聚糖对草莓、苹果、梨、桃、荔枝、去壳青稞莲子、猕猴桃、四季柚、竹笋、黄瓜、青椒、苋菜、韭菜、青菜甚至鲜猪肉、鲅鱼等都有良好的保持品质与风味、延长贮存时间与货架期的效果。5食品、饲料添加剂5,19-275.1 澄清剂果汁中含

8、有大量带负电荷的物质，如纤维素、多聚戊糖、树胶质、果胶等在存放期间会使果汁浑浊。当壳聚糖的正电荷，特别是分子中存在游离胺基，和上述负电荷物质吸附絮凝后，果汁可形成一个稳定体系，所以能长期存放，不产生浑浊，在食品工业中具有很大的应用价值。近年来，多名研究者将壳聚糖用于咖啡酒、苹果酒、桔子汁、苹果汁、猕猴桃汁、荔枝果汁等的澄清，澄清后的果汁透光率达90%以上。5.2 稳定剂、凝固剂、增稠剂等将壳聚糖用于食品中，可降低热能，增加食品的稳定性，分子量很低的甲壳低聚糖，由于极性基团的存在，对水有很高的亲和力和持水性，这对于半干半潮食品的保湿有重要作用。我国2008年规定了氢化植物油、冷冻食品、果酱、醋、

9、乳酸菌饮料、啤酒和麦芽饮料、大米、西式火腿（熏烤、烟熏、蒸煮火腿）类、肉灌肠等类食品中脱乙酰甲壳素（又名壳聚糖）作为稳定剂、凝固剂、被膜剂及增稠剂的最大允许使用量。5.3功能性保健食品壳聚糖被认为是继维他命丸、卵磷脂以及螺旋藻之后的第二代功能性保健品，是生物中唯一的动物性膳食纤维。它除具有膳食纤维的多种特殊性能和功效外，对糖尿病有很好辅助治疗作用。并且，壳聚糖降血糖和尿糖的作用比植物纤维显著得多。另外，壳聚糖还具有降脂，降血压、消除脂肪肝、降低胆固醇、抗肿瘤、改善肠胃功能和增强免疫力的功能。5.4饲料添加剂添加到肉仔鸡饲料中，降低肉仔鸡血清中胆固醇含量；另外，对猪传染性胃肠炎有免疫调节作用，对

10、家蚕茧质有提高作用。6 展望目前，壳聚糖以其安全无毒、生物相容、生物降解及成膜、抑菌等特性，在农业领域已获得广泛应用。在1911年甲壳素和壳聚糖的国际会议上，美、欧的医学科技界、营养食品研究机构将其誉为糖、蛋白质、脂肪、矿物质、维生素之后的“第六要素”。我国壳聚糖的应用研究及生产开始于20世纪90年代初期，至今已实现工业化批量生产。壳聚糖的应用范围也不断扩大，以壳聚糖为原料的产品，如杀虫剂、抑菌剂、土壤改良剂等在农业生产中起着重要的作用；保鲜剂、增稠剂、稳定剂、功能性食品等，稳定了食品品质，丰富了人们生活。但国内壳聚糖加工行业仍处于初级发展阶段，技术及相关行业规范尚不完全，壳聚糖的深加工和深开

11、发仍需进一步发展。7 参考文献1 陆家安，张承妹，侯根宝，等脱乙酰壳聚糖活性生物制剂对水稻生长的影响J.上海农业学报，2002,18（4）：31-34.2 冀宪领，盖英萍，牟志美，等壳聚糖对桑树种子萌发及幼苗生理生化特性影响的研究J.蚕业科学，2002，28（3）：253-255.3 于明革，杨洪强，刘高峰，等壳聚糖对黄瓜种子萌发和生长发育的影响J.长江蔬菜，2003（3）：42-43.4 REDDYMV.ChitosantreatmentofwheatseadsinducesresistancetoFusariumGraminearumandimprovesseedsqualityJ.JAg

12、riculFoodChem，1999，47（3）：1208-1216.5 裘迪红，吴汉民.甲壳低聚糖制备及在农业上的应用J.宁波大学学报：理工版，2001，14（2）：59-62.6 ZHENGLY，ZHUJF.StudyonantimicrobialactivityofchitosanwithdifferentmolecularweightsJ.CarbohydPolym，2003，54（4）：527-530.7 马鹏鹏，何立千.壳聚糖对植物病害的抑制作用研究进展J.天然产物研究与开发，2001，13（6）：82-86.8 赵蕾，梁元存，刘延荣.壳聚糖对烟草抗黑胫病的作用J.应用与环境生物学

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