甲壳素及其衍生物的生产和应用

海洋科学学年论文
甲壳素及其衍生物的生产和应用
学院：海洋科学与工程
专业：海洋科学
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20010 年12 月
甲壳素及其衍生物的生产和应用
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摘要：综述了甲壳素及其衍生物的生产方法及其用途
关键词：甲壳素及其衍生物生产应用
甲壳素(Chitin)又名几丁质,化学名称为(1, 4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡聚糖,是一种来自于甲壳类动物的天然高分子材料,在自然界的分布较为广泛,是目前市场中唯一商品化的碱性多糖[1]。

与多数合成高分子化合物相比,甲壳素具有无毒、无味、可生物降解等优点,被大量用于食品工业中,作为食品填充剂、增稠剂、稳定剂、乳化剂、脱色剂、调味剂、香味增补剂等使用[2-4]。

甲壳素脱去分子中的乙酞氨基可以转化为可溶性甲壳素或称壳聚糖。

壳聚糖的应用范围比甲壳素更为广阔，有极其广泛的用途。

1.甲壳素及其衍生物的生产
1.1 化学方法[5]
目前比较先进的方法是将甲壳干燥后粉碎，将微粉末置于0. 4~3. 0 mol·L-1的盐酸溶液中，常温处理10~25 h后水洗、过滤、千燥，得到粗甲壳素。

壳聚糖的制法由下列工序组成:将上述方法制得的甲壳素置于氢氧化钠溶液中在80~100℃下浸2~12 h，得到粗壳聚糖;将该粗壳聚糖过滤，水洗，去离子水中浸渍，过滤后在水与有机溶剂的棍合液中浸渍，再经过滤、洗涤、干燥制得甲壳素。

1.2 酶制备法
酶法制备壳聚糖是利用专一性酶对甲壳素进行脱乙酞基反应。

这里介绍一种用黑曲霉电解法从菌丝体中提取甲壳素和碱法制备甲壳素的工艺，其工艺条件是:使用黑曲霉的最佳培养液YEPD培养菌体，最佳培养时间42 h，最终培养量0. 942 g干菌体，最终残糖质量浓度0. 627 mg·mL-1。

黑曲霉湿菌体经质量分数为5%NaOH, 100℃处理6h。

然后用45%NaOH溶液126℃处理2~ 3 h,用质量分数10%醋酸，95~100℃处理3 h, NaOH滴定，析出甲壳素。

1.3微生物法
微生物培养法生产壳聚糖的研究比较活跃。

其土要原理还是利用微生物本身存在的酶进行自身催化，从而脱去乙酞基。

陈忻等用丝状真菌提取的壳聚糖的脱乙酞化度为85%~90%，用它制成的食品保鲜剂抗菌能力比从虾壳来源的壳聚糖高1 ~2倍。

2.甲壳素及其衍生物的应用
2.1在染整行业的应用
壳聚糖是一种多糖高聚物，由于分子结构中含有大量的羟基和氨基，当涤纶纤维表面形成一层壳聚糖薄膜后，涤纶纤维的吸湿性和抗静电性就得到了改善。

为了进一步改善整理效果，通常还得在整理液中加入交联整理剂和添加剂[6]。

2.2在纺织行业的应用
甲壳素及其衍生物在纺织行业主要用在纤维制造、机织物的上浆或制成无纺织物等方面利用甲壳素和壳聚糖的抗菌性和成纤性，可将甲壳素及其衍生物制成甲壳素纤维、壳聚糖纤
维以及乙酞甲壳素纤维等，它们有着其它纤维无法比拟的优良特性，用得较多的就是甲壳素纤维。

甲壳素纤维是由甲壳素或甲壳胺溶液纺制而成的纤维，是继纤维素纤维之后的又一种天然高聚物纤维。

甲壳素纤维是迄今为止发现的唯一天然碱性多糖，是自然界唯一一种带正电荷的纤维。

壳聚糖作为机织物经纱上浆的浆料，适用于棉、毛、丝、麻等天然纤维和合成纤维以及再生纤维的纱线，用壳聚糖的乙酸溶液处理经纱，壳聚糖即渗入纱线和纤维内部，使纤维之间相互粘连，以增强纤维间的抱合力，从而增加纱线的强力，降低经纱的断头率，提高生产效率;其二，壳聚糖浆液能勃附于纱线表面，形成一层坚韧的薄膜，使纱线表面的毛羽伏贴，增强了纱线的光洁度和耐磨性[7]。

2.3在医疗卫生领域的应用
甲壳素与壳聚糖经毒性、诱变性、溶血性、致热性、变态反应等一系列试验，证明对人体无毒、无刺激性，是一种非常安全的机体用材料。

它们既具有与植物纤维素相似的结构，又具有类似人体骨胶原组织的结构，因此与人体有着极好的生物相容性，可被生物体内的溶解酶分解和吸收。

以甲壳素、壳聚糖为原料制备的纤维，由于具有生物活性、生物降解性、生物相容性、无毒、免疫抗原性小等特殊性能，从而产生了抑菌、消炎、止血、镇痛、促进伤口愈合等优良的生物医学功能，而被广泛用于医疗卫生领域[8]
甲壳素纤维作为一种医用缝合线材料，对机体无毒性及刺激性，具有良好的生物相容性，可被生物体内的溶解酶分解，生成COZ排出体外;生成糖蛋白可以被组织吸收，其慢性组织反应比羊肠线更为轻微，不会引起过敏，还能加速牲口愈合。

而降解吸收速度比羊肠线快，因此当伤口愈合后不必再拆线，而且不留异物，伤口愈合后所留痕迹小，无硬结现象。

这种缝合线作为外科手术线，具有足够的断裂强度、打结强度和柔软性，表面摩擦因数小，容易进入组织，故是一种理想的医用缝合线材料。

2.4甲壳素在食品工业的应用
甲壳素和壳聚糖在食品工业中占有非常重要的作用。

在日本，甲壳素和壳聚糖在食品工业中使用的数量，占到了总量的70%左右。

国内外大量的研究表明，甲壳素和壳聚糖是无毒的，美国食品与医药卫生管理局(FDA)己批准其为食品添加剂。

甲壳素和壳聚糖可作为许多液体产品伙伴制品的除杂处理剂和脱酸剂，除杂处理实际上主要是发挥了壳聚糖的絮凝作用。

如它们可作为糖汁及果酒果汁的澄清剂、糖蜜的净化剂、酒类的除浊剂、果汁的脱酸剂等，还可以防止食醋的沉淀。

甲壳素的水解产物及壳聚糖还是优良的食品增稠及稳定剂。

2.5在环保行业的应用
壳聚糖在环境保护领域的应用主要体现在三个方面。

其一是;其二是作为污泥脱水剂;其三是作为分离树脂，用以回收贵重金属、核酸、核普酸、氨基酸等，另可作为高压液相色谱柱和薄层色谱的载体等[9]
2.6在农业的应用
1983年，美国食品与医药卫生管理局(FDA)已批准将甲壳素和壳聚糖用于饲料添加剂，可提高体外消化率，提高家禽家畜的生长速率，提高肥猪的瘦肉率。

壳聚糖还可以作为许多粮食、蔬菜作物种子的处理剂，激发种子提前发芽，促进作物生长，提高抗病能力，从而提高粮食和蔬菜的产量。

因其用量极少，效果显著，无毒副作用，使用简便，成本低廉，受到广大农民和农业科技工作者的欢迎。

壳聚糖还可作为生物农药、液体土壤改良剂和农药的载体[10]
2.7其他应用
甲壳素具有乳化稳定性、保湿作用、毛发保护和抗静电作用，可用于日用化妆品中的发型固定剂、毛发保护剂、柔软剂、增稠剂和乳化稳定剂。

在造纸业，甲壳素、壳聚糖可用于开发复合施胶剂、纸张增强剂、抗溶剂、纸张表而改性等。

将甲壳素、壳聚糖用于水处理剂，可处理印染废水，既可捕集铜、铬等重金属，又可凝集废水中的染料。

此外，甲壳素、壳聚糖可用作水果保鲜剂、酶固定剂、医用微型胶囊、牙科材料、隐形眼镜、饲料添加剂及色谱分离中的填充剂等。

3.结语
壳聚糖作为一种性能优良的高分子材料，工艺制备简单，原料易得，所用稀酸和稀碱在氯碱企业中极为丰富，可用于氯碱平衡产品。

甲壳素高分子链的两个羟基和壳聚糖高分子中的两个羟基和氨基，能发生多种化学反应，生成极有开发价值的新功能材料，广泛用于高附加值新产品的开发，市场前景看好，具有诱人的魅力，发展甲壳素、壳聚糖产品的经济效益和社会效益相当高。

参考文献：
[1] DwehzN E. The structure of chitin [J].Biochem Biophys A cta 1960, 44 416-453.
[2] 高健，王迎.甲壳素、壳聚糖的改性研究[J].杭州化工，2004 34 (2).
[3] 李铭，葛英勇.中国对虾市场结构特征的初探[J].食品工业科技，2007 （10），57-59.
[4] 蒋挺人.甲壳素[M].北京:化学工业出版社. 2003,258.
[5] 罗书凯，王卫，王晓春。

甲壳素及其衍生物的生产和应用[J].2003 24.
[6] 冯碧波.甲壳素与壳聚糖在印染工业中的应用.四川纺织科技，9-11.
[7] 蒋挺大.甲壳素.北京:化学工业出版社.2003:603.
[8] 吴清基，吴鸿昌.甲壳素:21世纪的绿色材料.东华大学学报，2004, 30(1): 136.
[9] 蒋挺大.甲壳素.北京:化学工业出版社.2003: 386-420.
[10]蒋挺大.甲壳素.北京:化学工业出版社.2003: 575-596.。