壳聚糖的应用研究进展(综述性论文)

绿色原料——壳聚糖的应用研究进展

09化学1班 XXX 指导老师：沈友教授

(惠州学院化学工程系，广东，惠州，516007)

摘要:本文综述了绿色原料壳聚糖的应用研究进展，着重介绍了壳聚糖在食品，水处理，生物药用，造纸业等方面的应用。

关键词:壳聚糖应用食品水处理

前言

原料在化学品的合成中非常重要，其可以成为影响一个化学品的制造、加工与使用的最大因素之一。如果一个化学品的原料对环境有负面的影响，则该化学品也很可能对环境具有净的负面影响。要实现绿色化学，在选择原料时应尽量使用对人体和环境无害的材料，避免使用枯竭或稀有的材料，尽量采用回收再生的原材料，采用易于提取、可循环利用的原材料，使用环境可降解的原材料。

自然界的有机物，数量最大的是纤维素，其次是蛋白质，排在第三位的是甲壳素，估计每年生物合成甲壳素100 亿t。甲壳素N-脱乙酰基的产物壳聚糖就是一种重要的绿色原料。

壳聚糖化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖，壳聚糖的外观为白色或淡黄色半透明状固体, 略有珍珠光泽, 可溶于大多数稀酸如盐酸、醋酸、苯甲酸等溶液, 且溶于酸后,分子中氨基可与质子相结合, 而使自身带正电荷。自1859年，法国人Rouget首先得到壳聚糖后，这种天然高分子的生物官能性和相容性、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、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。壳聚糖无毒无害,具有良好的保湿性、润湿性,能防止静电; 化学稳定性良好, 但吸湿性较强, 遇水易分解。对壳聚糖进行化学改性, 得到的壳聚糖衍生物在许多物化性质方面都得到改善，其应用也更加受到关注。本文着重介绍了壳聚糖在食品，医药，水处理方面的应用进展。

1 壳聚糖及其衍生物在食品工业中的应用

1.1 在水果蔬菜贮藏中可作为天然保鲜剂

果蔬贮藏的目的就是尽可能在保持其鲜度指数的同时, 延长物料的贮存时间, 主要是通过减少果蔬呼吸,降低其营养消耗。目前生产中用的方法有气调贮藏、硅窗袋贮藏、保鲜剂贮藏等,其中的保鲜剂多为杀菌、抑制呼吸的化学物质。这类物质在达到保鲜目的的同时, 也给果品蔬菜带来一定程度的污染, 因而, 开发无污染的保鲜剂也日益成为研究的热点。由于壳聚糖富含-OH ,成膜性好,由壳聚糖制得的膜能选择性的阻止02的渗人, CO2的排出等, 使果蔬的微环境中含CO2多, 而O2少, 从而天然性符合绿色食品的要求，达到令人满意的保鲜效果。

以壳聚糖为原料制成的可食性保鲜膜己成功地应用于许多果品的贮藏。如胡洪禄, 赵东风, 马天芳, 王文政[1]曾以潍坊青萝卜为试验材料, 在常温条件下, 用壳聚糖涂膜萝卜, 探讨萝卜贮藏期间主要生理生化变化, 以达到延长萝卜的市场流通时间及方便人们日常生活对萝卜需求的目的。试验结果表明, 在常温条件下, 萝卜经过45d的贮藏, 呼吸强度、失水率、可溶性糖含量、糠心率、腐烂率等均明显优于对照, 为萝卜的保鲜提供了另一途径[1]。番茄的保鲜同样可以使用壳聚糖[2], 用浓度为2 % 的壳聚糖对番茄涂膜,保鲜巧d 后, 发现涂了膜的番茄的总酸度、总糖量、维生素C 含量均与原番茄接近,保藏效果比0 . 2 % 苯甲酸钠溶液好另外,据报道[3, 4],在葡萄、苹果、草毒、四季袖等果品贮藏中应用壳聚糖保鲜膜,效果皆较令人满意。可见壳聚糖作为保鲜膜应用范围十分广泛，这方面的研究前景也是研究人员着眼的方向。

1.2 壳聚糖在果汁澄清工艺上的应用

果汁澄清效果的好坏直接影响了产品的品质和外观。果汁中存在果胶质、树胶质和蛋白质等悬浮物,必须通过澄清作用除去。目前在果汁加工工业中, 果汁澄清通常是采用果胶酶和淀粉酶水解,结合助凝剂加膨润土、硅胶等处理(简称酶法)来完成。该操作复杂，周期长，费用高[5]而且不能从根本上解决果汁在贮藏过程中引起的非生物性浑浊和褐变[6]。使用壳聚糖应用为果汁澄清剂不仅成本低而且效果好，日益受到重视。该澄清的原理[7]是:

壳聚糖是氨基葡萄糖的直链多糖，在酸性介质中, NH Z 吸附质子而带正电，便成了阳聚电解质。它与果汁中的蛋白质等阴电解质凝聚，形成絮凝物而沉淀。另外，壳聚糖澄清果汁的另一个优点是可以降低果汁酶褐变的速度和程度，因为壳聚糖能除去果汁中多酚氧化酶。

夏文水,王璋研究了壳聚糖对苹果汁的澄清作用[5]，发现用壳聚糖来澄清苹果浊汁，随着壳聚糖剂量的增加，其澄清效果逐渐提高，当剂量大于0.3g/ L 时,则透光率达到最大值。若剂量再增大时，透光率基本不变，这与一般高分子絮凝剂作用不同。一般高分子絮凝剂当剂量达到一定值出现最大峰值, 剂量再增加时，絮凝效果反而下降，即会使所形成的絮凝体重新变成稳定的胶体。壳聚糖澄清作用的这个特点给实际使用和操作提供了方便。当然壳聚糖剂量大小与果汁中悬浮物的含量有关,随着果汁浓度的减少, 而壳聚糖剂量相应减少, 两者呈线性关系。

夏文水等[5]也研究了pH、温度对澄清作用的影响, 表明当苹果汁pH 在3～5 范围内, 壳聚糖澄清效果都很好, 而不同温度下壳聚糖对苹果汁的澄清效果基本相同。壳聚糖澄清苹果汁减少了果汁的果胶物质, 蛋白质及酚类化合物, 从而提高了清汁的贮藏稳定性, 但其主要营养成分和风味没有改变。在室温下保藏一年多, 清汁的透光率基本不变, 具有很好的贮藏稳定性。在同样条件下, 酶法澄清的苹果汁则有微量的浑浊产生和色泽变化。他们将壳聚糖澄清法与目前工业上生产苹果清汁所采用的酶法相比, 不仅澄清效果更好, 而且澄清时间大大缩短, 加快了生产周期, 在操作上也简单方便, 处理成本费用可减少到1/2～1/3, 有较大的经济效益。

梁灵等人研究了果胶酶和壳聚糖对猕猴桃果汁的澄消效果, 发现壳聚糖对猕猴桃果汁的澄清效果比果胶酶好, 保持稳定的时间长, 在澄清过程中条件控制容易, 更具有经济效益。当在猕猴桃果汁自然pH下, 壳聚糖用量为0.4g/ L 时, 有最好的澄清效果。通过研究pH 值对壳聚糖澄清效果的影响, 发现壳聚糖澄清猕猴桃果汁适宜pH 范围较宽, 且pH在3～4 时果汁透光率最大。实验还表明,温度在40～50 , 澄清效果最好, 作用温度范围较宽[8]。

徐金祥, 刘秀凤等人的研究表明, 壳聚糖对胡萝卜汁、桔子汁及苹果汁等澄清效果显著, 透光率达85% 以上，是一种较好的澄清剂, 来源广泛, 成本低, 无毒无味, 是一种值得推广的澄清剂[ 9]。

从以上科研人员的研究中可以发现壳聚糖应用到果汁的澄清, 一般不需调节pH, 对温度要求也不高, 操作方便, 成本较低,经济效益较高。