第4章-甲壳素和壳聚糖-天然高分子材料资料讲解
甲壳质与壳聚糖纤维
16
用甲壳素或壳聚糖制造纤维的工艺还很多，但 其主要原理、操作过程是相似的，只是在溶剂、 凝固浴的选择、溶解、纺丝及后处理工艺等方面 加以调整而已。 除了甲壳素与壳聚糖可以生产纤维外，它们 的衍生物也可以生产不同用途的纤维。
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甲壳素与壳聚糖纤维可纺制成长丝或短纤维两大类。
长丝主要用于捻制或编织成可吸收医用缝合线。
2
发 展 概 况
1811年，法国人Braconnot发现甲壳素。
1859年，Roughet发现壳聚糖以后，世界各国的科学家对甲壳素与 壳聚糖的结构、性质和生物医药特性等开展了多方面的研究。
1926年，Von Weimarn考虑用甲壳素纺制纤维。 1936年，G．W．Rigby得到了用于生产壳聚糖及从壳聚糖生产薄膜 和纤维的专利。 1977年，在美国召开了有关甲壳素、壳聚糖开发研究的第一次国际学 术会议，迄今，对甲壳素的研究已形成了一门独立的学科—甲壳素化学， 并成为当今世界七大前沿学科领域之一。 因为甲壳素与壳聚糖的溶液具有优良的可纺性，各国研究人员通过不 同的溶剂和生产生产工艺制取甲壳素及壳聚糖纤维。
5
一、甲壳素与壳聚糖的结构
甲壳素又称甲壳质、壳质、几丁质，是一种带正电荷的天然多糖 高聚物。它是由2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖通过β (1-4)糖甙连接 起来的直链多糖，它的化学名称是(1-4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β -D葡聚糖，或简称聚乙酰氨基葡糖。
CH2 CH2OH H OH H OH H O H NH C O CH2 H O H OH H H NH C O CH2 H O H H OH H CH2OH (n-2)/2 CH2 C O NH H H O OH
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甲壳素和壳聚糖纤维呈白色或灰白色半透明状，无味、无臭、无毒性。 壳聚糖纤维略带珍珠光泽。
第四节甲壳素、壳聚糖、壳寡糖和氨糖四者的关系
第四节甲壳素、壳聚糖、壳寡糖和氨糖四者的关系地球上存在的天然有机化合物中，数量最大的是纤维素，其次就是甲壳素。
甲壳素是地球上除蛋白质外数量最大的含氮天然有机化合物。
蟹壳虾壳脱钙脱蛋白制备甲壳素，甲壳素脱乙酰基就是壳聚糖，壳聚糖降解制备壳寡糖，氨糖是甲壳素的单分子糖。
1.甲壳素（Chintin）甲壳素（Chintin）中文叫几丁质，也叫甲壳质，甲壳素是人类走向健康的宝贵物质。
人类最早利用甲壳类物质治病的始于中国，著名的《本草纲目》中所记载：蟹壳有破淤消积的功能。
“蟹”字本身即指解毒的虫类。
国外最早发现甲壳素的是法国科学家布拉克诺（Braconnot），他在1811年首先从蘑菇中发现的。
之后，欧、美、日等国家医学科技界相继投入巨资予以研究、开发和应用。
日本率先将甲壳素类物质经临床实验后，以保健食品投放市场，并成为唯一可宣传疗效的功能性食品，在短短的30年后，使日本跃居世界第一长寿国。
1991年在甲壳素国际学术会议上，日本、美国的医学界、大学及营养食品机构一致将甲壳素与蛋白质、脂肪、糖、维生素和矿物质并列，被誉为人体“第六生命要素”。
后来被称为“人体的软黄金”、“血管的清道夫”、“人体免疫卫士”、“人体长寿因子”、“人体杀毒软件”等等。
为何甲壳素会有这么多的美称?让我们来慢慢地揭开它的面纱。
纤维素是我们的老朋友，我们与之朝夕相处。
甲壳素也是纤维素，只是通常我们说的纤维素，一般是指植物性纤维素，而甲壳素是动物性纤维素却被忽略。
其实它们二者是我们生活中的“黄金搭档”。
（1）甲壳素与纤维素的结构纤维素的结构式甲壳素的结构式从结构式上我们可以看出，纤维素的一个羟基换成乙酰氨基，使两种物质就产生了不同的作用。
我们日常生活中从来就离不开纤维素，而甲壳素却极少，人体又不能合成，所以只有靠外源性补充。
近年来，随着大棚的建立，农药、杀虫剂和抗生素的大量使用，严重的改变了生态系统，食物链被中断了，农业发展的环境遭到了破坏，打破了人类健康饮食的平衡，又增加了农药在日常饮食中残留的毒害，所以人们慢性病和重大疾病的患病率越来越高，并趋向于年轻化。
甲壳素与壳聚糖
壳聚糖具有良好的水溶性、生物相容性和生物活性，能够 被生物体内的酶降解。
总结
甲壳素和壳聚糖在性质上的差异主要表现在水溶性和生物降解 性上，甲壳素不易溶于水且不易被生物降解，而壳聚糖具有良
好的水溶性和生物降解性。
应用比较
甲壳素
甲壳素在医学、环保、农业等领域有广泛应用，如制备人工皮肤、药物载体和生物材料 等。
食品工业
02
03
环保领域
甲壳素和壳聚糖在食品工业中的 应用将更加广泛，如食品添加剂、 保鲜剂、食品包装材料等。
甲壳素和壳聚糖在环保领域的应 用将得到发展，如污水处理、土 壤修复等。
甲壳素与壳聚糖的环境影响
减少环境污染
随着提取技术的发展，甲壳素和壳聚糖的生产过程将 更加环保，减少对环境的污染。
资源化利用
甲壳素和壳聚糖的废弃物将得到有效利用，实现资源 化利用，减少浪费。
生态平衡
合理利用甲壳素和壳聚糖资源将有助于维护生态平衡， 促进可
抗菌性
壳聚糖具有广谱抗菌活性，能够抑制多种细菌的 生长繁殖。
生物降解性
壳聚糖可被微生物分解为低分子物质，最终分解 为水和二氧化碳，具有良好的生物降解性。
壳聚糖的应用
食品添加剂
壳聚糖可用于食品保鲜、增稠、稳定等功能， 提高食品品质和口感。
医疗领域
壳聚糖在医疗领域可用于制作止血纱布、药 物载体、组织工程支架等。
02 壳聚糖简介
壳聚糖的来源
甲壳素
壳聚糖是甲壳素经过脱乙酰化反应后 得到的，甲壳素广泛存在于虾、蟹等 甲壳动物的外壳以及菌类、昆虫等节 肢动物的外骨骼中。
提取过程
通过酸碱处理、脱钙、脱蛋白等步骤 ，将甲壳素脱去乙酰基，得到壳聚糖 。
《甲壳素和壳聚糖》课件
甲壳素和壳聚糖是两种重要的生物聚合物，具有广泛的应用领域和研究价值。 本课件介绍甲壳素和壳聚糖的概念、特点、生产过程以及应用场景，探讨其 在纳米材料、环保材料和生物医药应用中的研究进展。
甲壳素和壳聚糖的定义
甲壳素是一种存在于甲壳类动物外骨骼和植物细胞壁中的多糖，具有高分子 量和结构复杂性；壳聚糖是由甲壳素水解而成的聚合物，具有多种化学官能 团。
工业原料
甲壳素和壳聚糖可以用于制备纤维素膜、水凝 胶、滤材和纺织品等工业材料。
甲壳素和壳聚糖的研究进展
1
纳米材料
甲壳素和壳聚糖具有高分子量和结构多样性，可用于制备纳米颗粒、纳米纤维和 纳米膜等材料。
2
环保材料
甲壳素和壳聚糖来源于可再生资源，具有生物降解性和环境友好性，被广泛应用 于Biblioteka 境保护和可持续发展领域。3
生物医药应用
甲壳素和壳聚糖具有生物相容性和药理活性，可用于药物传递、组织工程和癌症 治疗等生物医药应用。
结论
甲壳素和壳聚糖作为重要的生物聚合物，在食品、医药、化妆品和工业等领域具有广阔的应用前景。随着对其 生产过程和应用研究的深入，甲壳素和壳聚糖的应用领域将不断拓展。
甲壳素和壳聚糖的来源
甲壳素主要来自海洋中的甲壳类动物，如虾、蟹、贝类等；壳聚糖来自甲壳 素的水解转化。这些天然材料被广泛应用于食品、药品和化妆品等领域。
甲壳素和壳聚糖的物理特性
甲壳素和壳聚糖具有高度吸水性、生物可降解性和生物相容性，同时还具有一定的机械强度、透明度和稳定性。
甲壳素和壳聚糖的化学特性
甲壳素和壳聚糖含有丰富的氨基、羟基和醛基官能团，具有还原性、离子交 换性和手性引发反应等特性，可用于化学修饰和功能化。
甲壳素与壳聚糖
2 制成医学功能性纤维 壳聚糖具有一定的流延性及成丝性．可制成纤维形 式。在大分子结构上，甲壳质和壳聚糖与人体内存 在的氨基葡萄糖构成相同及具有类似于人体骨胶原 组织的结构，这赋予了它们极好的生物医药特性， 它具有理想的生物相溶性和生物活性，具有抑菌、 止血、抑制胃酸、抗溃疡、降血脂、降胆固醇、凝 集L。白血病细胞、消炎、镇痛、促进伤口愈合等 作用。甲壳质和壳聚糖纤维可做成手术缝合线、止 血棉、纱布、药布、绷带、创可贴、薄膜等各种医 用敷料，用混式纺丝法还可将壳聚糖制成无纺布的 人造皮肤。
3 用作无纺布粘合剂
壳聚糖溶解在其溶剂中形成溶液后．得到稠 厚、高粘度粘液，可作为粘合剂．但阳荷性 的壳聚糖溶液易与阴荷性物质如海藻酸钠浆 或电荷相反的染料凝结形成沉淀或沾色．因 此在涂料印花粘合剂中较少应用，但它作为 无纺布粘合剂则具有优良的粘合能力。
在化妆品中的应用
壳聚糖在酸性条件下可成为带正电荷的高分 子聚电解质而直接用于香波、洗发精等的配 方中，使乳胶稳定化以保护胶体；壳聚糖本 身的带电性使其具有抑制静电荷的蓄积与中 和负电荷的作用，这种带电防止的效能可以 防止脱发；壳聚糖能在毛发表面形成一层有 润滑作用的覆盖膜，因此可减少摩擦，避免 洗发所引起的对毛发的伤害。
❖ 由于它主要存在于低等动物中，特别是节肢动物的 甲壳中．始称甲壳素。又名甲壳质、几丁质、壳多 糖、壳蛋白、明角质。化学上命名为[(1，4)一2一
乙酰氨基一2一脱氧一β-D一葡萄糖]或【β-(1—4)
一2一乙酰氨基一2一脱氧一D一葡萄糖】，是N一 乙酰基一葡萄糖通过3一(1，4)甙糖键联接而成的直 链状多糖。
制备流程图
甲壳素／壳聚糖制备工艺的细化
❖ 甲壳素的提取过程主要是用酸脱碳酸钙，用 碱脱蛋白质，这个过程中产生一定量的酸碱 废液，对环境有一定的污染，研究人员在甲 壳素的提取工艺方面作了改进。
天然高分子
水解 壳聚糖
虾蟹壳
壳聚糖的应用
壳聚糖具有较强的吸附性， 可用于：
香烟过滤嘴
• 絮凝剂絮凝澄清专用壳聚 糖具有天然、安全、无毒、 无害等特点
• 壳聚糖在工业上常作为吸 附材料应用于工业排出物 中重金属离子的回收
壳聚糖作用分析
利用特定规格的壳聚糖吸附能力强的特性，用作 香烟过滤咀中的吸附剂，与正在使用的醋酸纤维 过滤咀比较，能有效地减少香烟中有害成份对人 体的毒害，对环境保护都将有积极的作用。
淀粉的应用
可降解日用品
现代的医药工业几乎有一半需要淀粉。抗菌素多 以葡萄糖为碳源，也有直接以淀粉为原料。片剂 生产大部分采用淀粉，淀粉无毒性、资源丰富和 价廉，是很好的辅料。
……………
壳聚糖
甲壳素用强碱或酶水解脱去部分或全部乙酰基
Байду номын сангаас
就转化为壳聚糖 (chitosan)。
甲壳素
清洗，去除 无机盐和蛋白质
我重点要说的是 纤维素，淀
粉,甲壳素
纤维素
棉花：是棉属植物种 子的表皮毛，是自然 界纯度最高的纤维。 木材：是自然界中纤 维素最主要的来源。 草类：包括禾本科和 竹科等植物的茎。
纤维素具有一定的结晶性；
纤维素的分子间存在非常强烈的氢键，使得其具 有更高度的结构有序性，耐化学腐蚀性和耐溶剂 性。
天然高分子材料
材料物理 北一510
天然高分子材料的简单介绍
天然高分子是指没有经过人工合成，天然 存在于动植物和微生物体内的大分子有机 化合物。
天然高分子都是处在一个完整而严谨的超 分子体系内，一般是多种天然高分子以高 度有序的结构排列起来。
天然高分子材料的优点
甲壳质与壳聚糖纤维
发 展 概 况
1811年，法国人Braconnot发现甲壳素。
1859年，Roughet发现壳聚糖以后，世界各国的科学家对甲壳素与 壳聚糖的结构、性质和生物医药特性等开展了多方面的研究。
1926年，Von Weimarn考虑用甲壳素纺制纤维。 1936年，G．W．Rigby得到了用于生产壳聚糖及从壳聚糖生产薄膜 和纤维的专利。 1977年，在美国召开了有关甲壳素、壳聚糖开发研究的第一次国际学 术会议，迄今，对甲壳素的研究已形成了一门独立的学科—甲壳素化学， 并成为当今世界七大前沿学科领域之一。 因为甲壳素与壳聚糖的溶液具有优良的可纺性，各国研究人员通过不 同的溶剂和生产生产工艺制取甲壳素及壳聚糖纤维。
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一、甲壳素与壳聚糖的结构
甲壳素又称甲壳质、壳质、几丁质，是一种带正电荷的天然多糖 高聚物。它是由2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖通过β (1-4)糖甙连接 起来的直链多糖，它的化学名称是(1-4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β -D葡聚糖，或简称聚乙酰氨基葡糖。
CH2 CH2OH H OH H OH H O H NH C O CH2 H O H H OH H C NH H O H O O CH2OH H O H OH H H NH C O CH2 H O H H OH H CH2OH (n-2)/2 CH2 C O NH H H O OH
第四节 甲壳素与壳聚糖纤维
甲壳素纤维（Chitin Fiber）与壳聚糖纤维（Chitosan Fiber）是用甲壳素或壳聚糖溶液纺制而成的纤维，是继纤 维素纤维之后的又一种以天然高聚物为原料的纤维。 甲壳素（Chitin）是由虾、蟹、昆虫的外壳及菌类、藻 类的细胞壁中提炼出的一种天然生物高聚物。壳聚糖 （Chitosan）是甲壳素经浓碱处理后脱去乙酰基的产物。 在自然界中，甲壳素的年生物合成量在1 000亿吨以上， 是一种仅次于纤维素的蕴藏量极为丰富的有机再生资源。
甲壳素与壳聚糖综述
二、壳聚糖的制备方法
二步碱液法 ( 传统法)
改进碱液法
该工艺具有制备周期短、节约能源; 节约烧碱用量, 降低成本, 省去漂白, 确保产品质量的优点。
微波法
该工艺的特点不仅作用时间短, 能耗低, 而且比常 规加热碱液处理效率提高 11 倍多, 同时反应重复性好。
三、甲壳素、壳聚糖的应用
功能 材料
存在状态：
甲壳素的结构因氢键类型不同而有 三种结晶体： ➢α-甲壳素，由两条反向平行的糖链组成 ➢β-甲壳素，由两条同向平行的糖链组成 ➢γ-甲壳素，由三条糖链组成，其中两条 同向，一条反向。
壳聚糖： 也称几丁聚糖(chitosan)，它是由甲壳素在 碱性条件下加热，脱去N—乙酰基后生成的。其学名为(1， 4)—2—氨基—2—脱氧—β—D—葡聚糖。壳聚糖外观是 白色或淡黄色半透明状固体，略有珍珠光泽。
8.在功能材料中的应用
膜材料：
（1）反渗透膜：具有较高的脱盐率和透水率，还 具有强耐碱性，交链后的膜有耐酸性。 （2）渗透蒸发膜：用甲壳素制成的分离水和乙醇 的高性能功能分离膜，与蒸馏法分离水和乙醇相 比，能耗降低。 （3）超过滤膜：甲壳素制成的壳质膜，改变成膜 温度及用丙酮等有机溶剂浸处理，可调整分离膜 的强度及透过性能，可用作超过滤膜。
1.在农业上的应用
植物病害的防治：
壳聚糖可诱导植物产生广谱抗性， 增强植物自身的防卫能力，抑制多种 病源微生物的生长。
低聚壳聚糖可以诱导植物产生抗 性蛋白，具有明显的抗微生物活性， 在体外抑制真菌的生长。
2.在化妆品原料上的应用
1）洗发香波、头发调理剂：甲壳素粉沫比表面积 大，孔隙率高，吸收皮脂类油脂远大于淀粉或其 他活性物质，是洗发剂理想的活性物质。
一是通过电荷中和而使胶体颗粒脱稳并形成细小 的絮凝体；
《天然高分子材料改性》课程教学大纲
《天然高分子材料改性》课程教学大纲ModificationofNatura1Po1ymers一、课程基本信息学时：32学分：2考核方式：考查，平时成绩占30%课程简介：天然高分子材料改性是高分子材料与工程的选修课之一，其目的是为了使学生了系统地掌握天然高分子的来源、形态、化学结构、物理性能以及反应性能。
着重使学生掌握天然高分子的改性，培养学生分析问题与解决问题的能力，培养学生一定的自学能力和对文献资料归纳总结的能力，为进一步学习专业课以及毕业后从事专业工作打下必要的基础。
二、教学目的与要求第一章绪论1.了解天然高分子的种类2.了解天然高分子改性第二章纤维素材料1.掌握纤维素的结构和性能2.了解纤维素衍生物的应用3.了解改性纤维素的合成与应用第三章淀粉材料1.了解淀粉的结构与物性2.了解淀粉改性衍生物及其应用第四章甲壳素、壳聚糖材料1.了解甲壳素和壳聚糖的结构、性质2.了解甲壳素与壳聚糖衍生物及其应用3.了解甲壳素与壳聚糖改性材料及其应用第五章蚕丝蛋白1.了解蚕丝蛋白的结构、性质2.了解蚕丝蛋白衍生物及其应用第六章环糊精1.了解环糊精的结构、性质2.了解环糊精衍生物及其应用第七章木质素材料1.了解木质素的结构与性能2.了解木质素的化学改性3.了解木质素基高分子材料4.了解木质素复合材料第八章天然高分子材料的结构和性能表征方法1.了解天然高分子的分析2.了解天然高分子的性能测试3.掌握天然高分子的生物降解三、教学方法与手段多媒体教学，教学过程中注意启发式教学，培养学生的综合应用能力。
讲授过程中，教师讲授和学生自学相结合，课堂讨论。
衡量学习是否达到目标的标准：能够制定某一种天然高分子材料性能测试的方案。
五、推荐教材和教学参考资源推荐教材：1.胡玉洁,何春菊,张瑞军.天然高分子材料（第一版）.北京：化学工业出版社,2012教学参考资源：2.胡玉洁.《天然高分子材料改性与应用》.北京：化学工业出版社，2003.3.张俐娜.《天然高分子科学与材料》（第一版）.北京：科学出版社，2017.六、其他说明1.在教学过程中，采用多媒体辅助教学，帮助学生理解各重点和难点2.教学过程中注意启发式教学，培养学生的综合应用能力3.要求学生多练习。
药用高分子材料学之甲壳素和壳聚糖及其衍生物的应用
中药方面的应用
1.壳聚糖的溶解性能 2.壳聚糖的安全性 3.生物合成与生物降解 4.壳聚糖在中药提取过程的应用
壳聚糖的安全性
壳聚糖的急性毒性实验 ,经口腔、皮 下和腹腔给药 ,大黑鼠与老鼠试验证明毒 性极低。连续投药 3 个月的亚急性毒性 实验 ,末发现病理异常。对皮肤、黏膜的 刺激性实验及皮肤吸收实验证明 ,对人类 皮肤几乎无刺激、无过敏反应、不经皮肤 吸收。其他实验表明 ,壳聚糖不溶血、无 热源性、无致突变性、抗原性很低。
食品上的应用
1.抗菌防腐剂 2.增稠剂 3.抗氧化剂 4.被膜剂 5.稳定和凝固剂 6.乳化剂 7.甜味剂
食品上的应用
1.抗菌防腐剂 壳聚糖及其衍生物有较好的抗菌活性。
Papineau等认为,由于壳聚糖分子的正电 荷和细菌细胞膜上负电荷的相互作用,使 细胞内的蛋白酶和其他成分泄漏,从而达 到抗菌、杀菌作用。 2.增稠剂
药用高分子材料学之
甲壳素和壳聚糖及其衍 生物的应用
甲壳素和壳聚糖及其衍生物的应用
我国南宋学者朱熹早在12世纪就提出了“天 无弃物”的观点,但长期以来人类开发和利用废弃 物等物质资源的广度、深度和有效程度却始终受 到科学技术和经济条件的制约.直至1811年,法国 人于大自然中最早发现了甲壳素,之后于1859年又 发现了甲壳素的脱乙酰基产物壳聚糖———一种 唯一的碱性天然多糖.近几十年来,甲壳素和壳聚糖 已成为日、美等国家的热门研究课题.据统计,近十 年来日本平均每3天就申请1项有关甲壳素或壳聚 糖的专利.我国从20世纪中期也开始开展有关的研 究和产品开发,且很快成为生产壳聚糖的主要国家 。
甲壳素和壳聚糖及其衍生物的应用
由于甲壳素和壳聚糖及其衍生物具有 诸多良好特性, 随着研究的进一步深入, 其 应用领域会不断拓展。
甲壳质与壳聚糖
• 在农业上的应用：促进种子发育、提高抗菌力、药物胶囊 、地膜材料、土壤改良剂。 • 在化妆品原料中的应用：洗发香波、头发调理剂、固发剂 、牙膏添加剂。 • 在造纸化学品中的应用：抗溶剂、施胶剂、纸张表面改性 、纸张增强剂。 • 在保健邻域中的应用：对消化系统的保护、减肥去脂作用 、高血压的预防与治疗、增强免疫功能，延缓衰老。 • 在纺织印染业中的应用：用做纤维、防皱整理剂、纺织整 理剂 • 在食品工业中的应用：减肥食品、降血压食品、心血管疾 病防治食品、糖尿病并防止食品、胃溃疡防治食品、肝脏机 能强化食品、抗癌食品、肠内菌群调节食品、微量元素人体 内重金属离子排除食品、口腔保健食。 • 在医学领域中的应用：缝合线、人造皮肤、止血剂、制备 分离膜和高性能纤维、药品的助剂、胶囊剂和缓释剂
• 壳聚糖:白色或淡黄色半透明状固体，略有珍珠光
泽。不溶于水或碱液，可溶于大多数稀酸。
甲壳质的化学性质：
• 可被酶分解而吸收。
• 对人体细胞有很强的亲和性 。
• 溶解后呈凝胶状态，具有较强的吸附能力。
• 可螯合重金属离子，作为体内重金属离子的排泄
剂。
• 甲壳质是天然纤维素(动物性食物纤维)，没有毒 性和副作用，其安全性和砂糖近似。
?甲壳质chitin又称甲克素壳多糖几丁质是n乙酰氨基葡萄糖以14苷键结合而成的一种氨基多糖其基本结构是壳二糖chitobiose单元它的结构与纤维素类似在纤维素的2位羟基上带入乙酰氨基构成14结合n乙酰氨基葡萄糖聚合物
壳聚糖与甲壳质
第二组
甲壳素
水溶性壳聚糖
壳聚糖
甲壳素
壳聚糖与甲克质
来源与制法 性 质
结束语
• 甲壳素和壳聚糖具有资源丰富、价格便宜、安全无 毒、生物相容性等优点, 应用领域十分广阔。 • 研究将会在高经济附加值的生物医用材料，智能材 料等方面进行展开。 • 甲壳素纤维有好的吸湿性、强度高等特点,将其与特 定功能的材料联合制备复合材料将是研究的热点。 • 我国的甲克素生产技术还不高，产品档次还较低,因 此我们应该大力开展基础和应用开发的研究。
甲壳素与壳聚糖简介课件
甲壳素与壳聚糖的生产工艺：
制备甲壳素的主要操作是：脱钙和脱蛋白。
? 酸的作用即为脱钙，即用于浸泡虾蟹壳时使其中的碳酸钙
和无机盐变为水溶性溶液和二氧化碳等。 碱的作用即为脱蛋白，因为蛋白质在碱液中比在酸液中溶
解得较快也较完全。 这样剩余下来的就是甲壳素。
你现在学习的是第19页，课件共31页
甲壳素与壳聚糖的生产工艺：
壳 聚 糖
甲 壳 素
你现在学习的是第20页，课件共31页
甲壳素与壳聚糖的应用：
1.甲壳素与壳聚糖在食品工业上的应用：
国内外大量研究表明，甲壳素和壳聚糖是无毒的，美国食品与医 药卫生管理局（FDA）已批准其为食品添加剂。
在日本，甲壳素或壳聚糖在食品工业中使用的数量，要占到总 量的70%。
你现在学习的是第24页，课件共31页
甲壳素与壳聚糖的应用：
（4）抑菌和保鲜作用
（ba））抑保菌鲜作作用用： 壳甲聚壳糖素以和壳其聚独糖特及的它结们构的，衍对生许物多对真果菌蔬具具有有抑明制显的作保用鲜。防已腐发作现用壳，
聚这糖些对作金用黄来色源葡于萄来球源菌于、它大们肠很杆好菌的、成小膜肠性结和炎耶抑尔菌森作菌用、，鼠甚伤至寒能沙 门激菌发和一李些斯有特益单酶核的增作生用菌及这抑几制种一常些见有食害物酶中的毒菌作具用有。较强的抑制作 用。壳聚糖具有很好的成膜性，将壳聚糖溶液喷涂到果蔬表面，干燥后即 在果蔬在表日面本形已成有一将层壳无色聚透糖明作的为可食食品用防薄腐膜，剂由的于专壳利聚。糖膜的独特物理和生
（3）分离树脂 可用来回收重金属、核酸、核苷酸、氨基酸，作高压液相色谱柱的载体
，薄层色谱的载体。
你现在学习的是第26页，课件共31页
甲壳素与壳聚糖的应用：
4、甲壳素与壳聚糖的改性及应用
谢长志:男,1979年生,硕士研究生,主要研究方向为功能高分子 刘俊龙:通讯联系人 Tel :0411281227868 E 2mail :junlongliu @甲壳素与壳聚糖的改性及应用谢长志,王 井,刘俊龙(大连轻工业学院化工与材料学院,大连116034) 摘要 甲壳素、壳聚糖及其衍生物是一种天然高分子,随着对其研究的深入发展,涉及的内容和应用范围越来越广泛。
概述了甲壳素、壳聚糖的结构、性质及其化学改性和共混改性的方法,简单介绍了它们的应用领域。
关键词 甲壳素 壳聚糖 化学改性 共混改性 应用Modif ication and Application of Chitin and ChitosanXIE Changzhi ,WAN G Jing ,L IU J unlong(School of Chemistry Engineering &Material ,Dalian Institute of Light Industry ,Dalian 116034)Abstract Chitin ,chitosan and their ramifications are nature macromolecules.With the investigation ,theircontents and applications are broad.The article summarizes the structures ,properties ,chemical modifications ,blend 2ing modifications ,applications of the chitin and chitosan 1K ey w ords chitin ,chitosan ,chemical modification ,blending modification ,application0 前言甲壳素(chitin )学名为:β2(1,4)222乙酰氨基222脱氧2D 2葡萄糖,为白色或灰白色无定型、半透明固体[1],广泛存在于海洋甲壳动物外壳、软体动物内骨骼、昆虫翅膀、菌类及藻类细胞壁内[2]。
第4章-甲壳素和壳聚糖-天然高分子材料
Biopolymers: Chitin & Chitosan
• 二级结构：甲壳素分子链上的羟基、N-乙酰胺基和氨
基形成的各种分子内和分子间氢键。 • 这些氢键的存在，阻抑了邻近的糖残基沿糖苷键的旋
转，同时，相邻糖环之间的空间位阻降低了糖残基旋 转的自由度，从而限制了旋转角的大小，这样就构成 了刚性长链分子。
17Байду номын сангаас
• 在从甲壳素制备壳聚糖时，在相同的碱浓度和相同的温度下 制备同样脱乙酰度的壳聚糖，在相同的反应时间下，-甲壳 素的脱乙酰度远远高于-甲壳素。说明-甲壳素结晶度很高， 分子间具有非常强的作用。
• 在相同的脱乙酰度下， -壳聚糖具有很高的结晶度，但是壳聚糖主要表现为无定型结构。
虾-甲壳素和-甲壳素在30% NaOH中100ºC下的脱乙酰化反应
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Biopolymers: Chitin & Chitosan
甲壳素分子内和分子间的氢键结构
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Biopolymers: Chitin & Chitosan
• 三级结构：指由重复顺序（二糖单元）的一级结构和 非共价相互作用造成的有序的二级结构导致空间有规 则而粗大的构象。
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• 型结晶含量最为丰富，存在于节肢动物的角质层和一 些真菌中。
• 自然界中存在的甲壳素中，-甲壳素通常与矿物质沉 积在一起，形成坚硬的外壳。
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• -甲壳素的分子链以平行方式排列。 具有伸展的平行链结构，通过氢键键合。 自然界中， 型结晶多以结晶 水合物的形成存在。水分子能 在晶格点阵的键间渗透，使 型结晶稳定性较低。 与型结晶相比， 型具有更多 的无定型结构。 -甲壳素在6mol/L的盐酸中会变成-甲壳素。
甲壳素和壳聚糖作为天然生物高分子材料的研究进展
知识介绍甲壳素和壳聚糖作为天然生物高分子材料的研究进展车小琼,孙庆申,赵凯(黑龙江大学生命科学学院微生物黑龙江省高校重点实验室,黑龙江大学,哈尔滨150080)摘要:甲壳素是自然界中含量仅次于纤维素的天然高分子,壳聚糖是甲壳素脱乙酰化后带有阳离子的多糖。
壳聚糖中的自由氨基以及它的高结晶性,使得它能溶于酸,而不溶于碱和绝大数的有机溶剂。
同时壳聚糖具有无毒性、无刺激性、良好的生物相容性、生物可溶解性,以及高的电荷密度,因而被作为一种新型的天然生物材料得到广泛应用。
文章介绍了甲壳素和壳聚糖的结构和性质,综述分析了甲壳素和壳聚糖在制备微球和作为支架材料中的应用,并总结了甲壳素和壳聚糖在这两个方面存在的问题和发展前景。
关键词:甲壳素;壳聚糖;微球;组织工程;支架甲壳素(chitin)又名甲壳质、几丁质,是一种广泛存在于昆虫、海洋无脊椎动物的外壳以及真菌细胞中的天然高分子化合物[1]。
壳聚糖(chitosan)是甲壳素脱乙酰基后的产物,具有良好的生物相容性和生物可降解性,因此可用作生物材料,甲壳素和壳聚糖具有来源广泛、取材方便等优点[2,3]。
1甲壳素、壳聚糖的理化性质甲壳素是一种天然高分子化合物,其学名是B-(1y4)-2-乙酰胺基-2-脱氧-D-葡萄糖,是由N-乙酰胺基葡萄糖以及B-1,4糖苷键缩合而成[4]。
如果把此结构中糖基上的N-乙酰基大部分去掉的话,就成为甲壳素最为重要的脱乙酰化衍生物壳聚糖。
壳聚糖是由D-氨基葡萄糖和适量的N-乙酰-D-氨基葡萄糖以-B(1,4)糖苷键连接而组成的。
其化学名是(1,4)-2-氨基-2-脱氧-B-D-葡萄糖,结构类似于纤维素[1,2]。
111甲壳素、壳聚糖的物理性质甲壳素呈灰白色或白色片状、半透明、略有珍珠光泽的无定性固体,相对分子量因原料和制备方法的差异而从数十万到数百万不等。
不溶于水、稀碱、稀酸及一般的有机溶剂,可溶于浓的盐酸、硫酸、硝酸等无机酸和大量的有机酸[1]。
甲壳素与壳聚糖
甲壳素和壳聚糖具有调节植物生长、增强植物抗逆性等作用，在农业领域具有潜在的应 用价值。
甲壳素与壳聚糖的未来展望
提高产量与质量
通过优化提取和制备工艺，提高甲壳素和 壳聚糖的产量与质量，以满足市场需求。
A 拓展应用领域
随着研究的深入，甲壳素和壳聚糖 的应用领域将进一步拓展，如在新 材料、新能源等领域的应用探索。
多元化提取
未来将开发出更多元化的提取方法，满足不同来源和性质的甲壳素 与壳聚糖的提取需求。
甲壳素与壳聚糖的应用领域拓展
生物医学领域
随着研究的深入，甲壳素与壳聚 糖在生物医学领域的应用将更加 广泛，如药物载体、组织工程、 生物材料等。
环保领域
由于甲壳素与壳聚糖具有优异的 生物降解性，未来在环保领域的 应用将更加广泛，如污水处理、 土壤修复等。
甲壳素和壳聚糖都具有抗菌、抗 炎、抗肿瘤等生物活性，可应用 于伤口愈合、抗炎治疗、抗肿瘤 药物载体等方面。
04 甲壳素与壳聚糖的未来发 展
甲壳素与壳聚糖的提取技术发展
高效提取
随着科技的不断进步，甲壳素与壳聚糖的提取技术将更加高效， 提高产量和纯度，降低生产成本。
环保提取
在提取过程中，将更加注重环保，减少对环境的污染，开发出更加 环保的提取方法。
循环利用
03
研究甲壳素与壳聚糖的循环利用技术，实现资源的有效利用，
降低生产成本和环境负担。
05 结论
甲壳素与壳聚糖的重要地位
生物医用材料
甲壳素和壳聚糖具有良好的生物相容性和生物降解性，在生物医用材料领域具有广泛的 应用前景，如药物载体、组织工程和创伤敷料等。
环保领域
甲壳素和壳聚糖可降解，对环境友好，可用于环保领域，如污水处理、重金属离子吸附 等。
甲壳素和壳聚糖的化学性质和应用
甲壳素和壳聚糖的化学性质和应用普拉迪普·库马尔·杜塔，乔伊迪普格杜塔和特里帕蒂阿拉哈巴德，莫逖尼赫鲁国家技术研究所，化学系211004。
甲壳素和壳聚糖是相当灵活和有前途的生物材料。
脱乙酰甲壳素和壳聚糖衍生物，更加有用和有趣的生物活性聚合物。
尽管它的生物降解性，它有许多反应性氨基酸侧链基团，其中提供化学修饰，形成了大量的各种有用的衍生物，是市售的可能性或者可以通过接枝反应和离子相互作用。
本研究着眼于当代研究甲壳素和壳聚糖对在各种工业和医学领域的应用。
关键词：甲壳素，生物降解性，壳聚糖，生物材料介绍甲壳素是第二个最普遍的物质，地球上仅次于纤维素和多糖：它是由（1→4）组成的联-2 - 乙酰氨基-2 - 脱氧- - glucose1（D-N-乙酰葡糖胺）（图1）。
它通常被认为是纤维素衍生物，甚至不会发生在生产纤维素的生物中。
它与纤维素结构上是相同的，但它在C-2位置上具有乙酰胺的组（NHCOCH3）。
同样的衍生物甲壳素，壳聚糖线型聚合物（1→4） - 连接的2 - 氨基-2 - 脱氧--D-吡喃葡萄糖，很容易推导出N-脱乙酰化，其特征在于，不同程度上的脱乙酰度，因此它是一个的N-乙酰葡糖胺和葡糖胺的共聚物（图2）。
估计甲壳素每年待产几乎与纤维素一样多。
它已成为极大的研究热点，不仅是一个可利用的资源，也可作为一个新的高功能的生物材料，潜在于各个领域中的最新进展，化学作用是相当显著的。
图1 - 甲壳素结构图2 - 部分脱乙酰甲壳素甲壳素是一种白色，坚硬，无弹性，在含氮多糖中的外骨骼中发现，以及在内部结构的无脊椎动物中发现。
这些天然聚合物表面的一个主要来源在沿海地区。
作为食品工业中获得的甲壳类的壳进行脱乙酰壳多糖的生产，在经济上是可行的，特别是如果它包括恢复类胡萝卜素。
贝壳含有相当数量的虾青素，迄今尚未合成，类胡萝卜素是作为鱼类食品添加剂销售水产养殖，特别是鲑鱼。
印度的平均降落的固体废物分数贝类介乎60,000至8万吨。
甲壳素与壳聚糖全解
（2）施胶剂
（3）纸张表面改性 （4）纸张增强剂：理想的增强剂是线性聚合物，并具有: ①聚合物官能团能充分接近纤维表面； ②分子量大，具有成膜能力，对纤维有足够的粘合强度和
在纤维间架桥的能力 ；
③分子链上有许多正电荷中心和氢键中心，便于和纤维上 的负电荷结合生成离子键，和纤维上非离子表面生成氢键。 壳聚糖完全符合上述理论要求，是理想的增强剂。
从而抑制氧化作用的形成。
（4）果汁的澄清剂
（5）保健食品添加剂
（6）婴儿乳品添加剂 （7）食物防腐剂
七、在医学领域中的应用
（1）缝合线：在血清、尿、胆汁、胰液中能保持良好
强度，使用它可被人体自行吸收，不易过敏。
（2）人造皮肤：用壳质膜制成的人造皮肤柔软、舒适， 与剖伤的贴眼性良好，且有抑痛、止血的功能。 （3）止血剂：经过壳聚糖溶液浸渍过的涤纶人工血管， 植入人体后，很快就会形成凝血层。
高产量。还有阻止植物病原菌细胞的发育生长，诱导出
宿主植物对病原菌的防护机能。 （3）药物胶囊：一次施药后，可达长期发挥药效的作 用。 （4）地膜材料：用甲壳素作降解地膜，能在土壤中分
解。
二、在化妆品原料中的应用
（1）洗发香波、头发调理剂：甲壳素粉沫比表面积大， 孔隙率高，吸收皮脂类油脂远大于淀粉或其他活性物 质，是洗发剂理想的活性物质。
（4）超过滤膜：甲壳素制成的壳质膜，改变成膜温度
及用丙酮等有机溶剂浸处理，可调整分离膜的强度及透 过性能，可用作超过滤膜。
九、 吸附剂
（1）脱色吸附剂（特点）：
1对酸性的染料有优异的吸附能力； 2在水中有优良的分散性，可用简单而廉价的接触过 滤法处理； 3使用后的吸附剂，过滤性能优良，吸附剂 和回收； 4原料无毒，不会引起二次污染。 易处理
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-甲壳素是聚N-乙酰胺基-D-葡萄糖胺的螺旋型物，每个
单元晶胞含有两条旋向相反的链，每条链均由两个卷曲相
连的N-乙酰胺基-D-葡萄糖胺单元构成。
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• 型结晶中，两个相连的葡萄糖胺的C3及C5原子以及 乙酰胺基的N、H原子间存在着氢键，使甲壳素型结 晶的结构紧密。
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• 二级结构：甲壳素分子链上的羟基、N-乙酰胺基和氨
基形成的各种分子内和分子间氢键。 • 这些氢键的存在，阻抑了邻近的糖残基沿糖苷键的旋
转，同时，相邻糖环之间的空间位阻降低了糖残基旋 转的自由度，从而限制了旋转角的大小，这样就构成 了刚性长链分子。
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• 在从甲壳素制备壳聚糖时，在相同的碱浓度和相同的温度下 制备同样脱乙酰度的壳聚糖，在相同的反应时间下，-甲壳 素的脱乙酰度远远高于-甲壳素。说明-甲壳素结晶度很高， 分子间具有非常强的作用。
• 在相同的脱乙酰度下， -壳聚糖具有很高的结晶度，但是壳聚糖主要表现为无定型结构。
虾-甲壳素和-甲壳素在30% NaOH中100ºC下的脱乙酰化反应
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在1600-1500 cm-1之间是C=O的 氨基的伸缩振动区，此处-甲壳 素和-甲壳素的峰位有区别：
•对-甲壳素，酰胺I带被分成两个 峰，分别为1656cm-1和1621cm-1； 而对-甲壳素，只有1626cm-1这一 个峰。
•-甲壳素的酰胺II带峰在1556cm1，-甲壳素的酰胺II带峰在 1560cm-1。
• 型结晶含量最为丰富，存在于节肢动物的角质层和一 些真菌中。
• 自然界中存在的甲壳素中，-甲壳素通常与矿物质沉 积在一起，形成坚硬的外壳。
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• -甲壳素的分子链以平行方式排列。 具有伸展的平行链结构，通过氢键键合。 自然界中， 型结晶多以结晶 水合物的形成存在。水分子能 在晶格点阵的键间渗透，使 型结晶稳定性较低。 与型结晶相比， 型具有更多 的无定型结构。 -甲壳素在6mol/L的盐酸中会变成-甲壳素。
甲壳素的结晶结构
• 甲壳素是以N-乙酰氨基葡萄糖残基形成的长链高分子化合 物，由于链的规整性大且具有刚性，并形成分子内和分子 间强的氢键，甲壳素容易形成结晶结构。
• 与纤维素相仿，甲壳素在细胞壁中构成一种称为微纤维的 生物学结构单元。甲壳素微纤维由一束沿分子长轴平行排 列的甲壳素分子构成。微纤维束的横切面呈椭圆形。微纤 维核心中的甲壳素分子常排列成三维的晶格结构。
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• 甲壳素是以一种高结晶微原纤的有序结构存在于动植 物组织中，分散在一种无定形多糖或蛋白质的基质内。
• 因分子内和分子间的氢键类型不同，甲壳素存在三种 晶型: 、、 。
• 三种晶型在晶胞中的排列各不相同。
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• 甲壳素是地球上数量最大的含氮有机化合物，其次才 是蛋白质。
• 在自然界中，甲壳素的年生物合成量约为100亿吨，是 地球上除纤维素以外的第二大有机资源，是人类可充 分利用的巨大自然资源宝库。
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甲壳素和壳聚糖的结构
甲壳素和壳聚糖分子结构
• 甲壳素是以[ N-乙酰-2-胺基-2-脱氧-D-葡萄糖] 通过(1,4)糖苷键联接而成的直链状多糖。
• 四级结构：指甲壳素长链间非共价结合形成的聚集态。 甲壳素多糖链呈双螺旋链结构。
• 甲壳素的螺旋结构模型中，微纤维在每个螺旋平面中 是平行排列，同时，平面平行与角质层的表面。一个 一个的平面绕自身的螺旋轴旋转，螺距为0.515nm，一 个螺旋平面由6个糖残基构成。
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甲壳素分子内和分子间的氢键结构
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• 三级结构：指由重复顺序（二糖单元）的一级结构和 非共价相互作用造成的有序的二级结构导致空间有规 则而粗大的构象。
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5பைடு நூலகம்
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甲壳素、壳聚糖、纤维素 分子结构式比较
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甲壳素的超分子结构
• 一级结构：在甲壳素酶自然降解甲壳素时，最后产物是甲壳 二糖，而不是N-乙酰氨基葡萄糖，说明甲壳素是以-(1,4)-甲 壳二糖残基为重复结构单元。
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• -甲壳素的衍射峰较多且明显，而-甲壳素的衍射峰较少。 • -甲壳素的结晶度高于-甲壳素，在-甲壳素的聚态结构中，
具有更多的无定形部分。
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• -甲壳素由三条糖链构成，其中两条糖链同向、一条糖链反 向且上、下排列而构成。
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• 壳聚糖(chitosan)，也称甲壳胺，基本结构单元是2-氨基葡 萄糖，由-(1,4)-糖苷键联接而成。由甲壳素经脱乙酰化 制得 。
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Deacetylation （脱乙酰）of chitin to chitosan by a chitin deacetylase （脱乙酰基转移酶）.
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第4章-甲壳素和壳聚糖-天然高分 子材料
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甲壳素的来源
• 甲壳素（chitin）又名几丁质、壳多糖或甲壳质，俗名 蟹壳素。是自然界唯一大量存在的碱性多糖。
• 广泛存在于甲壳类动物、节肢类动物的壳体、真菌 （酵母、霉菌）的细胞壁及藻类的细胞壁中。