甲壳素与壳聚糖综述
壳 聚 糖
农药载体和农药缓释剂
THANK YOU
最终确定了 chitin的化学结 构
甲壳素：又称甲壳质、几丁质，英文名 Chitin，是地球上第二大天然多糖，仅 次于纤维素
自然界中的甲壳素
甲壳素的结构
已知甲壳素是无毒、可生物降解、可食用 、 生物相容、热稳定，并具有抗氧化、抗微生 物和抗癌作用。
不溶于水和几乎所有常用的有机溶剂，它只 能溶于一些氟醇(六氟丙酮、六氟异丙醇)，碱 性冰水混合物，CaCl2·2H2O 的饱和甲醇溶液， N,N-二甲基乙酰胺氯化锂 、 (LiCl-DMAc)和低 共熔溶剂以及咪唑基离子液体。
3）：壳聚糖的有效基团NH3可以与细菌细胞膜上的类脂、蛋白质复合物反应， 使蛋白质变性，改变了微生物细胞膜的通透性，引起微生物细胞死亡。
4）：壳聚糖作为一种螯合剂，能有选择性地螯合对微生物生长起关键作用的 金属离子，尤其是酶的辅助因子，从而抑制微生物的生长和繁殖。
壳聚糖在植保上的应用
植物生长调节剂 用来处理农作物或其种子，可激发种子提早萌芽，促进作物生长，提高产量 和品质。
1）：高分子链密集于在微生物细胞表面，形成一层高分子膜，影响细菌对营 养物质的吸收，阻止代谢废物的排泄，导致菌体的新陈代谢紊乱，从而起到 杀菌和抑菌作用。
2）：分子量小于5000的壳聚糖可以透过细胞膜，破坏细胞质中内含物的胶体 状态，使其絮凝、变性、无法进行正常的生理活动，导致微生物死亡。
壳聚糖抑菌机理
壳聚糖的结构
壳聚糖的一个糖基中，C3-OH与 相邻的糖基形成氢键
一个糖基的C3-OH与相邻的糖基 的呋喃环上的氧形成氢键
壳聚糖的结构
C3-OH也可以与相邻的另 一条壳聚糖分子链的糖基 形成氢键
甲壳素与壳聚糖综述
甲壳素与壳聚糖综述甲壳素是自然界中最丰富的氨基多糖类有机资源，广泛存在于甲壳纲动物虾蟹的甲壳、昆虫的甲壳、真菌(酵母、霉菌)的细胞壁和植物(菇类)的细胞壁中，它通常与蛋白质、钙质等结合在一起,形成生物体的支撑组织。
在海洋中甲壳类动物就有两万多种，其中最主要的品种有100多种，各种虾类和蟹类是最主要的甲壳类水产。
甲壳素的自然年产量大约与纤维素差不多，估计每年生物合成的甲壳素达100亿吨。
全世界每年水产加工后的甲壳素废弃物约为140多万吨,甲壳素在我国有丰富的自然资源,如何充分利用这一宝贵的自然资源,长期以来一直是人们探索的课题。
早在1811年,H.Bracohnot首次从蘑菇中分离出甲壳素,并命名为“fangin”。
1823年,A.Odier发现昆虫的外皮上分布有大量的甲壳素,并用希腊语命名为“chitin”。
1859年,C.Rouget用浓氢氧化钾处理甲壳素,使其脱乙酰化,制备出能溶于稀有机酸的物质。
1894年Hoppe-seiler[1]将该物质命名为壳聚糖。
1937年,Iobell等人发现能把甲壳素水解成甲壳素低聚糖的甲壳素酶; 1973年,Eveleighdeng等人发现能把壳聚糖水解成低聚糖的壳聚糖酶。
壳聚糖酶对生物体自溶、形态发生和营养代谢中具有一系列重要作用,同时一些疾病和生物共生现象也与壳聚糖酶有关。
1977年,日本人首次将壳聚糖作为天然絮凝剂处理废水。
同年,在美国波士顿召开第一次有关甲壳素/壳聚糖的国际会议。
从此,甲壳素的开发应用在世界范围内形成一股热潮[1]。
甲壳素及其衍生物由于其优异的生物性能而具有广泛的应用前景，对其物理与化学结构的研究也一直是高分子材料领域所关注的热点。
随着现代化表征手段的建立和应用，对甲壳素及其衍生物的化学结构，超分子结构以及它们的应用研究得到了极大的发展。
甲壳素及其衍生物己被广泛应用于农业、食品添加剂、化妆品、抗菌剂、医疗保健以及药物开发等众多领域，其中尤为重要的是生物医用领域。
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 。
第七章 甲壳素与壳聚糖
1、机能食品
前几丁聚醣在机能性食品上的应用最受到瞩目，具多项生理调节 机能，包括无毒性的抗癌效果、改善消化吸收机能、降低脂肪及 胆固醇摄取、降低高血压、强化免疫力等。 通常造成高血压及心脏病的原因是脂肪、盐分的过量摄取，这也 是目前的主要病因。而几丁质和几丁聚醣具有很好的调节血压能 力，它带有正电荷的纤维分子，可以吸收带有负电性的脂肪酸、 胆固醇、食盐的氯离子等，因而具有调节血压的作用，在临床医 学上已有许多实例。 几丁聚醣在市面上最热门的用途是体重调节。经过医学证实，在 餐前服用几丁聚醣可以在胃中吸收食物中的脂肪球，避免过量脂 肪吸收。通常几丁聚醣可吸收五倍的脂肪酸，已被广泛应用于瘦 身健康食品上。
三、甲壳素的开发应用前景
甲壳素中的主要成分几丁质与几丁聚醣是由天然物质 所制取的生物高分子，与天物体细胞有良好的生物兼 容性（biocompatibility），不具毒性且可以被生物体 分解，具有生物活性，因此广泛地应用在医药食品等 方面。甲壳素的主要应用方向有： 1、机能食品 2、医药用品 3、食品加工 4、纺织品 5、环保用品
二、甲壳素的功效
强化免疫力---甲壳素能提高身体的免疫机能，加强免疫细胞的增殖，因 此有强化免疫力的功效。日本发表的动物实验证实，甲壳素的免疫强化 作用 有助于减少肿瘤细胞的伤害，及促进肝脏受损细胞的新生与正常 化。 无毒性抗癌效果---甲壳素的抗癌效果已由日本东北药科大学确认，且其 抗癌效果适合生物体而无毒性反应出现。北海道大学的研究小组也发现， 甲壳素有抑制恶性肿瘤细胞扩散及移转的效果。 降低胆固醇---甲壳素在体内以带正电的阳离子形态出现，可与胆酸和胆 盐结合，因而抑制小肠对胆固醇的吸收，不但会减少胆固醇在肝脏的堆 积量、 也可降低恶性胆固醇(LDL)的浓度、提高良性胆固醇(HDL)的含 量， 因此对于预防动脉硬化及心血管疾病有很好的效果。 改善消化机能---甲壳素可促进肠内有益菌丛的繁殖，抑制有害菌丛的滋 生，及减少大肠菌生长的机会，因此可以达到健胃整肠的功效。
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。
1 甲壳素与壳聚糖
1 甲壳素与壳聚糖甲壳素(chitin)又名甲壳质、壳蛋白、几丁、几丁质,广泛存在于昆虫和甲壳动物(虾、蟹等)的甲壳中,少数真菌和绿藻等低等植物的细胞壁中也含有甲壳素。
在天然高分子中,其数量仅次于纤维素。
甲壳素是由N-乙酰-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖经由β-1,4糖苷键聚合而成的线型高分子,分子量100万以上。
甲壳素和壳聚糖有不同的化学结构,甲壳素分子链上存在羟基和乙酰基,壳聚糖分子链上还含有游离的氨基可以通过各种化学改性,获得多种功能和用途。
甲壳素和壳聚糖可以与一氯乙酸、环氧乙烷、丙烯腈等醚化剂进行羧甲基化、羟乙基化、氰乙基化反应,生成相应的离子型醚和非离子型醚。
例如,在碱性(NaOH)条件下,以异丙醇为溶剂,加入一氯乙酸与甲壳素或壳聚糖反应,经中和、洗涤、干燥得到羧甲基甲壳素或羧甲基壳聚糖,是一类水溶性离子型醚。
2 甲壳素和壳聚糖的应用甲壳素、壳聚糖及其多种多样的化学改性产品具有种种功能,在纺织、印染、造纸、生化、食品、医疗、日用化工、农业和环境保护等方面都得到了广泛应用。
壳聚糖是一种阳离子聚电解质,对固体悬浮物有很好的凝聚作用,壳聚糖本身无毒性,所以可作为絮凝剂应用。
例如:用于水质净化和饮料(果汁、果酒)的除浊澄清;仪器工业下脚废水处理及对淀粉、蛋白质的回收;活性污泥的凝集及脱水;印染废水染料的凝集等。
根据美国商业部估计,目前全世界甲壳素的工业用量每年约15万t,主要用作环保处理剂及净水剂、约占50%。
它涉及的行业有食品业、屠宰业、染整业、电镀业。
甲壳素本身是天然材料,在发达国家环保管理机构均鼓励业界优先考虑使用,因对于其凝集之沉淀物不需考虑“二次污染”问题。
以甲壳素为主的滤材目前已使用于游泳池及其他大型水池除污及饮水净化。
甲壳素和壳聚糖及其衍生物在农业、纺织、造纸、生化、化学分析、重金属富集回收等方面还有多种用途。
甲壳素及其衍生物由于分子中羟基、氨基及其他基团的存在,对许多金属离子具有螯合作用,所以能有效地吸附或捕集溶液中的重金属离子,但不吸附水中的K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、CO32-、HCO3-等离子,因而不影响天然水的本底浓度。
第五节甲壳素和壳聚糖
壳聚糖： 葡萄糖胺为基本单位， 脱乙酰度由60%～100%不等。 脱乙酰度55-70%（低脱乙酰度壳聚糖），
70-85%（中~），85-95%（高~） 95-100%（超高~），不能达到100%
分子量10-50万
略带珍珠般的光泽
不溶于水、乙醇、酮和碱溶液，可溶于大多数稀酸 (如醋酸、环烷酸和苯 甲酸) 。在pH低于6.5时，可得到黏稠的溶液。
u 应用 手术线，人工透析膜，非纺造织物，纺织原料
6. 甲壳素和壳聚糖的应用
u 生物医用材料 相关性能：
(1) 抑菌抗感染 壳聚糖形成质子化铵盐，吸附带负电的细胞壁，改变细胞膜的选择透过性， 扰乱了细菌正常的新陈代谢，导致细胞质壁分离，抑菌杀菌。 (2) 抗病毒和抑制肿瘤 促进巨噬细胞活性，影响非杀伤性细胞(NK)活性IL22的分泌，提高机体的 非特异性免疫功能 (3) 降脂和防治动脉硬化 (4)止血作用 壳聚糖被质子化，可和许多带负电生物大分子如黏多糖、磷脂及细胞外基 质蛋白发生静电作用而形成血栓，起到止血作用。
（3）制造人造血管 内壁光滑不会凝集血球、抑制人成纤维细胞生长
（4）固定化酶载体
（5）药物辅料和载体
u 水处理材料 （1）吸附金属离子：
-NH2 和-OH与Pb2+、Cr6+、Cu2+等重金属离子形成稳定的五环状螯合物
交联微球+磁铁，去除率达98%
（2）絮凝剂、络合剂、吸附剂处理废水和饮用水 酸性条件，静电作用 碱性条件，化学吸附和物理吸附 高效絮凝剂，无毒副作用，易降解
u 聚乙二醇 PEG400交联壳聚糖，pH7条件下，对Pb吸附容量为20mg/g
5. 甲壳素纤维的成形加工
u 工艺路线 甲壳素（壳聚糖）-->（改性处理）--> 溶解--> 纺丝原液--> 过滤--> 脱 泡--> 计量--> 纺丝--> 一浴 -->拉伸--> 二浴--> 定型--> 后处理--> 干燥--> 纤维 u 制备方法 （1）甲壳素纤维
甲壳素及壳聚糖的制备与利用
甲壳素及壳聚糖的制备与利用
甲壳素和壳聚糖是生物多糖，具有广泛的应用。
它们主要来源于海洋生物，如海藻、海参、单细胞藻类等，也可以从非海洋生物中分离纯化而来，如硅藻中的甲壳素，以及禾谷科植物的壳聚糖。
甲壳素和壳聚糖的制备方法包括离子交换法、溶剂萃取法、乳化-凝胶法、气相法、水解法等，但以水解法为主，因其简便性、成本低廉、效率高、成品纯度高等优势。
在水解中，一般采用酶进行水解，如α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶等，也可以采用酸性碱性溶液进行水解。
利用甲壳素和壳聚糖可以制备各种复合材料，如复合膜、复合无纺布、复合涂料等，具有良好的抗水蚀性能、抗紫外线性能、耐腐蚀性能等，可用于食品包装、水处理、生物医学等领域。
此外，它们还可以用于制备含有药物的纳米粒子、纳米复合材料、纳米纤维素以及药物输送体系等，以及制备生物活性物质、抗菌剂、抗炎剂、抗癌剂等。
甲壳素、壳聚糖材料
(3) 酯化反应
——甲壳素或壳聚糖的羟基与酸反应生成酯 硫酸酯 试剂：浓硫酸、氯磺酸、二氧化硫、三氧化硫
特点：非均相反应；浓硫酸具有降解作用；
改进：主要为SO3—有机胺的络合物
如SO3-吡啶、 SO3-甲酰胺、 SO3-DMF
有机溶剂：DMF、甲酰胺、DMSO 特点：价格贵、保存苛刻
发展——氯磺酸-甲酰胺磺化试剂
第二种方法：
基本原理：甲壳素或壳聚糖与乙醛酸或丙酮酸反应，醛基
或酮基与壳聚糖上的氨基形成Schiff碱，再通过还原亚胺形成 C-N-C键，得到羧甲基化壳聚糖。 特点：反应活性高、N-取代； 制备过程：
(1) 将壳聚糖用蒸馏水溶胀；
(2) 加入一定量的丙酮酸，室温搅拌1 h，得透明的粘性溶液； (3) 用玻璃纤维过滤，滤液用稀NaOH溶液调pH为4~5；
第5章 甲壳素、壳聚糖材料
Chapter 5 Chitin and Chitosan Materials
甲壳素
壳聚糖
甲壳素是地球上仅次于纤维素的第二大可再生资源，
总产量100亿吨/年，水产加工废弃物中100万吨/年。 主要来源：虾壳、蟹壳、昆虫壳等；广泛存在于节肢 动物、软体动物、环节动物、原生动物、腔肠动物及真菌
高于或低于50 %，水溶性低
应用： N-酰化水溶性壳聚糖可进一步衍生化或用作医用材料 如N-马来酰化壳聚糖与丙烯酰胺共聚，得水凝胶。 O-酰化壳聚糖——氨基保护法
Shiff碱
(2) 醚化反应
——甲壳素或壳聚糖的羟基与羟基化试剂反应生成醚 常用产物：O-甲基化、O-乙基化、O-苄基化 羧甲基甲壳素/壳聚糖制备方法： 第一种方法——碱化甲壳素或壳聚糖与2-氯乙酸在异丙醇中反应
(4) 搅拌一段时间后缓慢加入硼氢化钠溶液，用稀HCl调
甲壳素综述
甲壳素和壳聚糖综述食品生物技术1班，20137710125，谭子颖一、甲壳素的概述11、甲壳素的历史1811年，法国研究自然科学史的H.Braconnot教授，用温热的稀碱溶液反复处理蘑菇，最后得到一些纤维状的白色残渣，他以为这是纤维素，并称为Fungine，即为真菌纤维素。
1823年，又一位法国科学家A.Odier从甲壳类昆虫的翅膀中分离出同样的物质，并称为chitin。
1843年，法国A.Payen发现chitin与纤维素性质不大相同。
同年，法国的ssaigne发现chitin中含有氮元素，因而证明chitin不是纤维素。
1878年，G．Ledderhose从chitin的水解反应液中检出氨基葡萄糖和乙酸。
1894年，E．Gilson进一步证明了chitin中确实含有氨基葡萄糖。
后来的研究证明，组成chitin的单体是N-乙酰氨基葡萄糖。
从1811年发现到研究清楚其结构，几乎用了100年的时间。
2、甲壳素的分布甲壳素广泛存在于甲壳纲虾、蟹的甲壳中，昆虫的甲壳，真菌的细胞壁和植物的细胞壁中。
甲壳素也存在自然界中的低等植物菌类，藻类的细细胞，被科学界誉为“第六生命要素”。
1)节肢动物，主要包括甲壳纲，如虾、蟹等，含甲壳素20%-30%，高的达到58%-85%；其次是昆虫纲，如蝗、蝶、蚊、蚕等的壳中含甲壳素20%-60%；多足纲，如蜈蚣等。
2)软体动物，主要包括双神经纲，如石鳖，蜗牛等；足纲，如乌贼，鹦鹉等；壳素含量为3%-26%。
3)环节动物，包括原环虫纲，如角蜗牛；足纲，如沙蚕，蚯蚓；的含甲壳素极少，但有的高达20%-30%。
4)原生动物，包括鞭毛虫纲，如椎体虫；肉足纲，如变形虫；纤毛虫纲，如草履虫。
5)肛肠动物，钵水母和珊瑚海。
6)海藻，主要是绿藻。
7)真菌，包括子囊菌，担子菌，藻菌等，含甲壳素从微量到45%，只要少数的真菌如Olmycetes和Trichomycetes不含甲壳素。
8)动物的关节，蹄，足等坚硬的部分，也存在甲壳素。
甲壳素∕壳聚糖及衍生物在水处理中的应用
甲壳素∕壳聚糖及衍生物在水处理中的应用摘要：甲壳素具吸附及螯合性，可以和重金属离子形成错合物，再加上其生物可分解特性，不致于造成二次公害，因此为一良好的环境友好型水处理材料。
本文主要介绍了甲壳素∕壳聚糖及衍生物在水处理中的应用研究进展。
关键词: 壳聚糖;螯合; 水处理一．壳聚糖简介甲壳质是1811年由法国学者布拉克诺(Braconno)发现，1823年由欧吉尔(odier)从甲壳动物外壳中提取，并命名为CHITIN，译名为几丁质。
外观及性质：淡米黄色至白色，溶于浓盐酸/磷酸/硫酸/乙酸,不溶于碱及其它有机溶剂,也不溶于水。
甲壳质的脱乙酰基衍生物(Chitosan derivatives)可溶于水。
甲壳素具有抗癌抑制癌、瘤细胞转移，提高人体免疫力及护肝解毒作用。
尤其适用于糖尿病、肝肾病、高血压、肥胖等症，有利于预防癌细胞病变和辅助放化疗治疗肿瘤疾病。
因此,甲壳素/壳聚糖越来越多地被国内外研究者所重视,对它的研究也日益深入,现在,甲壳素/壳聚糖的应用领域已覆盖环保、食品、生物医用材料、生物农药等诸多方面。
甲壳素的化学名称为（1，4）-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖，是线型多糖类聚合物，简称为N-乙酰-D-葡糖胺。
二．1、壳聚糖的制备壳聚糖是许多低等动物,特别是节肢类动物(如昆虫、甲壳类动物等)外壳的主要成分,主要以无机盐及蛋白质结合形式存在.但其中尤以虾蟹壳中含量最高，因此通常以是虾蟹壳为原料。
（1）传统工艺[1]以虾蟹壳为原料，常温下用稀释盐酸分解无机盐，用稀碱脱除蛋白质得甲壳素，甲壳素再经浓碱脱乙酰基得壳聚糖。
其简易流程如下：虾蟹壳——清洗、去杂质、烘干（加稀HCL）——脱无机盐（加稀NaOH）——脱蛋白质（加浓NaOH）——脱乙酰基——烘干得壳聚糖壳聚糖的主要质量指标是粘度及胺基含量，在制备壳聚糖过程中，用稀盐酸分解虾蟹壳无机盐的同时，壳聚堂的链也会发生不同程度的水解作用，因此在分解无机盐的过程中盐酸的浓度、处理时间及温度对壳聚糖制品的粘度、胺基含量均有影响。
甲壳素
甲壳素和壳聚糖综述摘要：生物相容性好、可降解、对组织和细胞无毒副作用的生物材料一直是生物医学领域研究的热点。
壳聚糖（2-氨基2-去氧β-D葡聚糖）是甲壳素脱乙酰得到的天然多糖中唯一的碱性多糖,具有很多优良的特性。
本文就甲壳素和壳聚糖的结构、性质、制备及功效进行了综述。
关键字：甲壳素和壳聚糖；结构；性质；制备；功效甲壳素又名几丁质,是自然界中含量仅次于纤维素的一种多糖,同时也是地球上数量最大的含氮有机化合物,其在自然界中主要存在于节肢动物、软体动物、环节动物、原生动物、腔肠动物、海藻及真菌等中,另外在动物的关节、蹄足的坚硬部分,动物肌肉与骨结合处,以及低等植物中均发现有甲壳素的存在。
壳聚糖是甲壳素脱去大部分乙酰基后的产物是甲壳素最为重要的衍生物。
自从1811 年,法国科学家H.Braconnnot发现甲壳素以来,甲壳素逐渐被认识与利用。
近年来,国内外相关的研究日趋活跃,甲壳素和壳聚糖已被现代科学称之为继糖、蛋白质、脂肪、维生素、矿物质等五大生命要素之后的第六生命要素。
1 结构及理化性质1.1结构[1]甲壳素是一种天然高分子化合物,其学名是β-（1→4）-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖,是由N-乙酰氨基葡萄糖以β-1,4糖苷键缩合而成的。
如果把此结构式中糖基上的N-乙酰基大部分去掉的话,就成为甲壳素最为重要的衍生物壳聚糖。
1.2 理化性质1.2.1 物理性质甲壳素是白色或灰白色无定形、半透明固体,相对分子质量因原料不同而有数十万至数百万,不溶于水、稀酸、稀碱、浓碱、一般有机溶剂,可溶于浓的盐酸、硫酸、磷酸和无水甲酸,但同时主链发生降解。
壳聚糖是白色无定型、半透明、略有珍珠光泽的固体,因原料不同和制备方法不同,相对分子质量也从数十万至数百万不等,不溶于水、碱溶液、稀的硫酸和磷酸,可溶于稀的盐酸、硝酸等无机酸和大多数有机酸,生成粘稠、透明的壳聚糖盐胶溶液,其粘度与温度、PH有关,而其溶解性与脱乙酰度有密切相关[2]。
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
甲壳素和壳聚糖 The pony was revised in January 2021备注第7章甲壳素和壳聚糖甲壳素和壳聚糖的结构、性能甲壳素的存在状态与提取方法甲壳素与壳聚糖的改性甲壳素与壳聚糖及其改性产物的应用掌握甲壳素和壳聚糖的基本结构和反应性能了解甲壳素和壳聚糖的结构改性和应用甲壳素和壳聚糖的结构、性能甲壳素的发现与命名1、1811年温热的稀碱溶液反复处理蘑菇，提取甲壳素，命名Fungine，真菌纤维素。
2、1823年甲壳类昆虫翅鞘中分离，命名Chitin3、4、1878年从Chitin水解反应液中检出氨基葡萄糖和乙酸5、1894年进一步证明Chitin中含有氨基葡萄糖，后来研究证明，Chitin是由N-乙酰基葡萄糖缩聚而成的。
二、结构特征研究证实，甲壳素与其他多糖一样，其分子链也是螺旋形，XRD照片给出的螺距为，一个螺旋平面由6个糖残基组成。
测定方法：红外、核磁共振三、壳聚糖的主要特性1. 不能完全溶解于水和碱溶液中，但可溶于稀酸(pH<6)，游离氨基质子化促进溶解。
溶于稀酸呈黏稠状，在稀酸中壳聚糖的β-1，4糖苷键会慢慢水解，生成低相对分子质量的壳聚糖。
2. 壳聚糖在溶液中是带正电荷多聚电解质，具有很强的吸附性。
3. 壳聚糖的溶解性与脱乙酰度、相对分子质量、黏度有关，脱乙酰度越高，相对分子质量越小，越易溶于水.4. 壳聚糖具有很好的吸附性、成膜性、通透性、成纤性、吸湿性和保湿性N-脱乙酰度和黏度（平均分子量）是壳聚糖的两项主要性能指标脱乙酰度（1）脱乙酰度（.）的高低，直接关系到它在稀酸中的溶解能力、黏度、离子交换能力、絮凝性能和与氨基有关的化学反应能力。
（2）测定的方法有酸碱滴定法、电位滴定法、氢溴酸盐法、胶体滴定法、苦味酸分光光度法、UV、IR法等5、黏度黏度反应了高分子物质的分子量大小，在壳聚糖的生产上，常用旋转黏度计来测定其黏度，这是表观黏度，其数值可大体反映出壳聚糖分子量的大小。
甲壳素及壳聚糖在纺织工业中的应用
甲壳素及壳聚糖在纺织工业中的应用1 概述甲壳素（Chitin）又名甲壳质、几丁质等，是一种丰富的自然资源，每年生物合成近10亿吨之多，是继纤维素之后地球上最丰富的天然有机物。
甲壳素的结构与纤维素极其相似，是一种天然多糖，可命名为（l，4）-2-乙酸氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖。
甲壳素兼有高等动物组织中胶原质和高等植物组织中纤维素两者的生物功能，对动、植物都具有良好的适应性，同时还具有生物可降解性和口服无毒性，因此近年来它已成为一种用途广泛的新型材料。
壳聚糖（Chitosan）是甲壳素脱乙酸化的产物，能溶于低酸度的水溶液中，因其含有游离氨基，能结合酸分子，故具有许多特殊的物理化学性质和生物功能。
壳聚精是甲壳素最重要的衍生物，是甲壳素脱乙酸度达到70％以上的产物，也是迄今为止发现的唯一天然碱性多糖，具有无毒性、可生物降解性、良好的生物兼容性等特性。
另外，壳聚糖分子中存有大量的氨基和羟基，可以通过化学反应在其上引入各种功能性基团进行化学修饰作为低等动物组织中的纤维成分，所以表现出了极高的应用价值和广泛的发展前景，是一种新型的多功能织物整理剂，在印染、抗折皱、防毡缩、抗菌和纤维滤嘴等方面应用广泛。
此外，将甲壳素或壳聚糖纺成纤维，进而加工成外科用的可吸收手术缝合线、伤口敷料、人造皮肤等医用材料则是近年来科学家们研究的重要课题。
2 在纺织领域中的应用壳聚糖具有许多天然的优良性质，如吸湿透气性、反应活性、生物活性、吸附性、粘合性、抗菌性等，人们利用这些性能来提高棉、毛、丝绸等天然纤维织物的染色、抗菌、防皱、防缩等性能，并可应用于纺织领域的污水处理。
2．1 手术缝合线用壳聚糖纤维制成的缝合线，在预定时间内有很强的抗张强度，在血清、尿、胆汁、胰液中能保持良好的强度，在体内有良好的适应性，尤其是经过一定时间，壳聚糖缝合线能被溶菌西每解，被人体自行吸收。
因此，当伤口愈合后，不必再拆线。
理想的外科缝合线应满足：愈合前与组织兼容；愈合时所有缝合线不拆除，逐渐被人体吸收而消失；缝合线不破坏愈合。
甲壳素和壳聚糖
甲壳素广泛存在于甲壳动物虾、 蟹、昆虫的外壳中，而且蘑菇、木 耳、藻类、贝类、软体动物（如鱿 鱼、乌贼）的软骨和表皮、节肢动 物（昆虫）以及真菌类的细胞壁中， 也存在着甲壳素。其是自然界中含 量仅次于纤维素的一种多糖, 同时,也 是地球上数量最大的含氮有机化合 物。
壳聚糖
蒸发溶剂 甲醇+NaOH
5%溶液
液晶态
纤维
Lidan, School of Chemistry & Chemical Engineering
13
Modification
甲壳素由于乙酰氨基的存在，分子间的氢键作用很强， 因而溶解困难。而壳聚糖因为有游离氨基的存在，其反应 活性比甲壳素高，但溶解性也差。为此，人们进行多种改 性以增加甲壳素和壳聚糖的溶解性。
Lidan, School of Chemistry & Chemical Engineering
17
酰化
烷基化
羟基化
羧基化
酯化
Shiff 碱
接枝
Carboxylation
在甲壳素和壳聚糖化学改性研究中,近几年关于羧基 化衍生物的报道越来越多。这是因为引入羧基后一方面 能得到完全水溶性的高分子,更重要的是能得到含阴离子 的两性衍生物。 羧甲基化甲壳素由碱性甲壳素和氯乙酸反应制得。
3 氧化铵-水 体系
detail
novel
Lidan, School of Chemistry & Chemical Engineering
11
Fuji Spinning Company: 水+二氯乙酸（DCA）
Austin：氯乙醇+硫酸
甲壳素与壳聚糖的应用
二、甲壳素及壳聚糖在农业领域 的应用
1、土壤改良
甲壳素和壳聚糖具有改善土壤物理性质、增加土壤保水能力的作用。将甲壳 素或壳聚糖添加到土壤中，可以增强土壤的团聚性，提高土壤的通气性和渗透性， 有利于土壤的改良和作物根系的生长。
2、植物生长促进剂
甲壳素和壳聚糖具有植物生长调节剂的作用。在农业生产中，通过合理使用 甲壳素或壳聚糖，可以促进植物种子的萌发、根系的发展以及叶片的生长。此外， 甲壳素和壳聚糖还能提高植物的抗病性和抗逆性，有助于作物健康生长。
3、生物防治剂
甲壳素和壳聚糖可以作为生物防治剂应用于农业。由于其具有生物活性，可 以用于诱导植物产生抗虫性和抗病性。同时，甲壳素和壳聚糖还具有抑制病原菌 生长的作用，可以作为生物防腐剂应用于农产品的储存和运输。
4、环保农业应用
甲壳素和壳聚糖可以用于农业废弃物的处理和资源化利用。例如，将甲壳素 或壳聚糖应用于农业残渣的降解，可以提高废弃物的生物可降解性，减轻环境压 力。此外，甲壳素和壳聚糖还可用于土地治理，例如重金属污染土壤的修复。
由于这些食品具有较高的营养价值且具有保健功能而备受消费者青睐。将甲 壳素衍生物与其他天然高分子物质复合制备成膜材料用于食品包装可以改善包装 材料的性能并延长食品的保质期。将甲壳素与甲基丙烯酸甘油酯―甲基丙烯酸 ―N―羟甲基丙烯酰胺三元共聚物结合制成可食性膜材料并应用于草莓汁澄清中 可以降低澄清成本并延长果汁的保质期。此外，甲壳素―胶原蛋白复合物可广泛 应用于保健品和化妆品中以提高产品的营养价值和功效。
5、节水农业应用
甲壳素和壳聚糖具有较好的保水性能，可以用于节水农业中。将甲壳素或壳 聚糖添加到土壤中，可以提高土壤的保水能力，减少水分蒸发，从而有效提高水 资源的利用效率。
三、前景与挑战
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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；
二是通过高分子架桥作用使这些絮凝体形成大体 积的絮团。
因此，针对大部阴离子或非 离子型絮凝剂具有更多的优势，处理后的效果更好。
9.在水处理中的应用
絮凝处理印染废水
印染废水的两大污染指标是色度和COD，污染 的特点和处理的难点是色度高，脱色困难，影响感观。 用壳聚糖来处理印染废水，发现其在不影响脱色处理 效果的前提下，絮凝速度快且絮凝体不易破碎，优于 PAM(聚丙烯酰胺)和明矾。
4.在保健领域中的应用
（1）对消化系统的保护 （2）减肥去脂作用 （3）高血压的预防与治疗 （4）增强免疫功能，延缓衰老
4.在保健领域中的应用
5.在纺织印染业中的应用
（1）纤维：可制成具有离子交换性能的织物。
（2）防皱整理剂：有较好的吸附和相溶性，壳聚 糖的羟基和部分氨基与纤维的羟基形成众多的分 子间氢键，能起防皱效果，制作特殊用途的布料。
水处理
农业 化妆品
甲壳素 壳聚糖的
应用
造纸
保健
医学
纺织 印染
食品 工业
1.在农业上的应用
作为新型植物生长调节剂：
低聚壳聚糖可以促进植物生长， 提高种子发芽率，提高产量和抗病性。 用低聚壳聚糖处理水稻、玉米，出芽 率和产量都明显上升；用水溶性壳聚 糖处理冬小麦种子，可促进小麦生长， 增加分蘖和有效穗数，小麦的品质也 有明显提高，并可抑制小麦纹枯病的 发生。
8.在功能材料中的应用
液晶： 由于壳聚糖分子链上有氨基和
羟基，可进行各种化学修饰，从而 可提供比纤维素液晶更多的液晶理 论知识和开发出更多的液晶材料。
8.在功能材料中的应用
催化剂：
壳聚糖的一些衍生物具有催化作用。 ✓有机金属配合物催化剂具有较高的催化活
性和选择性。 ✓人工模拟酶的研究。具有光学活性的特殊
主要内容：
一、甲壳素、壳聚糖简介 二、壳聚糖的制备方法 三、甲壳素、壳聚糖的应用
甲壳素 壳聚糖
水溶性壳聚糖 甲壳素
高密度壳聚糖 成品壳聚糖
一、甲壳素、壳聚糖简介
甲壳素：也称几丁质(chitin) ，壳多糖，学名为N—乙 酰—2—氨基—2—脱氧—β—D—葡聚糖，是来源于海洋 无脊椎动物的外壳，真菌细胞壁和昆虫的外角质层和内角 质层的一类天然高分子聚合物，它属于氨基多糖。
（1）抗溶剂：用来改善纸张的抗溶剂性能。 （2）纸张增强剂：理想的增强剂是线性聚合物，
①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 ；
②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。
（3）纺织整理剂：壳聚糖作用上浆料，使难上浆 材质易染色，对染料具有强亲和力，达到良好的 染色效果。
6.在食品工业中的应用
（1）抗菌剂 （2）保鲜剂：壳聚糖膜可阻碍大气中氧的渗入和 瓜果呼吸产生的二氧化碳的逸出，但可使乙烯气 体逸出，从而抑制好氧微生物的繁殖和延迟瓜果 成熟。 （3）抗氧化剂：壳聚糖与肉类的血红蛋白释放出 来的金属离子鳌合形成鳌合物，抑制金属离子的 催化活性，从而抑制氧化作用的形成。 （4）果汁的澄清剂 （5）食物防腐剂
2）固发剂：壳聚糖分子中的氨基质子化带正电， 能和头发的负电荷相互作用，有很强的亲合力， 在头发表面形成薄层，是理想的固发剂原料。
3）牙膏添加剂：壳聚糖能够中和由口腔链球菌产 生的有机酸，减弱非溶性葡萄糖在牙齿表面的附 着能力，对抗腐蚀、洁齿起一定的作用。
2.在化妆品原 料上的应用
3.在造纸中的应用
7.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。
（4）制备分离膜和高性能纤维：壳聚糖是制作 人工肾的渗析膜和人工肝脏的良好材料。
高级结构的高分子金属配合物是人工合成 模拟酶的热点，以获取高活性、高选择性 和在常温常压下有催化活性的人工模拟酶。
8.在功能材料中的应用
吸附剂：
壳聚糖和甲壳素具有很好的吸附 作用，不仅无毒，且有抑菌、杀菌作 用，是食品饮料工业和饮用水净化的 理想吸附剂。
9.在水处理中的应用
壳聚糖絮凝剂属弱阳离子型高分子絮凝剂，由于 阳离子絮凝剂的絮凝性能可同时表现在两个方面：