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1

1、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。

植物中也发现低聚的甲壳素或壳聚糖。在自然界生长、繁衍着的含有甲壳素的各种各样的生物，在其死亡腐烂后成为肥料的同时释放出甲壳素，甲壳素在自然界经受降解和脱乙酰基过程，产生不同分子量的甲壳素及不同分子量、不同脱乙酰度的壳聚糖。在广袤的田野、森林和大草原的土壤中，都有甲壳素和壳聚糖的存在；而在贫瘠的土壤和沙化的土壤中，则很少有甲壳素和壳聚糖的存在，这从一方面反映出甲壳素在自然界生态平衡中的重要性。

3、存在状态

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甲壳类动物外壳的结构材料就是甲壳素，它既有生理作用，又能保护机体防止外来机械性冲击；同时，还具有吸收高能辐射的性能。在真菌的细胞壁中，甲壳素与其他多糖相连，在动物体内，则是与蛋白质结合成蛋白聚糖。

虾、蟹壳中的甲壳素与蛋白质是共价结合，是以蛋白聚糖的形式存在的，同时伴生着碳酸钙。甲壳素在蟹壳中呈纤维状互相交错或无规的网状结构，并平行于壳面分层生长，蛋白质以甲壳素为骨架，沿甲壳素层以片状生长；无机盐呈蜂窝状多孔的结晶结构，充填在甲壳素与蛋白质组成的层与层之间的空隙中。

甲壳素与蛋白质之间共价结合以蛋白聚糖的形式存在，1955年Hackman证明甲壳素和N-乙酰氨基葡萄糖（甲壳素的残糖基）能与α-氨基酸、肽和角蛋白反应，得到稳定的共价结合物，但这种结合物在某种pH条件下会分解。

4、甲壳素的结构

甲壳素，(C8H13O5N)n,又称甲壳质，几丁质。

化学名称：聚N-乙酰葡萄糖胺。

甲壳素是自然界生物合成量仅次于纤维素的天然高分子，其分子结构是由2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄聚糖和2-氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄聚糖以β-1,4糖苷键连接而成的二元线型聚合物，是自然界唯一大量存在的碱性阳离子聚多糖。

结构图

甲壳素分子结构图

5、甲壳素其衍生物

壳聚糖是甲壳素最重要的衍生物，由甲壳素脱去乙酰基获得。甲壳素具有良好的生物相容性和生物可降解性，而与甲壳素大不同，壳聚糖的溶解性有较大的改善。

壳聚糖由于含大量氨基，羟基，乙酰氨基等活性基因，使壳聚糖具有良好的反应功能和显著的生理活性，已在生物医药、化工、食品、环境、农业等领域广泛应用。

二、甲壳素，壳聚糖的性质

1、基本性质

甲壳素是白色或灰白色无定形、半透明固体、分子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。

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。微纤维核心晶格结构之外的甲壳素分子大致上仍然处于平行排列的构象，但未形成完善的三维晶格，称为亚结晶相结构。

2、物理性质2

壳聚糖是葡糖胺和N-乙酰葡萄糖胺的复合物，由于聚合程度的不同其分子量在50-1000kDa之间。壳聚糖的外观呈半晶体状态，晶体化程度与去乙酰化相关。50%去乙酰化时，其晶体化程度最低。

甲壳素和壳聚糖均具有非常复杂的螺旋结构，且甲壳素和壳聚糖的结构单元不是单糖，而是二胺。

3、化学性质

甲壳素和壳聚糖分子中含有-OH基，-NH2基，吡喃环等功能基，因此在一定条件下可发生生物降解，水解，烷基化等化学反应。

壳聚糖作为氨基多糖，其溶解性与PH值紧密相关。在酸性条件下，由于氨基质子化而溶于水，PH<5时，壳聚糖完全溶于水形成十分粘稠的液体，经碱化处理，可形凝胶而沉淀。壳聚糖分子链吡喃糖环C2上有氨基，C6有羧基，因此能在较温和的条件下发生化学反应，制备出具有新特性的衍生物。

4、其他物化性质

1)乙酰度

乙酰度是表征乙酰化与脱乙酰化部分之间的平衡程度。通过选择乙酰度

可改变其溶解性，得到不同的物化性质。

2)分子量和分子量分布

2《甲壳素化学与应用的新进展》