结壳聚糖可降解性的研究

功能性包装材料结课论文壳聚糖可降解性的研究进展

姓名：任丹

班级：包装08

学号：080534115

指导老师：方健

日期：2011年5月17日

壳聚糖可降解性的研究进展

（班级包装08学号080534115）姓名任丹

摘要

首先，本文介绍了壳聚糖的理化性质、生物活性以及工业上和实验室制备壳聚糖的生产工艺。其次，壳聚糖作为可生物降解的新型材料，已被广泛应用于化工、环保、医药等众多领域, 将壳聚糖降解到所需的分子量是其应用的前提。本文介绍并评述了化学降解、物理降解和生物降解三种对壳聚糖的降解方法的研究进展。最后，根据壳聚糖具有抗菌性，可生物降解及良好的成膜性等优异性能，探讨了壳聚糖在食品保鲜膜、可食用膜和生物可降解包装膜三个方面的研究进展。

关键字：壳聚糖；降解；应用

REVIEWS ON THE RESEARCH PROGRESS OF

DEGRATED CHITOSAN

Abstract

Firstly,this paper introduces chitosan’s physical and chemical properties, biological activity and the production process of industry and laboratory preparation of chitosan. Secondly, chitosan as a new biodegradable material which has been widely used in chemical, environmental protection, medical and so on at the premise that chitosan will degradat to the required molecular weight. This paper introduces and reviews on the research progress of three methods of chitosan’s degradation ,which including the chemical degradation, physical degradation and biodegradable. Finally, according to the chitosan has antibacterial sex, biodegradability and good film sex etc, and probes into the three aspects of the research progress, including the excellent properties of chitosan in food wrap, edible film and biodegradable packaging film.

Key words: chitosan; degradation;application

1引言

壳聚糖(chitosan，CS)是由大部分氨基葡萄糖和少量N-乙酰氨基葡萄糖通过β-1，4糖苷键连接起来的直链多糖，通常是从虾、蟹、昆虫的外壳或真菌细胞壁中提取甲壳素(chitin)

在100℃~180℃，40％~60％的氢氧化钠溶液中非均相脱去乙酰基所得到的，化学名称为（1，4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖。

图1甲壳质和壳聚糖的结构图示

壳聚糖溶于酸性水溶解液呈粘稠液体，具有一定粘度，但不稳定会发生长链的部分水解。这是多糖的一种属性，称之为降解性。壳聚糖这种天然高分子，一经降解其分子量变小，当脱乙酰度达到50%左右，可以变成水溶性壳聚糖，完全生物降解。目前，国内外学者提出的降解方法主要有化学降解、物理降解和生物降解三大类。

壳聚糖具有许多优良的功能性质和潜在的应用价值，其中成膜性非常引人关注，其分子之间的交联形成了空间网络结构，易成膜，这种膜拉伸强度大、韧性好、耐碱和耐有机溶剂。因此壳聚糖作为一种优良膜材料，在食品、医药、纺织、化工、造纸等工业领域可得到广泛的应用。壳聚糖可以制成各种各样的膜，如食品保鲜膜、生物可降解膜和可食用膜等[1]，越来越受到人们的重视。

2壳聚糖的性质及制备

2. 1壳聚糖的理化性质

壳聚糖是甲壳质最主要的衍生物，不同程度的脱乙酰作用可以获得不同脱乙酰度的壳聚糖。粗壳聚糖相对分子质量为1. 0 ×105 ~ 1. 0 ×106，通常其脱乙酰度为80% ~ 95%。纯净壳聚糖为白色或灰白色、半透明的片状固体。主要特性有：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、相对分子质量有关，脱乙酰度越高, 相对分子质量越小，越易溶于水；相对分子质量越大，黏度越大。

2. 2壳聚糖的生物活性

壳聚糖是一种天然、无毒、可生物降解的化合物, 与机体之间有良好的生物相容性。主要生物活性有：1）壳聚糖属天然高分子化合物, 其分子链上的游离氨基在弱酸溶液中结合1个质子生成阳离子聚合体, 有很强的吸附能力, 是一种良好的絮凝剂[2]。2）带有正电荷的壳聚糖与带有负电荷的黏多糖、蛋白多糖等相互发生静电作用。这一特性是相当有意义的，因为大量的细胞浆和生长因子的移动都和黏多糖有关。特别是对于肝磷脂和类肝素硫酸盐, 它们包含有壳聚糖和黏多糖的支架，借助于细胞繁殖可以维持和促进生长因子分泌。3）壳聚糖可以形成不同的几何结构。例如，容易形成多孔结构，多孔支架可用于体内细胞生长和骨重建[3]。4）壳聚糖具有抗菌性。研究表明，它可以减缓实验白兔金葡萄球菌引起的骨髓炎感染。壳聚糖在细菌细胞膜表面可以抑制生物合成，破坏穿过细菌细胞膜的能量传输，加快细菌的死亡。此外，壳聚糖还可作为药物释放载体，如与羟基磷灰石等复合能够持续释放万古霉素和磷霉素，在骨科感染疗程中发挥作用。

2.3壳聚糖的制备

2.3.1壳聚糖的工业合成

壳聚糖的工业合成，采用的方法主要是化学方法，从动物壳中提取甲壳，经过处理得到甲壳质，甲壳质再脱去乙酰基得到一系列不同脱乙酰度的壳聚糖。

2.3.1.1主要原料

甲壳质和壳聚糖都是天然的多聚糖, 甲壳质是甲壳类动物的外壳、昆虫的骨骼和真菌细胞壁的主要组成成分。虾壳中壳聚糖质量分数为20%、龙虾壳中壳聚糖质量分数为25%、蟹壳中壳聚糖质量分数为17% ~ 18%，其余成分为35% ~ 50%的碳酸钙和30% ~ 40%的蛋白质。从这类动物中提取甲壳质，粗制壳聚糖，再进行深加工制成高科技产品有很高的经济价值。

2.3.1.2 生产工艺

壳聚糖的制取通常采用化学法, 制备工艺程序为[4]:甲壳脱钙脱蛋白质

脱色甲壳质脱乙酰基壳聚糖。先将虾、蟹壳洗净干燥后,用5%稀盐酸在室温下浸泡数小时，直至不冒泡为止，以脱除碳酸钙，使碳酸钙变成氯化钙随溶液排出。再经水洗、干燥、粉碎，用烧碱溶液浸泡，于100℃煮沸分解蛋白质，经多次处理后得到粗壳质。用1%高锰酸钾溶液浸泡，氧化脱色，水洗，再加入1%草酸溶液，于70 ℃保温30 min，除去过量的高锰酸钾，得白色甲壳质。将此甲壳质浸于40% ~ 60%的浓碱中，于120℃反应1 h，