第20卷第4期宁波大学学报（理工版）V ol.20 No.4 2007年12月JOURNAL OF NINGBO UNIVERSITY ( NSEE ) Dec. 2007
文章编号:1001-5132（2007）04-0516-04
海藻酸钠－壳聚糖－海藻酸钠生物微胶囊的制备
王家荣，金谊，刘望才，高浩其
（宁波工程学院化学工程学院，浙江宁波 315016）
摘要：采用两步法制备了海藻酸钠－壳聚糖－海藻酸钠(ACA)生物微胶囊，并考察了氯化钙浓度、海藻酸钠浓度、壳聚糖浓度及其pH值以及柠檬酸钠溶液pH值对微胶囊性能的影响. 实验结果表明：胶囊粒径随氯化钙浓度和海藻酸钠浓度的增加而增大，胶囊的膜厚随壳聚糖浓度的增加而增厚，随壳聚糖溶液pH值的增加而降低；而在胶囊液化处理过程中，柠檬酸钠溶液的pH值对微胶囊的机械强度有很大的影响. 当氯化钙浓度为1.5％，海藻酸钠浓度为2％，壳聚糖浓度和pH值分别为1.5％和5.0及柠檬酸钠溶液的pH值为7.2时，可制得粒径为2.65mm、机械强度为150mN的ACA生物微胶囊.
关键词：海藻酸钠；壳聚糖；生物微胶囊
中图分类号：O648.17 文献标识码：A
固定化细胞技术是20世纪60年代由生物化工中的固定化酶技术发展起来的生物技术[1]，其固定化微生物细胞的方法主要有吸附法、共价结合法、交联法和包埋法. 而微胶囊法是包埋法中的一种制备方法，是指用半渗透性薄膜固定活体组织或细胞的微胶囊，使之能够反复使用. 制备胶囊的天然高分子载体主要有琼脂、海藻酸钙、壳聚糖、角叉菜胶和明胶等，合成有机高分子凝胶载体有聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和光硬化树脂等. 由于微胶囊制造具有制备简单、损耗小、生物互适性好和后处理方便等特性，自Sun发明海藻酸钠－聚赖氨酸－海藻酸钠(APA)微胶囊以来，微胶囊技术被广泛用于动植物细胞、微生物及酶的固定化、蛋白质及其他化合物的分离提纯、污水处理和药物控释等领域[2]，而微胶囊的机械强度是影响其能否进行实际应用的重要性能指标.
海藻酸钠－壳聚糖－海藻酸钠(ACA)生物微胶囊是以聚电解质复合结构为囊膜和以海藻酸钠溶液为囊芯物的微胶囊. ACA生物微胶囊的制备目前主要有一步法、两步法[3]和复合法. 一步法是将壳聚糖和氯化钙的混合溶液直接滴到海藻酸钠溶液中，反应形成微胶囊，或者将海藻酸钠溶液滴入到壳聚糖和氯化钙的混合溶液中；两步法是首先将海藻酸钠溶液滴到氯化钙溶液中钙化成核，然后分别用壳聚糖、海藻酸钠溶液进行包覆成膜，最后用柠檬酸钠溶液进行液化处理，得到微胶囊；复合法是先制备壳聚糖－海藻酸钠微胶囊，然后以双功能团分子对微胶囊表面进行交联，但对微胶囊的重要特性—胶囊的机械强度未见文献报道. Anselmo等人[4]用各种载体制备的微胶囊对含酚废水处理进行
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比较后，认为海藻酸钙作为载体处理效果最佳. 本文采用两步法制备ACA 生物微胶囊，并详细考察了氯化钙、海藻酸钠浓度对微胶囊粒径大小的影响，壳聚糖浓度和pH 值以及柠檬酸钠溶液pH 值对微胶囊机械强度的影响，优化了ACA 生物微胶囊的制备条件，得到性能良好的ACA 生物微胶囊.
1 实验部分
1.1 实验药品
海藻酸钠(Sodium Alginate ，SA)购自Sigma 公司，壳聚糖(CHIT ，乙酰度>90％)，氯化钙(AR)，生理盐水(0.9％NaCl)，柠檬酸钠(AR). 实验中所有溶液均用生理盐水配置. 1.2 ACA 生物微胶囊的形成机理
海藻酸钠存在于褐藻类中的天然高分子，从其结构上看是由β-1,4结构的D 型甘露糖醛酸的钠盐(M)和α-1,4结构的L 型古罗糖醛酸的钠盐(G)共聚而成[5]，如图1所示，其可以与二价金属离子络合形成水凝胶. 由于壳聚糖分子链上有大量的伯氨基，海藻酸钠的分子链上有大量的羧基，壳聚糖和海藻酸钠可以通过正负电荷吸引形成聚电解质膜，其过程如图
2所示
.
图
1 海藻酸钠的分子结构
图2 ACA 生物微胶囊形成过程
1.3 制备方法
为使ACA 生物微胶囊能用于工业废水处理，
本实验采用两步法优化制备ACA 生物微胶囊.
首先采用注射器(内径0.5mm)将一定浓度的海藻酸钠溶液注射到1.5％的氯化钙溶液中，搅拌数分钟，使海藻酸钠液滴钙化成球，洗涤钙化后的胶球，并将其转移到壳聚糖溶液中，使其反应数分钟，进行第一次包覆处理. 洗涤包覆后的胶球，再将其放入海藻酸钠溶液中反应数分钟，进行第二次包覆处理. 洗涤包覆后的胶球，最后用柠檬酸钠溶液将胶球核液化，制成ACA 生物微胶囊. 1.4 微胶囊性能的测定 1.4.1 粒径的测定
随机取制得的钙化胶粒若干，分别用游标卡尺测量其粒径，取其平均值. 计算公式为：
/.i D D n =∑ 1.4.2 机械强度的测定
采用按压法，以微胶囊的正面所能承受的最大压力来表征其机械强度. 将微胶囊放在电子天平托盘上，用手指按压，破裂时承受的压力即为微胶囊的机械强度. 每批取15个微胶囊测定，取其平均值.
1.4.3 膜厚的测定
一批微胶囊用液氮冷冻固定后作切片，在显微镜下测定其膜厚度，取其平均值.
2 结果讨论
2.1 CaCl 2溶液浓度对胶球直径的影响
海藻酸钠可以与二价金属离子钙“交联”形成
稳定的海藻酸钙凝胶球[6]，从图3可以看出：海藻
图3 CaCl 2溶液浓度对胶球直径的影响
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酸钙胶球直径随着CaCl 2浓度的增加而增大. 原因是随着CaCl 2溶液浓度的上升，溶液中可与海藻酸钠结合的Ca 2+含量增加，故而形成了更致密的凝胶结构和更大的直径. 但考虑到用于固定生物分子，高浓度的CaCl 2会对其有破坏作用，因此建议适宜的CaCl 2浓度为1.5％.
2.2 海藻酸钠浓度对胶球直径的影响
恒定CaCl 2浓度为1.5％，实验考察了海藻酸钠溶液浓度对胶球直径的影响，如图4所示. 从图4可看到随着海藻酸钠浓度的增加，胶球的直径也逐渐增加. 若海藻酸钠浓度过高，则溶液粘度增大，滴加时阻力很大；海藻酸钠浓度过低，滴加时球粒难以控制. 因此在实际应用中，可以适当调整海藻酸钠浓度来控制微胶囊直径，建议适宜的海藻酸钠
浓度为2％
.
图4 海藻酸钠对胶球直径的影响
2.3 壳聚糖浓度的影响
壳聚糖浓度主要影响聚电解质膜的形成速度和厚度，从而影响微胶囊的稳定性. 从图5可以看出：壳聚糖的浓度越大，形成的膜越厚，机械强度也随之提高. 但实验发现，若壳聚糖浓度过高(＞2％)，易导致膜的开裂，因此建议适宜的壳聚糖浓
度为1.5％
.
图5 壳聚糖浓度的影响
2.4 壳聚糖溶液pH 值的影响
ACA 胶囊膜的形成是一个静电吸引过程，通过壳聚糖分子中的氨基(聚阳离子)与海藻酸钠分子中羟基(聚阴离子)的正负离子的吸引过程[7]，在胶球的表面形成膜，壳聚糖溶液的pH 值对胶球成膜过程影响很大[8]，主要是影响壳聚糖分子中氨基的质子化程度. 从图6可以看出：随着pH 的增加，壳聚糖分子中的氨基质子化程度逐渐降低，导致其膜的厚度变薄，机械强度逐渐降低. 但考虑到微生物的固定化条件，因此建议适宜的壳聚糖溶液pH
值为
5.0.
图6 壳聚糖溶液pH 值的影响
2.5 柠檬酸钠溶液pH 值的影响
为得到核壳结构微胶囊，在成膜后用55mmol
的柠檬酸钠溶液进行液化处理. 柠檬酸钠溶液的pH 对微胶囊的机械强度有很大影响. 实验发现：过低的pH 值会使微胶囊的机械强度降低，而且导致胶囊的溶胀性较大，具体数据见表1. 从表1可以看到：当柠檬酸钠溶液的pH 值控制在7.2时，可得到性能良好的微胶囊.
表1 柠檬酸钠溶液pH 的影响
pH 值 (PBS 缓冲液)
机械强度 / mN
6.1 60
7.2 150
8.0 120
注：CaCl 2溶液浓度为1.5％；海藻酸钠浓度为2％；壳聚糖浓度、PH 值分别为1.5％和5.0.
3 结论
(1)增加氯化钙浓度和海藻酸钠浓度，会使微
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胶囊的粒径增大，在一定浓度范围内通过调节海藻酸钠浓度可控制微胶囊的直径. (2)壳聚糖的浓度越大，形成的微胶囊膜越厚，机械强度也越高. 但当壳聚糖浓度>2％时，易使膜开裂. (3)壳聚糖溶液的pH值影响壳聚糖分子中氨基的质子化程度，进而影响胶囊的机械强度. 增大壳聚糖溶液的pH值，膜厚度变薄，胶囊机械强度降低. (4)柠檬酸钠溶液的pH值对微胶囊的机械强度和溶涨性能有很大的影响. (5)当氯化钙浓度为1.5％、海藻酸钠浓度为2％、壳聚糖浓度和pH值分别为1.5％和5.0、柠檬酸钠溶液的pH值为7.2时，可制得粒径为2.65mm、机械强度为150mN的ACA生物微胶囊.
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Preparation of Sodium Alginate-chitosan-alginate Biomicrocapsule
WANG Jia-rong, JIN Yi, LIU Wang-cai, GAO Hao-qi
( Department of Chemical Engineering, Ningbo University of Technology, Ningbo 315016, China )
Abstract: In this paper, sodium alginate-chitosan-alginate (ACA) microcapsule is prepared using two-step method. The influence of concentration of calcium chloride, sodium alginate and chitosan, pH of chitosan and sodium citrate on the property of microcapsule is studied. The results show that the size of microcapsule increases with the concentration of sodium alginate and calcium chloride. The thickness of the microcapsule’s membrane increases with the concentration of chitosan, and decreases with the pH of chitosan. During liquidization of the microcapsule, the pH of sodium citrate influences the mechanical strength. The microcapsule with the diameter of 2.65 mm and the mechanical strength of 150 mN are prepared when the concentration level of calcium chloride, sodium alginate and chitosan are at 1.5％, 2％ and 1.5％, respectively, and pH of chitosan and sodium citrate are at 5.0 and 7.2, respectively.
Key words: sodium alginate; chitosan; microcapsule
CLC number: O648.17 Document code: A
（责任编辑 章践立）
Vol.27高等学校化学学报No.1 2006年1月 CHE M I CAL JOURNAL OF CH I N ESE UN I V ERSI TI ES 182～186 壳聚糖溶液pH对载细胞海藻酸钠2壳 聚糖微胶囊性能的影响 于炜婷1,刘袖洞1,李晓霞2,綦文涛1,任东文1,马小军1 (1.中国科学院大连化学物理研究所生物医学材料工程组,大连116023; 2.四川大学材料科学工程学院,成都610064) 摘要 以激光共聚焦扫描显微镜为研究手段,原位直观地考察了在不同pH条件下聚电解质膜的络合程度和蛋白扩散情况.通过分析pH值对微胶囊膜性能的影响规律,并结合不同种类细胞对环境pH的敏感特性,确定了制备细胞培养用海藻酸钠2壳聚糖微胶囊的最佳pH值.结果表明,当壳聚糖溶液的pH值由3150增加到6150,微胶囊膜的络合深度呈现高2低2高的趋势,而微胶囊膜的膨胀性能呈现低2高2低的趋势,模型蛋白通过微囊膜的扩散呈现低2高2低的趋势,拐点均出现在pH=4100和5150处.结合动物细胞及微生物细胞对环境pH耐受能力的考察,确定制备微囊化动物细胞时,微胶囊成膜反应溶液的最佳pH值为5150;制备微囊化大肠杆菌时,反应溶液的最佳pH值为5100;制备微囊化酵母菌时,反应溶液的最佳pH值为4150. 关键词 海藻酸钠;壳聚糖;pH;微胶囊;细胞培养 中图分类号 O636;R318108 文献标识码 A 文章编号 025120790(2006)0120182205 微胶囊通常是指外层为高分子膜,内部为三维网状结构的球囊.作为细胞的固定化载体,外层高分子膜的选择透过性能保证了微胶囊内外的物质交换,而内部空间结构提供了细胞贴壁的表面,在反应器中进行微囊化细胞培养时,外部搅拌可使其处于悬浮状态而剪切力不伤及细胞活性,从而将贴壁和悬浮培养的优点集于一身,因此,微胶囊在细胞大规模培养的基础研究和工业应用方面都得到广泛重视[1].我们曾利用天然多糖海藻酸钠和壳聚糖之间的聚电解质络合反应制备了海藻酸钠2壳聚糖(A lginate2chit osan,AC)微胶囊[2],其囊膜是由壳聚糖单体分子上质子化的氨基和海藻酸钠单体分子上的羧基间通过静电力或氢键形成的聚电解质复合膜[3],因此,壳聚糖溶液pH直接决定两种聚离子暴露的电荷基团及分子结构,从而对复合膜的形成、膨胀性能及通透性都有明显的影响. 本文重点考察了反应溶液的pH值对复合膜的膜厚、膜的膨胀性能及蛋白扩散性能的影响规律.对于囊内细胞而言,由于细胞对制备微胶囊过程中环境的pH比较敏感,因此,在考察反应溶液pH值对细胞活性影响规律的前提下,选择适宜的反应溶液pH值,对制备用于动物细胞或微生物细胞培养的AC微胶囊具有明确的指导意义. 1 实验部分 1.1 试剂与仪器 海藻酸钠(Sodiu m alginate,简写为alg,化学纯,青岛海藻工业公司);壳聚糖(Chit osan,简写为chi,M w=411×104,参照王勇等[4]方法改性);荧光素异硫氰酸酯(Fluorescein is othi ocyanate,简写F I TC,Sig ma产品);罗丹明异硫氰酸酯(Rhoda m ine B Is othi ocyanate,简写RB I TC,Sig ma产品);胰蛋白酶(Tryp sin,Sig ma产品);中国仓鼠卵巢细胞(Chinese Ha m ster Ovary,简写CHO,本实验室保存);大肠杆菌(Escherichia coli DH5α,简写E.coli DH5α,本实验室保存),啤酒酵母菌(Saccha ro m yces cere2 visiae,简写S.cerevisiae,大连理工大学白凤武教授馈赠). 收稿日期:2004212224. 基金项目:国家自然科学基金(批准号:20236040)及国家“九七三”计划项目(批准号:2002CB713804)资助. 联系人简介:马小军(1958年出生),男,研究员,博士生导师,从事生物医用材料工程学研究.E2mail:maxj@https://www.doczj.com/doc/fc13851048.html,
甲壳素是一种白色或灰白色的半透明无定形固体，通常在270℃分解。甲壳素基本上不溶解于水、乙醇、乙醚、稀酸以及稀碱等物质，它可溶于浓度较高的无机酸，但不溶于稀硫酸等稀酸。壳聚在溶液状态时，需要被放置在酸性环境中，但是，由于壳聚糖具有醛基结构，因此，壳聚糖在酸性溶液中易发生降解，从而使壳聚糖溶液粘度下降，通过加入甲醇、丙酮、乙醇等物质可以使壳聚糖的溶液粘度升高，在试验中一般常用乙醇，作用最为明显。由于甲壳质中含有羟基，壳聚糖中同时含有羟基和氨基，因此，壳聚糖和甲壳质可以通过酚化、羧基化、氰化、螫合、水解、醚化、酯化、醛亚胺化、烷化、叠氮化、羟基化、成盐、氧化、卤化、接枝与交联等反应生成不同结构和不同性能的衍生物[29]。 甲壳质通过脱乙酰反应可制得壳聚糖，通常使用质量分数为50%左右的氢氧化钠溶液处理甲壳质并加热到105℃，在该温度下保持两小时，然后将材料水洗至中性，经过抽滤、干燥即可得到白色的壳聚糖。壳聚糖的脱乙酰度和相对分子量受反应温度、反应时间以及碱液浓度的影响，使用蟹虾壳海蟹壳、对虾壳、河虾壳和蚕蛹等原料在同一方法和条件下制备壳聚糖，其中以海蟹壳的产率最高，可见海蟹壳是制备壳聚糖的最佳原料。除此之外，还以使用酶法、微波法等方法制备壳聚糖[30]。2.1.2.2 壳聚糖的纯化及脱乙酰 壳聚糖（Chitosan）的纯化： （1）用天平称取6 g chitosan 于800 ml 1％（V/V）的醋酸溶液中，磁力搅拌 溶解2h，待完全溶解后静置2h，可见烧杯底有大量沉淀； （2）将壳聚糖溶液倒入离心管，用普通天平平衡后，再用高速离心机9 000 rmp, 离心10 min 收集上清，倒入另一干净的1 L 烧杯中； （3）边用磁力搅拌器搅拌，边用5 ％NaOH 溶液缓慢调pH 值到9，静置2 h， 待chitosan 完全析出； （4）再用高速离心机9 000 rmp, 离心10 min，或者使用真空泵抽滤以收集 纯化的chitosan； （5）放入－70 ℃冰箱过夜，用冻干机干燥备用[31]。 壳聚糖（Chitosan）的脱乙酰： 1）用500 ml 三口瓶配40 ％(W/V) NaOH 溶液，与壳聚糖混合，然后将洗 净的磁力搅拌子放入其中； （2）打开磁力搅拌器总开关及加热开关，将反馈式温度计插入硅油中，并将温 度计导线接入仪器后座插口，调节温度计旋钮将温度设定为95℃，待温度达到预定 值时，将三口瓶架入油浴槽，装好冷凝管，打开自来水水龙头和搅拌开关，反应2 h； （3）关闭仪器各开关，将三口瓶架在空中，让瓶底的油滴到用油浴槽内，同时 让温度自然冷切； （4）加入三蒸水稀释后，倒入垫有双层定性滤纸的陶瓷漏斗中，用真空泵抽滤， 多次稀释抽滤洗涤至中性； （5）收集脱乙酰壳聚糖，放入－20 ℃冰箱过夜，用冻干机干燥[31]。 脱乙酰度测定 测定脱乙酰度的方法很多，常用的有FT－IR、NMR、紫外、元素分析等，但是 常用为双突跃电位滴定法，其步骤如下[31]： （1）配制壳聚糖溶液：用电子天平精确称量0.2 g Chitosan 于100 ml 烧杯中， 加入20 ml 0.1 M HCl 溶液，再加40 ml 三蒸水，用保鲜膜封口后磁力搅拌至充分溶解； （2）配制0.4 g/ml NaOH 标准溶液：用电子天平精确称量1.6 g NaOH 于50 ml 烧杯中，溶解后用100 ml 容量瓶定容； （3）用标准缓冲液校正酸度计； （4）边搅拌边滴定，记录数据； （5）用Excel 和Origin 处理数据，画出滴定曲线,得出取代度。 2.1.2.3 壳聚糖改性
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。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/fc13851048.html, 壳聚糖的制备方法及研究进展 作者：张立英 来源：《山东工业技术》2018年第02期 摘要：壳聚糖作为一种碱性多糖被广泛应用于食品、生物、化工、医疗等领域。本文重点介绍了壳聚糖的制备方法及其研究进展，并对其发展趋势进行了展望。 关键词：壳聚糖；碱性多糖；制备方法 DOI：10.16640/https://www.doczj.com/doc/fc13851048.html,ki.37-1222/t.2018.02.016 壳聚糖本身的分子结构类似于纤维素，因其多了一个带正电荷的胺基，使其化学性质较为活泼。目前壳聚糖正因其优良的生理活性在食品、化妆品、医药、化工、污水处理等方面展现出广阔的应用前景，近十年来国内外对于壳聚糖的开发研究热度一直持续不减，各种新颖的制备方法也是层出不穷。 1壳聚糖的来源 壳聚糖通常是由甲壳素（又名几丁质）经脱乙酰基作用获得，甲壳素在自然界中广泛存在于高等真菌以及节肢动物（虾、蟹、昆虫等）的外壳中，其中虾壳、蟹壳是工业生产壳聚糖的主要原料。由于大分子间的氢键作用，天然存在的甲壳素构造坚固，化学性质稳定，不溶于水、酸碱和一般的有机溶剂，这也使得甲壳素的应用范围非常有限，因此甲壳素只有经脱乙酰基处理成壳聚糖才能获得广泛应用。 2壳聚糖的制备方法 （1）化学降解法。传统的壳聚糖生产多采用化学降解法。作为壳聚糖工业生产最常用的制备方法，化学降解法简便易行，效率高，整个生产过程容易控制，但该法环境污染较为严重，对周边环境具有一定的破坏性。欧阳涟等从蟹壳中获取甲壳素，并通过脱乙酰反应制备出了壳聚糖。试验探究了影响产物壳聚糖脱乙酰反应的各种因素，如反应温度、碱液含量及反应时间等，最终确定制备高脱乙酰度壳聚糖的条件为反应温度70℃，碱液质量分数47%，反应时间10 h。 （2）微生物培养法。微生物发酵法生产壳聚糖起源于美国，我国从上世纪90年代开始研究。其主要原理是利用微生物自身生产的酶进行催化，从而脱去甲壳素中的乙酰基，进而制备壳聚糖。目前该领域研究重点主要集中在优良菌株的选育和培养基的优化上。 贺淹才等首先采用电解法从培养的黑曲霉湿菌体中制得甲壳素，然后采用碱提取法从培养的黑曲霉湿菌体中制备壳聚糖。试验基于黑曲霉细胞壁的主要成分为蛋白质与甲壳素，而蛋白质带有可电离的基团，于溶液中可形成带电荷的阳离子和阴离子，在外加电场作用下发生迁
壳聚糖涂膜保鲜技术的研究进展 李慧慧 （20090801118 徐州工程学院) 摘要：天然食品防腐剂壳聚糖具有易于生物降解，抗菌性强，安全无毒等优点。近年来，壳聚糖涂膜保鲜技术已成为保鲜领域的研究热点。笔者对壳聚糖涂膜及其复合涂膜在果蔬保鲜中的应用等方面进行了综述，并提出了现阶段壳聚糖保鲜技术研究与应用中存在的问题及其今后的研究发展方向。 关键词：壳聚糖；涂膜保鲜；果蔬 近几年，鲜切果蔬因其具有新鲜、食用方便、营养卫生、百分之百可食等多种优点，深受国内外消费者喜爱。应用可食性保鲜膜保鲜果蔬的研究越来越受到人们的关注，涂膜处理后的果蔬能有效保持其品质，并可明显降低果蔬在贮藏期间的失重率﹑腐烂率﹑并且安全无毒﹑成膜﹑还可抑菌﹑可食用﹑可降解。 壳聚糖（chitosan ），又称脱乙酰甲壳素﹑甲壳胺，化学名称是1,4－2氨基2－9－D葡聚糖。壳聚糖作为甲壳素的脱乙酰化的产物，它是从虾蟹的甲壳中提取出来的一种氨基类多糖，壳聚糖不仅天然大量地存在于自然界中，而且无毒，可降解，是一种可再生的资源。壳聚糖具有许多优良的功能性质和潜在的应用价值，其中一个引人关注的特性就是成膜性壳聚糖以其氢键相互交联成网状结构，利用适当的溶剂，可制成透明的具有多孔结构的薄膜。2005年来，壳聚糖作为一种优良膜材料，越来越受到人们的重视。由于壳聚糖安全无毒，易形成膜，其膜具有良好的黏附性通透性抗菌性保湿性和一定的弹韧性，且对氧气﹑二氧化碳﹑乙烯等气体具有选择渗透作用，是一种极具开发价值的保鲜剂，2006年已广泛应用于果蔬的保鲜研究证明，壳聚糖对蟠桃﹑杨梅﹑草莓﹑大豆﹑马铃薯﹑青椒等均具有良好的保鲜效果。本文综述了壳聚糖涂膜及其复合涂膜的应用。 1 壳聚糖的保鲜机理 1.1 果蔬腐变机理果蔬的腐败变质可分为生物败坏和非生物败坏两种形式。前者主要是由于果蔬贮藏中受细菌、霉菌、酵母等微生物的破坏而引起败坏，其中影响果蔬微生物繁殖的因素有温度、湿度、适量氧气、化学稳定性等。其次，是由于其本身发生正常的老化过程所造成的。这类果蔬在贮藏过程中一直保持着新活状态，仍是有生命的有机体，还会进行水分蒸发及呼吸作用等复杂的生命活动，与果蔬的贮藏息息相关，决定着果蔬寿命。后者是由其本身固有的原因所致。果蔬不同成分和性质的化学物质，必然存在化学和物理变化的可能性，在外界因素影响下，可能引起各种变化。化学变化可导致褐变及酸败，物理变化同样致使变质。 1.2壳聚糖的保鲜机理 综合近年的资料认为,壳聚糖在果蔬保鲜的机理主要在如下方面: ㈠形成保护膜质用壳聚糖涂布果蔬表面，可形成一层保护膜,而且增加了果皮厚度,并堵塞部分皮孔，减少组织水分蒸散,保持果蔬水分,创造了一个良好稳定的湿度环境,由此可较长时间保持果蔬的原有品质。 ㈡促进生理活性经壳聚糖处理，可促进果蔬表面伤口的木栓化,增强HMP(磷酸己糖代谢途径),堵塞皮孔和伤口,从而调节生理功能, 增加果蔬机体的自我保护能力。 ㈢延缓细胞衰老壳聚糖涂膜，可使机体组织活性氧形成减少, 由此延缓细胞的衰老和死亡；经测试，涂膜处理后乙烯生成量减少了50%；涂膜处理还能降低贮藏过程中草莓果肉组织内丙二醛与花青素的增长速率,保持番茄组织中SOD(超氧化物歧化酶)与Vc(抗坏血酸)的活力。 ㈣减弱呼吸速率壳聚糖涂布形成选择透气性保护膜,能限制果蔬组织对O2的吸收,但不影响CO2的通透,使呼吸速率减弱，由此减缓代谢速率, 延长组织细胞的寿命, 起到保鲜和保质的作用。
水溶性壳聚糖的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（１）、原料处理：将壳体去除肉后，清水漂洗备用；（２）、稀酸处理：用壳体重２～４倍４～１０％的盐酸浸泡１～２天，再用清水漂洗；（３）、碱煮除蛋白脱脂：用２～４倍８～１２％氢氧化钠煮沸２～４小时，用清水漂洗；（４）、再脱钙处理：用２～４倍１０～１５％盐酸浸泡，以除去碳酸钙和磷酸钙，再用清水漂洗；（５）、脱色处理：用２～４倍清水调节ＰＨ值在５左右、在酸性条件下加入１％的ＫＭｎＯ↓［４］至紫红色不褪为止，以除去壳体的有机色素，再用清水漂洗；（６）、还原除去ＭｎＯ↓［２］：将脱色后的壳体浸泡于１～３％的ＮａＨＳＯ↓［３］溶液中，以除去ＭｎＯ↓［２］，再用１～４％的草酸漂白得到白净甲壳素；（７）、脱乙酰度：用２～４倍５５～７０％的浓氢氧化钠在７５～９５℃处理１０～２０小时，获得壳聚糖粗品；（８）、纯化分离：将粗品溶于８～１０倍３～６％稀醋酸，慢慢加入１０％左右的浓碱至出现粘液，冷却至５～２５℃，静置水解２～４小时，用稀盐酸中和至ＰＨ值在８～９，并产生絮状物，不断搅拌，至絮状物不再产生，过滤，洗涤除去氯化钠获得可溶性壳聚糖精品。 壳聚糖的结构、性质及其应用 张洁 海洋药学0844130 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(α(1-4)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惟一的碱性多糖,具有很多优良的特性。本文就壳聚糖的结构、性质及其应用进行综述。 关键词：壳聚糖，结构，性质，应用 壳聚糖(Chitosan，简称CTS)，壳聚糖是由N-乙酰糖胺组成,其中糖胺的含量超过90%,具有黏多糖相似的结构特点,而黏多糖在组织中分布广泛,是细胞膜有机组成成分之一,故壳聚糖具有优异的生物相容性⑴~⑵。表现为无毒、无刺激、无免疫抗原、无热原反应、不溶血,有抗菌消炎、促进伤口愈合,抗酸、抗溃疡、降脂和降低胆固醇的作用⑶~⑸。而且具有直接抑制肿瘤细胞的作用,并可通过活化免疫系统显示抗癌活性,与现有的抗癌药合用可增强抗癌效果,近年来其作为药物微球材料的研究也受到了极大的重视⑹,是一种安全可靠的天然生物活性多糖。本文就壳聚糖的结构、性质及其应用进行综述。 一．壳聚糖的结构与性质1.壳聚糖的来源—甲壳素 壳聚糖来源于一种自然资源十分丰富的线性聚合物一甲壳素，是甲壳素经脱乙酰化反应后得到的一种生物高分子Ⅲ。甲壳素是一种天然多糖类生物高分子聚合物，在自然界中广泛存在于低等生物菌类、藻类的细胞，节支动物虾、蟹、昆虫的外壳，软体动物(如鱿鱼、乌贼)的内壳和软骨，高等植物的细胞壁等，将甲壳动物的外壳通过酸碱处理，脱去钙盐和蛋白质，即可得到甲壳素。甲壳素化学名为[(1，4)一2一乙酰胺基一2一脱氧一B—D-葡萄糖]，分子式为(C8H13N05)。，单体之间以B(1-4)糖苷键连接，分子量一般在lO6左右，理论胺含量为6．9％。甲壳素的化学结构与植物中广泛存在的纤维素结构非常相似(见图l)，故又称为动物纤维素。
壳聚糖及其衍生物的制备 甲壳素（chitin）在自然不仅含量十分丰富，而且可生物降解，是环境友好产品，利用沿海地区丰富的虾蟹壳为原料，可生产出甲壳素，变废为宝，净化环境。甲壳素经浓碱处理去掉乙酰其后得壳聚糖（chitosan），分子结构如下： O O CH2OH OH NH2n O 壳聚糖经化学改性可得系列的衍生物，如：羧甲基壳聚糖、低聚壳聚糖等。这些系列产品在许多方面有着极其广泛的用途。如在医学方面可作为抗癌制剂、手术缝线、人造皮肤、药物载体等；在轻工业上可作为化妆品填料、增白剂、固发剂或增强纸张的光洁度；在环保方面可作为絮凝剂、吸附剂，用于污水处理，还可用作饮料的澄清剂、无毒包装材料等；在农业方面是一种新型植物生长调节剂，促进植物生长、增加产量、提高品质、诱导植物的广谱抗病性，还可用于生产生物农药，用于果蔬保鲜。因此壳聚糖及其衍生物系列产品有很好的潜在需求和市场前景。 一、实验目的 1.了解壳聚糖及其衍生物的应用概况； 2.学习壳聚糖及其衍生物的制备原理和方法； 3.强化学生环保意识，变废为宝； 4.制备2～5g的产品。 二、实验内容 1．利用强碱制备壳聚糖； 2．测定壳聚糖的脱乙酰度。 三、实验原理
甲壳素是酰胺类多糖，壳聚糖的制备过程，就是酰胺的水解过程。酰胺有如下几种结构： 酰胺可在强酸或强碱条件下水解，对于低分子的酰胺，水解可以进行得比较 完全，但对于多糖来说，强酸更容易水解糖苷键，所以甲壳素的脱乙酰基，一般 情况下不采用强酸水解；相对说来，强碱造成糖苷键的断裂不像强酸那么严重， 所以都用强碱来脱乙酰基。 酸碱滴定法的原理是壳聚糖的自由氨基呈碱性，可与酸定量地发生质子化反应，形成壳聚糖地胶体溶液： 溶液中游离的H+用碱反滴定，这样，从用于溶解壳聚糖的酸量与滴定用去的碱量 之差，即可推算出壳聚糖自由氨基结合酸的量，从而计算出壳聚糖中自由氨基的 含量。 四、实验材料与设备 1．实验设备与仪器 水浴锅，电炉，烧杯，三角瓶，碱式滴定管，电子天平。 2．实验材料与试剂 甲壳素，NaOH，HCl，甲基橙指示剂，乙醇、丙酮。 五、实验步骤 1．壳聚糖的制备 （1）取三个烧杯，编号1﹟、2﹟、3﹟，于每个烧杯中加入甲壳素5g，于1﹟ 烧杯中加入40％NaOH 100mL,2﹟烧杯中加入50％NaOH 100mL, 3﹟烧杯中加入 60％NaOH 100mL,100℃煮沸2h,脱乙酰基。 （2）反应完毕取出，用蒸馏水洗至中性，再用乙醇、丙酮洗涤后，干燥，即得 白色壳聚糖。 2．脱乙酰度的测定 准确称取上述方法制备的三种壳聚糖各0.5g，分别置于250mL三角瓶中，加入
改性壳聚糖的研究进展 1壳聚糖的理化性质 壳聚糖(chitosan，(1,4)-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖)是甲壳素(chitin,(1,4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖)部分脱乙酰化的产物。甲壳素广泛存在于蟹、虾以及藻类、真菌等低等动植物中，含量极其丰富，自然界每年产量约在100亿吨，是仅次于纤维素的第二大多糖。它是由葡萄糖结构单元组成的直链多糖，此多糖中含有数千个乙酰己糖胺残基，因此在分子间形成很强的氢键，导致其不溶于水和普通有机溶剂，这就大大限制了其应用范围。 将甲壳素在碱性条件下加热，脱去N-乙酰基后可生成壳聚糖。人们常将N-脱乙酰度和粘度(平均相对分子质量)作为衡量壳聚糖性能的两项指标。N-脱乙酰度是判定壳聚糖溶解性的依据，脱乙酰度越高，分子链上的游离氨基就越多，在酸中的溶解性就越好；而壳聚糖相对分子质量越大，分子之间的缠绕程度就越大，溶解度就越小。壳聚糖是自然界中唯一的一种碱性多糖，它一般是白色无定型、半透明、略有珍珠光泽的固体。壳聚糖可溶于大多数稀酸，如盐酸、醋酸、苯甲酸溶液，且溶于酸后分子中氨基可与质子结合，使自身带上正电荷。甲壳素及壳聚糖的结构式如图1所示：
图1壳寡糖与壳聚糖的结构式 甲壳素和壳聚糖在自然界可以被各种微生物降解。微生物中的甲壳素酶(chitinase)可以随机地水解甲壳素的N-乙酰-β-(1-4)糖苷键。而壳聚糖可以被多种酶水解，包括壳聚糖酶(chitosanase)、麦芽糖酶、脂肪酶、以及各种来源的蛋白酶。在人体内甲壳素酶和壳聚糖酶并非普遍存在，通过测定显示N-乙酰壳聚糖在人血清中可以被人体内普遍存在的溶菌酶(lysozyme)降解。 壳聚糖的主链结构中引入了2-氨基，化学性质区别于3,6-羟基，与甲壳素相比增加了反应选择性的功能基团。由于C6-OH是一级羟基，C3-OH是二级羟基，空间位阻不同反应活性也不同，再加上C2-NH2，壳聚糖就具有三个活性不同的可供修饰的基团。根据不同的需要，被修饰的壳聚糖作为一种功能大分子广泛用于各种领域。由于壳聚糖只在酸性水溶液中溶解，而在中性或碱性水溶液中以及多数有机溶剂中不溶，限制了它的应用范围，因此科学家们采用衍生化的方法对壳聚糖进行改性获得了多种水溶性和可溶解于某些有机溶剂的衍生物，大大扩展了壳聚糖的应用范围。其中包括对壳聚糖进行N-,O-酰化，含氧无机酸酯化，醚化，N-烷基化，C6-OH和C3-OH的氧化，以及鳌合、交联等，在此过程中获得了许多性能良好，甚至是
壳聚糖的制备 甲壳素是许多甲壳类动物(如虾、蟹)及昆虫等外壳的重要组成成分,同时也存在于菌类的细胞壁中，还可来源于有机酸类，抗生素与酶酿造副产物。甲壳素是一种十分丰富的天然资源，在自然界蕴藏量仅次于纤维素。它不溶于水和酸性介质，甲壳素脱乙酰后形成壳聚糖（CTS）。其溶解性较甲壳素大。它是生物合成的天然高 分子, 葡聚糖,酰度 ( 滴定法、热分析法、气相色谱法、元素分析法、紫外光谱一阶导数、苦味酸分光光度法等。常用的有酸碱滴定法、红外光谱法、紫外光谱法、电位滴定法等。 一、壳聚糖的制备 将虾壳去腿去杂质后,流水冲洗,洗净残余的虾肉,于60℃烘箱中烘干，用研钵
磨碎.称取10g虾壳3份,于100mL5%HCl中浸泡4h至无气泡冒出,再补加50mL5%HCl,浸泡2h,除去虾壳中的钙质和无机盐,抽滤用去离子水洗至中性,加100mL10%NaOH于50℃水浴中加热2h,除去蛋白,过滤,用去离子水80℃水浴中反应4h,水洗至中性,抽滤,烘干后得白色粉末状甲壳素分别为2.08,2.00,2,12g，平均产率为20.6%。 二、壳聚糖制备工艺的设计 30%以下,,但是 ℃进行 , ,真空干燥, 1. ,可与酸定量反应生成盐,且胺基特别稳定,即使在50%氢氧化钠溶液中，在150℃也不会分解,基于上述特性来测定脱乙酰度。准确称取0.2g样品置于250ml三角烧瓶中,加入0.2mol/L盐酸标准溶液25ml,搅拌0.5～1h完全溶解,以甲基橙作指示剂,0.2mol/L氢氧化钠标准溶液滴定过量的盐酸至终点,另取1份样品于105烘箱中
至恒重,测定样品含水量。 这种方法简单,但由于达到终点时,壳聚糖析出沉淀,使终点判定容易产生误差,尤其在样品摩尔质量较大情况下更是如此,从而导致实验的重复性差。而且样品受溶解度影响较大,有时需加热才能使样品完全溶解,这样使盐酸挥发,测定结果受到影响。但这种方法不需大型仪器,操作简便易行,经常操作,积累一定操作经验,会改 2. ,作 单,,应 3. , , 红88与壳聚糖的作用。酸性红88这种带负电荷的染料与壳聚糖大分子上质子化的氨基以1∶1的化学计量形成络和物,此时酸性红88的最大吸收波长为505nm,吸光度达到最低点,可以定量利用这一变色作用。本文用酸性红143,与已知含量壳聚糖作用,测定未知含量壳聚糖。
河北科技师范学院学报 第24卷第1期,2010年3月 Journal of Hebei Nor mal University of Science &Technol ogy Vol .24No .1March 2010 壳聚糖/海藻酸钠水凝胶的制备及其 在药物控释中的应用 郑学芳,刘 纯,廉 琪,贾丹丹,田宏燕,王东军 3 (河北科技师范学院理化学院,河北秦皇岛,066600)摘要:以戊二醛(G A )为交联剂,壳聚糖作为聚阳离子组分,海藻酸钠作为聚阴离子组分,制备了壳聚糖(CS )海藻酸钠(S A )水凝胶。探讨了改变溶液的pH 值和交联剂用量等条件对两种水凝胶溶胀性能的影响。交联剂含量、pH 对CS 2S A 水凝胶溶胀率的影响较大,且在酸性条件下的水凝胶的溶胀率远大于碱性条件下的溶胀率,包埋在此水凝胶中的牛血清蛋白(BS A )释放随载药介质的pH 值的变化而显著不同,pH 值为1.0条件下载药的水凝胶释药率大于pH 值为7.4,9.18条件下的释药率。 关键词:壳聚糖;海藻酸钠;牛血清蛋白;控制释放 中图分类号:O636.1 文献标志码:A 文章编号:167227983(2010)0120008204 水凝胶对外界刺激如pH 值、溶剂、盐浓度、光等能产生相应的体积变化,广泛应用于药物控制释 放、固定化酶、物料萃取、生物材料培养、提纯、蛋白酶的活性控制等领域[2～4]。壳聚糖(CS )作为一种带 正电荷的天然多糖,具有良好的生物相容性和生物降解性[5]。由于其具有良好的吸水保湿性能[6] ,作为水凝胶,在药物控制释放上具有良好的发展前途。海藻酸钠(S A )是一种广泛存在于各类棕色海藻中的天然高分子,可与多价阳离子形成简单的凝胶,成胶条件温和,该类凝胶对机体无毒性,适合作为药物包埋材料。笔者以戊二醛为交联剂,壳聚糖作为聚阳离子组分,海藻酸钠作为聚阴离子组分制备壳聚糖/海藻酸钠水凝胶(CS 2S A ),并通过改变溶液的pH 值和交联剂用量等因素来探讨水凝胶的溶胀性能变化。同时以牛血清蛋白(BS A )为模型药物,研究其在CS 2S A 水凝胶中的释放行为。1 实验部分 1.1 试剂与仪器 壳聚糖(CS ),分子量:1.5×105,脱乙酰度90%,粘度为90mPa ?s,浙江玉环化工厂生产;海藻酸钠(S A ),(C 6H 7Na O 6)n ,天津市光复精细化工研究所生产;牛血清蛋白(BS A ),上海蓝季科技发展有限公司生产;戊二醛(G A ),25g/L;冰乙酸,250g/L 。 傅里叶变换红外光谱仪(FTI R 28900),日本岛津公司生产;紫外分光光度计(UV 22401PC ),日本岛津公司生产。 1.2 水凝胶的制备 1.2.1 CS 2S A 最佳配比的选择 取5个50mL 小烧杯,按表1的原料配比,顺序加入20mL 去离子表1 最佳配比的选择编号海藻酸钠/g 壳聚糖/g 戊二醛/mL 冰乙酸/mL 溶胀度CA 210.20.61.2855.9052CA 220.30.51.2853.2505CA 230.40.41.2852.4666CA 240.50.31.2851.7676CA 250.60.21.2851.8920水,5mL 冰乙酸,海藻酸钠和壳聚糖,搅拌均匀 后,加入戊二醛(25g/L ),室温下搅拌24h,成胶 后倒入培养皿,真空干燥后切块,用去离子水浸 泡24h,每隔12h 换一次水以除去未反应的戊 二醛等小分子,最后于室温下真空干燥至恒重, 并分别标记为C A 21,C A 22,C A 23,C A 24,C A 25。 当海藻酸钠∶壳聚糖=5∶3时,形成凝胶的 溶胀度最小,说明正好处于海藻酸钠/壳聚糖基金项目:河北省自然科学基金资助项目(B20080004)。 3通讯作者,男,教授。主要研究方向:高分子材料。E 2mail:wdj9999@https://www.doczj.com/doc/fc13851048.html, 。 收稿日期:2010202223;修改稿收到日期:2010203209
实验一：壳聚糖制备工艺 一、实验目的 1、了解制备甲壳质和壳聚糖的意义； 2、学习甲壳质和壳聚糖制备工艺。 二、实验原理 壳聚糖是碱性多糖，有止酸、消炎作用，可抑制胃溃疡。动物实验表明，可降低胆固醇、血脂。国外已报道用作心血管系统降低胆固醇的药物。经分子修饰制得的肝素类似物，具有抗血栓作用，能与肝素妣美。壳聚糖广泛用于食品与医药，如用作药物的载体具有缓释、持效的优点；用于制作人造皮肤、人造血管、人工肾、手术缝合线等。 虾蟹壳含无机盐碳酸钙和磷酸盐约占45%；蛋白和脂肪约占27%；甲壳质约占20-25%（蟹壳含甲壳质17.1-18.2%;龙虾含甲壳质22.5%;虾壳含甲壳质20-25%）甲壳质是聚-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖，以β-（1，4）糖苷键连接而成，是一种线型高分子多糖，天然的中性粘多糖。甲壳质一般与蛋白质或碳酸钙或两者紧密结合在一起。盐酸浸泡处理可除掉壳里的无机盐碳酸钙、磷酸盐，壳中的CaCO3与HCL生成CaCL存在于废酸液中被除掉。碱处理可除掉壳中的蛋白和脂肪。经分离制得的甲壳质为白色无定型粉末，或亮白色半透明的小片状物。甲壳质不溶于水、稀酸、碱溶液和乙醇、乙醚等有机溶剂，溶于无水甲酸、浓无机酸。 浓热碱液与甲壳质作用，可脱掉甲壳质分子结构上的乙酰基，生成壳聚糖。即壳聚糖是由甲壳质在高浓度碱液中脱乙酰制备而成。壳聚糖为可溶性甲壳质，化学名称为聚-2-氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖，以β-（1，4）糖苷键连接而成。相对分子量约为12万-59万，是一种大分子阳离子聚合物。壳聚糖不溶于水和一般有机溶剂，不溶于碱，可溶于酸性水溶液（但不溶于硫酸）。 制备高黏度（高分子量）壳聚糖，脱乙酰工艺路线有几条，学生自行设计： 1.60-70℃，40-41%NaOH溶液保温20h； 2.110-120℃，45-50% NaOH溶液反应1h左右； 3.间歇式工艺路线：100℃条件下，45%的NaOH 溶液，1+1间歇反应2次，每次反应1h，每次反应后水洗至中性。 三、实验材料 1.材料与试剂 虾壳，1mol/L盐酸，5%氢氧化钠，95%乙醇，乙醚，硼氢化钠 2.仪器与设备 粉碎机，20目筛，方盘，磁力搅拌器，电磁炉，恒温水浴锅，真空干燥箱，布氏漏斗，抽滤瓶，循环水泵，三口烧瓶，冷凝管，温度计，烧杯，量筒，pH试纸，滤纸，纱布。 四、实验步骤 虾壳（称重，取25g），加1mol/L盐酸溶液，（固液比1:10，搅拌，静置12h）过滤。加5% 氢氧化钠溶液，（固液比1:8），搅拌,隔水煮1h，过滤，得甲壳质，烘干，粉碎，待用。 取5g甲壳质于三口瓶中，加45%氢氧化钠溶液（固液比1:20），再加1% 硼氢化钠，于110-120℃搅拌反应1h，冷却，离心，移去上清液，水洗沉淀，再离心，再移去上清液，水洗沉淀，再移去上清液，以95%乙醇洗涤沉淀，一起倒入抽滤瓶中，抽滤，留滤饼，得壳聚糖，晾干，称重。 五、实验结果 1.测定产品的主要质量指标黏度和脱乙酰度；
摘要 本文的目的是采用涂布法以聚乙烯醇(PVA)膜作为基膜制备壳聚糖复合膜, 以得到具有高阻隔性、较好力学性能、可降解性和抗菌性的食品包装材料,用乌氏粘度计测定壳聚糖的相对黏均分子质量。所用 3 种壳聚糖的相对黏均分 5 5 5 子质量分别为:4.68×10 、4.77×10 、6.68×10 。 比较抑菌圈法、比浊法、稀释平板计数法发现,比浊法结合稀释平板计数法用 于空白组与实验组的活菌计数,可以更准确地显示壳聚糖的抑菌效果。壳聚糖溶液 浓度为 0.01%的 LB 培养液在培养过程中出现絮状沉淀,而高浓度(0.1%)和空白实 验则不出现。这一有趣现象未见文献报导。相对分子质量大的壳聚糖的抑菌作用较 强。太低浓度的壳聚糖溶液,如 0.01%浓度,对两种细菌的抑菌效果不理想。对 E. coli 抑菌活性昀好的壳聚糖溶液浓度是 0.05%;而对 S. aureus 抑菌活性昀好的浓度则是 0.025%。 合成的两种壳聚糖衍生物样品(PCS、TMC)为白色絮状,都能溶于中性水。
浓度为 0.1%的 PCS 和 TMC 溶液都能有效抑制 E. coli 的生长。壳聚糖衍生物对细菌 的抑菌活性有一定的选择性。TMC 对 E. coli 菌比对 S. aureus 菌具有更好的抑菌效 果。 以 PVA 膜作为基材,采用涂布法制备了 PVA/壳聚糖复合膜。用万能材料试验机 测定复合膜的力学性能。复合膜的弹性模量随所用壳聚糖浓度的增大而增大。复合 膜的断裂伸长率和抗拉强度比 PVA 膜略微减小。 用透湿仪测定了复合膜的水蒸汽透过系数。各类复合膜的水蒸汽透过系数略高 于 PVA 膜。用 CS-1 和 CS-2 制得的复合膜的水蒸汽透过系数随壳聚糖浓度的增大而 增大;然而涂布 CS-3 的复合膜的水蒸汽透过系数却随着壳聚糖浓度的增大而减小。 复合膜的水蒸汽透过系数受环境相对湿度影响较大。用透氧仪测定了复合膜的氧气 透过系数,涂布壳聚糖可以提高 PVA 膜对 O 阻隔性能。 2 采用 QB/T 2591-2003 标准方法评价了复合膜对 E. coli 和 S. aureus抑菌效果。复
1.2.1啶虫脒/羧甲基壳聚糖-海藻酸钠凝胶球的制备配制一定浓度的海藻酸钠溶液,加入 吐温80乳化剂50 mL,乳化5 min,按比例1∶3加入羧甲基壳聚糖和啶虫脒混合物,混合后海藻酸钠的浓度为3%,啶虫脒的浓度为1%,制成100 mL悬浮液。该悬浮液用5 mL注射器(8#针头)滴入磁力搅拌下滴入100 mL氯化钙溶液中,再将25 mL 1%的戊二醛倒入与其交联,40℃交联50 min后,去除交联液,用100 mL去离子水洗涤凝胶球数次,常温下干燥至恒定质量,得黄色凝胶球。 2海藻酸钠/壳聚糖微胶囊的制备及其影响因素 2.1制备原理 薛伟明等[6]通过理论分析与试验研究,认为Ca2+引起海藻酸钠凝胶机理为:1个Ca2+与海藻酸钠分子链段中2个GG片段通过4个配位键形成配合物,即“蛋格(Egg-box)”结 构(图1),其中,由G单元的5-COO-和2-OH参与配位键形成。 由于壳聚糖分子链上有大量的伯氨基,海藻酸钠的分子链上有大量的羧基,在静电力作用下,可以通过正、负电荷吸引形成聚电解质膜(图2)。李沙等[7]通过差示扫描量热法(DSC)探讨ACA的成型机理,证实各组分不是以各自独立的形式存在于样品中,而是发生了静电相互作用,以新的相互结合状态存在;Ribeiro等[8]研究表明海藻酸钠羧基和壳聚糖氨基之间的静电相互作用是复杂结构的主要力量。 2.2制备方法 制备海藻酸钠胶珠最常用的方法是锐孔-凝固浴法[9-11],但该法受针头直径和海藻酸钠溶液黏度的限制,制备的凝胶珠粒径较大,为了克服这些缺点,出现了一些改进技术。如静电液滴生成技术[12-14],在针头和凝胶浴之间形成静电场,从而增加了电场力,可更容易地克服针孔内壁的黏滞阻力及液滴自身的界面张力,由此得到颗粒更小的凝胶珠。此外,还有离心喷雾造粒法[15]、喷雾法与高压静电场结合法[16]、乳化法[17-19]、气体搅拌乳化(内源凝胶)与膜乳化法[20]等。聚电解质络合原理制备海藻酸钠/壳聚糖微胶囊(ACA),是以海藻酸钠(钙)胶珠作为微胶囊的内核,在外部要包覆聚合物膜层才能最终形成微胶囊。其方法可分为一步法、两步法和复合法。 2.2.1一步法主要有2种方式:一种方式是将壳聚糖和氯化钙的混合溶液直接滴入海藻酸钠溶液中,最终形成含海藻酸钙凝聚层、壳聚糖/海藻酸钠络合层、壳聚糖沉淀层3层膜,内部是液态的微胶囊。王娜等[21]采用此法制备ACA,固定化木聚糖酶,使酶的热稳定性、重复操作稳定性和贮藏稳定性有了明显提高。另一种方式是反向操作,即将海藻酸钠溶液滴入壳聚糖和氯化钙的混合溶液中形成微胶囊,这种方式较为常用。付加雷等[22]用此法制备干扰素-tau(IFN-tau)微囊,得到的载药微囊外层较致密、内芯较疏松,最外层是沉淀出的壳聚糖外层,一般不含IFN-tau;中层是均匀分散有IFN-tau的壳聚糖/海藻酸钠的复合膜;内芯是均匀分散有IFN-tau的海藻酸钙芯料。陶呈斐等[23]用此法制备酮咯酸氨丁三醇海藻酸钠微囊,优化工艺条件后制得的微囊包封率达到90%,载药量44%,在水中的释药行为符合Higuchi方程。熊何健等[24]对茶多酚的包埋;李强等[25]对八角茴香油的包埋;程超等[26]对鸭跖草黄酮类物质的包埋,均采用这种方式制备海藻酸钠/壳聚糖微胶囊。 2.2.2两步法类似于传统的APA微胶囊的制备方法,首先将海藻酸钠溶液滴到氯化钙溶液中钙化成核,然后分别用壳聚糖、海藻酸钠溶液进行包覆成膜[27]。陈爱政等[28]用ACA固定化细胞发酵木糖醇;付颖丽等[29]用ACA固定化培养大肠杆菌;张杰等[30]用ACA固定化克雷伯氏杆菌;白雪莲等[31]用ACA固定化苹果酒酵母;熊鹰等[32]用ACA包埋人卵巢癌细胞;张武杰等[33]用ACA包埋载间充质干细胞;刘利萍等[34]用ACA包埋姜油树脂,而他们制备ACA的方法均采用两步法。 2.2.3复合法复合法是在一步法和两步法基础上建立起来的,先制备海藻酸钠/壳聚糖微胶
甲壳素/壳聚糖的制备与应用 郭建民1,徐晓军2,李林1 (1.宁波市环境保护科学研究设计院,浙江宁波315010; 2.青岛建筑工程学院,山东青岛266000) [摘要]甲壳素/壳聚糖是一种资源丰富、用途广泛的天然高分子。简介了其物理化学性质及 常见的制备方法;详细介绍了功能化甲壳素/壳聚糖近期的研究状况;综述了甲壳素/壳聚糖的应用;展望了我国甲壳素/壳聚糖资源的开发利用趋势。[关键词]甲壳素;壳聚糖;制备;功能化;应用 [中图分类号]TQ282 [文献标识码]A [文章编号]1006-1878(2004)07-0126-03 甲壳素(chitin )学名为无水-N -乙酰基-D -氨基葡聚糖,是一种重要的天然高分子,其结构与纤维素相似,通常分子量为几百万,是多糖化合物中最重要的一种聚氨基葡萄糖。甲壳素因主要来源于节肢动物如虾、蟹等的甲壳而得名。它也广泛存在于低等植物如真菌、藻类的细胞壁中。据统计,自然界中每年甲壳素的生物合成量在1000kt 以上,可见其自然界储量之丰富。 壳聚糖(chitosan )是甲壳素脱乙酰化而得到的一种生物高分子。由于壳聚糖分子中有大量游离氨的存在,其溶解性大大优于甲壳素,兼具有甲壳素的天然、无毒、生物相容性好与易于降解等优点,所以壳聚糖有十分良好的经济应用价值。人们对壳聚糖的研究十分活跃,其应用领域也不断拓宽。 我国有着丰富的甲壳素资源。充分利用现有资源,结合区域优势,加强对甲壳素的开发研究及产业化是我国甲壳素化学工业发展的必然趋势。 1 甲壳素的提取 目前,甲壳素主要还是从工业废弃的虾、蟹壳中 提取。把甲壳中的甲壳素,蛋白质和无机物质分离开,最后再进行脱色,获得纯净的甲壳素,其工艺流程为:虾蟹壳—水洗—酸浸(6%HCl )—碱煮(10% NaOH )—脱色(KMnO 4)—干燥—甲壳素成品。可见甲壳素的制备过程主要由简单的酸碱处理 工艺组成,技术难度不大。但是以这种传统的工艺制得的甲壳素存在着一些不足,如溶解度不高,溶液过滤性差等。近年来又提出了一些新的方法,使传统工艺得到了改进。如采用浓度递减,循环酸浸以及脱蛋白质交叉工艺制取的甲壳素可以获得较高的粘度。但是在甲壳素的制取过程中,对于动物壳中 的蛋白质和有机肥料的综合利用程度低及工艺过程中排放的废水量大等缺点,仍然是甲壳素制备工艺中需要改进的问题。此外,从蚕蛹壳、蝉和蝇蛹中提取甲壳素都有过系统的报道。 由于壳聚糖还是真菌细胞壁的常见组成部分,因此以微生物发酵来制取壳聚糖也有着巨大的环保意义。陈忻等采用生物发酵放射毛霉为原料制备了壳聚糖。研究表明,在反应温度为28℃,摇床转速为250r/min ,p H 为7.4～7.6,培养时间为45h 的条件下,壳聚糖对菌丝体产率为15.68%,脱乙酰度85%～90%。谭天伟等提出了以发酵工业废菌丝体为原料生产壳聚糖的新工艺。该工艺成本低廉,经济效益可观。 2 甲壳素的功能化改性 活性侧基的存在,赋予甲壳素较之其他多糖更强的功能性,而通过化学修饰在高聚物骨架上引入其他基团,从而改变高分子的物理化学性质,赋予其新的功能,即高分子的功能化。它已经成为甲壳素应用研究的一个热点。甲壳素/壳聚糖的功能化主要是利用分子结构中的羟基/氨基等活性基团,通过对其进行酰化、酯化、交联、醚化等反应来完成。功能化后的甲壳素/壳聚糖的物化性质得到了改善而具有优异的功能。2.1 交联反应 为了使壳聚糖得到很好的应用,需要把它制成[收稿日期]2003-12-18;[修订日期]2004-02-12 [作者简介]郭建民(1977— )男,河北省宣化市人,宁波市环境保护科学研究设计院工程师,硕士,主要从事环保药剂的开发与三废处理技术研究。 ? 621?2004年第24卷 化 工 环 保 ENV IRONMEN TAL PRO TECTION OF CHEMICAL INDUSTR Y
Bioprocess 生物过程, 2017, 7(4), 41-48 Published Online December 2017 in Hans. https://www.doczj.com/doc/fc13851048.html,/journal/bp https://https://www.doczj.com/doc/fc13851048.html,/10.12677/bp.2017.74006 Research Progress on Chitosan Antimicrobial Maotao Wu SunRui Marine Environment Engineering Co., ltd, Qingdao Shandong Received: Nov. 20th, 2017; accepted: Dec. 1st, 2017; published: Dec. 7th, 2017 Abstract Chitosan is a nature macromolecule. With the investigation, its applications are broad. The article summarizes the research and application of chitosan as an antimicrobial, the mechanism and the infective factors, and the development foreground of the chitosan antimicrobial is prospected. Keywords Chitosan, Antimicrobial, Mechanism, Prospect 壳聚糖抗菌剂研究进展 吴茂涛 青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司，山东青岛 收稿日期：2017年11月20日；录用日期：2017年12月1日；发布日期：2017年12月7日 摘要 壳聚糖是一种天然的高分子，随着研究的深入发展，应用范围越来越广泛。本文概述了壳聚糖在抗菌剂领域的研究应用情况，归纳总结了其抗菌机理及其影响因素，同时展望了壳聚糖抗菌剂的发展前景。 关键词 壳聚糖，抗菌剂，机理，展望