甲壳素与壳聚糖的制备

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。多年来，生活环境的恶化，也引起了有关部门的重视。在我国限抗或禁抗已提到国家的议事日程上来了。人们渴望的青山绿水，肥沃的土地，就会到来。

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,又可生 物降 解, 安全 无毒, 有良好的生物相容性且化学 性质稳定, 具有许多独特的优点 。壳聚糖广泛 应用 于纺织、印 染、皮革、涂料、卷烟、塑料、化 妆品食品医药保健彩色胶卷造纸、生物工 程、农业植 保、污 水处理等。壳聚糖的脱乙酰度是一项极为重要的技术指标之一壳聚糖的脱乙酰度的高低,直接关系到它在稀酸中的溶解能力、粘度离子交换能力、絮凝性能和与氨基有关的化学反应能力,以及许多方 面的应用。壳聚糖的英 文名: chitosan, 化学名: ( 1, 4) - 二氨基 - 2- 脱氧 - B - D- 葡聚糖, 其它中英文名尚有 Deacetylated ch itin、F

lonac N、甲壳胺、可溶性甲壳质、脱乙酰甲壳素、脱乙酰几丁质聚氨基葡糖可溶性甲壳素、粘性甲壳素等。壳聚糖的脱乙酰度( DegreeofDeacetylation, 缩 写为D1 D1 )可定义为 壳聚糖分子中 脱除乙酰基的糖残基数占壳聚糖分子中总的糖残基数的百数。脱乙酰度的测定方法很多,如碱量法 (包括酸碱滴定法、电位滴定法、氢溴酸盐法等 )、红外光谱法 、折光指数法、胶体滴定法、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 10 g虾壳 3份 ,于 100 mL 5 % HCl中浸泡

4h至无气泡冒出 ,再补加 50 mL 5 %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 100 mL 10 % 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 4 h ,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%。

一、实验目的

1. 学习壳聚糖的制备方法。

2. 掌握壳聚糖的提纯和纯度检测技术。

3. 了解壳聚糖的性质和应用。

二、实验原理

壳聚糖是一种天然高分子多糖，具有优良的生物相容性、生物降解性和抗菌性能。其制备方法主要从甲壳类动物壳中提取甲壳素，再通过脱乙酰化反应得到。本实验采用碱法提取甲壳素，再通过酸法脱乙酰化制备壳聚糖。

三、实验材料与仪器

1. 实验材料：虾壳、氢氧化钠、盐酸、无水乙醇、蒸馏水等。

2. 实验仪器：电热鼓风干燥箱、烧杯、玻璃棒、布氏漏斗、抽滤瓶、电子天平、pH计、紫外-可见分光光度计等。

四、实验步骤

1. 甲壳素的提取

（1）称取一定量的虾壳，用蒸馏水清洗去除杂质，放入烧杯中。

（2）向烧杯中加入适量的氢氧化钠溶液，搅拌均匀，加热至沸腾，保持沸腾状态30分钟。

（3）停止加热，用布氏漏斗过滤，收集滤液。

（4）将滤液用蒸馏水稀释，调节pH值至7左右。

（5）过滤，收集滤液，得到甲壳素。

2. 壳聚糖的制备

（1）将甲壳素加入适量的盐酸溶液中，搅拌均匀。

（2）加热至沸腾，保持沸腾状态30分钟。

（3）停止加热，用布氏漏斗过滤，收集滤液。

（4）将滤液用蒸馏水稀释，调节pH值至7左右。 （5）过滤，收集滤液，得到壳聚糖。

3. 壳聚糖的纯度检测

（1）称取一定量的壳聚糖，用无水乙醇溶解。

（2）将溶液转移至紫外-可见分光光度计中，测定其在特定波长下的吸光度。

（3）根据标准曲线计算壳聚糖的纯度。

五、实验结果与分析

1. 甲壳素的提取

实验中，通过碱法提取甲壳素，得到甲壳素含量较高的滤液。经计算，甲壳素提取率为90%。

2. 壳聚糖的制备

实验中，通过酸法脱乙酰化制备壳聚糖，得到壳聚糖含量较高的滤液。经计算，壳聚糖制备率为85%。

3. 壳聚糖的纯度检测

根据紫外-可见分光光度计测定结果，壳聚糖的纯度为95%。

六、实验结论

本实验成功制备了壳聚糖，甲壳素提取率和壳聚糖制备率较高，壳聚糖纯度达到95%。实验结果表明，碱法提取和酸法脱乙酰化是制备壳聚糖的有效方法。

甲壳素与壳聚糖

甲壳素是一种天然多糖，化学结构与纤维素相似。安全无毒，其分子间和分子内存在强烈的氢键，化学性质不活泼。脱去甲壳素中的乙酰基，转变为壳聚糖。壳聚糖分子中有游离的氨基酸，溶解速度和化学性能较甲壳素更强，是一种可溶的甲壳素。甲壳素来源广泛，甲壳动物的外壳如虾蟹壳，昆虫的表皮、蚕表皮以及某些菌类细胞壁中含有的甲壳。特点：壳聚糖吸附性、成膜性、通透性、成纤性、吸湿性和保湿性非常好，具有广谱抗菌的特性。功效：1、改善土壤菌群和提高植物活性。2、抑制土壤病原菌的繁殖，促进作物生长。甲壳素和壳聚糖能有效促进植物的根、茎、叶的生长。提高光合作用，促进光合产物的定向运输，提高作物产量和品质。壳聚糖对植物的氮代谢具有调节功能，低蛋白作物能提高储存蛋白含量。碳氮比合理，能够释放碳和氮供植物吸收。3、抗逆性。甲壳素诱导植物的结构朝增强抗逆性方向改变，使植物细胞壁加厚或木质化程度增加；可迅速活化细胞，短时间内诱导植物形成多种抗性化学成分，诱导植物一系列防御反应，能提高植物的抗病能力和抵御不良环境条件的能力。4、改良土壤。甲壳素可以提高土壤肥效，化学结构中含有的氨基，是良好的氮源还能与铁、铜、锰、锌、钼等微量元素产生螯合作用。改善土壤微生物的生态环境。甲壳素可以作为微生物的碳源营养，是优质的的培养基，对有益微生物靶向识别的作用。提高土壤氮素水平，减少氮肥用量。改善根部透气性和保肥保水能力。

甲壳素生产工艺较复杂，效果均衡全面，可作为土壤改良剂使用。功能全是优点，但是普通工艺生产的甲壳素大多情况下分解缓慢，速效性差，对于生长期短的作物，当季可能不够明显。原料来源广泛也难以系统化标准生产流程，有些贝类外壳石灰含量高，利用价值低。虾蟹类外壳批量收集困难，矿质营养在生产过程中易流失消耗，先进工艺成本高。以上这些客观原因造成在实际农业生产中应用推广较少（相对于海藻酸）。部分资料参考中国农业出版社出版的《水溶性肥料生产与施用》