甲壳素与壳聚糖

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。

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。

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。

甲壳素和壳聚糖内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）备注第7章甲壳素和壳聚糖7.1 甲壳素和壳聚糖的结构、性能7.2 甲壳素的存在状态与提取方法7.3 甲壳素与壳聚糖的改性7.4 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7.1 甲壳素和壳聚糖的结构、性能7.1.1甲壳素的发现与命名1、1811年 H.Braconnot 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 A.Odier 甲壳类昆虫翅鞘中分离，命名Chitin3、4、1878年 G.Ledderhose 从Chitin水解反应液中检出氨基葡萄糖和乙酸5、1894年 E.Gilson 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。

6、1859年 C.Rouget将甲壳素浸泡在浓KOH溶液中煮沸一段时间，取出发现可溶于有机酸中。

7、1894年 F.Hoppe-Seiler确认这种产物是脱掉了部分乙酰基的甲壳素，并命名为壳聚糖（Chitosan）。

壳聚糖是甲壳素的N-脱乙酰基的产物，一般而言，N-乙酰基脱去55%以上就可以称之为壳聚糖，这种脱乙酰度的壳聚糖能溶于1%乙酸或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（D.D.）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、壳聚糖、壳寡糖的区别甲壳素、壳聚糖、壳寡糖有相同的原料来源，都是从甲壳类生物体（蟹壳等）中提取的物质，但是产品形式和萃取技术、阶段不同，其作用效果也不是很相同，那么，甲壳素、壳聚糖、壳寡糖有什么区别呢？下面小编就为大家介绍一下甲壳素、壳聚糖、壳寡糖的区别。

甲壳素、壳聚糖、壳寡糖有什么区别甲壳素Chitin.甲壳质是1811年由法国学者布拉克诺发现，1823年由欧吉尔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。

甲壳素是第一个实际应用的产品，也是在日本第一个被批准的“功能性食品”。

但是甲壳素不溶于水、碱、一般的酸和有机溶剂，只溶于部分浓酸，是依靠人体胃肠道中的甲壳素酶、溶菌酶等的作用少部分分解，因此其吸收率极低，服用量较大，产生的服用反应也高达70%以上。

对甲壳素进行化学处理，脱掉其中的乙酰基，就变成了壳聚糖。

壳聚糖壳聚糖(chitosan)，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖，是由甲壳素(chitin)经过脱乙酰作用得到的，一般而言，N-乙酰基脱去55%以上的就可称之为壳聚糖。

壳聚糖已经可以溶于稀酸，比甲壳素进了一步。

但是甲壳素和壳聚糖都是大分子，分子量在几十万到几百万，都不溶于水。

甲壳素经脱乙酰基处理得到壳聚糖，再经过进一步降解，就成为壳寡糖。

壳寡糖利用壳聚糖为原料，把壳聚糖降解为小分子，就是壳寡糖。

其分子量在3000Da左右，聚合度为2-20。

因此壳寡糖本身是一种混合物，里面有单糖一直到壳十糖，每一种糖类都有其一定的功能性。

壳寡糖可以直接溶于水，水溶性大于99%，人体吸收率99.88%，服用量和服用后反应大为减少，直接参与人体的生理调节效果比壳聚糖更为显著，具有许多优于高分子量壳聚糖的功能。

而壳聚糖则要通过人体的生物酶降解先得到部分小分子量的壳寡糖，一般情况下，降解比例为1－5%，其余95%的聚糖则通过人的肠道系统而排除，所以壳寡糖增加机体免疫功能比壳聚糖更强。

甲壳素和壳聚糖的结构式甲壳素是一种多糖类物质，主要存在于甲壳动物的外壳和外骨骼中。

它是由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰半乳糖胺通过β-1,4-糖苷键连接而成的。

甲壳素具有坚硬、耐磨、耐腐蚀等特性，因而被广泛应用于工业和医药领域。

壳聚糖是一种天然的多糖类物质，主要存在于甲壳动物的外壳和软骨中。

它是由葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接而成的。

壳聚糖具有生物相容性、生物可降解性、抗菌性等特性，因而被广泛应用于医药、食品和化妆品等领域。

甲壳素和壳聚糖在结构上非常相似，都是由葡萄糖分子通过糖苷键连接而成的多糖类物质。

它们的差异主要体现在两个方面：首先，在甲壳素中，葡萄糖分子中的羟基被乙酰基取代，而在壳聚糖中，葡萄糖分子中的羟基没有被取代；其次，在甲壳素中，葡萄糖分子的连接方式为β-1,4-糖苷键，而在壳聚糖中，葡萄糖分子的连接方式也是β-1,4-糖苷键。

甲壳素和壳聚糖的这些结构特点赋予了它们不同的性质和应用领域。

甲壳素具有坚硬、耐磨、耐腐蚀等特性，因而被广泛应用于工业领域，如制造汽车零部件、船舶构件等。

此外，甲壳素还具有一定的药理活性，可以用于治疗骨质疏松症、关节炎等疾病。

壳聚糖具有生物相容性、生物可降解性、抗菌性等特性，因而被广泛应用于医药领域。

壳聚糖可以用于制备药物缓释系统，可以将药物包裹在壳聚糖微球中，通过控制微球的降解速度和释放速度，实现药物的缓慢释放，提高药效。

此外，壳聚糖还可以用于制备生物质载体，用于组织工程和再生医学等领域。

甲壳素和壳聚糖作为天然多糖类物质，具有良好的生物相容性和生物可降解性，因而在医药领域具有广阔的应用前景。

随着人们对健康和环保意识的提高，甲壳素和壳聚糖的应用前景将会更加广阔。

但同时也需要加强对甲壳素和壳聚糖的研究和开发，以进一步发挥它们在医药和工业领域的作用，为人类的生活带来更多的便利和福祉。