第4章 甲壳素和壳聚糖 天然高分子材料
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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。
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11、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。
《天然高分子材料改性》课程教学大纲ModificationofNatura1Po1ymers一、课程基本信息学时:32学分:2考核方式:考查,平时成绩占30%课程简介:天然高分子材料改性是高分子材料与工程的选修课之一,其目的是为了使学生了系统地掌握天然高分子的来源、形态、化学结构、物理性能以及反应性能。
着重使学生掌握天然高分子的改性,培养学生分析问题与解决问题的能力,培养学生一定的自学能力和对文献资料归纳总结的能力,为进一步学习专业课以及毕业后从事专业工作打下必要的基础。
二、教学目的与要求第一章绪论1.了解天然高分子的种类2.了解天然高分子改性第二章纤维素材料1.掌握纤维素的结构和性能2.了解纤维素衍生物的应用3.了解改性纤维素的合成与应用第三章淀粉材料1.了解淀粉的结构与物性2.了解淀粉改性衍生物及其应用第四章甲壳素、壳聚糖材料1.了解甲壳素和壳聚糖的结构、性质2.了解甲壳素与壳聚糖衍生物及其应用3.了解甲壳素与壳聚糖改性材料及其应用第五章蚕丝蛋白1.了解蚕丝蛋白的结构、性质2.了解蚕丝蛋白衍生物及其应用第六章环糊精1.了解环糊精的结构、性质2.了解环糊精衍生物及其应用第七章木质素材料1.了解木质素的结构与性能2.了解木质素的化学改性3.了解木质素基高分子材料4.了解木质素复合材料第八章天然高分子材料的结构和性能表征方法1.了解天然高分子的分析2.了解天然高分子的性能测试3.掌握天然高分子的生物降解三、教学方法与手段多媒体教学,教学过程中注意启发式教学,培养学生的综合应用能力。
讲授过程中,教师讲授和学生自学相结合,课堂讨论。
衡量学习是否达到目标的标准:能够制定某一种天然高分子材料性能测试的方案。
五、推荐教材和教学参考资源推荐教材:1.胡玉洁,何春菊,张瑞军.天然高分子材料(第一版).北京:化学工业出版社,2012教学参考资源:2.胡玉洁.《天然高分子材料改性与应用》.北京:化学工业出版社,2003.3.张俐娜.《天然高分子科学与材料》(第一版).北京:科学出版社,2017.六、其他说明1.在教学过程中,采用多媒体辅助教学,帮助学生理解各重点和难点2.教学过程中注意启发式教学,培养学生的综合应用能力3.要求学生多练习。
作者简介:陈煜(1979-),男,甘肃天水市人,博士研究生,研究方向为甲壳素、壳聚糖的改性及应用,E mail:bityuchen@甲壳素和壳聚糖在伤口敷料中的应用陈 煜1,窦桂芳2,罗运军1,谭惠民1(1北京理工大学材料科学与工程学院,北京 1000812军事医学科学院野战输血研究所,北京 100850)摘要:天然高分子甲壳素和壳聚糖以其良好的生物相容性、生物可降解性、无毒、止血、止痛、抗菌、促进伤口愈合并减少疤痕等优点,在伤口敷料方面的研究正在引起人们的重视。
本文对甲壳素和壳聚糖适于作为伤口敷料的优异性能从机理上进行了讨论,并介绍了通过甲壳素、壳聚糖及其衍生物制备性能优异的伤口敷料的研究进展。
关键词:甲壳素;壳聚糖;伤口敷料;机理皮肤是人体的重要器官,它起着控制体温,防止感染及体液流失,免疫及传感的作用。
由于创伤、擦伤、皮肤溃烂和烧伤等原因,可能导致皮肤的大范围伤害。
皮肤的损伤容易造成细菌感染,体液流失并引起各种并发症[1]。
通常采用伤口敷料对伤口进行保护,防止伤口的感染和脱水,在伤口处维持有利于治疗的潮湿环境,改善治疗效果,促进伤口愈合。
通常对于伤口敷料有如下要求[2~7]:(1)具有与人体皮肤相近的柔软性能,在湿润时也能保持一定的形态和强度;(2)能保持创面的湿润环境,有较好的吸收伤口分泌物的能力,并有一定的透气性;(3)敷料无毒,对人体不发生有害的反应和刺激,而且必须能够阻止细菌进入创面以防止造成二次感染,避免伤口接触粒子和有毒的污染物,无热源;(4)最好有止血、止痛等作用,可促进肉芽生长和皮肤再生,加速愈合,减少疤痕;(5)贮存稳定性好,最好具有可降解性能,废弃物对环境不产生污染。
甲壳素是从虾、蟹等甲壳类动物的外壳以及菌、藻类低等植物的细胞壁中提取出的天然高分子材料,是自然界中仅次于纤维素的第二大生物衍生资源。
壳聚糖是甲壳素的脱乙酰化产物,是自然界中唯一的碱性多糖。
一般来说,甲壳素的N -乙酰基脱去50%以上就可以称为壳聚糖[8]。
谢长志:男,1979年生,硕士研究生,主要研究方向为功能高分子 刘俊龙:通讯联系人 Tel :0411281227868 E 2mail :junlongliu @甲壳素与壳聚糖的改性及应用谢长志,王 井,刘俊龙(大连轻工业学院化工与材料学院,大连116034) 摘要 甲壳素、壳聚糖及其衍生物是一种天然高分子,随着对其研究的深入发展,涉及的内容和应用范围越来越广泛。
概述了甲壳素、壳聚糖的结构、性质及其化学改性和共混改性的方法,简单介绍了它们的应用领域。
关键词 甲壳素 壳聚糖 化学改性 共混改性 应用Modif ication and Application of Chitin and ChitosanXIE Changzhi ,WAN G Jing ,L IU J unlong(School of Chemistry Engineering &Material ,Dalian Institute of Light Industry ,Dalian 116034)Abstract Chitin ,chitosan and their ramifications are nature macromolecules.With the investigation ,theircontents and applications are broad.The article summarizes the structures ,properties ,chemical modifications ,blend 2ing modifications ,applications of the chitin and chitosan 1K ey w ords chitin ,chitosan ,chemical modification ,blending modification ,application0 前言甲壳素(chitin )学名为:β2(1,4)222乙酰氨基222脱氧2D 2葡萄糖,为白色或灰白色无定型、半透明固体[1],广泛存在于海洋甲壳动物外壳、软体动物内骨骼、昆虫翅膀、菌类及藻类细胞壁内[2]。
甲壳素和壳聚糖的化学性质和应用普拉迪普·库马尔·杜塔,乔伊迪普格杜塔和特里帕蒂阿拉哈巴德,莫逖尼赫鲁国家技术研究所,化学系211004。
甲壳素和壳聚糖是相当灵活和有前途的生物材料。
脱乙酰甲壳素和壳聚糖衍生物,更加有用和有趣的生物活性聚合物。
尽管它的生物降解性,它有许多反应性氨基酸侧链基团,其中提供化学修饰,形成了大量的各种有用的衍生物,是市售的可能性或者可以通过接枝反应和离子相互作用。
本研究着眼于当代研究甲壳素和壳聚糖对在各种工业和医学领域的应用。
关键词:甲壳素,生物降解性,壳聚糖,生物材料介绍甲壳素是第二个最普遍的物质,地球上仅次于纤维素和多糖:它是由(1→4)组成的联-2 - 乙酰氨基-2 - 脱氧- - glucose1(D-N-乙酰葡糖胺)(图1)。
它通常被认为是纤维素衍生物,甚至不会发生在生产纤维素的生物中。
它与纤维素结构上是相同的,但它在C-2位置上具有乙酰胺的组(NHCOCH3)。
同样的衍生物甲壳素,壳聚糖线型聚合物(1→4) - 连接的2 - 氨基-2 - 脱氧--D-吡喃葡萄糖,很容易推导出N-脱乙酰化,其特征在于,不同程度上的脱乙酰度,因此它是一个的N-乙酰葡糖胺和葡糖胺的共聚物(图2)。
估计甲壳素每年待产几乎与纤维素一样多。
它已成为极大的研究热点,不仅是一个可利用的资源,也可作为一个新的高功能的生物材料,潜在于各个领域中的最新进展,化学作用是相当显著的。
图1 - 甲壳素结构图2 - 部分脱乙酰甲壳素甲壳素是一种白色,坚硬,无弹性,在含氮多糖中的外骨骼中发现,以及在内部结构的无脊椎动物中发现。
这些天然聚合物表面的一个主要来源在沿海地区。
作为食品工业中获得的甲壳类的壳进行脱乙酰壳多糖的生产,在经济上是可行的,特别是如果它包括恢复类胡萝卜素。
贝壳含有相当数量的虾青素,迄今尚未合成,类胡萝卜素是作为鱼类食品添加剂销售水产养殖,特别是鲑鱼。
印度的平均降落的固体废物分数贝类介乎60,000至8万吨。
甲壳素及壳聚糖在纺织工业中的应用1 概述甲壳素(Chitin)又名甲壳质、几丁质等,是一种丰富的自然资源,每年生物合成近10亿吨之多,是继纤维素之后地球上最丰富的天然有机物。
甲壳素的结构与纤维素极其相似,是一种天然多糖,可命名为(l,4)-2-乙酸氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖。
甲壳素兼有高等动物组织中胶原质和高等植物组织中纤维素两者的生物功能,对动、植物都具有良好的适应性,同时还具有生物可降解性和口服无毒性,因此近年来它已成为一种用途广泛的新型材料。
壳聚糖(Chitosan)是甲壳素脱乙酸化的产物,能溶于低酸度的水溶液中,因其含有游离氨基,能结合酸分子,故具有许多特殊的物理化学性质和生物功能。
壳聚精是甲壳素最重要的衍生物,是甲壳素脱乙酸度达到70%以上的产物,也是迄今为止发现的唯一天然碱性多糖,具有无毒性、可生物降解性、良好的生物兼容性等特性。
另外,壳聚糖分子中存有大量的氨基和羟基,可以通过化学反应在其上引入各种功能性基团进行化学修饰作为低等动物组织中的纤维成分,所以表现出了极高的应用价值和广泛的发展前景,是一种新型的多功能织物整理剂,在印染、抗折皱、防毡缩、抗菌和纤维滤嘴等方面应用广泛。
此外,将甲壳素或壳聚糖纺成纤维,进而加工成外科用的可吸收手术缝合线、伤口敷料、人造皮肤等医用材料则是近年来科学家们研究的重要课题。
2 在纺织领域中的应用壳聚糖具有许多天然的优良性质,如吸湿透气性、反应活性、生物活性、吸附性、粘合性、抗菌性等,人们利用这些性能来提高棉、毛、丝绸等天然纤维织物的染色、抗菌、防皱、防缩等性能,并可应用于纺织领域的污水处理。
2.1 手术缝合线用壳聚糖纤维制成的缝合线,在预定时间内有很强的抗张强度,在血清、尿、胆汁、胰液中能保持良好的强度,在体内有良好的适应性,尤其是经过一定时间,壳聚糖缝合线能被溶菌西每解,被人体自行吸收。
因此,当伤口愈合后,不必再拆线。
理想的外科缝合线应满足:愈合前与组织兼容;愈合时所有缝合线不拆除,逐渐被人体吸收而消失;缝合线不破坏愈合。