壳聚糖及壳聚糖柠檬酸结构性质和功能性质的比较

壳聚糖及其结构特点壳聚糖的化学结构特点决定了它具有很多独特的性质和广泛的应用。

首先，壳聚糖的分子结构呈线性。

它由一系列葡萄糖分子通过1-4糖苷键相连而成，形成了一个线性链状结构。

这种线性结构使得壳聚糖具有良好的可塑性和柔韧性，可以适应不同的应用需求。

其次，壳聚糖的分子结构上存在大量的氨基和羟基。

壳聚糖分子上的氨基和羟基对于化学修饰和功能化具有重要的意义。

这些官能团可以与其他物质发生反应，形成共价键，并扩展壳聚糖的应用领域。

例如，壳聚糖通过与其他活性物质的反应，可以制备出药物缓释系统、生物敷料、海洋生物材料等。

此外，壳聚糖的分子结构可由不同的适合性团修饰。

通过调控壳聚糖分子上的适合性团的数量和位置，可以改变壳聚糖的溶解性、稳定性、降解性等性质。

例如，通过引入疏水基团，可以提高壳聚糖的疏水性，使其在水性乳液、涂层等领域有更广泛的应用。

壳聚糖的分子结构特点决定了它具有很多优良的性质和广泛的应用。

首先，壳聚糖具有良好的生物相容性。

壳聚糖是一种天然产物，它在生物体内分解产生的代谢产物是无毒的，对人体无害。

因此，壳聚糖在医药领域具有广泛的应用前景。

例如，壳聚糖可以用作药物缓释系统的载体，将药物包裹在壳聚糖微粒或纳米粒子中，实现药物的缓慢释放，提高疗效。

其次，壳聚糖具有良好的吸附性。

壳聚糖分子上的氨基和羟基可以吸附水分子和其他溶质，形成水合物。

这种吸附性使得壳聚糖在环境净化和生物分离中有着广泛的应用。

例如，壳聚糖可以用作吸附剂，用于去除废水中的重金属离子、有机溶质等。

另外，壳聚糖具有良好的膜形成能力。

壳聚糖可以通过自组装形成薄膜，并具有良好的膜屏障性能和选择性透过性。

这种膜的形成能力使得壳聚糖在分离、过滤、微纳尺度器件等领域有着广泛的应用。

总之，壳聚糖作为一种重要的天然高分子多糖，具有独特的化学结构特点和优良的性质。

它在药物缓释、生物材料、环境净化等领域有着广泛的应用前景。

然而，目前壳聚糖的研究还处于较初级的阶段，需要进一步深入研究和开发，以实现其在更多领域的应用。

第一章 绪 论1．1 壳聚糖及其结构特点壳聚糖(Chitosan)是甲壳素(Chitin)脱乙酰基后的产物，是甲壳素最基本、最重要的衍生物。

甲壳素又名甲壳质、几丁质，化学名为(1,4)—2—乙酰胺—2—脱氧—β—D—葡聚糖，主要存在于虾、蟹、蛹及昆虫等动物外壳以及菌类、藻类植物的细胞壁中。

节肢类动物的干外壳约含20~50%甲壳素。

自然界中甲壳素有三种结构：α、β、γ，其中最为常见、普通的是α型。

地球上每年甲壳素的生物合成量为数十亿吨，是产量仅次于纤维素的天然高分子化合物。

下图1-1是甲壳素和壳聚糖的结构：图1-1 甲壳素、壳聚糖分子的结构示意图Fig.1-1 The configuration schematic of chitin and chitosan纯净的甲壳素和壳聚糖均为白色片状或粉状固体，比重0.3，常温下能稳定存在。

甲壳素分子之间存在强烈的氢键作用，使得甲壳素形成高度的结晶结构，因而甲壳素分子高度难溶。

甲壳素不溶于水及绝大多数有机溶剂，也不溶于稀酸、稀浓碱，只溶于浓酸和某些溶剂。

壳聚糖分子的活性基团为氨基而不是乙酰基，因而化学性质和溶解性较甲壳素有所改善，可溶于稀酸、甲酸、乙酸，但也不溶于水和绝大多数有机溶剂。

由于氨基和羟基比较活泼，壳聚糖的化学性质较甲壳素活泼，可以发生多种化学反应，比如烷基化、酰基化反应等等。

1．2 壳聚糖及其衍生物产品的应用壳聚糖及其衍生物由于其可再生性、生物相容性以及结构中的多种活性基团，具有多种优良的性质，已经广泛应用于化妆品、食品、医药、农业、环保等多个行业中。

1．2．1 在环保中的应用壳聚糖及其衍生物能够通过分子中的氨基和羟基与多种金属离子形成稳定的整合物且可帮助微粒凝聚，故广泛用作化工、轻工纺织等废水处理中的吸附剂和絮凝剂。

壳聚糖作为吸附剂和絮凝剂，能够有效地捕集溶液中的重金属离子和有机物，并可以抑制细菌生长，使污水变清，特别是对于汞、铬、铜、铅、钴、3n n甲壳素壳聚糖锌和砷等元素的离子有明显的吸附滤除作用[1-2]。

壳聚糖及壳聚糖-柠檬酸结构性质和功能性质的比较崔文慧，郭 芹，李庆鹏，靳 婧，哈益明*（中国农业科学院农产品加工研究所，农业部农产品加工与质量控制重点实验室，北京100193）摘要：将壳聚糖进行酰化改性制得壳聚糖-柠檬酸，测定其重均分子质量及水溶性，然后利用傅里叶红外光谱仪、电子扫描电镜仪、热重分析仪、X-衍射仪及核磁共振仪对它们进行结构表征，确证酰化反应的发生，并且探讨壳聚糖和壳聚糖-柠檬酸对重金属镉离子的吸附效果及对羟基自由基和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl，DPPH）自由基的清除效果。

结果表明：与壳聚糖相比，壳聚糖-柠檬酸的重均分子质量和水溶性都明显增加；结构表征直接或间接证明壳聚糖与柠檬酸发生酰化反应，结构差异导致性质差异；壳聚糖-柠檬酸对重金属镉离子的吸附效果及对自由基的清除能力均优于壳聚糖。

该研究为壳聚糖及其衍生物在实际中的进一步应用提供一定的研究基础。

关键词：壳聚糖；壳聚糖-柠檬酸；结构性质；功能性质Comparation on Structural and Functional Properties of Chitosan and Chitosan-citric AcidCUI Wenhui, GUO Qin, LI Qingpeng, JIN Jing, HA Yiming*(Agro-products Processing and Quality Control Key Laboratory of Ministry of Agriculture, Institute Agro-products Processing Science and Technology Chinese Academy of Agricultural Science, Beijing 100193, China)Abstract: Chitosan-citric acid was prepared by acylation reaction between chitosan and citric acid, and its weight-average molar mass and water solubility were respectively determined. Then the structural characterization was described by fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD) and nuclear magnetic resonance (NMR) to corroborate acylation reaction. In addition, we explored their adsorption effects on heavy metal cadmium ions and their ability of removing hydroxyl and 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) free radicals. Results indicated that compared with chitosan, the weight-average molar mass and water solubility of chitosan-citric acid clearly increased. At the same time, structural characterization directly or indirectly proved that citric acid was successfully introduced into chitosan via acylation reaction and the structure differences resulted in property differences. In addition, the adsorption effects of heavy metal cadmium ions and free radicals scavenging ability of chitosan-citric acid were better than that of chitosan. This research can provide the certain research foundation for the further applications of chitosan and its derivatives in practical application.Key words: chitosan; chitosan-citric acid; structural properties; funtional properties中图分类号：TS201.7 文献标志码：A 文章编号：____________________________________收稿日期：基金项目：农业部公益性行业专项“大宗水果加工副产物与残次果综合利用技术研究与示范”（201303076）；农业部公益性行业专项“园艺作物产品加工副产物综合利用”（201503142-01）作者简介：崔文慧（1989—），女，硕士，研究方向为农产品加工与贮藏工程。

文献综述钟士亮 041511130壳聚糖(chitosan)是甲壳素N-脱乙酰基的产物，是由β-(1,4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖单元和β-(1,4)-2-乙酰胺基-2-脱氧-D-葡萄糖单元组成的共聚体[1]。

而甲壳素是地球上最丰富的高分子化合物之一，每年的天然产量达上百亿吨，仅次于纤维素。

甲壳素与Ca2+是虾、蟹、昆虫的外壳、藻类、菌类细胞壁的主要构成成分[2]。

壳聚糖是迄今发现的唯一具有明显碱性、带正电荷的天然多糖类有机高分子。

壳聚糖分子结构中含有氨基、羟基、氧桥以及富含电子的吡喃环活性基团，通常在生物体内表现出极强的亲和性，同时具有抗菌活性等，但是，壳聚糖结构上大量的羟基和氨基，使得壳聚糖分子间与分子内有强烈的氢键作用，所以壳聚糖不溶于一般溶剂和水，但可以溶解于稀酸，如醋酸，盐酸等，这使得壳聚糖的推广应用受到很大程度上的限制，因此改善壳聚糖的溶解性能特别是改善其水溶性，是壳聚糖改性研究中最重要的方向之一[3-4]。

壳聚糖在生物学和医学上都具有潜在的应用价值。

据报道壳聚糖单体，有许多独特的生理活性，促进脾脏抗体生长，抑制肿瘤细胞[5]；强化肝脏功能，降低血压，吸附胆固醇；在微酸环境中具有较强的抗菌作用和显著的吸湿保湿力；活化植物细胞，促进植物快速生长[6]。

壳聚糖能促进血液凝固，可用作止血剂。

它还可用于伤口填料物质，良好的生物相容性和生物可降解性，还具有消炎、减少创面渗出和促进创伤组织再生、修复和愈合的作用。

壳聚糖结构如下图1.1：图 1.1 壳聚糖的结构式它分子链上的胺基和羟基都是很好的配位基团。

1 壳聚糖的性质1.1壳聚糖物理化学性质1811年法国科学家Braconno提取得到的甲壳素，甲壳素通过脱乙酰化得到壳聚糖，从此人们对它的研究越来越多。

壳聚糖呈白色或灰白色，略有金属光泽，为透明且无定形固体。

在185 ℃下开始分解，不溶于水和稀碱，可溶于大多数有机酸和部分无机酸中，壳聚糖分子中同时存在大量的氨基和羟基，因此可以进行相应的修饰、接枝、以及活化等[7]壳聚糖以其氢键相互交联成网状结构，利用适当的溶剂，可制成透明的的薄膜，壳聚糖的溶液具有粘性是一种理想的成膜物。

壳聚糖的物理性质及应用领域探究壳聚糖是一种天然高分子多糖，具有多种优秀的物理性质和广泛的应用领域。

本文将探究壳聚糖的物理性质及其在不同领域的应用。

首先，壳聚糖具有良好的水溶性。

由于其分子结构中含有大量的氨基和羟基官能团，壳聚糖能够与水分子之间形成氢键，从而使其在水中能够很好地溶解。

这种优良的水溶性使得壳聚糖在生物医学领域的应用大放异彩，例如用作药物递送系统、组织工程支架和创伤敷料等。

其次，壳聚糖具有优秀的生物可降解性和生物相容性。

壳聚糖能够被生物体内的酶和微生物降解，最终生成对生物体无害的产物。

这种生物可降解性使得壳聚糖成为一种理想的药物递送材料，可以用于缓释药物，并在药物释放后自动降解。

此外，壳聚糖的生物相容性也非常好，可以减少生物体的免疫反应和毒副作用，因此在生物医学领域广泛应用于制备各种生物材料和生物医用品。

第三，壳聚糖具有良好的膜性能。

壳聚糖膜具有较高的机械强度和韧性，可以用于制备各种薄膜材料，例如膜分离、渗透膜和生物传感器等。

同时，壳聚糖膜还具有良好的渗透性，能够选择性地允许某些物质通过而阻隔其他物质的通过，因此被广泛应用于水处理、气体阻隔和化学分离等领域。

第四，壳聚糖具有一定的抗菌性能。

壳聚糖分子中的阳离子胺基团能够与微生物表面的阴离子键合，从而破坏细菌和真菌的细胞膜结构，进而实现抑制和杀灭微生物的作用。

因此，壳聚糖被广泛应用于医药、食品和农业领域的抗菌和防腐剂。

除了上述物理性质外，壳聚糖还具有一些特殊的应用领域。

例如，壳聚糖在食品工业中被用作稳定剂、增稠剂、乳化剂和果蔬保鲜剂等。

在纺织工业中，壳聚糖可以用于染料的固定和防褪色剂的制备。

此外，壳聚糖还可以用于制备生物降解塑料、土壤修复剂、海水淡化膜等。

综上所述，壳聚糖作为一种天然高分子多糖，具有多种优秀的物理性质和广泛的应用领域。

其良好的水溶性、生物可降解性、生物相容性、膜性能、抗菌性能以及特殊的应用领域，使得壳聚糖在生物医学、食品、纺织、环境和农业等各个领域都发挥着重要作用。

壳聚糖的结构_性质和应用壳聚糖（Chitosan）是一种重要的生物高分子材料，在生物医学、食品、环境和农业领域有广泛的应用。

它是由葡萄糖与脱乙酰化合而成的线性共聚物，具有多种独特的化学性质和生物功能。

下面将详细介绍壳聚糖的结构、性质和应用。

壳聚糖的性质：1.可降解性：壳聚糖是可生物降解的材料，可以通过酶或微生物的作用在自然环境中迅速降解，不会对环境造成污染。

2.生物相容性：壳聚糖具有良好的生物相容性，能够与生物体组织亲和，不会引起免疫反应和排斥反应，适用于生物医学领域的应用。

3.凝胶性：壳聚糖在酸性溶液中易形成凝胶，可以通过调节pH或温度控制凝胶的形成和溶解，具有良好的胶体稳定性。

4.亲水性：壳聚糖具有较强的亲水性，能够吸附水分并保持水分平衡，可以用于保湿剂和水凝胶材料的制备。

5.电荷性：壳聚糖是一种阳离子高分子，表面带正电荷，可以与带负电荷的物质发生吸附和离子交换反应。

6.生物活性：壳聚糖具有抗菌、抗氧化、促进伤口愈合、增强细胞黏附和生长等生物活性，有助于促进组织修复和治疗。

壳聚糖的应用：1.医药领域：壳聚糖具有良好的生物相容性和生物活性，可以用于制备药物输送系统、伤口敷料、组织工程支架、缓控释药物等。

其独特的凝胶性质可以用于制备药物凝胶和水凝胶材料。

2.食品工业：壳聚糖具有保湿、抗菌和稳定乳化等性质，在食品加工中常用作食品包装材料的抗菌涂层、保湿剂、稳定剂和乳化剂等。

此外，壳聚糖还可以用于食品油脂的净化、脱色和脱臭等处理过程。

3.环境保护：壳聚糖具有吸附重金属离子、有机物和染料等的能力，在环境污染的治理中有广泛应用。

壳聚糖还可以用于水处理、土壤修复、污水处理和废气处理等领域。

4.农业领域：壳聚糖可以作为植物生长调节剂和农药增效剂等农业化学品的新载体和添加剂。

壳聚糖也可以制备水凝胶耕作剂、农药缓控释剂和土壤调理剂等。

总结：壳聚糖是一种重要的生物高分子材料，具有多种独特的化学性质和生物功能。

它在医药、食品、环境和农业等领域有广泛的应用，如药物输送系统、伤口敷料、食品包装材料、环境污染治理和农业化学品等。

壳聚糖的结构与性质研究壳聚糖（Chitosan）是一种天然聚合物，由甲壳贝类的外壳中提取而来。

它具有广泛的应用领域，包括医药、食品、化妆品、纺织品和环境保护等方面。

本文将重点探讨壳聚糖的结构和性质。

一、壳聚糖的结构壳聚糖是由N-乙酰葡萄糖胺和D-葡萄糖胺分子通过1,4-β-型醣苷键连接而成的聚合物。

在壳聚糖结构中，N-乙酰葡萄糖胺的乙酰基部分部分或完全被去除，生成去乙酰壳聚糖。

壳聚糖的分子量范围广泛，从几千到几十万不等。

二、壳聚糖的性质1. 可溶性：壳聚糖在酸性溶液中可溶解，但在碱性或中性条件下会凝胶化。

这种可溶性的特点使得壳聚糖在医药和化妆品领域具有良好的应用前景。

2. 生物相容性：壳聚糖是一种天然的生物大分子，与人体组织兼容性好，可降低药物和化学物质对人体的毒性和副作用。

3. 生物可降解性：壳聚糖可通过微生物酶的作用迅速降解，产生二聚体和单体，最终被人体代谢掉。

这一性质使其成为环境友好的替代材料。

4. 凝胶形成能力：在适当条件下，如酸性pH和低温，壳聚糖能形成凝胶。

这种凝胶具有可调控的孔隙结构和高比表面积，有助于药物包埋和释放。

5. 抗菌性能：壳聚糖具有一定的抗菌性能，可以抑制某些细菌和真菌的生长。

这使得壳聚糖在医药、食品和农业领域有广泛的应用。

三、壳聚糖的应用1. 医药领域：壳聚糖在医药领域的应用包括药物缓释、创伤敷料、骨修复材料和生物胶原膜等。

由于其生物相容性和可降解性，壳聚糖在药物传递系统中得到广泛应用，可以控制药物的释放速率和提高生物利用度。

2. 食品领域：壳聚糖因其结构独特、生物活性和可溶性，被广泛用于食品工业中作为稳定剂、增稠剂和乳化剂等。

此外，壳聚糖还可以用于食品保鲜、防腐和抗氧化等。

3. 环境保护：壳聚糖可用于废水处理，可以吸附重金属离子和有机物，起到净化水质的作用。

此外，壳聚糖还可用于制备生物降解塑料，有助于减少对环境的污染。

4. 纺织品领域：将壳聚糖修饰在纺织品上，可以赋予纺织品良好的吸湿性和抗菌性能，提高穿着舒适度和卫生性。

壳聚糖及其结构特点壳聚糖是一种天然高分子化合物，是由一种重要的葡萄糖多糖-2-氨基-2-脱乙酰壳聚糖构成的。

壳聚糖在自然界中广泛存在于海洋生物、昆虫和真菌中，并在酿酒、食品、生物医药等领域具有广泛的应用。

壳聚糖的结构特点主要包括分子量、胺基官能团、空间构型和溶解性等方面。

首先是壳聚糖的分子量，壳聚糖的分子量通常在几千到几十万之间。

它的分子量对于其应用性能具有重要影响，分子量较高的壳聚糖在药物控释和生物医学领域具有更好的应用前景。

其次是壳聚糖的胺基官能团，壳聚糖分子中的氨基官能团赋予它良好的生物活性和可改性。

通过适当的化学修饰，壳聚糖可以与其他物质发生共价键结合，形成更稳定的复合物，广泛应用于药物控释系统、生物传感器等领域。

壳聚糖的空间构型是其重要的结构特点之一、壳聚糖的葡萄糖环通过1,4-β连接方式形成线性链状结构，而线性链之间通过1,6-β连接方式形成混乱的空间网络结构。

这种空间构型使得壳聚糖在水中形成网状结构，表现出较强的黏度和凝胶性质。

这种凝胶性质使得壳聚糖在药物控释、组织工程和伤口愈合等领域具有重要的应用潜力。

最后是壳聚糖的溶解性。

壳聚糖是天然来说是溶于酸性溶液和醇类溶剂中的，而在中性和碱性溶液中很难溶解。

然而通过化学修饰或物理处理，可以改善壳聚糖的溶解性，并使其在更广泛的溶剂体系中可溶解。

这对于壳聚糖的应用来说具有重要意义。

总的来说，壳聚糖作为一种天然高分子化合物，具有许多重要的结构特点。

这些特点决定了壳聚糖在药物控释、组织工程和生物医药等领域具有广泛的应用前景。

同时，对壳聚糖的结构特点的深入研究也为其进一步改性和提高应用性能提供了重要的理论基础。

什么是壳聚糖壳聚糖主要功效和作用机理壳聚糖是一种具有多种生物活性的聚合物，它由葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键链接而成。

壳聚糖可分为两个主要类型：壳聚糖和壳寡糖。

壳聚糖分子较大，分子量较高，壳寡糖则较小，分子量较低。

壳聚糖主要存在于甲壳动物(如虾、蟹、龙虾等)的外骨骼、貉腹、蚕茧、蘑菇等生物体中。

它具有多种生物功能，包括抗菌、抗氧化、抗肿瘤、免疫增强和生物黏附等。

壳聚糖还具有良好的生物相容性和生物可降解性，因此被广泛应用于医药、食品、化妆品及其他领域。

壳聚糖的主要功效包括以下几个方面：1.抗菌作用：壳聚糖具有广谱的抗菌活性，能够抑制多种细菌、真菌和病毒的生长。

其抗菌机理主要有两种：一是通过改变细胞膜结构，影响物质的渗透和转运；二是通过释放出的阳离子与细菌细胞的负离子结合，破坏细菌的结构和功能。

2.抗氧化作用：壳聚糖具有良好的抗氧化活性，可以清除自由基，减少氧自由基对细胞和组织的损伤，起到抗衰老和抗病变作用。

3.抗肿瘤作用：壳聚糖对多种肿瘤细胞具有抑制作用，可以通过抑制肿瘤细胞的增殖、促进肿瘤细胞凋亡和抑制肿瘤细胞侵袭和转移等方式起到抗肿瘤作用。

4.免疫增强作用：壳聚糖能够增强机体的免疫功能，包括增强巨噬细胞的吞噬活性、促进T淋巴细胞的增殖和活化等，从而提高机体对病原体的抵抗能力。

5.保健作用：壳聚糖还具有一定的保健作用，可以调节血糖和血脂水平，改善肝脏功能，促进钙吸收和骨骼健康，调节肠道菌群平衡等。

壳聚糖的作用机理是多方面的，主要包括以下几个方面：1.细胞外反应：壳聚糖可以与细胞外基质结合，形成一种保护屏障，阻止病原体侵入机体。

同时，它还可以与胞外酶结合，抑制其活性，减少组织炎症和损伤。

2.细胞内反应：壳聚糖可以通过与细胞膜融合，改变膜的性质和功能，影响物质的传递和通道的打开。

此外，壳聚糖还可以与细胞内的一些关键蛋白相互作用，调控细胞的生理过程，如调节细胞凋亡、增殖和分化等。

3.免疫系统调节：壳聚糖可以通过与免疫细胞相互作用，提高免疫细胞的活性和功能，促进免疫细胞的分化和增殖，增强机体的免疫反应。