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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。
农药按照来源可将其分为化学农药和生物源农药2大类，其中生物化学农药、植物源农药、微生物农药一般归属于生物源农药，也即平时称之为生物农药。
生物源农药在我国已有悠久的历史，也是最早应用植物源农药防治病虫害的国家之一；虽然生物源农药特性是药效偏低（与化学农药相比），其发展速度显得比较缓慢，但却是发展绿色农业重要的主力军。
生物源农药壳聚糖是甲壳素脱乙酰化处理的产物，壳聚糖的分子量为十几万至几十几，是迄今发现的唯一天然碱性多糖。
由于形成有序的大分子结构中大量2-氨基葡萄糖和部分2-乙酰氨基葡萄糖的存在，前者含量一般超过80%，其特殊的分子组成和结构赋予壳聚糖多种生物活性和功能，与甲壳素相比各种性能得以大大改观。
据文献报道，生物源壳聚糖具有杀虫、杀菌、调节作物生长、生物官能性和易于成膜等特殊性能，在农业中主要可以用作杀虫剂、杀菌剂、植物生长调节剂、农药缓释剂、果蔬保鲜剂以及可降解地膜和种子处理等应用；而使用的壳聚糖对作物无药害，对人畜无毒害、对环境无公害, 是一种对环境友好的、性能优良的生物源农药，具有广阔的应用前景。
壳聚糖已经在食品、医药、化妆品、其他工业方面使用都取得了一定的成果，在农业上则在近年来才得到应用。
壳聚糖是植物-病原体相互作用过程中的重要信号分子，不仅能抑制病原菌的生长，还能激活植物的多种抗病基因，诱导植物产生抗病性。
它作为植物体内的诱导物，能诱导各类植物产生抗性因子，有效地防治真菌、细菌和病毒性病害；同时又能有效地活化植物细胞，调节和促进植物生长，特别是对目前化学农药无法控制的某些农作物的特殊病害，如枯萎病、黄萎病和病毒病等，有明显而独特的效果，受到人们的关注。
1 壳聚糖的资源和制备壳聚糖（chitosan）是甲壳素的脱乙酰化处理的产物，是迄今发现的唯一天然碱性多糖。
甲壳素（Chitin）又名甲壳质或几丁质等，属于直链氨基多糖，分子式为（C8H13NO5）n，单体之间以β（1→4）甙链连接，分子量一般在106左右，理论含氨量6.9%。
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。
小龙虾壳中甲壳素的提取及壳聚糖的制备甲壳素（Chitin），又名几丁质，是一种氨基多糖，主要存在于节肢动物如虾、蟹的外壳和真菌及一些藻类植物的细胞壁中，是仅次于纤维素的第二大可再生资源。
壳聚糖是甲壳素脱乙酰基的产物，是天然多糖中惟一的碱性多糖，具有许多特殊的物理化学性质和生理功能，被认为是继蛋白质、脂肪、糖类、维生素和无机盐之后的第六大生命要素。
目前，甲壳素/壳聚糖及其衍生物在食品、材料科学、医药科学、微生物学、免疫学、农业等方面有重要的应用价值，现已成为最热门的研究领域之一。
我国目前加工提取甲壳素和壳聚糖的主要原料是海虾和海蟹壳等，用淡水虾壳制备甲壳素和壳聚糖的报道尚不多见。
小龙虾学名为克氏原螯虾（Procambarus clarkii），也叫红螯虾，是一个淡水小龙虾种，原产于美国东南部，现广泛分布于长江中下游各省市。
小龙虾壳为虾仁加工或食用后的废弃物，长期以来未得到很好的利用，既浪费了资源，又污染了环境。
因此，以小龙虾壳为原料生产甲壳素类产品具有综合利用资源和保护环境的双重意义。
本研究以小龙虾壳为原料，采用酸碱法提取甲壳素，然后将甲壳素脱乙酰基制备壳聚糖，考察不同提取制备条件对甲壳素提取率和壳聚糖质量的影响，确定最佳工艺条件，旨在为虾壳的综合利用提供参考。
1 试验方法1.1 甲壳素的提取1.1.1 甲壳素的提取将收集于荆州市南门某大排档的新鲜小龙虾壳洗净，除去附着物，烘干并磨成粉，取小龙虾壳粉，室温下分别用不同浓度的HCl溶液浸泡，期间不断搅拌，除去虾壳中的矿物质，直至无气泡产生。
倾去酸液，水洗至中性；用不同浓度的NaOH溶液在90～100 ℃水浴中反应不同时间，水解除去虾壳中的蛋白质。
倾去NaOH溶液，水洗至中性，得甲壳素粗品。
甲壳素粗品用5 g/L的KMnO4溶液浸泡1 h，过滤，水洗除去KMnO4后用10 g/L的草酸水溶液于60～70 ℃搅拌进行脱色反应，直至全部变成白色，水洗至中性，于60～70 ℃干燥24 h，得白色的甲壳素。
甲壳素∕壳聚糖及衍生物在水处理中的应用摘要：甲壳素具吸附及螯合性，可以和重金属离子形成错合物，再加上其生物可分解特性，不致于造成二次公害，因此为一良好的环境友好型水处理材料。
本文主要介绍了甲壳素∕壳聚糖及衍生物在水处理中的应用研究进展。
关键词: 壳聚糖;螯合; 水处理一．壳聚糖简介甲壳质是1811年由法国学者布拉克诺(Braconno)发现，1823年由欧吉尔(odier)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，溶于浓盐酸/磷酸/硫酸/乙酸,不溶于碱及其它有机溶剂,也不溶于水。
甲壳质的脱乙酰基衍生物(Chitosan derivatives)可溶于水。
甲壳素具有抗癌抑制癌、瘤细胞转移，提高人体免疫力及护肝解毒作用。
尤其适用于糖尿病、肝肾病、高血压、肥胖等症，有利于预防癌细胞病变和辅助放化疗治疗肿瘤疾病。
因此,甲壳素/壳聚糖越来越多地被国内外研究者所重视,对它的研究也日益深入,现在,甲壳素/壳聚糖的应用领域已覆盖环保、食品、生物医用材料、生物农药等诸多方面。
甲壳素的化学名称为（1，4）-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖，是线型多糖类聚合物，简称为N-乙酰-D-葡糖胺。
二．1、壳聚糖的制备壳聚糖是许多低等动物,特别是节肢类动物(如昆虫、甲壳类动物等)外壳的主要成分,主要以无机盐及蛋白质结合形式存在.但其中尤以虾蟹壳中含量最高，因此通常以是虾蟹壳为原料。
（1）传统工艺[1]以虾蟹壳为原料，常温下用稀释盐酸分解无机盐，用稀碱脱除蛋白质得甲壳素，甲壳素再经浓碱脱乙酰基得壳聚糖。
其简易流程如下：虾蟹壳——清洗、去杂质、烘干（加稀HCL）——脱无机盐（加稀NaOH）——脱蛋白质（加浓NaOH）——脱乙酰基——烘干得壳聚糖壳聚糖的主要质量指标是粘度及胺基含量，在制备壳聚糖过程中，用稀盐酸分解虾蟹壳无机盐的同时，壳聚堂的链也会发生不同程度的水解作用，因此在分解无机盐的过程中盐酸的浓度、处理时间及温度对壳聚糖制品的粘度、胺基含量均有影响。
甲壳素与壳聚糖的制备原理与工艺流程下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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作者简介:李维静(1979-),女,安徽蚌埠人,助教,主要从事食品生物技术的教学和研究工作。
收稿日期:2007-04-28甲壳素、壳聚糖的性质、制备及其在食品中的应用李维静(蚌埠学院食品与生物工程系,安徽蚌埠 233030)摘 要:本文概述了甲壳素、壳聚糖的研究现状和最新进展,并介绍了它们的性质、制备,着重探讨了其在食品工业中的应用。
关键词:甲壳素;壳聚糖;食品;应用中图分类号 O622.1 文献标识码 B 文章编号 1007-7731(2007)10-58-03 甲壳素是2-乙酰基葡萄糖直链多聚体,是自然界中大量存在的唯一的氨基多糖,结构见图1,每年地球上的自然生成量就达数十亿t,仅次于纤维素是地球上第2大可再生资源。
壳聚糖,又称为脱乙酰甲壳素、甲壳胺,是通过甲壳素一定程度的脱乙酰而得到,化学名称是(1,4)-2-氨基-2-脱氧-β-D -葡聚糖,结构见图1。
因为甲壳素的脱乙酰反应一般不完全,壳聚糖工业品的脱乙酰度通常在70%-90%之间,所以实际上壳聚糖工业品可视为甲壳素和壳聚糖两种单体单元的无规共聚体。
图1 甲壳素,壳聚糖的结构式最早发现甲壳素的是法国科学家H.B raconnet 。
1811年他从蘑菇中提取到一种类似纤维素的物质并命名为Fungine 。
1823年法国人Odier 在昆虫表面坚硬角皮部分也发现类似物质,用希腊语改为Chitin,是“外壳、信封”的意思。
1859年法国人Rouget 将甲壳素置于氢氧化钠溶液中加热后得到可溶于有机酸的一种新物质,1894年德国人Aoppe -Seuler 将这种脱乙酰物质命名为壳聚糖(Chi 2t osan )。
此后各国科学家对壳聚糖的开发及应用越来越感兴趣,并先后于1978年和1982年两次召开国际会议探讨壳聚糖的提取技术和应用研究。
1 性质甲壳素是一种天然粘多糖,属聚多糖类,分子式(C 16H 26O 10N 2)n,其化学结构与纤维素极其相似,可看成2-羟基被乙酰胺所取代的纤维素。
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。
第1篇一、实验目的1. 学习壳聚糖的提取方法。
2. 探究壳聚糖的性质及其应用。
3. 了解壳聚糖在食品、医药等领域的应用前景。
二、实验原理壳聚糖是一种天然的高分子多糖，由甲壳素经过脱乙酰化反应得到。
壳聚糖具有良好的生物相容性、生物降解性、抗菌性、成膜性等特性，广泛应用于食品、医药、环保等领域。
三、实验材料与仪器1. 材料：虾壳、稀盐酸、氢氧化钠、无水乙醇、氯仿、硫酸铜、硫酸锌、硫酸钠等。
2. 仪器：电子天平、恒温加热器、电热鼓风干燥箱、研钵、烧杯、滴定管、移液管、容量瓶、锥形瓶、玻璃棒等。
四、实验步骤1. 壳聚糖的提取（1）将虾壳洗净，晾干，剪碎。
（2）将虾壳放入烧杯中，加入适量的稀盐酸，加热煮沸，搅拌，使虾壳中的甲壳素溶解。
（3）过滤，取滤液，用氢氧化钠调节pH值至7-8。
（4）将调节pH值后的溶液加热煮沸，使壳聚糖析出。
（5）过滤，取滤饼，用无水乙醇洗涤，去除杂质。
（6）将洗涤后的滤饼放入电热鼓风干燥箱中，干燥至恒重。
2. 壳聚糖的性质研究（1）溶解性：将干燥后的壳聚糖加入适量的氯仿中，观察壳聚糖在氯仿中的溶解情况。
（2）成膜性：将壳聚糖溶液滴在玻璃板上，待溶液蒸发后，观察壳聚糖薄膜的形成情况。
（3）抗菌性：将壳聚糖溶液滴在含有细菌的培养基上，观察细菌的生长情况。
（4）生物降解性：将壳聚糖溶液滴在土壤中，观察壳聚糖在土壤中的降解情况。
五、实验结果与分析1. 壳聚糖的提取经过实验，成功提取出壳聚糖，干燥后的壳聚糖呈白色粉末状。
2. 壳聚糖的性质研究（1）溶解性：壳聚糖在氯仿中溶解度较低，说明其具有一定的溶解性。
（2）成膜性：壳聚糖溶液在玻璃板上形成薄膜，说明其具有良好的成膜性。
（3）抗菌性：壳聚糖溶液对细菌具有一定的抑制作用，说明其具有良好的抗菌性。
（4）生物降解性：壳聚糖在土壤中逐渐降解，说明其具有良好的生物降解性。
六、结论1. 成功提取出壳聚糖，干燥后的壳聚糖呈白色粉末状。
2. 壳聚糖具有良好的溶解性、成膜性、抗菌性和生物降解性。
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。
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621・2004年第24卷
化 工 环 保
ENV IRONMEN TAL PRO TECTION OF CHEMICAL INDUSTR Y
交联产物。
一般采用的交联剂有戊二醛、甲醛、环氧氯丙烷、环硫氯丙烷及二异氰酸酯等。
交联后的产物不溶于稀酸,吸附性能好,可再利用。
2.2 接枝反应
壳聚糖与含有乙烯基的单体可进行接枝共聚反应,从而使壳聚糖具有某些特殊性能。
如采用硝酸铈铵-乙二胺(CAN-ED TA)为引发剂,或以过硫酸钾-亚硫酸氢钠氧化还原引发体系,甲基丙稀酸(MMA)、丙稀酸乙酯(EA)等均可与壳聚糖进行接枝共聚反应。
2.3 酯化反应
甲壳素/壳聚糖与脂肪族或芳香族酰氯或酸酐反应,所生成的酰化产物具有许多新的用途。
在碱性条件下,用氯乙酸对壳聚糖进行改性,可以合成有良好水溶性的羧甲基壳聚糖。
此外,也可用无机含氧酸做酯化剂,与甲壳素/壳聚糖反应生成有机酯类化合物,常见的有硫酸酯、黄原酸酯等。
2.4 N-衍生化反应
壳聚糖中的氨基可以与醛酮反应生成Schiff碱化合物。
该反应可得到相应的N取代多糖,对许多重金属离子有很强的螯合力。
常用的芳香醛或脂肪醛有水杨醛和芳香醛。
马金红等用丙酮酸与壳聚糖发生Schiff反应,合成了高取代度的水溶性丙酮酸壳聚糖,并证明了它具有优异的吸附性能。
Schiff 化合反应的另一个用途是作为掩蔽剂,保护-N H2,待壳聚糖中O取代反应完全后,用HCL脱掉醛基,得到N-烷基化壳聚糖。
壳聚糖上的-N H2还可以与酸酐生成N-酰化产物。
通过用乙酸酐和邻苯二甲酸酐对壳聚糖进行酰化反应,制成的壳聚糖的酰化产物溶解性较高。
2.5 醚化反应
甲壳素/壳聚糖中的羟基与卤代烃或醇反应,可生成醚,广泛用于日化工业。
此外,用低分子冠醚通过化学反应接枝于高分子化合物分子上,可制备出具有高分子化合物和冠醚化合物双重结构特性的高分子冠醚。
3 甲壳素的应用
甲壳素资源取之不尽,用之不竭。
功能化甲壳素/壳聚糖为其应用开拓了一个具有潜力且颇为广阔的前景。
目前,全世界都十分重视对这一资源的开发与利用。
甲壳素/壳聚糖已经被广泛应用于日用化工、环保、食品工业、农业和医疗等行业。
3.1 在环保中的应用
甲壳素/壳聚糖类絮凝剂以其天然无毒、可生物降解、可再利用等优越性能在水处理和污泥处理中得到广泛应用。
甲壳素/壳聚糖在水处理中作为絮凝剂可大量使用,已部分实现了商品化。
上世纪末,用于废水处理的甲壳素/壳聚糖销售额已达1400万美元。
甲壳素/壳聚糖属于弱阳离子型高分子,具有很强的螯合和吸附作用。
经过功能化的甲壳素/壳聚糖高分子螯合树脂对重金属离子、有机染料甚至一些非金属物质如蛋白质、氨基酸等都有很好的吸附效果。
目前,甲壳素/壳聚糖类絮凝剂方面的研究已取得了突破性进展,并广泛应用于废水处理及污泥脱水中。
胡运华等以壳聚糖为原料,制备了以壳聚糖为母体的负载型螯合树脂,试验表明该树脂对贵金属离子如Au+、Ni2+、Pd2+等有很好的吸附性和较高的吸附速率。
陈鹏等研究了以壳聚糖为水处理剂采用固定床形式对鞣革废水进行了处理,动态吸附量可达23.76mg/g,壳聚糖水处理剂可反复使用5次以上。
大量研究表明,壳聚糖作为无机高分子絮凝剂具有沉降时间短,脱色效果好的优点。
3.2 在医药方面的应用
甲壳素/壳聚糖在医药领域最早被用作压片助剂和胶囊剂。
今年,又被成功用于缓释剂和控制剂。
此外用甲壳素制成的酮酸可用作手术缝合线,可以被人体自动吸收。
甲壳素也可作为临床用的医用敷料,目前已成功地用壳聚糖醋酸溶液制成壳聚糖无纺布,敷于大面积烧伤处,透水性好,效果极佳。
3.3 在日化产品中的应用
甲壳素/壳聚糖是天然多糖中很少见的带正电荷的高分子物质,它在日化产品中主要作为保湿剂,整理剂和固化剂。
由壳聚糖制成的化妆品已经被推向市场。
估计在未来数年中甲壳素/壳聚糖及其衍生物在化妆品领域的比重将会大大增加。
3.4 在化学工业的应用
甲壳素/壳聚糖与金属配合,作为氢化、氧化、异构化等有机合成工业中作为催化剂有许多优良性能。
它稳定性好、催化活性与选择性高,易从反应体系中分离。
目前这方面的研究已经开始。
如张一烽等对壳聚糖负载稀土配合物与三异丁基铝、ε-己内酯催化甲基丙稀酸甲酯的聚合进行研究,证明了壳聚糖负载稀土催化剂具有高立体定向性。
此外,壳聚糖-Cu螯合树脂在四氯化碳存在下,可作烯类单体如甲基丙稀酸甲酯和丙稀腈的引发剂。
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增刊郭建民等.甲壳素/壳聚糖的制备与应用
4 展望
为充分发掘甲壳素/壳聚糖的市场潜力,使其早日成为新世纪中国化工的新型产业之一,对甲壳素/壳聚糖的科学研究就要以经济效益和环境效益为着眼点,从以下几个方面深入研究:(1)充分利用丰富甲壳资源,研究甲壳素/壳聚糖的提取制备工艺,变废为宝,开发从工农业废弃物中提取甲壳素的新技
术;(2)降低功能化改性甲壳素/壳聚糖的成本,提高其功能性;(3)以废治废,用制取成本低廉的甲壳素及其产品处理废水、污泥,充分挖掘甲壳素/壳聚糖作为环保资源的潜力;(4)对甲壳素/壳聚糖的物理化学及生物性质进行深入研究,完善甲壳素/壳聚糖化学机理,创造出技术含量高、附加价值大的高新技术产品。
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821・2004年第24卷
化 工 环 保
ENV IRONMEN TAL PRO TECTION OF CHEMICAL INDUSTR Y。
