甲壳素和壳聚糖的应用进展与存在问题
甲壳素和壳聚糖的应用及发展前景
文章编号:1673-2340(2006)01-0029-05甲壳素和壳聚糖的应用及发展前景张伟,林红,陈宇岳(苏州大学材料工程学院,江苏苏州215021)摘要:文章介绍了甲壳素和壳聚糖的结构与性能,综述分析了甲壳素和壳聚糖在各个领域的应用情况,归纳总结了甲壳素和壳聚糖在应用方面存在的问题及发展前景.关键词:甲壳素;壳聚糖;应用中图分类号:T S102.51+2文献标识码:A基金项目:国家自然科学基金项目(50073013)作者简介:张伟(1982-),女,江苏盐城人,苏州大学材料工程学院硕士生;陈宇岳(1962-),男,江苏海门人,苏州大学材料工程学院教授,博导,主要从事纤维资源的开发及改性技术研究.The A pp lication and the Develo p ment Fore g round of Chitin and ChitosanZHANG W ei ,LIN H on g ,CHEN Y u -y ue(S chool of M aterial En g ineerin g ,S oochow Universit y ,Suzhou 215021,China )Abstract :T he structure and the p erform ance of chitin and chitosan are introduced and the a pp lication of chitin and chitosan in various fields is anal y zed in this p a p er.T he ex istin g p roblems and the develo p m ent fore g round of chitin and chitosan are sum 2m arized in this p a p er.K e y w ords :chitin ;chitosan ;a pp lication我国南宋学者朱熹早在12世纪就提出了“天无弃物”的观点,但长期以来人类开发和利用废弃物等物质资源的广度、深度和有效程度却始终受到科学技术和经济条件的制约.直至1811年,法国人于大自然中最早发现了甲壳素,之后于1859年又发现了甲壳素的脱乙酰基产物壳聚糖———一种唯一的碱性天然多糖.近几十年来,甲壳素和壳聚糖已成为日、美等国家的热门研究课题.据统计,近十年来日本平均每3天就申请1项有关甲壳素或壳聚糖的专利.我国从20世纪中期也开始开展有关的研究和产品开发,且很快成为生产壳聚糖的主要国家[1].1甲壳素、壳聚糖的结构和性能甲壳素,又名甲壳质、壳多糖等,化学名为聚[(1,4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D -葡萄糖],是一种天然高分子多糖,主要分布于自然界甲壳纲动物的甲壳、昆虫的甲壳和一些低等植物(如真菌、藻类)的细胞壁中.壳聚糖是甲壳素经浓碱溶液处理后脱去乙酰基的产物,又名甲壳胺、脱乙酰甲壳素,化学名(1,4)-2-氨基-2-脱氧-β-D -葡萄糖.甲壳质与壳聚糖可分别看作是纤维素的C 2位—OH 基被—CH 3CONH 和—NH 2基取代后的产物.甲壳素呈灰白色或白色片状,是半透明的无定型固体,相对分子质量因原料的不同而有数十万到数百万不等,它不溶于水、稀碱、稀酸及一般有机溶剂,可溶于浓的盐酸、硫酸、磷酸和无水甲酸.壳聚糖是白色或灰白色片状、粉末状固体,无毒,无味,略带珍珠光泽,因原料不同和制备方法不同,相对分子质量也从数十万至数百万不等.它不溶于水和碱溶液,可溶于大多数稀酸如盐酸、醋酸、环烷酸和苯甲酸等.由于甲壳素和壳聚糖的分子中含有—OH 基、—NH 2基、吡喃环、氧桥等功能基,因此在一定的条件下,能发生生物降解、水解、烷基化、磺化、硝化、卤化、酰基化、氧化还原、缩合、络合等化学反应,从而生成各种具有不同性能的甲壳素衍生物,扩大了甲壳素的应用范围.甲壳素和壳聚糖均具有非常复杂的双螺旋结构,且甲壳素或壳聚糖的结构单元不是单糖(N -乙酰氨基葡萄糖或氨基葡萄糖),而是二糖[1].南通大学学报(自然科学版)Journal of Nanton g Universit y (Natural S cience )第5卷第1期2006年3月V ol.5N o.1M ar.2006・30・南通大学学报(自然科学版)2006年影响甲壳素和壳聚糖性质的因素主要有脱乙酰度、聚合度和纯度.脱乙酰度越高,分子链上的游离氨基越多,离子化强度越高,也就越易溶于水;聚合度越高,其溶液的粘度就越高,脱乙酰度越低,其溶液的粘度也越高[1].如果要将甲壳素和壳聚糖运用到纺织行业,制成纤维,则还应考虑纤维的线密度、断裂强度、断裂伸长、平衡回潮率等影响性质的指标[2].2甲壳素和壳聚糖的应用甲壳素和壳聚糖具有许多天然的优良性质,如吸湿透气性、反应活性、生物相容性、生物可降解性、无抗原性、无致炎性、无有害降解产物、吸附性、粘合性、抗菌性和安全性等,从而被广泛应用于纺织工业、生物医学和日用环保等方面.2.1在纺织工业领域的应用2.1.1抗菌整理由于纺织品极易附着微生物,为微生物的繁殖和传播创造了条件,从而易造成疾病的传播,因此对纺织品进行抗菌处理或赋予织物杀菌或抑菌功能,可减弱细菌对人体的侵害.壳聚糖具有广谱抗菌性,实验证明对大肠杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌、乳酸杆菌等常见菌种都有明显的抑制作用,且由于壳聚糖的水不溶性,经多次洗涤后的抗菌效果也不会减弱.有关壳聚糖抑菌特性的报道最早见于1979年[3], Allan等发现壳聚糖有广谱抗菌性,其抗菌机理目前主要有两种理论.一是认为壳聚糖的抑菌性主要来源于分子链上带正电荷的—NH3+.细菌的细胞带负电荷,带正电荷的基团与微生物细胞壁表面的阴离子相结合,从而束缚了微生物的自由度,在表面形成的一层高分子膜阻碍了微生物细胞内外营养物质的输送,并使微生物发生絮凝、聚沉,从而抑制其生长能力.壳聚糖的抑菌能力受其游离氨基数量的影响.二是认为低分子量的壳聚糖分子侵入到微生物细胞内,阻碍微生物的遗传密码由DNA向RNA复制,扰乱了细胞正常的生理活动,从而阻碍微生物的繁殖,最终起到抗菌的目的.甲壳素纤维含量为25%的棉织物和涤棉混纺织物的染色和漂白产品均具有明显的抗菌效果,且耐久性好.甲壳素纤维棉织物和甲壳素纤维涤棉混纺织物对大肠杆菌的平均抑菌率分别为92.86%和93.27%,对金黄色葡萄球菌的平均抑菌率分别为99.92%和98.23%[4].经壳聚糖的醋酸溶液处理后的真丝织物,随着壳聚糖附着率的增加,其抑菌性也得到提高.当壳聚糖附着率为0.9%时,处理后微生物的繁殖量仅为处理前的1/30,具有优良的抗菌性[5].东华大学研究者对经壳聚糖处理后的棉织物的抗菌性进行测试,发现壳聚糖与棉织物中的纤维素通过氢键结合,并发生一定程度的化学交联,且抗菌性随着壳聚糖分子量的降低和脱乙酰度的增大而有所提高[6].2.1.2抗皱整理将壳聚糖溶于乙酸溶液中,在一定工艺条件下对织物进行浸轧处理,可提高织物的抗折皱性能.由于壳聚糖分子和纤维素分子的相似性和所带电荷的不同性,使两者具有非常好的亲和力[4].经壳聚糖溶液处理后的棉织物其折皱回复角(经纬向之和)可提高到150°～190°,且在防皱整理过程中,无毒、无环境污染,与传统的低甲醛整理剂相比,整理后的织物不泛黄,白度、强力、耐水洗性能较好.添加适量的柔软剂和催化剂后,还可作为永久性防皱整理剂使用,适合对纯棉厚、薄型织物进行整理,会大大改善其抗皱性能[7].经壳聚糖溶液与乙酸酐乙醇的混合体系处理后的亚麻织物,表面可形成一层整理膜,该膜与亚麻纤维有很强的亲和力.由于形成的整理膜增加了纤维无定形区的强度,故可大大提高织物的抗折皱性能,折皱回复角可提高60%～70%[3].此外,经壳聚糖的醋酸溶液处理后的真丝织物其折皱回复角也可由23.5°提高到28.5°,从而使真丝织物具有更好的悬垂性,且处理后的真丝织物,其原有的光泽与色牢度可保持不变[5].2.1.3抗静电整理[3]由于壳聚糖分子中含有—NH3+,因此与纤维相结合后能产生一定的抗静电功能.在处理过程中加入一定的交联剂和催化剂可大大提高织物的抗静电耐久性.其抗静电机理主要有三种说法:一是壳聚糖赋予纤维的离子导电性可使静电荷发生泄漏;二是带正电荷的壳聚糖分子可与纤维表面的负电荷发生中和;三是壳聚糖的吸湿性使纤维表面储蓄了大量的水膜,从而提高了表面的电导率.2.1.4染色中的固色作用由于壳聚糖与纤维素具有相似的结构,很容易吸附在织物上,同时带正电荷的壳聚糖可以提高阴离子染料的上染率和固色率.此外,壳聚糖本身具有优良的吸湿透气性、反应活性、吸附性、粘合性等,在染整的多个工序中也均可应用.壳聚糖用于染色・31・前处理,可提高织物的吸色性能,使染色增深,从而节约染料;用于涂料染色和印花,可作为粘合剂和固色剂;用于染色后整理,可提高织物的染色牢度,并使织物获得一定的抗皱性、抗菌性和抗静电性[3].经壳聚糖处理后的羊毛织物能消除染色中的色泽差异,提高上染率,从而起到匀染和助染的作用[5].由于壳聚糖分子中含有大量的—NH2与—OH,可与纤维活性基团—OH与—NH2以氢键或共价键结合,又由于壳聚糖是含氮的阴离子型聚合物,除阳离子型染料外,几乎不会与其它染料生成不溶性沉淀.因此壳聚糖被公认为是阴离子型染料的理想固色剂.壳聚糖在这些方面的应用已经是近几年来的热点,但其在工艺过程和应用效果方面还需要进一步的研究和探索. 2.1.5毛织物的防毡缩整理由于壳聚糖能填充到羊毛鳞片的夹角内,因此不用包覆整根纤维,即可起到防毡缩的作用.经壳聚糖的醋酸溶液处理后的羊毛织物,其摩擦系数和定向摩擦效应会减小,从而使缩绒性降低,且壳聚糖吸附量越多,定向摩擦效应就越小.经二氯异氰脲酸钠(DCCA)预处理后的羊毛织物再经壳聚糖处理后,其防缩能力会更好.在70℃下用碱性过氧化氢预处理1h后再用1%壳聚糖处理也可使羊毛具有防缩性[5].此外,用次氯酸钠和高锰酸钾的混合溶液对纤维进行氧化处理后再用壳聚糖进行整理,可以起到更好的防毡缩效果,且不会造成环境污染,具有广阔的应用前景.壳聚糖作为一种离子型化合物对蛋白质也有很好的亲和力,用其来处理毛织物,还可赋予织物特殊的风格[4].2.2在生物医学领域的应用2.2.1医学敷料壳聚糖具有促进血液凝固、抗炎的作用[8],可舒缓伤口疼痛.Allen等[9]发现壳聚糖与伤口接触时能起到清凉而舒服的润肤作用,可用作止血剂以及真皮溃疡、腿部溃疡、烧伤、擦伤、眼部整形等的辅助治疗药物.此外壳聚糖还可用于伤口填料物质,具有杀菌、促进伤口愈合、吸收伤口渗出物、不易脱水收缩,减少疤痕的生成等作用.T anabe等[9]用角蛋白、壳聚糖与甘油共混制得蛋白膜,力学性能和抗菌性能优良,可以促进纤维母细胞的粘附与增殖,加速伤口的愈合.近来还出现了一种双层壳聚糖敷料,这种敷料通常由海绵状的内层和起保护作用的表层组成,具有良好的透气性,可防止伤口感染和脱水,从而促进其愈合.由于具有良好的、天然的生物相容性,甲壳素、壳聚糖及其衍生物可以通过粉、膜、无纺布、胶带、溶液、绷带、干凝胶、水凝胶、洗液、棉纸、乳膏等多种形式制成伤口敷料,目前已经成为甲壳素和壳聚糖研究的热点话题[2,8,10].2.2.2药物缓释剂壳聚糖具有很好的生物相容性,且无毒性,能被生物体完全吸收,因此用它作药物缓释剂具有较大的优越性.改性后的壳聚糖可以作为一种母体被应用于可移植抗生素释放体系中,从而维持嵌入器官内治疗癌症的小管或假体周围的杀菌浓度[11].此外,可生物降解的壳聚糖微球体能控制抗肿瘤药物的释放量[2].壳聚糖、明胶、果糖和天然高分子材料在醛类交联剂的作用下可合成壳聚糖凝胶,该凝胶易被人体消化吸收,可作为药物控制释放的载体,在医药领域有着广泛的应用前景[12].2.2.3免疫调节功能壳聚糖具有激活补体系统、介导补体系统的系列生物学效应.它作为细菌多糖的类似物,能活化巨噬细胞,提高干扰素活性[12],增强它在其它免疫应答中的协同效应,从而实现机体对T细胞、NK细胞和B细胞的调节,介导机体的细胞免疫应答和体液免疫应答.壳聚糖可以在人体肠道内活化增殖双歧杆菌,提高机体免疫力[13].由此可见,壳聚糖还具有对机体的免疫调节及增强作用[10].2.2.4仿制人造器官壳聚糖与磷酸钙复合可替代骨,用于骨的修补及牙的填料;壳聚糖衍生物与聚酯复合可用作人造血管.由Abew idra推出的一种修饰烧伤、溃疡及皮肤感染的新型材料“人造皮肤”,不但具有与天然皮肤极其相似的功能,而且可以使伤口免受细菌的感染,从而促进伤口愈合[10].日本将甲壳素粉溶解在酰胺溶液中制成10%的溶液,再经喷丝凝固制成人工皮肤,贴于创面可以保湿,形成表皮后会干燥并自动与创面剥离[12].以高质量的甲壳素可制成高强度的手术缝合线,这种手术线能被生物体内的溶菌酶降解而吸收,伤口愈合后可以免受拆线之苦,且不会产生过敏反应,能更好地满足临床要求[4].此外,还可以利用壳聚糖良好的粘合性开发出鼻骨递送系统、翳障绷带透镜和其他可生物降解的手术内植组织[2]. 2.2.5酶的载体壳聚糖的水解产物壳低聚糖具有独特的生理活性和功能性质[13],是一种良好的蛋白质和酶的载体.在壳聚糖上现已成功固定了酸碱性磷酸酶、葡萄糖张伟,等:甲壳素和壳聚糖的应用及发展前景・32・南通大学学报(自然科学版)2006年淀粉酶、D-葡萄糖异构酶、胰蛋白酶、L-天门冬酰胺酶、青霉素酰化酶、转化酶、纤维素及半纤维素酶等.日本也已制成了专用于固定酶用的壳聚糖多孔颗粒[1,10].2.2.6生物膜壳聚糖溶液与具有阴离子的藻酸溶液相互作用可形成一种不溶于水的生物膜,这种生物膜具有良好的生物相容性和生物活性,能渗透细胞产物胰岛素,可被移植到切除了胰脏的动物体内用来控制血糖浓度[10].壳聚糖还可作为冷冻保存细胞的单体,保存后的细胞存活率高,且操作简便[14].2.2.7动、植物生理调节剂壳聚糖可诱导植物组织产生甲壳素酶,从而阻碍植物病原菌的增殖.经壳聚糖处理后的小麦和萝卜可明显减少病虫的侵害,产量可提高7%～13%[15].用壳聚糖还可以合成植物防治剂,它具有良好的杀虫机制,可抑制害虫的繁殖.甲壳素及其衍生物能调节植物的生长发育,提高植物的免疫能力,增强植物的抗病、抗倒、抗低温等抗逆能力[2,12].任明兴等采用叶面喷施的方法,对壳聚糖在茶树上的应用效应进行了研究,发现壳聚糖能促进茶树芽叶的萌发和生长,提高茶叶产量[16].另外,壳聚糖可以与Cu、Fe、Mn、Zn、C o等微量元素螯合,生成稳定的可溶于水的螯合物,以利于动植物的吸收和利用,从而对农作物或畜禽的生长起到促进作用[2].甲壳素还可用作化肥缓释剂,提高化肥利用率;作为饲料添加剂,增强畜禽免疫力,提高畜禽的生产性能[17].2.3在日用环保领域的应用2.3.1日用加工由于其良好的生物安全性和生物功能性,壳聚糖在食品加工业上可用作食品填充剂、食物保鲜剂、增稠剂、食品抗氧化剂、果汁脱酸剂、果汁澄清剂、保水剂、稳定剂、脱色剂、乳化剂、抗菌剂、食品防腐剂、香味增补剂和功能性甜味剂等,且应用潜力非常大[12,18-19].由于壳聚糖的安全性、无毒性和可被生物降解性,在食品的涂膜保鲜方面也倍受研究人员的重视.徐清海等[19]以壳聚糖作为涂膜剂对南果梨进行常温保鲜实验.结果表明,以1.5%浓度壳聚糖涂膜的南果梨,其硬度、VC含量与新鲜南果梨接近,失重率、保鲜效果明显优于对照组,常温下可贮存50d以上.张敏等[20]用1.0%的羧甲基壳聚糖(NOCC)、2%的丙二醇、1.5%的聚乙烯醇和0.05%的尼伯金丙酯制成的HCF保鲜剂,涂膜桃后进行冷藏(3～5℃),可以明显延长桃的存储时间.由于壳聚糖具有三调节(免疫调节、p H值调节、荷尔蒙调节),三排除(排除有害胆固醇、排除体内金属离子、排除农药及体内自由基等毒素),三降(降血脂、降血糖、降血压)作用,因此被认为是继维他命丸、麦乳精以及卵磷脂、螺旋藻之后的第二代保健食品[21].目前,壳聚糖已被USFDA确认属“通常公认为是安全的(G RAS)”物质,这将进一步为壳聚糖用于食品工业扫清障碍[22].利用壳聚糖及其衍生物良好的吸湿性、成膜性、透过性、抑菌性、抗静电性、保湿性、防尘性和活化细胞的功能,还可以加工制成各种高级护肤品、洗发液、沐浴液、染发香波、护发素、润发素、定型发胶摩丝、各种头发调理剂以及不同的护肤粉剂、唇膏、指甲油和眉笔等.美国Am erchol公司在开发这方面产品上比较成功[2,10,12,23].2.3.2环保由于甲壳素/壳聚糖纤维制品对人体的耐刺激性、急性毒性、亚急性毒性、慢性毒性和过敏性毒性均属合格,因此是一种真正的安全环保纤维[24].壳聚糖作为一种天然高分子絮凝剂,对H g2+、N i2+、Cu2+、Pb2+、Cd2+、A g+等金属离子具有螯合吸附作用和离子交换作用,可用于治理重金属废水,吸附染料、蛋白质、氨基酸、核酸、酶、卤素等,净化自来水及在湿法冶金中分离金属离子等.叶筠等[25]用壳聚糖季铵盐对炼油废水进行絮凝处理,其除油除浊效率高,且有较好的杀菌作用.壳聚糖的其他衍生物,还可将CH3H g C l、CH3H g OAC除去,亦可从海水中提铀[26-27].另外,用甲壳素和壳聚糖制成的薄膜,柔韧性好、无毒、无副作用,优于当前广泛使用的聚砜膜,且其制膜设备和工艺简便,在污水处理方面也起到一定的作用[28].壳聚糖作为一种可生物降解高分子材料,还可用于治理当前流行的“白色污染”[25]问题,且已成为研究的热点.由此可见,甲壳素和壳聚糖在环保方面的开发潜力不容低估.3存在问题及发展前景甲壳素和壳聚糖是一种新材料,对人类社会的发展与进步有着巨大的作用,应用已涉及化学、医药、食品、农业、环保等许多领域.但迄今为止,有关甲壳素、壳聚糖的应用与研究还存在着一些问题:首・33・张伟,等:甲壳素和壳聚糖的应用及发展前景汁光先,由于壳聚糖分子结构中的氨基能与羟基形成强的分子间氢键,壳聚糖只能溶于酸性水溶液中,不能溶于水和有机溶剂,在酸性溶液中会发生降解,使分子量下降,在弱酸性介质中易发生沉淀,这些都妨碍了它的应用领域和范围.因此,对壳聚糖进行化学改性,也是壳聚糖应用研究的一个重要内容[1].其次是甲壳素产品的高成本和环境污染问题.以壳聚糖用作废水处理吸附剂为例,这种产品比人工合成的石油基聚合物产品效果好,但成本几乎是人工合成产品的两倍,而且在生产甲壳素和壳聚糖的过程中会造成环境污染,生产中使用大量具有腐蚀性的酸,易对环境造成潜在危害,同时加工设备必须耐腐蚀,这势必又会抬高生产成本,因而阻碍了甲壳素和壳聚糖产品的研发和商业推广.再次,甲壳类动物栖居的水域很有可能受重金属污染,如汞、银、铬、铅等,这些有害元素也会对环境造成一定的危害.最后,在甲壳上微生物较易繁殖,因而容易由于微生物污染而造成品质劣化问题[2].因此,甲壳素、壳聚糖及其衍生物的改性研究将是未来一段时间内研究人员的热门课题.曾有科学家预言“21世纪将是甲壳素的世纪”[29],说明甲壳素和壳聚糖的多种优良特性及其丰富的资源必将使其有着更加广泛的应用前景,在我们的生活中也将扮演着更加重要的角色.参考文献:[1]蒋挺大.壳聚糖[M].北京:化学工业出版社,2001.[2]季益萍.甲壳素和壳聚糖的应用[J ].品质性能分析,2004(12):35-37.[3]李连举,黄仲丽.壳聚糖在纺织品染整中的应用功能分析[J ].河南纺织高等专科学校学报,2004,16(4):4-6.[4]方景芳.甲壳质及壳聚糖在纺织工业中的应用[J 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甲壳素—壳聚糖的生理功能及应用研究进展
甲壳素—壳聚糖的生理功能及应用研究进展作者：杨怀宇等来源：《安徽农业科学》2015年第18期摘要甲壳素-壳聚糖作为一种重要的新型生物材料，因具有来源广泛、绿色环保、无毒无害等优点被誉为环境友好型功能材料，在人们的生活中占重要地位。
从甲壳素-壳聚糖的基本特点及生物功能出发，阐述其在工业、农业、环保、食品等诸多领域的应用情况，分析国内外研究现状，并且对其应用前景进行展望。
关键词甲壳素；壳聚糖；生理功能；应用领域中图分类号 S188 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）18-024-02甲壳素，又称甲壳质、几丁质，是生物体内的天然高分子聚合物。
其脱乙酰基后的产物为壳聚糖，是葡萄糖分子的多聚物，结构与纤维素类似。
甲壳素广泛存在于低等植物菌类以及海洋无脊椎动物的外壳中，还是某些真菌细胞壁的重要组成成分。
甲壳素-壳聚糖作为自然界中大量存在的、碱性阳离子聚合物具有多种生物学活性功能，已被欧美中日政府认定为机能性免疫物质；此外，两者还具有良好的生物相容性和可降解性，无毒，价格低廉。
甲壳素类产品还有易改质、机械强度较好等优点，已在环境保护、医疗卫生、美容保健、食品安全、工农业发展、纺织工业等领域得到广泛应用，并有待进一步的深度开发。
在国际上，日本、美国甲壳素类产品的研发较领先。
我国虽起步较晚，但发展迅速。
近年，虽然对制取甲壳素-壳聚糖的制备工艺进行了不断地改进与创新，但是仍存在诸多问题，如成本较高、污染严重、易降解、产品质量不易控制等。
所以，亟待开发出高效、环保的制备工艺，推动我国壳聚糖生产提高到一个新的水平。
1 甲壳素-壳聚糖的生理功能甲壳素是天然的中性黏多糖，属于一种线型高分子多糖。
它化学性质不活泼，不与体液发生变化，对组织不起异物反应，具有调节免疫力、降低血压、调节血脂、降低血糖、提高胰岛素利用率、抗肿瘤、抑菌等多种生理功能。
1.1 调节免疫力生物体内巨噬细胞的含量以及T淋巴细胞的活性是改善人体免疫力的关键因素，而甲壳素-壳聚糖则可以促进生成巨噬细胞、活化T淋巴细胞，从而提高机体免疫能力。
壳聚糖和甲壳素在食品中的应用进展
壳聚糖和甲壳素在食品中的应用进展(2014-02-21 21:21:54)标签：壳聚糖甲壳素食品应用胶体食品添加剂华东理工大学生物工程学院食品科学与工程系胡国华甲壳素是自然界第二种最丰富的天然聚合物（第一是纤维素），其原料来源十分丰富，且制备简单，估计自然界每年生物合成的甲壳将近100亿吨，甲壳素也是地球上除蛋白质外数量最大的含氮天然有机化合物，这都可以说明甲壳素在天然工业原料中的重要地位。
根据结构相似性，不但可找到类似纤维素的用途，而且从氨基多糖的特点出发，具有比纤维素更为广泛的用途。
因此自20世纪60年代以来，对甲壳素的研究十分活跃，近20年来的研究更为广泛和深入，在食品、医药等诸多方面展示了其广阔的应用前景，正在引起许多国家的重视。
壳聚糖学名聚氨基葡萄糖，又名可溶性甲壳质，在许多方面同样有着广泛的用途。
很早以前国外就开始壳聚糖的开发及应用研究，日本对其研究较早。
我国此研究始于80年代，90年代开始活跃起来，现又成为热门课题之一。
壳聚糖的目前世界年产量在1000～2000t，主要用于：在农业上用作种子覆膜剂以提高产量，水质处理及酒类澄清，许多治疗伤口药品的载体，固定化细胞及酶技术，化妆品等。
在日本，壳聚糖用于面制品中作用为粘着剂及膳食纤维。
目前，在食品工业中使用甲壳素或壳聚糖的数量，仅次于环境保护方面用作混凝剂和污泥脱水剂的数量。
由于甲壳素或壳聚糖是无毒和安全的天然高分子化合物，而且是一种功能高分子，分子链上具有特殊的功能团，因此比起许多合成高分子化合物来，更适合于食品工业使用。
近30年来，已开发了许多应用方法和产品。
归纳起来，甲壳素和壳聚糖在食品工业中的应用有三个方面：第一：液体的处理剂，如降低液体中总固形物含量，从废水中回收蛋白质，饮用水的净化，饮料及酒类的澄清等。
第二：食品添加剂，如食品结构形状的控制，改善食品的风味，改善食品的流动性，控制粘度，增加纤维含量等。
第三：功能材料，如作为抑菌剂、减肥食品、包装材料或截留材料，作为缓释材料等。
壳聚糖的改性研究进展及其应用
壳聚糖的改性研究进展及其应用壳聚糖是一种天然高分子材料，由于其具有良好的生物相容性、生物活性和生物降解性，因此在工业、生物医学等领域得到了广泛的应用。
然而，壳聚糖也存在一些不足之处，如水溶性差、稳定性低等，因此需要对壳聚糖进行改性研究，以提高其性能和应用范围。
壳聚糖的改性方法主要包括化学改性和物理改性。
化学改性是通过化学反应改变壳聚糖的分子结构，从而提高其性能。
例如，通过引入疏水基团可以改善壳聚糖的水溶性和生物相容性。
物理改性则是通过物理手段改变壳聚糖的形态、结构等因素，以达到提高性能的目的。
例如，通过球磨法可以制备壳聚糖纳米粒子，从而提高其在生物医学领域的应用效果。
目前，壳聚糖的改性研究已经取得了显著的进展。
然而，仍存在一些问题和挑战。
其中，如何保持壳聚糖的生物活性是改性过程中面临的重要问题。
改性后的壳聚糖可能会出现新的毒性问题，因此需要进行深入的毒性研究。
未来，随着壳聚糖改性技术的不断发展，相信这些问题将逐渐得到解决。
壳聚糖在工业、生物医学等领域有着广泛的应用。
在工业领域，壳聚糖可用于制备环保材料、化妆品添加剂、印染助剂等。
例如，通过接枝共聚将壳聚糖与聚丙烯酸制成高分子复合材料，可用于制备可生物降解的塑料袋等环保材料。
在生物医学领域，壳聚糖可用于药物传递、组织工程、生物传感器等方面。
例如，利用壳聚糖制备的药物载体能够实现药物的定向传递，提高药物的疗效并降低毒副作用。
在生物医学领域，壳聚糖还可用于组织工程。
通过将壳聚糖与胶原等生物活性物质结合，可以制备出具有良好生物相容性和生物活性的组织工程支架。
这些支架可为细胞生长提供适宜的微环境，促进组织的再生和修复。
壳聚糖还可用于制备生物传感器，用于检测生物分子和有害物质。
例如，将壳聚糖与酶或抗体结合制成生物传感器，可实现对血糖、胆固醇等生物分子和有害物质的快速、灵敏检测。
壳聚糖作为一种天然高分子材料，具有良好的生物相容性、生物活性和生物降解性，在工业、生物医学等领域得到了广泛的应用。
甲壳素_壳聚糖及其衍生物的最新应用进展
甲壳素/壳聚糖及其衍生物的最新应用进展董静※(综述)，刘群(审校)(天津市第四医院烧伤科，天津300222)中图分类号:R644文献标识码:A文章编号:1006-2084(2011)06-0921-02摘要:甲壳素是存在于自然界中的唯一带阳离子的糖类聚合物，来源于节肢动物和低等植物的真菌和藻类。
前者大量存在于海洋之中，以虾蟹为主，能够被生物降解，产量仅次于纤维素。
甲壳素脱乙酰化的产物称为壳聚糖，壳聚糖经结构修饰后可得到一系列适合不同需要的性能优良的衍生物。
甲壳素、壳聚糖及其衍生物特殊的结构特征不仅决定其具有良好的物理、化学、机械性能，还具有很好的生物相容性、降解性、免疫抗原性小、无毒性等特殊的生物医学特性。
同时具有良好的生物安全性，使其在医药保健、农业、食品工业、水处理、纺织、化工、化妆品等领域均有广泛的应用。
关键词:甲壳素;壳聚糖;衍生物The Latest Research Progress in Use of Chitin /Chitosan and their Derivates DONG Jing ，LIU Qun．(Department of Burns ，the Fourth Hospital of Tianjin ，Tianjin 300222，China )Abstract :Chitin is the only cationic carbohydrate polymer existing in the nature ，deriving from arthro-pods ，fungi ，and algae．The former source is mainly abundant in ocean ，especially in shrimps and crabs ，which can be biologically degraded ，only second to cellulose in production．Chitosan ，a deacetylated product of chi-tin ，can synthesize a series of derivatives with excellent properties for different needs through the structuralmodification．The structures of chitin ，chitosan ，and its derivatives not only render themselves good physical ，chemical ，and mechanical properties ，but also favorable biocompatibility ，biodegradability ，minimal immuno-genicity ，and non-toxicity．Additionally ，they also have good biosafety profiles．Therefore ，they have a wide-range application in healthcare ，agriculture ，food industry ，water treatment ，textiles ，chemicals ，cosmetics and other fields．Key words :Chitin ;Chitosan ;Derivates 甲壳素是自然界除蛋白质外数量最大的含氮天然有机高分子化合物，早在400年前《本草纲目》中就有甲壳素应用的记载［1］。
甲壳素的应用及最新研究进展
甲壳素的应用研究与展望刘淑君090524115摘要：从虾和蟹的壳中提取的甲壳素是一种非常重要的生物材料，应用范围十分广阔，在食品，医药，环保等领域有极其广泛的用途，它在制成人造皮肤, 隐形眼镜, 化妆品, 纸张、食品等方面起着其他材料所无法替代的重要作用, 尤其在整个国际社会日益重视环境的今天, 它在污水处理和用来生产可自然分解的薄膜包装材料上大有用武之地,甲壳素的研究开发已成为世人瞩目的高新科技领域和获利颇丰的新兴产业。
本文主要介绍了甲壳素的应用以及国内外研究进展。
关键词：甲壳素，壳聚糖，应用，发展前景前言甲壳素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。
这些虾壳原本是废弃物，几乎成为环境污染源，经过近40多年国内外学者研究，竟变废为宝，一跃成为跨世纪的引人瞩目的全球性热门科研课题，并竞相开发出一系列的甲壳素类高科技产品，应用于工业、农业、国防、化工、环保、医药、保健、美容、纺织等诸多领域。
至今，国内发表的甲壳素研究成果已超过400多项，我国甲壳素事业呈现出欣欣向荣的发达景象，一些发达国家争相投入大量资金对甲壳素进行深入研究开发。
目前甲壳素是日本政府惟一准许宣传疗效的机能性食品。
1993 年日本厚生省受理了甲壳素作为癌细胞转移抑制剂静门注射药品的申请。
1996年，甲壳素又通过了美国药品、食品管理局(FDA)及欧共体(EC)检测，核准在美国、欧洲市场销售。
甲壳素的研究开发及其商业产品已出现了全球竞争趋势，并将保持持续稳定的高速发展趋势。
1.甲壳素分子组成和分布1. 1甲壳素分子组成甲壳素又名甲壳质和壳多糖,是法国科学家布拉克诺1811 年首次从蘑菇中提取的一种类似于植物纤维的六碳糖聚合体, 被命名为Fungine( 茸素) 。
1823年法国科学家欧吉尔( Odier)在甲壳动物体外壳中也提取了这种物质, 并命名为几丁质和几丁聚糖, 是几丁胺粉的合称。
经结构分析甲壳素是自然界中唯一带正电荷的一种天然高分子聚合物, 它由几丁质与几丁糖组成, 是天然无毒性高分子, 并且具有生物可分解性, 它的构造类似于纤维素, 由1 000~ 3 000个n- 2葡萄糖胺聚合物组成, 属于直链氨基多糖。
甲壳素和壳聚糖的应用进展与存在问题
甲壳素和壳聚糖的应用进展与存在问题何华玲 于志财（石家庄 河北科技大学 050018）[摘要]:概述了甲壳素和壳聚糖在不同领域的最新应用进展， 并对其在生产、研发过程中存在的一些问题进行了探讨。
[关键词]:甲壳素;壳聚糖;应用;存在问题Chitin and Chitosan: Progress of Application and ProblemsHE Hua-ling,Yu Zhi-caiAbstract:The latest applications of chitin and chitosan in diferent fields are summarized.Some problems on its production, research and development process were discussed.Key words:chitin;chitosan;application;problems甲壳素是存在于自然界中的唯一一种带阳离子能被生物降解又分布极其广泛的高分子材料, 有人估计全世界每年生物合成的甲壳素近100亿吨[1]，是地球上仅次于纤维素的第二大可再生资源，被现代科学誉为继糖、蛋白、脂肪、维生素、矿物质之后第六生命要素。
甲壳质经浓碱处理后脱去乙酰基即可得到壳聚糖 。
近年来，世界各国对甲壳素、壳聚糖的开发研究极为活跃，现已成为最热门的研究领域之一。
在日本，平均每3天就申请1项有关甲壳素和壳聚糖的专利[2]。
甲壳素及其衍生物, 作为天然高分子材料, 对人、畜、农作物无任何副作用, 并因其特有的理化性质倍受各行各业的青睐。
目前，甲壳素及壳聚糖的应用已经从纺织印染、造纸扩展到了食品、环保、医药、农林业、轻工业和生物工程等众多领域。
1 甲壳素和壳聚糖的主要应用1.1 在纺织印染业的应用[3－5]我国纺织工业早在20世纪50年代就对甲壳质的制备和应用进行了研究，迄今在此领域的用途主要有：(1)用作印染污水处理剂。
甲壳素和壳聚糖的改性及其应用
甲壳素和壳聚糖的改性及其应用1. 前言1811年，法国人于大自然中最早发现了甲壳素，之后于1859年又发现了甲壳素的脱乙酰基产物壳聚糖—一种唯一的碱性天然多糖。
它是许多低等动物，特别是节肢动物（如虾、蟹等）外壳的重要成分，同时也存在于低等植物如真菌的细胞壁中，分布十分广泛。
自然界每年生物合成的甲壳素多达数十亿吨[1]，是一种十分丰富的自然资源。
甲壳素（chitin）化学命名为β- (1→4) -2- 乙酰氨基 -2- 脱氧-D- 葡萄糖。
壳聚糖（chitosan）是甲壳素的脱乙酰基产物，也叫脱乙酰甲壳素，简称（CTS）。
它们的结构式分别为：甲壳素结构与纤维素类似，分子中含有H - OH和H - NH键，还含有分子间氢键。
甲壳素的这种有序的大分子结构，在一般的溶剂中不容易溶解。
壳聚糖的分子结构中含有游离氨基，溶解性能有了一些改观，但也只能溶于某些稀酸，如盐酸、醋酸、乳酸、苯甲酸、甲酸等，不溶于水及碱溶液。
甲壳素与壳聚糖无毒，无害，易于生物降解，不污染环境，而且在自然界中含量仅次于纤维素，并以相同的循环速率产生和消失。
近年来，国内外学者应用各种方法对甲壳素或壳聚糖进行改性以开发其潜在的应用价值，拓宽了壳聚糖及其衍生物的应用领域。
甲壳素和壳聚糖的改性按方法分为物理改性和化学改性。
2. 化学改性2.1 酰化反应及应用在甲壳素和壳聚糖的化学改性中，酰化改性是研究得较多的。
甲壳素和壳聚糖通过与酰氯或酸酐反应，在大分子链上导入不同分子量的脂肪族或芳香族酰基，所得的产物在有机溶剂中的溶解度可大大提高。
酰化反应可在羟基(O-酰化)或氨基(N-酰化)上进行[2]。
酰化产物的生成与反应溶剂、酰基结构、催化剂种类和反应温度有关。
最早是用干燥氯化氢饱和的乙酐对甲壳素及壳聚糖进行乙酰化的。
这种反应较慢，而且甲壳素的降解产物很多。
现在有在甲磺酸中进行的酰化反应的报道[1]，如用4份甲磺酸和6份乙酸酐与1份甲壳素在均相中的反应；4份甲磺酸、6分冰醋酸和计算量的乙酸酐与1份甲壳素在非均相中的反应。