新型环保造纸助剂甲壳素与壳聚糖
甲壳素与壳聚糖
壳聚糖具有良好的水溶性、生物相容性和生物活性，能够 被生物体内的酶降解。
总结
甲壳素和壳聚糖在性质上的差异主要表现在水溶性和生物降解 性上，甲壳素不易溶于水且不易被生物降解，而壳聚糖具有良
好的水溶性和生物降解性。
应用比较
甲壳素
甲壳素在医学、环保、农业等领域有广泛应用，如制备人工皮肤、药物载体和生物材料 等。
食品工业
02
03
环保领域
甲壳素和壳聚糖在食品工业中的 应用将更加广泛，如食品添加剂、 保鲜剂、食品包装材料等。
甲壳素和壳聚糖在环保领域的应 用将得到发展，如污水处理、土 壤修复等。
甲壳素与壳聚糖的环境影响
减少环境污染
随着提取技术的发展，甲壳素和壳聚糖的生产过程将 更加环保，减少对环境的污染。
资源化利用
甲壳素和壳聚糖的废弃物将得到有效利用，实现资源 化利用，减少浪费。
生态平衡
合理利用甲壳素和壳聚糖资源将有助于维护生态平衡， 促进可
抗菌性
壳聚糖具有广谱抗菌活性，能够抑制多种细菌的 生长繁殖。
生物降解性
壳聚糖可被微生物分解为低分子物质，最终分解 为水和二氧化碳，具有良好的生物降解性。
壳聚糖的应用
食品添加剂
壳聚糖可用于食品保鲜、增稠、稳定等功能， 提高食品品质和口感。
医疗领域
壳聚糖在医疗领域可用于制作止血纱布、药 物载体、组织工程支架等。
02 壳聚糖简介
壳聚糖的来源
甲壳素
壳聚糖是甲壳素经过脱乙酰化反应后 得到的，甲壳素广泛存在于虾、蟹等 甲壳动物的外壳以及菌类、昆虫等节 肢动物的外骨骼中。
提取过程
通过酸碱处理、脱钙、脱蛋白等步骤 ，将甲壳素脱去乙酰基，得到壳聚糖 。
壳聚糖在造纸中的应用
壳聚糖在造纸中的应用
壳聚糖在造纸工业中有广泛的应用。
以下是一些常见的应用：
1. 壳聚糖作为湿强剂：壳聚糖可以增强纸张的湿强度，改善纸张的物理性能。
它可以与纤维表面形成氢键和相互作用力，提高纤维之间的结合力，从而增加纸张的强度和耐久性。
2. 壳聚糖作为保水剂：壳聚糖具有良好的保水性能，可以在纸张生产过程中起到保水的作用。
它可以吸附纤维和填充料上的水分，防止纸张在制造过程中过早干燥，提高纸张的质量。
3. 壳聚糖与阴离子物质的复合应用：壳聚糖可以与阴离子物质（如淀粉）形成复合物，用于纸张的表面涂覆。
这种复合物可以增加纸张的表面强度和耐水性，改善纸张的印刷性能和墨迹固着性。
4. 壳聚糖作为树脂改性剂：壳聚糖可以与树脂（如聚乙烯醇）进行反应，形成壳聚糖树脂改性剂。
这种改性剂可以增加纸张的强度、耐久性和抗水性，提高纸张的质量。
总之，壳聚糖在造纸工业中的应用主要是通过增强纸张的湿强度、保水性能和表面性能，改善纸张的物理性能和印刷性能，提高纸张的质量和使用寿命。
甲壳素与壳聚糖
2 制成医学功能性纤维 壳聚糖具有一定的流延性及成丝性．可制成纤维形 式。在大分子结构上，甲壳质和壳聚糖与人体内存 在的氨基葡萄糖构成相同及具有类似于人体骨胶原 组织的结构，这赋予了它们极好的生物医药特性， 它具有理想的生物相溶性和生物活性，具有抑菌、 止血、抑制胃酸、抗溃疡、降血脂、降胆固醇、凝 集L。白血病细胞、消炎、镇痛、促进伤口愈合等 作用。甲壳质和壳聚糖纤维可做成手术缝合线、止 血棉、纱布、药布、绷带、创可贴、薄膜等各种医 用敷料，用混式纺丝法还可将壳聚糖制成无纺布的 人造皮肤。
3 用作无纺布粘合剂
壳聚糖溶解在其溶剂中形成溶液后．得到稠 厚、高粘度粘液，可作为粘合剂．但阳荷性 的壳聚糖溶液易与阴荷性物质如海藻酸钠浆 或电荷相反的染料凝结形成沉淀或沾色．因 此在涂料印花粘合剂中较少应用，但它作为 无纺布粘合剂则具有优良的粘合能力。
在化妆品中的应用
壳聚糖在酸性条件下可成为带正电荷的高分 子聚电解质而直接用于香波、洗发精等的配 方中，使乳胶稳定化以保护胶体；壳聚糖本 身的带电性使其具有抑制静电荷的蓄积与中 和负电荷的作用，这种带电防止的效能可以 防止脱发；壳聚糖能在毛发表面形成一层有 润滑作用的覆盖膜，因此可减少摩擦，避免 洗发所引起的对毛发的伤害。
❖ 由于它主要存在于低等动物中，特别是节肢动物的 甲壳中．始称甲壳素。又名甲壳质、几丁质、壳多 糖、壳蛋白、明角质。化学上命名为[(1，4)一2一
乙酰氨基一2一脱氧一β-D一葡萄糖]或【β-(1—4)
一2一乙酰氨基一2一脱氧一D一葡萄糖】，是N一 乙酰基一葡萄糖通过3一(1，4)甙糖键联接而成的直 链状多糖。
制备流程图
甲壳素／壳聚糖制备工艺的细化
❖ 甲壳素的提取过程主要是用酸脱碳酸钙，用 碱脱蛋白质，这个过程中产生一定量的酸碱 废液，对环境有一定的污染，研究人员在甲 壳素的提取工艺方面作了改进。
1 甲壳素与壳聚糖
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。
甲壳素与壳聚糖综述
二、壳聚糖的制备方法
二步碱液法 ( 传统法)
改进碱液法
该工艺具有制备周期短、节约能源; 节约烧碱用量, 降低成本, 省去漂白, 确保产品质量的优点。
微波法
该工艺的特点不仅作用时间短, 能耗低, 而且比常 规加热碱液处理效率提高 11 倍多, 同时反应重复性好。
三、甲壳素、壳聚糖的应用
功能 材料
存在状态：
甲壳素的结构因氢键类型不同而有 三种结晶体： ➢α-甲壳素，由两条反向平行的糖链组成 ➢β-甲壳素，由两条同向平行的糖链组成 ➢γ-甲壳素，由三条糖链组成，其中两条 同向，一条反向。
壳聚糖： 也称几丁聚糖(chitosan)，它是由甲壳素在 碱性条件下加热，脱去N—乙酰基后生成的。其学名为(1， 4)—2—氨基—2—脱氧—β—D—葡聚糖。壳聚糖外观是 白色或淡黄色半透明状固体，略有珍珠光泽。
8.在功能材料中的应用
膜材料：
（1）反渗透膜：具有较高的脱盐率和透水率，还 具有强耐碱性，交链后的膜有耐酸性。 （2）渗透蒸发膜：用甲壳素制成的分离水和乙醇 的高性能功能分离膜，与蒸馏法分离水和乙醇相 比，能耗降低。 （3）超过滤膜：甲壳素制成的壳质膜，改变成膜 温度及用丙酮等有机溶剂浸处理，可调整分离膜 的强度及透过性能，可用作超过滤膜。
1.在农业上的应用
植物病害的防治：
壳聚糖可诱导植物产生广谱抗性， 增强植物自身的防卫能力，抑制多种 病源微生物的生长。
低聚壳聚糖可以诱导植物产生抗 性蛋白，具有明显的抗微生物活性， 在体外抑制真菌的生长。
2.在化妆品原料上的应用
1）洗发香波、头发调理剂：甲壳素粉沫比表面积 大，孔隙率高，吸收皮脂类油脂远大于淀粉或其 他活性物质，是洗发剂理想的活性物质。
一是通过电荷中和而使胶体颗粒脱稳并形成细小 的絮凝体；
甲壳素及壳聚糖的制备与利用
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。
绿色饲料添加剂甲壳素_壳聚糖的应用前景
收稿日期:20061028作者简介:吕全建(1963),男,河南新密人,副教授,硕士,主要从事饲料有机合成研究工作。
绿色饲料添加剂甲壳素、壳聚糖的应用前景吕全建,王建玲(郑州牧业工程高等专科学校,河南郑州450011)中图分类号:S816 文献标识码:A 文章编号:10043268(2007)02011202 目前,随着环保和食品安全方面的压力增大,寻找绿色饲料添加剂已经成为研究的热点。
在自然界中含量丰富的甲壳素(又名甲壳质、几丁质等),是由N -乙酰氨基葡萄糖聚合而成的多糖,其每年生成量约为1000亿t [1],其中,10%来源于海洋,产量仅次于纤维素,主要存在于昆虫类及水生甲壳类等无脊椎动物的外壳以及真菌类的细胞壁。
甲壳素经脱乙酰化处理后得到壳聚糖。
通常将甲壳素去乙酰基程度达70%以上的产物称为壳聚糖(又名甲壳胺、脱乙酰甲壳素等)[2]。
1983年日本率先开展了甲壳素的开发研究,1989年将其首次用于皮肤癌和肺功能障碍疾病获得成功,此后,陆续作为保健食品和临床开发应用。
欧美国家非常重视甲壳素与壳聚糖的研究,将其誉为蛋白质糖、脂肪、维生素和矿物质之后的第六生命要素[2]。
壳聚糖具有优良的生物相容性,可被溶菌酶溶解,也可生物降解,其代谢产物无毒,且能被生物体完全吸收,在医药、食品、化妆品、农业及环境等方面应用较为广泛。
而壳聚糖作为一种极有潜力的绿色饲料添加剂,只是在近几年才开始进行研究开发的。
我国在20世纪50年代就已对甲壳素的制备和应用进行了一定研究,但此后报道却不多见。
进入20世纪90年代,我国才开始重视甲壳素资源的开发利用,并取得了不少成果。
在动物体内,壳聚糖可吸附脂类,减少胆固醇等甾醇的吸收,降低血液中胆固醇、甘油三脂含量,是一种值得研究开发的饲料添加剂[3,4]。
笔者将对近年有关甲壳素、壳聚糖在饲料中的应用效果进行总结分析。
1 甲壳素、壳聚糖在畜禽饲料中的应用1.1 在家禽饲料中的应用1.1.1 降低饲粮脂肪消化、吸收和体脂沉积 肉鸡脂肪过多是一个国际性问题,虽经过新品系选育等方法来控制体脂的沉积,但仍存在较大的问题[5,6]。
环境友好型材料-壳聚糖
05 壳聚糖的未来研究方向
新应用领域探索
生物医学领域
壳聚糖在药物载体、组织工程和再生医学等领域具有广泛应用前景，未来可探索其在肿瘤治疗、细胞 培养和基因治疗等方面的应用。
环保领域
壳聚糖具有较好的吸附性能和生物降解性，可应用于水处理、土壤修复和重金属离子吸附等方面，未 来可进一步研究其在环保领域的应用潜力。
组织工程
壳聚糖可用于构建组织工 程支架，支持细胞生长和 分化，促进受损组织的再 生。
生物材料
壳聚糖可作为生物材料用 于制造医疗器械、人工器 官等，提高医疗设备的生 物相容性和安全性。
食品工业
食品添加剂
壳聚糖可作为食品添加剂用于改善食品的口感、 质地和稳定性，如增稠剂、乳化剂等。
食品包装材料
壳聚糖可制成可降解的食品包装材料，减少塑料 污染，提高食品安全性和环保性。
发现与历史
发现
壳聚糖最初是从蟹壳和虾壳中提取出 来的。
历史
壳聚糖的研究始于19世纪，经过一个 多世纪的发展，其应用领域不断扩大 ，成为一种重要的环境友好型材料。
生产与应用
生产
壳聚糖的生产主要通过甲壳素的脱乙酰化实现，通常采用化学法或酶法进行。
应用
壳聚糖在医药、环保、食品、化妆品等领域有广泛应用，如药物载体、生物材 料、环保包装材料、食品保鲜剂等。
02 壳聚糖的环境友好性
可生物降解性
壳聚糖可在自然环境中被微生物分解 为水和二氧化碳，这一特性使其成为 一种理想的可降解材料。
与传统的塑料材料相比，壳聚糖在降 解过程中不会释放有害物质，从而减 少了对环境的污染。
低毒性
壳聚糖本身具有低毒性，对生物体无害，因此在接触过程中 不会对生物造成伤害。
在使用壳聚糖作为包装材料、药物载体或其他与生物体接触 的场合，其低毒性特性确保了安全性。
甲壳素、几丁质、壳聚糖的区别
甲壳素、几丁质、壳聚糖的区别甲壳素：又称甲壳多糖、几丁质。
甲壳动物（虾、蟹）等的骨骼和菌类（地衣）等的细胞膜的重要成分。
白色半透明固体。
不溶于水、乙醇和乙醚。
是由N-乙酰α-氨基-D-葡萄糖胺以β(1→4)糖苷键连结而成的含氮多糖。
溶于浓无机酸和无水甲酸。
在浓酸或浓碱中发生水解而成α-氨基葡萄糖。
可用于纺织品的防皱和防缩处理；直接染料或硫化染料的固色；涂料印花的固着；木材的胶合以及防雨篷布的上浆等。
也可用作制人造纤维和塑料等的原料。
由含有甲壳质的物质如虾壳、蟹壳等提取制得。
壳聚糖是甲壳素的脱乙酰化产物，又称可溶甲壳素、壳多糖、甲壳胺，是一种天然生物高分子聚合物，白色结品性扮末。
有很强的吸湿性，仅次于甘油，高于聚乙二醇、山梨醇。
在吸湿过程中，分子中的羟基、胺基等极性基团与水分子作用而水合，分子链逐渐膨胀，随着pH值的变化，分子够从球状胶束变成线状。
具有很好成膜性、透气性和生物相容性。
无毒，且可生物降解。
甲壳素（几丁聚糖）俗称壳聚糖、几丁质，也称壳胺糖或救多善，学名为几丁聚糖（chitosan）。
广泛存在于蟹、虾等甲壳动物的外壳及各种昆虫的表皮和贝类等软体动物的骨骼、外壳中，以及蘑菇和灵芝等的细胞壁中，是自然界中唯一带正电荷的动物性膳食纤维素。
甲壳素的用途广泛，除工业、农业、轻纺、环境保护、化妆品等领域外，它的医疗保健作用更令人刮目相看，因为它完全不同于一般的营养保健品。
它对于人体具有调节免疫功能，有活化细胞、抑制老化、预防疾病、调节人体生理功能等作用，被欧美学术界誉为与蛋白质、脂肪、糖类、维生素、矿物质并列的第六大生命要素。
是功能最全面、效果最显著的第三代机能性健康食品。
（一）甲壳素的特点：“五个一”１．甲壳素是目前唯一天然的含有正电荷阳离子基团的可食性动物纤维；２．甲壳素是糖类中唯一的碱性多糖；３．甲壳素保健食品是日本政府批准的唯一允许宣传疗效的机能性保健食品；４．甲壳素资源是自然界里含氮量最高的天然资源；５．日本国际健康研究所所长金子今朝夫在其著作《七种最佳抗癌食品》一书中把甲壳素摆在灵芝、刺五加、螺旋藻、蜂胶、啤酒糟、半藻类之冠；上海胸科医院廖美琳教授在第六届全国肺癌会议报告中，把甲壳素摆在三种抗癌细胞特种的物质（甲壳素、多肽、肝素）之首。
甲壳素和壳聚糖纤维的发展及应用
由于甲壳素和壳聚糖的分子结构具有较大的链 刚性 , 故在适当的溶剂中它们都可以形成溶致型液 晶并且具有较低的临界浓度[4 ,5 ] 。甲壳素纤维要实 用化 , 尚有提高强度的必要 。而液晶纺丝对于改善 纤维的强度和模量等机械性能具有较明显的效果 。 甲壳素的液晶纺丝尚无报道 。壳聚糖可按下法纺 丝[6 ] : 将壳聚糖溶于甲酸 , 配成 5 %溶液 , 之后蒸 发溶剂约天 , 浓度为 35 %时变成液晶态 。凝固液 为甲醇和 2 %氢氧化钠的混合液 , 温度为 25 ℃, 所 得的纤维在偏光显微镜下可观察到其内有典型的取 向液晶态条带织构 , 其断裂强度为普通湿纺纤维的 2 倍以下 。
(70) : 373～377 4 董炎明 , 汪剑炜等. 高分子学报 , 1999 (4) : 431～434 5 胡钟鸣 , 李瑞霞等. 高分子学报 , 2000 (1) : 46～48 6 董炎明. 高分子通报 , 1999 (4) : 52 7 Goosen , Matt heus F A. Application of chitin and chitosan , Can2
第5期
化 工 新 型 材 料
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新型环保造纸助剂甲壳素与壳聚糖
虾壳和蟹壳是水产工业生产的固体废弃物。
随着我国海产及人工养殖虾、蟹业的发展，这些废弃物数量越来越大，并造成了严重的环境污染。
另－方面，它们又是－类宝贵的生物资源。
从l8ll年法国人发现甲壳素以来，从这类废弃物中提取的甲壳素、其脱乙酰产物壳聚糖以及各种改性壳聚糖等已广泛地应用于食品工业的保鲜剂、沉降剂，纺织印染工业的染料增深剂、水处理絮凝剂，冶金工业的贵金属离子回收助剂，日化工业的添加剂以及应用于农业、造纸和化学工业等。
l 甲壳素
甲壳素是地球上含量仅次于纤维素的天然高分子化合物，它广泛存在于类细胞壁、昆虫和甲壳类动物的硬壳中。
估计自然界每年生物合成的甲壳素将近l00亿吨。
另外，甲壳素还是地球上数量最大的含氮有机化合物。
甲壳素与纤维素的化学结构非常相似分子链为线形直链。
不同点在于甲壳素c2 上有－个乙酰胺基( ch3conh一)。
甲壳素脱去乙酰基便得到壳聚糖，三者结构比较如下。
甲壳素为白色或灰白色无定型、半透明固体，不溶于水、稀酸、稀碱及－般的有机溶剂，可溶于浓无机酸，但同时主链会发生降解生成α一氨基葡萄糖。
甲壳素中并非所有结构单元都带n乙酰基。
元素分析表明，天然甲壳素分子约有l2.5的氨基没有n乙酰化，甲壳素的
1。