第4章-甲壳素和壳聚糖-天然高分子材料资料讲解
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甲壳质与壳聚糖纤维
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用甲壳素或壳聚糖制造纤维的工艺还很多，但 其主要原理、操作过程是相似的，只是在溶剂、 凝固浴的选择、溶解、纺丝及后处理工艺等方面 加以调整而已。 除了甲壳素与壳聚糖可以生产纤维外，它们 的衍生物也可以生产不同用途的纤维。
17
甲壳素与壳聚糖纤维可纺制成长丝或短纤维两大类。
长丝主要用于捻制或编织成可吸收医用缝合线。
2
发 展 概 况
1811年，法国人Braconnot发现甲壳素。
1859年，Roughet发现壳聚糖以后，世界各国的科学家对甲壳素与 壳聚糖的结构、性质和生物医药特性等开展了多方面的研究。
1926年，Von Weimarn考虑用甲壳素纺制纤维。 1936年，G．W．Rigby得到了用于生产壳聚糖及从壳聚糖生产薄膜 和纤维的专利。 1977年，在美国召开了有关甲壳素、壳聚糖开发研究的第一次国际学 术会议，迄今，对甲壳素的研究已形成了一门独立的学科—甲壳素化学， 并成为当今世界七大前沿学科领域之一。 因为甲壳素与壳聚糖的溶液具有优良的可纺性，各国研究人员通过不 同的溶剂和生产生产工艺制取甲壳素及壳聚糖纤维。
5
一、甲壳素与壳聚糖的结构
甲壳素又称甲壳质、壳质、几丁质，是一种带正电荷的天然多糖 高聚物。它是由2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖通过β (1-4)糖甙连接 起来的直链多糖，它的化学名称是(1-4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β -D葡聚糖，或简称聚乙酰氨基葡糖。
CH2 CH2OH H OH H OH H O H NH C O CH2 H O H OH H H NH C O CH2 H O H H OH H CH2OH (n-2)/2 CH2 C O NH H H O OH
18
甲壳素和壳聚糖纤维呈白色或灰白色半透明状，无味、无臭、无毒性。 壳聚糖纤维略带珍珠光泽。
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用甲壳素或壳聚糖制造纤维的工艺还很多，但 其主要原理、操作过程是相似的，只是在溶剂、 凝固浴的选择、溶解、纺丝及后处理工艺等方面 加以调整而已。 除了甲壳素与壳聚糖可以生产纤维外，它们 的衍生物也可以生产不同用途的纤维。
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甲壳素与壳聚糖纤维可纺制成长丝或短纤维两大类。
长丝主要用于捻制或编织成可吸收医用缝合线。
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发 展 概 况
1811年，法国人Braconnot发现甲壳素。
1859年，Roughet发现壳聚糖以后，世界各国的科学家对甲壳素与 壳聚糖的结构、性质和生物医药特性等开展了多方面的研究。
1926年，Von Weimarn考虑用甲壳素纺制纤维。 1936年，G．W．Rigby得到了用于生产壳聚糖及从壳聚糖生产薄膜 和纤维的专利。 1977年，在美国召开了有关甲壳素、壳聚糖开发研究的第一次国际学 术会议，迄今，对甲壳素的研究已形成了一门独立的学科—甲壳素化学， 并成为当今世界七大前沿学科领域之一。 因为甲壳素与壳聚糖的溶液具有优良的可纺性，各国研究人员通过不 同的溶剂和生产生产工艺制取甲壳素及壳聚糖纤维。
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一、甲壳素与壳聚糖的结构
甲壳素又称甲壳质、壳质、几丁质，是一种带正电荷的天然多糖 高聚物。它是由2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖通过β (1-4)糖甙连接 起来的直链多糖，它的化学名称是(1-4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β -D葡聚糖，或简称聚乙酰氨基葡糖。
CH2 CH2OH H OH H OH H O H NH C O CH2 H O H OH H H NH C O CH2 H O H H OH H CH2OH (n-2)/2 CH2 C O NH H H O OH
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甲壳素和壳聚糖纤维呈白色或灰白色半透明状，无味、无臭、无毒性。 壳聚糖纤维略带珍珠光泽。
第四节甲壳素、壳聚糖、壳寡糖和氨糖四者的关系
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。
甲壳素与壳聚糖
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 。
《甲壳素和壳聚糖》课件
《甲壳素和壳聚糖》PPT 课件
甲壳素和壳聚糖是两种重要的生物聚合物，具有广泛的应用领域和研究价值。 本课件介绍甲壳素和壳聚糖的概念、特点、生产过程以及应用场景，探讨其 在纳米材料、环保材料和生物医药应用中的研究进展。
甲壳素和壳聚糖的定义
甲壳素是一种存在于甲壳类动物外骨骼和植物细胞壁中的多糖，具有高分子 量和结构复杂性；壳聚糖是由甲壳素水解而成的聚合物，具有多种化学官能 团。
工业原料
甲壳素和壳聚糖可以用于制备纤维素膜、水凝 胶、滤材和纺织品等工业材料。
甲壳素和壳聚糖的研究进展
1
纳米材料
甲壳素和壳聚糖具有高分子量和结构多样性，可用于制备纳米颗粒、纳米纤维和 纳米膜等材料。
2
环保材料
甲壳素和壳聚糖来源于可再生资源，具有生物降解性和环境友好性，被广泛应用 于Biblioteka 境保护和可持续发展领域。3
生物医药应用
甲壳素和壳聚糖具有生物相容性和药理活性，可用于药物传递、组织工程和癌症 治疗等生物医药应用。
结论
甲壳素和壳聚糖作为重要的生物聚合物，在食品、医药、化妆品和工业等领域具有广阔的应用前景。随着对其 生产过程和应用研究的深入，甲壳素和壳聚糖的应用领域将不断拓展。
甲壳素和壳聚糖的来源
甲壳素主要来自海洋中的甲壳类动物，如虾、蟹、贝类等；壳聚糖来自甲壳 素的水解转化。这些天然材料被广泛应用于食品、药品和化妆品等领域。
甲壳素和壳聚糖的物理特性
甲壳素和壳聚糖具有高度吸水性、生物可降解性和生物相容性，同时还具有一定的机械强度、透明度和稳定性。
甲壳素和壳聚糖的化学特性
甲壳素和壳聚糖含有丰富的氨基、羟基和醛基官能团，具有还原性、离子交 换性和手性引发反应等特性，可用于化学修饰和功能化。
甲壳素和壳聚糖是两种重要的生物聚合物，具有广泛的应用领域和研究价值。 本课件介绍甲壳素和壳聚糖的概念、特点、生产过程以及应用场景，探讨其 在纳米材料、环保材料和生物医药应用中的研究进展。
甲壳素和壳聚糖的定义
甲壳素是一种存在于甲壳类动物外骨骼和植物细胞壁中的多糖，具有高分子 量和结构复杂性；壳聚糖是由甲壳素水解而成的聚合物，具有多种化学官能 团。
工业原料
甲壳素和壳聚糖可以用于制备纤维素膜、水凝 胶、滤材和纺织品等工业材料。
甲壳素和壳聚糖的研究进展
1
纳米材料
甲壳素和壳聚糖具有高分子量和结构多样性，可用于制备纳米颗粒、纳米纤维和 纳米膜等材料。
2
环保材料
甲壳素和壳聚糖来源于可再生资源，具有生物降解性和环境友好性，被广泛应用 于Biblioteka 境保护和可持续发展领域。3
生物医药应用
甲壳素和壳聚糖具有生物相容性和药理活性，可用于药物传递、组织工程和癌症 治疗等生物医药应用。
结论
甲壳素和壳聚糖作为重要的生物聚合物，在食品、医药、化妆品和工业等领域具有广阔的应用前景。随着对其 生产过程和应用研究的深入，甲壳素和壳聚糖的应用领域将不断拓展。
甲壳素和壳聚糖的来源
甲壳素主要来自海洋中的甲壳类动物，如虾、蟹、贝类等；壳聚糖来自甲壳 素的水解转化。这些天然材料被广泛应用于食品、药品和化妆品等领域。
甲壳素和壳聚糖的物理特性
甲壳素和壳聚糖具有高度吸水性、生物可降解性和生物相容性，同时还具有一定的机械强度、透明度和稳定性。
甲壳素和壳聚糖的化学特性
甲壳素和壳聚糖含有丰富的氨基、羟基和醛基官能团，具有还原性、离子交 换性和手性引发反应等特性，可用于化学修饰和功能化。
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。
天然高分子
漂白、晾干
水解 壳聚糖
虾蟹壳
壳聚糖的应用
壳聚糖具有较强的吸附性， 可用于：
香烟过滤嘴
• 絮凝剂絮凝澄清专用壳聚 糖具有天然、安全、无毒、 无害等特点
• 壳聚糖在工业上常作为吸 附材料应用于工业排出物 中重金属离子的回收
壳聚糖作用分析
利用特定规格的壳聚糖吸附能力强的特性，用作 香烟过滤咀中的吸附剂，与正在使用的醋酸纤维 过滤咀比较，能有效地减少香烟中有害成份对人 体的毒害，对环境保护都将有积极的作用。
淀粉的应用
可降解日用品
现代的医药工业几乎有一半需要淀粉。抗菌素多 以葡萄糖为碳源，也有直接以淀粉为原料。片剂 生产大部分采用淀粉，淀粉无毒性、资源丰富和 价廉，是很好的辅料。
……………
壳聚糖
甲壳素用强碱或酶水解脱去部分或全部乙酰基
Байду номын сангаас
就转化为壳聚糖 (chitosan)。
甲壳素
清洗，去除 无机盐和蛋白质
我重点要说的是 纤维素，淀
粉,甲壳素
纤维素
棉花：是棉属植物种 子的表皮毛，是自然 界纯度最高的纤维。 木材：是自然界中纤 维素最主要的来源。 草类：包括禾本科和 竹科等植物的茎。
纤维素具有一定的结晶性；
纤维素的分子间存在非常强烈的氢键，使得其具 有更高度的结构有序性，耐化学腐蚀性和耐溶剂 性。
天然高分子材料
材料物理 北一510
天然高分子材料的简单介绍
天然高分子是指没有经过人工合成，天然 存在于动植物和微生物体内的大分子有机 化合物。
天然高分子都是处在一个完整而严谨的超 分子体系内，一般是多种天然高分子以高 度有序的结构排列起来。
天然高分子材料的优点
水解 壳聚糖
虾蟹壳
壳聚糖的应用
壳聚糖具有较强的吸附性， 可用于：
香烟过滤嘴
• 絮凝剂絮凝澄清专用壳聚 糖具有天然、安全、无毒、 无害等特点
• 壳聚糖在工业上常作为吸 附材料应用于工业排出物 中重金属离子的回收
壳聚糖作用分析
利用特定规格的壳聚糖吸附能力强的特性，用作 香烟过滤咀中的吸附剂，与正在使用的醋酸纤维 过滤咀比较，能有效地减少香烟中有害成份对人 体的毒害，对环境保护都将有积极的作用。
淀粉的应用
可降解日用品
现代的医药工业几乎有一半需要淀粉。抗菌素多 以葡萄糖为碳源，也有直接以淀粉为原料。片剂 生产大部分采用淀粉，淀粉无毒性、资源丰富和 价廉，是很好的辅料。
……………
壳聚糖
甲壳素用强碱或酶水解脱去部分或全部乙酰基
Байду номын сангаас
就转化为壳聚糖 (chitosan)。
甲壳素
清洗，去除 无机盐和蛋白质
我重点要说的是 纤维素，淀
粉,甲壳素
纤维素
棉花：是棉属植物种 子的表皮毛，是自然 界纯度最高的纤维。 木材：是自然界中纤 维素最主要的来源。 草类：包括禾本科和 竹科等植物的茎。
纤维素具有一定的结晶性；
纤维素的分子间存在非常强烈的氢键，使得其具 有更高度的结构有序性，耐化学腐蚀性和耐溶剂 性。
天然高分子材料
材料物理 北一510
天然高分子材料的简单介绍
天然高分子是指没有经过人工合成，天然 存在于动植物和微生物体内的大分子有机 化合物。
天然高分子都是处在一个完整而严谨的超 分子体系内，一般是多种天然高分子以高 度有序的结构排列起来。
天然高分子材料的优点
甲壳质与壳聚糖纤维
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发 展 概 况
1811年，法国人Braconnot发现甲壳素。
1859年，Roughet发现壳聚糖以后，世界各国的科学家对甲壳素与 壳聚糖的结构、性质和生物医药特性等开展了多方面的研究。
1926年，Von Weimarn考虑用甲壳素纺制纤维。 1936年，G．W．Rigby得到了用于生产壳聚糖及从壳聚糖生产薄膜 和纤维的专利。 1977年，在美国召开了有关甲壳素、壳聚糖开发研究的第一次国际学 术会议，迄今，对甲壳素的研究已形成了一门独立的学科—甲壳素化学， 并成为当今世界七大前沿学科领域之一。 因为甲壳素与壳聚糖的溶液具有优良的可纺性，各国研究人员通过不 同的溶剂和生产生产工艺制取甲壳素及壳聚糖纤维。
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一、甲壳素与壳聚糖的结构
甲壳素又称甲壳质、壳质、几丁质，是一种带正电荷的天然多糖 高聚物。它是由2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖通过β (1-4)糖甙连接 起来的直链多糖，它的化学名称是(1-4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β -D葡聚糖，或简称聚乙酰氨基葡糖。
CH2 CH2OH H OH H OH H O H NH C O CH2 H O H H OH H C NH H O H O O CH2OH H O H OH H H NH C O CH2 H O H H OH H CH2OH (n-2)/2 CH2 C O NH H H O OH
第四节 甲壳素与壳聚糖纤维
甲壳素纤维（Chitin Fiber）与壳聚糖纤维（Chitosan Fiber）是用甲壳素或壳聚糖溶液纺制而成的纤维，是继纤 维素纤维之后的又一种以天然高聚物为原料的纤维。 甲壳素（Chitin）是由虾、蟹、昆虫的外壳及菌类、藻 类的细胞壁中提炼出的一种天然生物高聚物。壳聚糖 （Chitosan）是甲壳素经浓碱处理后脱去乙酰基的产物。 在自然界中，甲壳素的年生物合成量在1 000亿吨以上， 是一种仅次于纤维素的蕴藏量极为丰富的有机再生资源。
发 展 概 况
1811年，法国人Braconnot发现甲壳素。
1859年，Roughet发现壳聚糖以后，世界各国的科学家对甲壳素与 壳聚糖的结构、性质和生物医药特性等开展了多方面的研究。
1926年，Von Weimarn考虑用甲壳素纺制纤维。 1936年，G．W．Rigby得到了用于生产壳聚糖及从壳聚糖生产薄膜 和纤维的专利。 1977年，在美国召开了有关甲壳素、壳聚糖开发研究的第一次国际学 术会议，迄今，对甲壳素的研究已形成了一门独立的学科—甲壳素化学， 并成为当今世界七大前沿学科领域之一。 因为甲壳素与壳聚糖的溶液具有优良的可纺性，各国研究人员通过不 同的溶剂和生产生产工艺制取甲壳素及壳聚糖纤维。
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一、甲壳素与壳聚糖的结构
甲壳素又称甲壳质、壳质、几丁质，是一种带正电荷的天然多糖 高聚物。它是由2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖通过β (1-4)糖甙连接 起来的直链多糖，它的化学名称是(1-4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β -D葡聚糖，或简称聚乙酰氨基葡糖。
CH2 CH2OH H OH H OH H O H NH C O CH2 H O H H OH H C NH H O H O O CH2OH H O H OH H H NH C O CH2 H O H H OH H CH2OH (n-2)/2 CH2 C O NH H H O OH
第四节 甲壳素与壳聚糖纤维
甲壳素纤维（Chitin Fiber）与壳聚糖纤维（Chitosan Fiber）是用甲壳素或壳聚糖溶液纺制而成的纤维，是继纤 维素纤维之后的又一种以天然高聚物为原料的纤维。 甲壳素（Chitin）是由虾、蟹、昆虫的外壳及菌类、藻 类的细胞壁中提炼出的一种天然生物高聚物。壳聚糖 （Chitosan）是甲壳素经浓碱处理后脱去乙酰基的产物。 在自然界中，甲壳素的年生物合成量在1 000亿吨以上， 是一种仅次于纤维素的蕴藏量极为丰富的有机再生资源。
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；
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• 晶型：属正交晶系。分子链以反平行的方式排列。
-甲壳素是聚N-乙酰胺基-D-葡萄糖胺的螺旋型物，每个
单元晶胞含有两条旋向相反的链，每条链均由两个卷曲相
连的N-乙酰胺基-D-葡萄糖胺单元构成。
14
Biopolymers: Chitin & Chitosan
• 型结晶中，两个相连的葡萄糖胺的C3及C5原子以及 乙酰胺基的N、H原子间存在着氢键，使甲壳素型结 晶的结构紧密。
7
Biopolymers: Chitin & Chitosan
• 二级结构：甲壳素分子链上的羟基、N-乙酰胺基和氨
基形成的各种分子内和分子间氢键。 • 这些氢键的存在，阻抑了邻近的糖残基沿糖苷键的旋
转，同时，相邻糖环之间的空间位阻降低了糖残基旋 转的自由度，从而限制了旋转角的大小，这样就构成 了刚性长链分子。
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• 在从甲壳素制备壳聚糖时，在相同的碱浓度和相同的温度下 制备同样脱乙酰度的壳聚糖，在相同的反应时间下，-甲壳 素的脱乙酰度远远高于-甲壳素。说明-甲壳素结晶度很高， 分子间具有非常强的作用。
• 在相同的脱乙酰度下， -壳聚糖具有很高的结晶度，但是壳聚糖主要表现为无定型结构。
虾-甲壳素和-甲壳素在30% NaOH中100ºC下的脱乙酰化反应
Biopolymers: Chitin & Chitosan
在1600-1500 cm-1之间是C=O的 氨基的伸缩振动区，此处-甲壳 素和-甲壳素的峰位有区别：
•对-甲壳素，酰胺I带被分成两个 峰，分别为1656cm-1和1621cm-1； 而对-甲壳素，只有1626cm-1这一 个峰。
•-甲壳素的酰胺II带峰在1556cm1，-甲壳素的酰胺II带峰在 1560cm-1。
• 型结晶含量最为丰富，存在于节肢动物的角质层和一 些真菌中。
• 自然界中存在的甲壳素中，-甲壳素通常与矿物质沉 积在一起，形成坚硬的外壳。
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Biopolymers: Chitin & Chitosan
• -甲壳素的分子链以平行方式排列。 具有伸展的平行链结构，通过氢键键合。 自然界中， 型结晶多以结晶 水合物的形成存在。水分子能 在晶格点阵的键间渗透，使 型结晶稳定性较低。 与型结晶相比， 型具有更多 的无定型结构。 -甲壳素在6mol/L的盐酸中会变成-甲壳素。
甲壳素的结晶结构
• 甲壳素是以N-乙酰氨基葡萄糖残基形成的长链高分子化合 物，由于链的规整性大且具有刚性，并形成分子内和分子 间强的氢键，甲壳素容易形成结晶结构。
• 与纤维素相仿，甲壳素在细胞壁中构成一种称为微纤维的 生物学结构单元。甲壳素微纤维由一束沿分子长轴平行排 列的甲壳素分子构成。微纤维束的横切面呈椭圆形。微纤 维核心中的甲壳素分子常排列成三维的晶格结构。
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Biopolymers: Chitin & Chitosan
• 甲壳素是以一种高结晶微原纤的有序结构存在于动植 物组织中，分散在一种无定形多糖或蛋白质的基质内。
• 因分子内和分子间的氢键类型不同，甲壳素存在三种 晶型: 、、 。
• 三种晶型在晶胞中的排列各不相同。
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• 甲壳素是地球上数量最大的含氮有机化合物，其次才 是蛋白质。
• 在自然界中，甲壳素的年生物合成量约为100亿吨，是 地球上除纤维素以外的第二大有机资源，是人类可充 分利用的巨大自然资源宝库。
2
甲壳素和壳聚糖的结构
甲壳素和壳聚糖分子结构
• 甲壳素是以[ N-乙酰-2-胺基-2-脱氧-D-葡萄糖] 通过(1,4)糖苷键联接而成的直链状多糖。
• 四级结构：指甲壳素长链间非共价结合形成的聚集态。 甲壳素多糖链呈双螺旋链结构。
• 甲壳素的螺旋结构模型中，微纤维在每个螺旋平面中 是平行排列，同时，平面平行与角质层的表面。一个 一个的平面绕自身的螺旋轴旋转，螺距为0.515nm，一 个螺旋平面由6个糖残基构成。
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Biopolymers: Chitin & Chitosan
甲壳素分子内和分子间的氢键结构
9
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• 三级结构：指由重复顺序（二糖单元）的一级结构和 非共价相互作用造成的有序的二级结构导致空间有规 则而粗大的构象。
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5பைடு நூலகம்
Biopolymers: Chitin & Chitosan
甲壳素、壳聚糖、纤维素 分子结构式比较
6
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甲壳素的超分子结构
• 一级结构：在甲壳素酶自然降解甲壳素时，最后产物是甲壳 二糖，而不是N-乙酰氨基葡萄糖，说明甲壳素是以-(1,4)-甲 壳二糖残基为重复结构单元。
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• -甲壳素的衍射峰较多且明显，而-甲壳素的衍射峰较少。 • -甲壳素的结晶度高于-甲壳素，在-甲壳素的聚态结构中，
具有更多的无定形部分。
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• -甲壳素由三条糖链构成，其中两条糖链同向、一条糖链反 向且上、下排列而构成。
Biopolymers: Chitin & Chitosan
• 壳聚糖(chitosan)，也称甲壳胺，基本结构单元是2-氨基葡 萄糖，由-(1,4)-糖苷键联接而成。由甲壳素经脱乙酰化 制得 。
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Deacetylation （脱乙酰）of chitin to chitosan by a chitin deacetylase （脱乙酰基转移酶）.
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第4章-甲壳素和壳聚糖-天然高分 子材料
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甲壳素的来源
• 甲壳素（chitin）又名几丁质、壳多糖或甲壳质，俗名 蟹壳素。是自然界唯一大量存在的碱性多糖。
• 广泛存在于甲壳类动物、节肢类动物的壳体、真菌 （酵母、霉菌）的细胞壁及藻类的细胞壁中。
-甲壳素是聚N-乙酰胺基-D-葡萄糖胺的螺旋型物，每个
单元晶胞含有两条旋向相反的链，每条链均由两个卷曲相
连的N-乙酰胺基-D-葡萄糖胺单元构成。
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• 型结晶中，两个相连的葡萄糖胺的C3及C5原子以及 乙酰胺基的N、H原子间存在着氢键，使甲壳素型结 晶的结构紧密。
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• 二级结构：甲壳素分子链上的羟基、N-乙酰胺基和氨
基形成的各种分子内和分子间氢键。 • 这些氢键的存在，阻抑了邻近的糖残基沿糖苷键的旋
转，同时，相邻糖环之间的空间位阻降低了糖残基旋 转的自由度，从而限制了旋转角的大小，这样就构成 了刚性长链分子。
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• 在从甲壳素制备壳聚糖时，在相同的碱浓度和相同的温度下 制备同样脱乙酰度的壳聚糖，在相同的反应时间下，-甲壳 素的脱乙酰度远远高于-甲壳素。说明-甲壳素结晶度很高， 分子间具有非常强的作用。
• 在相同的脱乙酰度下， -壳聚糖具有很高的结晶度，但是壳聚糖主要表现为无定型结构。
虾-甲壳素和-甲壳素在30% NaOH中100ºC下的脱乙酰化反应
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在1600-1500 cm-1之间是C=O的 氨基的伸缩振动区，此处-甲壳 素和-甲壳素的峰位有区别：
•对-甲壳素，酰胺I带被分成两个 峰，分别为1656cm-1和1621cm-1； 而对-甲壳素，只有1626cm-1这一 个峰。
•-甲壳素的酰胺II带峰在1556cm1，-甲壳素的酰胺II带峰在 1560cm-1。
• 型结晶含量最为丰富，存在于节肢动物的角质层和一 些真菌中。
• 自然界中存在的甲壳素中，-甲壳素通常与矿物质沉 积在一起，形成坚硬的外壳。
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• -甲壳素的分子链以平行方式排列。 具有伸展的平行链结构，通过氢键键合。 自然界中， 型结晶多以结晶 水合物的形成存在。水分子能 在晶格点阵的键间渗透，使 型结晶稳定性较低。 与型结晶相比， 型具有更多 的无定型结构。 -甲壳素在6mol/L的盐酸中会变成-甲壳素。
甲壳素的结晶结构
• 甲壳素是以N-乙酰氨基葡萄糖残基形成的长链高分子化合 物，由于链的规整性大且具有刚性，并形成分子内和分子 间强的氢键，甲壳素容易形成结晶结构。
• 与纤维素相仿，甲壳素在细胞壁中构成一种称为微纤维的 生物学结构单元。甲壳素微纤维由一束沿分子长轴平行排 列的甲壳素分子构成。微纤维束的横切面呈椭圆形。微纤 维核心中的甲壳素分子常排列成三维的晶格结构。
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• 甲壳素是以一种高结晶微原纤的有序结构存在于动植 物组织中，分散在一种无定形多糖或蛋白质的基质内。
• 因分子内和分子间的氢键类型不同，甲壳素存在三种 晶型: 、、 。
• 三种晶型在晶胞中的排列各不相同。
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• 甲壳素是地球上数量最大的含氮有机化合物，其次才 是蛋白质。
• 在自然界中，甲壳素的年生物合成量约为100亿吨，是 地球上除纤维素以外的第二大有机资源，是人类可充 分利用的巨大自然资源宝库。
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甲壳素和壳聚糖的结构
甲壳素和壳聚糖分子结构
• 甲壳素是以[ N-乙酰-2-胺基-2-脱氧-D-葡萄糖] 通过(1,4)糖苷键联接而成的直链状多糖。
• 四级结构：指甲壳素长链间非共价结合形成的聚集态。 甲壳素多糖链呈双螺旋链结构。
• 甲壳素的螺旋结构模型中，微纤维在每个螺旋平面中 是平行排列，同时，平面平行与角质层的表面。一个 一个的平面绕自身的螺旋轴旋转，螺距为0.515nm，一 个螺旋平面由6个糖残基构成。
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甲壳素分子内和分子间的氢键结构
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• 三级结构：指由重复顺序（二糖单元）的一级结构和 非共价相互作用造成的有序的二级结构导致空间有规 则而粗大的构象。
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Biopolymers: Chitin & Chitosan
甲壳素、壳聚糖、纤维素 分子结构式比较
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甲壳素的超分子结构
• 一级结构：在甲壳素酶自然降解甲壳素时，最后产物是甲壳 二糖，而不是N-乙酰氨基葡萄糖，说明甲壳素是以-(1,4)-甲 壳二糖残基为重复结构单元。
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Biopolymers: Chitin & Chitosan
• -甲壳素的衍射峰较多且明显，而-甲壳素的衍射峰较少。 • -甲壳素的结晶度高于-甲壳素，在-甲壳素的聚态结构中，
具有更多的无定形部分。
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Biopolymers: Chitin & Chitosan
• -甲壳素由三条糖链构成，其中两条糖链同向、一条糖链反 向且上、下排列而构成。
Biopolymers: Chitin & Chitosan
• 壳聚糖(chitosan)，也称甲壳胺，基本结构单元是2-氨基葡 萄糖，由-(1,4)-糖苷键联接而成。由甲壳素经脱乙酰化 制得 。
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Biopolymers: Chitin & Chitosan
Deacetylation （脱乙酰）of chitin to chitosan by a chitin deacetylase （脱乙酰基转移酶）.
Biopolymers: Chitin & Chitosan
第4章-甲壳素和壳聚糖-天然高分 子材料
Biopolymers: Chitin & Chitosan
甲壳素的来源
• 甲壳素（chitin）又名几丁质、壳多糖或甲壳质，俗名 蟹壳素。是自然界唯一大量存在的碱性多糖。
• 广泛存在于甲壳类动物、节肢类动物的壳体、真菌 （酵母、霉菌）的细胞壁及藻类的细胞壁中。