结壳聚糖可降解性的研究
壳聚糖生物降解性能及其在药物缓释中的应用

壳聚糖生物降解性能及其在药物缓释中的应用壳聚糖是一种生物可降解的天然聚合物,由葡萄糖和N-乙酰葡萄糖组成。
它具有广泛的应用领域,包括药物缓释系统。
本文将详细介绍壳聚糖的生物降解性能以及其在药物缓释中的应用。
首先,壳聚糖具有良好的生物降解性能。
与合成聚合物相比,壳聚糖在生物体内可以被酶降解为无毒的代谢产物,并进一步被身体排出。
这是由于壳聚糖分子链上的乙酰胺基团可以与生物体内的酶相互作用,从而使壳聚糖被降解。
此外,壳聚糖还具有可调控的降解速度,可以通过改变壳聚糖分子链的取代度或分子量来调节其降解速度,以满足特定的药物缓释需求。
其次,壳聚糖在药物缓释中的应用广泛。
壳聚糖可以用作药物缓释的载体,将药物包裹在壳聚糖颗粒中,并通过控制壳聚糖的降解速度来实现药物的缓释。
这种缓释系统具有以下优势:首先,壳聚糖具有优异的渗透性,可以保护药物免受外界环境的影响,避免药物过早地释放;其次,壳聚糖可以促进药物的稳定性,保持药物的活性;最后,壳聚糖还可以调节药物的释放速率,使药物能够长时间持续释放,从而减少药物的频繁给药。
在壳聚糖在药物缓释中的应用中,最常见的是利用壳聚糖制备微球或纳米颗粒。
壳聚糖微球是将药物包裹在壳聚糖的微球中,通过调节壳聚糖的降解速度来控制药物的释放。
壳聚糖纳米颗粒是将药物包裹在刚硬核心上,然后再利用壳聚糖形成的壳层来控制药物的释放。
这两种缓释系统都具有很强的可控性和稳定性,可以满足药物缓释的需求。
此外,壳聚糖还可以与其他材料结合来制备复合缓释系统。
例如,壳聚糖可以与聚乳酸酸、明胶等生物降解聚合物结合,形成复合纳米颗粒,以实现药物的双重缓释。
此外,壳聚糖还可以与金属离子或金属纳米粒子结合,形成纳米复合材料,以实现药物的靶向缓释。
总之,壳聚糖具有良好的生物降解性能,能够与药物形成稳定的缓释系统。
壳聚糖在药物缓释中的应用潜力巨大,可用于多种药物的缓释。
未来的研究重点将放在进一步提高壳聚糖缓释系统的可控性和稳定性上,以满足临床上不同药物的需求,并加强壳聚糖与其他材料的复合应用研究,以实现更广泛的应用。
壳聚糖生物降解性能及机理研究

壳聚糖生物降解性能及机理研究壳聚糖是一种由脱乙酰壳聚糖(D-glucosamine)和N-乙酸壳聚糖(N-acetyl glucosamine)组成的天然聚合物,广泛存在于贝壳、虾、蟹等海洋生物中。
壳聚糖具有良好的生物相容性、生物可降解性和生物活性,因此在医药、食品、农业和环境领域得到了广泛的应用。
壳聚糖的生物降解性能是其重要的特点之一。
生物降解性是指材料能够被生物体内的酶、酸或微生物等自然环境降解并分解成无害物质。
壳聚糖分子中的羟基和胺基可以通过酶的作用或微生物代谢反应进行降解。
研究表明,壳聚糖在自然环境中可以经过生物降解过程,最终转化为二氧化碳、水和其他可溶性产物。
这使得壳聚糖在环境友好型材料的研究和应用方面具有重要意义。
壳聚糖的生物降解性能与其分子结构和物理化学性质密切相关。
壳聚糖分子中的羟基和胺基的含量以及分布情况对其生物降解性能起着重要的影响。
实验研究发现,壳聚糖中的羟基和胺基含量越高,其生物降解性能越好。
此外,壳聚糖分子的分子量、结晶度和晶态形态等因素也会对其生物降解性能产生影响。
壳聚糖的生物降解机理比较复杂,主要涉及酶降解、微生物降解和自发降解等多种机制。
酶降解是指壳聚糖分子在生物体内通过酶的作用被降解为较小的分子。
一些具有壳聚糖酶活性的酶可以将壳聚糖分解为低聚糖和单糖,并最终转化为能量来源。
微生物降解是指壳聚糖分子在生物体内被微生物代谢降解为无机盐、二氧化碳和水。
许多微生物如真菌、细菌和酵母菌等都具有壳聚糖降解能力。
自发降解是指壳聚糖分子通过自身的物理化学性质,在自然环境中逐渐降解,并最终转化为无害的产物。
然而,尽管壳聚糖具有良好的生物降解性能和机制,但其在应用过程中仍然存在一些挑战。
首先,壳聚糖的生物降解速度相对较慢,需要较长时间才能完全降解。
其次,壳聚糖的生物降解受到环境因素的影响,例如温度、湿度和pH值等。
这些因素可能会影响壳聚糖的降解速率和降解产物。
此外,壳聚糖的降解产物对环境和生物体的影响尚需进一步研究。
壳聚糖薄膜的制备及其在食品包装中的应用研究

壳聚糖薄膜的制备及其在食品包装中的应用研究概述:壳聚糖是一种天然的多糖类物质,可由虾、蟹壳等废弃物提取得到。
壳聚糖薄膜作为一种生物降解材料,具有良好的透明性、保鲜性和抗菌性能,在食品包装中有着广泛的应用前景。
本文将重点探讨壳聚糖薄膜的制备方法,并分析其在食品包装中的应用研究。
一、壳聚糖薄膜的制备方法1. 壳聚糖的提取与纯化壳聚糖的主要来源为海洋废弃物,如虾、蟹壳等。
首先采用稀酸或碱溶液将废弃物中的蛋白质和杂质去除,然后经过多次漂洗和离心,得到纯净的壳聚糖。
2. 壳聚糖薄膜的制备方法(1)溶液浇注法:将壳聚糖溶解在适当的溶剂中得到高浓度的溶液,然后将溶液浇注在平整的基质上,通过挥发溶剂得到均匀的壳聚糖薄膜。
(2)溶液浓缩法:将壳聚糖溶解在溶剂中,利用高温蒸发的方式将溶液中的溶剂浓缩,形成薄膜。
(3)离子凝胶法:将壳聚糖溶解在弱酸性水溶液中,加入交联剂进行交联反应,形成凝胶状的壳聚糖,再通过冻干或化学固化的方法得到壳聚糖薄膜。
二、壳聚糖薄膜在食品包装中的应用研究1. 保鲜性能研究壳聚糖薄膜的透氧性能与传统塑料薄膜相比更优越,可以控制食品包装内外氧气的渗透速度,延缓食品的氧化过程,从而延长食品的保鲜期。
同时,壳聚糖薄膜还具有较好的湿度调控能力,可以防止食品因受潮而变质。
2. 抗菌性能研究壳聚糖薄膜具有良好的抗菌性能,能够抑制常见细菌的生长,包括大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等。
此外,壳聚糖薄膜还能够对食品中的霉菌和酵母菌具有一定的抑制作用,从而有效保护食品免受细菌污染。
3. 可降解性能研究相比于传统塑料薄膜,壳聚糖薄膜具有良好的可降解性能,可以被微生物分解,还原为无毒无害的物质,对环境不产生污染。
这使得壳聚糖薄膜成为一种环保的食品包装材料,在塑料污染严重的背景下具有重要的意义。
4. 其他应用研究除了在食品包装中的应用,壳聚糖薄膜还具有其他潜在的应用领域。
例如,壳聚糖薄膜可以用于药物缓释系统,可以将药物包裹在薄膜中,缓慢释放给人体,提高药物疗效。
壳聚糖材料生物降解机制深入解析

壳聚糖材料生物降解机制深入解析壳聚糖是一种天然高分子材料,具有广泛的应用前景。
其生物降解特性使得壳聚糖成为环境友好型材料的理想选择。
本文将深入探讨壳聚糖材料的生物降解机制,以期对其在环境保护与材料科学领域的应用提供理论依据。
壳聚糖的生物降解机制主要包括酶降解和微生物降解两个方面。
酶降解是一种酶介导的化学反应,需要活性酶的参与。
壳聚糖酶是一类特殊的酶,能够切割壳聚糖分子链的特定键位,将其降解为较小的分子。
壳聚糖酶的催化作用使得壳聚糖能够迅速降解,加快被生物吸收和利用的速度。
微生物降解是壳聚糖生物降解的另一个重要机制。
微生物降解是指微生物通过分泌特殊的酶来降解壳聚糖。
在自然环境中,常见的微生物包括细菌、真菌和藻类等。
这些微生物能够通过酶的作用,将壳聚糖分解为易于生物吸收和利用的低分子量产物,进而参与到碳循环中。
壳聚糖在生物降解过程中的速度受到多种因素的影响。
首先,壳聚糖的结构特点影响了其生物降解速度。
壳聚糖由葡萄糖单元组成,其分子量和结晶度决定了降解速度。
分子量较小的壳聚糖更容易被酶降解和微生物利用。
结晶度较低的壳聚糖亦有利于酶和微生物的作用。
其次,环境因素也对壳聚糖的降解产生重要影响。
温度、湿度、pH值等条件会影响酶和微生物的活性,从而影响壳聚糖的降解速度。
壳聚糖材料的生物降解机制对环境保护具有积极意义。
首先,壳聚糖的生物降解过程不会对环境造成污染。
壳聚糖降解产物可被生物吸收和利用,不会对生态系统造成负面影响。
其次,壳聚糖的生物降解过程能够降低废物的处理成本。
传统的废物处理过程需要耗费大量的能源和资金,而壳聚糖的生物降解过程更加经济、高效。
最后,壳聚糖的生物降解机制为开发生物可降解材料提供了思路。
通过深入研究壳聚糖的生物降解机制,可以为寻找其他天然高分子材料的生物降解途径提供参考。
尽管壳聚糖材料的生物降解机制已经被深入研究,但仍然存在一些待解决的问题。
首先,壳聚糖在不同环境下的降解速度有较大差异,这与壳聚糖的来源、处理方式等因素密切相关。
壳聚糖的降解及其应用研究

壳聚糖的降解及其应用研究任晓敏1杨锋1,2,3黄承都1,2,3黄永春1,2,3潘凯4(1.广西科技大学生物与化学工程学院,广西柳州545006;2.广西糖资源绿色加工重点实验室,广西柳州545006;3.广西高校糖资源加工重点实验室, 广西柳州545006;4.中国科技开发院广西分院,广西南宁530022)【摘要】壳聚糖是自然界中唯一存在的碱性多糖,具有较高的反应活性和生物相容性,广泛应用于多个领域。
但由于壳聚糖具有高分子量以及溶解性低的特点,大大限制了壳聚糖的应用。
因此,壳聚糖降解是其改性的重要途径。
文章概述了降解方法及低聚壳聚糖在食品、医药、环保和化妆品等方面的应用。
【关键词】壳聚糖;生物相容性;降解【中图分类号】TQ31 【文献标识码】A【文章编号】1008-1151(2018)05-0030-04 Study on the degradation of Chitosan and its applicationAbstract:Chitosan is the only alkaline polysaccharide in nature, has a higher reaction activity and biocompatibility and been widely used in a variety of fields. However, chitosan’s high molecular weight and low solubility in aqueous solvents limit its applications seriously. Therefore, the degradation of chitosan is an important way to modify it. The degradation methods and the application of oligochitosan in the field of food, medicine, environmental protection and cosmetics were summarized.Key words: Chitosan; biocompatibility; degradation作为一种天然的高分子聚合物,壳聚糖具有较好的生物相容性、抗菌抑菌性、安全性、较高的反应活性和化学可修饰性等特点[1]。
壳聚糖的降解及其应用研究

壳聚糖的降解及其应用研究介绍壳聚糖是一种天然高分子聚合物,具有许多独特的性质和广泛的应用潜力。
本文将探讨壳聚糖的降解机制以及其在不同领域的应用研究。
壳聚糖的降解机制1. 酶降解壳聚糖可以通过酶的作用被降解。
在生物体内,壳聚糖酶是一种特殊的酶,能够将壳聚糖分解为较小的单元,如壳寡糖和壳二糖。
这种酶降解的过程是高度特异性的,壳聚糖酶只能降解壳聚糖,而对其他多糖类物质无作用。
2. 酸降解除了酶降解外,壳聚糖还可以通过酸的作用被降解。
在酸性条件下,壳聚糖分子中的酸性基团会与酸反应,导致壳聚糖链断裂,从而实现降解的目的。
酸降解是一种常见的壳聚糖降解方法,可以通过调节酸性条件的强弱和时间来控制壳聚糖的降解速度。
3. 热降解壳聚糖在高温条件下也可以发生降解。
热降解是一种非常快速的降解方式,可以在短时间内将壳聚糖分解为低分子量的物质。
热降解的温度和时间可以通过调节加热条件来控制,从而实现对壳聚糖降解速度的控制。
壳聚糖的应用研究1. 医药领域(1) 药物传递系统壳聚糖具有良好的生物相容性和生物可降解性,因此在药物传递系统中得到广泛应用。
通过将药物包裹在壳聚糖纳米粒子中,可以增加药物的稳定性和生物利用度,从而提高药物的疗效。
(2) 创伤敷料壳聚糖具有良好的吸水性和抗菌性能,因此被广泛应用于创伤敷料的制备中。
壳聚糖敷料能够吸收伤口渗出液,促进伤口愈合,并具有抗菌作用,可以预防伤口感染。
2. 环境保护领域(1) 水处理剂壳聚糖具有良好的吸附性能,可以用作水处理剂去除水中的重金属离子和有机污染物。
壳聚糖的阳离子性能使其能够与阴离子污染物形成络合物,从而实现水中污染物的去除。
(2) 土壤修复剂壳聚糖可以用作土壤修复剂,帮助修复受到重金属污染的土壤。
壳聚糖能够与土壤中的重金属形成络合物,减少重金属的毒性,同时还能增强土壤的保水性和肥力。
3. 食品工业(1) 保鲜剂壳聚糖具有良好的抗菌性能和膜形成能力,可以用作食品保鲜剂。
将壳聚糖膜覆盖在食品表面,可以有效阻隔氧气和水分的进入,延长食品的保鲜期。
壳聚糖的结构与性质研究

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。
壳聚糖在医药领域的应用研究进展

壳聚糖在医药领域的应用研究进展壳聚糖是一种天然多糖,广泛存在于贝壳、虾蟹等海洋生物的外壳中。
由于其优良的生物可降解性、生物相容性和生物活性等特性,壳聚糖在医药领域的应用研究备受关注。
本文将就壳聚糖在医药领域中的应用进行综述。
1. 药物传递系统壳聚糖作为一种生物可降解的材料,可以作为药物传递系统的载体。
壳聚糖纳米粒子可以通过调节粒径、表面电荷和形态等参数来实现药物的控制释放。
同时,壳聚糖纳米粒子具有目标导向性,可以通过改变表面修饰物实现对特定细胞或组织的靶向输送。
2. 伤口愈合和组织工程壳聚糖在伤口愈合和组织工程领域也有广泛应用。
壳聚糖可以促进伤口愈合过程中的上皮细胞迁移和增殖,有助于提高伤口愈合速度和质量。
此外,壳聚糖在组织工程中也可以用作支架材料,为细胞的定向生长和组织再生提供支持。
3. 维持血液稳定性壳聚糖能够吸附血浆中的一些不同形式的蛋白质,从而防止蛋白质的降解和活性的丧失。
此外,壳聚糖还能够吸附血液中的一些有害物质,如胆固醇和甘油三酯,减少其在人体内的积累,维持血液的稳定性。
4. 肿瘤治疗壳聚糖具有识别肿瘤细胞的能力,可以被用作肿瘤靶向治疗的载体。
通过改变壳聚糖的化学修饰,可以将化疗药物等载药物负载到壳聚糖纳米粒子中,增强其抗肿瘤活性,同时减少对正常细胞的毒性。
5. 动脉粥样硬化治疗动脉粥样硬化是一种血管疾病,壳聚糖作为一种生物相容性好的材料,被广泛应用于动脉粥样硬化的治疗中。
壳聚糖能够通过与血小板的相互作用,调控血小板的凝聚和血栓的形成,从而防止动脉粥样硬化的进展。
6. 抗菌和消炎壳聚糖具有一定的抗菌性能,可以与微生物表面的负电荷相互作用,影响其生理功能和细胞壁的完整性。
此外,壳聚糖还具有消炎作用,可以抑制炎症细胞的活化和炎症因子的释放。
总结起来,壳聚糖在医药领域的应用研究表明其在药物传递系统、伤口愈合和组织工程、维持血液稳定性、肿瘤治疗、动脉粥样硬化治疗以及抗菌和消炎方面具有广泛应用前景。
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功能性包装材料结课论文壳聚糖可降解性的研究进展姓名:任丹班级:包装08学号:080534115指导老师:方健日期:2011年5月17日壳聚糖可降解性的研究进展(班级包装08学号080534115)姓名任丹摘要首先,本文介绍了壳聚糖的理化性质、生物活性以及工业上和实验室制备壳聚糖的生产工艺。
其次,壳聚糖作为可生物降解的新型材料,已被广泛应用于化工、环保、医药等众多领域, 将壳聚糖降解到所需的分子量是其应用的前提。
本文介绍并评述了化学降解、物理降解和生物降解三种对壳聚糖的降解方法的研究进展。
最后,根据壳聚糖具有抗菌性,可生物降解及良好的成膜性等优异性能,探讨了壳聚糖在食品保鲜膜、可食用膜和生物可降解包装膜三个方面的研究进展。
关键字:壳聚糖;降解;应用REVIEWS ON THE RESEARCH PROGRESS OFDEGRATED CHITOSANAbstractFirstly,this paper introduces chitosan’s physical and chemical properties, biological activity and the production process of industry and laboratory preparation of chitosan. Secondly, chitosan as a new biodegradable material which has been widely used in chemical, environmental protection, medical and so on at the premise that chitosan will degradat to the required molecular weight. This paper introduces and reviews on the research progress of three methods of chitosan’s degradation ,which including the chemical degradation, physical degradation and biodegradable. Finally, according to the chitosan has antibacterial sex, biodegradability and good film sex etc, and probes into the three aspects of the research progress, including the excellent properties of chitosan in food wrap, edible film and biodegradable packaging film.Key words: chitosan; degradation;application1引言壳聚糖(chitosan,CS)是由大部分氨基葡萄糖和少量N-乙酰氨基葡萄糖通过β-1,4糖苷键连接起来的直链多糖,通常是从虾、蟹、昆虫的外壳或真菌细胞壁中提取甲壳素(chitin)在100℃~180℃,40%~60%的氢氧化钠溶液中非均相脱去乙酰基所得到的,化学名称为(1,4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖。
图1甲壳质和壳聚糖的结构图示壳聚糖溶于酸性水溶解液呈粘稠液体,具有一定粘度,但不稳定会发生长链的部分水解。
这是多糖的一种属性,称之为降解性。
壳聚糖这种天然高分子,一经降解其分子量变小,当脱乙酰度达到50%左右,可以变成水溶性壳聚糖,完全生物降解。
目前,国内外学者提出的降解方法主要有化学降解、物理降解和生物降解三大类。
壳聚糖具有许多优良的功能性质和潜在的应用价值,其中成膜性非常引人关注,其分子之间的交联形成了空间网络结构,易成膜,这种膜拉伸强度大、韧性好、耐碱和耐有机溶剂。
因此壳聚糖作为一种优良膜材料,在食品、医药、纺织、化工、造纸等工业领域可得到广泛的应用。
壳聚糖可以制成各种各样的膜,如食品保鲜膜、生物可降解膜和可食用膜等[1],越来越受到人们的重视。
2壳聚糖的性质及制备2. 1壳聚糖的理化性质壳聚糖是甲壳质最主要的衍生物,不同程度的脱乙酰作用可以获得不同脱乙酰度的壳聚糖。
粗壳聚糖相对分子质量为1. 0 ×105 ~ 1. 0 ×106,通常其脱乙酰度为80% ~ 95%。
纯净壳聚糖为白色或灰白色、半透明的片状固体。
主要特性有: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、相对分子质量有关,脱乙酰度越高, 相对分子质量越小,越易溶于水;相对分子质量越大,黏度越大。
2. 2壳聚糖的生物活性壳聚糖是一种天然、无毒、可生物降解的化合物, 与机体之间有良好的生物相容性。
主要生物活性有:1)壳聚糖属天然高分子化合物, 其分子链上的游离氨基在弱酸溶液中结合1个质子生成阳离子聚合体, 有很强的吸附能力, 是一种良好的絮凝剂[2]。
2)带有正电荷的壳聚糖与带有负电荷的黏多糖、蛋白多糖等相互发生静电作用。
这一特性是相当有意义的,因为大量的细胞浆和生长因子的移动都和黏多糖有关。
特别是对于肝磷脂和类肝素硫酸盐, 它们包含有壳聚糖和黏多糖的支架,借助于细胞繁殖可以维持和促进生长因子分泌。
3)壳聚糖可以形成不同的几何结构。
例如,容易形成多孔结构,多孔支架可用于体内细胞生长和骨重建[3]。
4)壳聚糖具有抗菌性。
研究表明,它可以减缓实验白兔金葡萄球菌引起的骨髓炎感染。
壳聚糖在细菌细胞膜表面可以抑制生物合成,破坏穿过细菌细胞膜的能量传输,加快细菌的死亡。
此外,壳聚糖还可作为药物释放载体,如与羟基磷灰石等复合能够持续释放万古霉素和磷霉素,在骨科感染疗程中发挥作用。
2.3壳聚糖的制备2.3.1壳聚糖的工业合成壳聚糖的工业合成,采用的方法主要是化学方法,从动物壳中提取甲壳,经过处理得到甲壳质,甲壳质再脱去乙酰基得到一系列不同脱乙酰度的壳聚糖。
2.3.1.1主要原料甲壳质和壳聚糖都是天然的多聚糖, 甲壳质是甲壳类动物的外壳、昆虫的骨骼和真菌细胞壁的主要组成成分。
虾壳中壳聚糖质量分数为20%、龙虾壳中壳聚糖质量分数为25%、蟹壳中壳聚糖质量分数为17% ~ 18%,其余成分为35% ~ 50%的碳酸钙和30% ~ 40%的蛋白质。
从这类动物中提取甲壳质,粗制壳聚糖,再进行深加工制成高科技产品有很高的经济价值。
2.3.1.2 生产工艺壳聚糖的制取通常采用化学法, 制备工艺程序为[4]:甲壳脱钙脱蛋白质脱色甲壳质脱乙酰基壳聚糖。
先将虾、蟹壳洗净干燥后,用5%稀盐酸在室温下浸泡数小时,直至不冒泡为止,以脱除碳酸钙,使碳酸钙变成氯化钙随溶液排出。
再经水洗、干燥、粉碎,用烧碱溶液浸泡,于100℃煮沸分解蛋白质,经多次处理后得到粗壳质。
用1%高锰酸钾溶液浸泡,氧化脱色,水洗,再加入1%草酸溶液,于70 ℃保温30 min,除去过量的高锰酸钾,得白色甲壳质。
将此甲壳质浸于40% ~ 60%的浓碱中,于120℃反应1 h,可得脱乙酰度为70%左右的壳聚糖。
再更换1次碱液,在相同条件下继续水解1 h,最后得脱乙酰度为92%以上的壳聚糖。
国内生产的壳聚糖产品主要存在灰分含量高和氨基含量高的缺点。
为了获得高质量的甲壳素,国外采用多种有机溶剂在闪蒸下操作或用微波辐射,用50%浓碱溶液于80 ℃下反应18 min,完成甲壳质到壳聚糖的转化。
2.3.2壳聚糖的实验室制备目前,在实验室制备壳聚糖通常采用两种方法:1)Broussignac等先制备混合物作为该无水反应的中间体, 将96%乙醇溶液和乙烯乙二醇溶液混合, 再逐步加入固态KOH 粉末并不断搅拌。
此溶解过程是放热过程,温度可上升至90℃。
这一步骤的优点是反应可在玻璃或不锈钢容器中进行。
再向混合物中逐渐加入甲壳质,温度达到预期温度后,乙醇挥发又回到反应容器中,持续反应一段时间后,过滤,蒸馏水洗至中性,在室温下干燥,得到产物壳聚糖。
2)Kurita等将壳质悬浮液和NaOH溶液混合加热至80℃,反应过程中持续通入N2,到达预定时间后,过滤,蒸馏,水洗至中性。
再加入甲醇和丙酮,放置烘箱中, 恒定50℃干燥12h,得到壳聚糖。
也可在脱乙酰过程中加入NaBH4 和苯硫酚, 这两种物质和壳质的质量比为1:1, 目的是防止聚合物降解。
3壳聚糖可降解性的研究一般由甲壳素脱乙酰化制得的壳聚糖分子量很大,并且有紧密的晶体结构,不溶于普通溶剂,只能在某些酸性介质中溶解,这使壳聚糖的应用受到极大限制;另外,研究表明分子量对壳聚糖的性质有很大影响,不同分子量的壳聚糖性质差异很大,有时甚至表现出截然相反的特性,而壳聚糖的许多独特功能只有在分子量降低到一定程度时才表现出来。
因此,选择适当的方法对壳聚糖进行降解就显得尤为重要。
目前,国内外学者提出的降解方法主要有化学降解、物理降解和生物降解三大类。
3.1 化学降解法3.1.1 NaNO2降解将壳聚糖溶解于质量分数为10%乙酸溶液中,在搅拌下缓慢滴入一定量的NaNO2溶液,于4 ℃下静置一段时间,使-NH2发生重氮化反应,脱去一分子N2,引起分子内重排使大分子链断裂,再用NaBH4还原端基, 完成降解反应。
反应过程如图2所示。
图2NaNO2降解壳聚糖的反应历程这是传统的化学降解方法,降解产物的分子量可以通过改变NaNO2的加入量和反应时间来控制,国内常用此法降解壳聚糖并提取产物中的单糖组分。
该法的主要缺陷在于:1)产品的分子量分布太宽,均一性差;2)降解过程中破坏了氨基,理论上加入1摩尔NaNO2就要消耗1摩尔氨基,而壳聚糖良好的生物相容性主要由氨基提供[5],同时分子链上存在足够数量的氨基也是壳聚糖进行进一步改性的重要前提, 氨基数量的减少将会使壳聚糖的应用受到限制;3)生产的三废污染严重。
3.1.2 在酸性条件下水解常将壳聚糖溶于一些无机酸如磷酸、盐酸中加热到一定温度进行降解。
这种方法简便易行,但产品分子量分布宽,同时产物分离提纯困难,生产成本高,污染严重。
1997年,Emmanuel、Belamie等人提出了壳聚糖固态降解法,即在少量水的存在下用氯化氢气体对固体片状壳聚糖(脱乙酰化度大于97.5%)直接进行降解[6] 。
这种方法可以通过改变氯化氢气体用量和反应温度控制降解速度,从而方便地制得某特定分子量的产品。