壳聚糖的制备及其应用进展.docx

壳聚糖的制备及其应用进展 左一萌 申冲冲 李婉聪 苟志豪摘 要：壳聚糖是几丁质脱乙酰化而形成的一种生物高分子材料，本文综述了壳聚糖的来源及其在农业、食品、医药、环境保护等诸多领域的应用，归纳整理壳聚糖的酸碱水解法、EDTA法、酶解法、生物发酵法等制备方法，并比较总结了各种方法制备壳聚糖的优缺点，最后讨论了目前壳聚糖工业化过程的瓶颈问题，并做出展望，以期為壳聚糖的进一步利用提供理论基础关键词：壳聚糖；生物材料；生物发酵法；展望几丁质是由N-乙酰氨基葡萄糖聚合而成的一种天然高分子黏性多糖，广泛存在于虾壳，蟹壳中及许多节肢动物外壳、低等植物体内相关数据显示，每年几丁质产量在天然聚合物和含氮有机化合物中均位列第二，仅海洋生物体内的几丁质储量就高达0.1亿t壳聚糖是几丁质脱乙酰化的产物，是一种碱性多糖，高黏、具有强吸潮性与良好的生物活性，如消炎、抗氧化等，因此被广泛应用于农业、食品、医药、环境保护等诸多领域壳聚糖的大多来自于节肢动物、真菌和藻类一些甲壳类昆虫体内的壳聚糖含量较高，但不易提取，而工业废料虾壳、蟹壳等因易富集、含量高等优点成为壳聚糖的制备的首要原材料1 壳聚糖的制备方法1.1酸碱水解法几丁质脱掉乙酰基后就是壳聚糖，酰胺键可被强酸或强碱水解。

目前，经过浓酸浓碱脱乙酰法在工业上占主导地位在实验室研究中，孙丽发现甲壳素在低温条件下的主反应为降解反应；浓酸一般选用浓盐酸，而石国宗则用硫酸，制备过程中无酸雾产生，对此法有了一定的创新但此法仍存在诸多缺陷：获得的壳聚糖不稳定，又消耗了大量的酸碱，几丁质碳链也易被浓酸破坏，环境污染严重，且后续工艺复杂，增加了成本1.2 EDTA法EDTA络合生物体内的金属离子而使其沉降以纯化甲壳素王婷[3]将克氏原螯虾壳内的无机盐用EDTA除去，蛋白质用NaOH处理来制备甲壳素；张士康等[4]以虾蛄壳为原料，研究了EDTA法提取甲壳素的最佳条件；孟凡欣使用响应面分析拟合期望函数对此法进行了工艺优化，提取率增加了1/5EDTA溶解钙盐但不破坏甲壳素的碳链，显得更为安全，且其可以循环利用1.3 酶解法几丁质酶来源广、制备壳聚糖效果好，因此壳聚糖的酶解法广受关注，自1905年几丁质酶被发现后起，酶解法就成为研究的热点研究发现混合酶解法效果更佳，另一方面，付博等用纳豆菌水解虾壳中的蛋白质，并探究了不同条件下纳豆菌蛋白酶的活性相较于前两种方法，酶法反应条件更为温和，且酶的来源广泛，生产过程也可控，但获得几丁质酶需要大量地投入资金，耗时长。

1.4 生物发酵法微生物发酵时会分泌蛋白酶和有机酸，此二者分别分解蛋白质和无机盐，从而提纯壳聚糖自从首次用生物发酵法提取了甲壳素以来，微生物发酵法被广泛关注目前研究最多的是细菌发酵法，陈亚等以克氏原螯虾虾壳为原料，利用乳酸菌发酵来提取甲壳素此外，霉菌也是良好的选择，肖丽凤等研究了蓝色犁头霉的虾壳发酵，发酵过程产生的几丁质酶水解几丁质得到壳聚糖生物发酵法反应条件较为温和，但此法耗时长，并且需添加额外的营养物质，目前还停留于实验室研究阶段2 壳聚糖的应用2.1 在农业方面的应用壳寡糖有植物生长调节的作用研究表明在瓜果作物种植时，低浓度的壳寡糖可以防止果蔬干旱、促进植株生长、延缓植株衰老；壳聚糖可以作为植物的灭菌剂在西红柿果实表面喷洒壳聚糖溶液，能够抵抗烟草斑纹病毒的感染，以增强环境适应力研究表明一定浓度的的壳寡糖对多种叶病毒都有良好的预防作用，如蔟叶病毒、花叶病毒等2.2 在食品方面的应用壳聚糖与酸性多糖反应可生成酸性多糖络盐，可用于组织填充材料，被制成保健型仿生肉；甲壳素的性能优于纤维素，还有增稠、乳化等用途，可作为食品添加剂；它有优良的抑菌活性，可阻止微生物侵染，保证食品品质，可用于食品防腐；它还有良好的抗氧化性能，其抗氧化活性的体现是机体血液循环中的氧化应激水平的降低。

2.3 在医药方面的应用壳聚糖对人体有亲和性、成膜性，可促进细胞再生，而被制成人造皮肤；壳聚糖骨架上的正电氨基可吸引红细胞表面负电荷而形成网络，促进凝血，陈全等[7]证明了温敏甲壳素水凝胶对鼠肝脏出血有明显的止血效果；壳聚糖在进入人体后，通过电荷互作来增强机体的免疫能力；壳聚糖还可作为药物控释载体，将其衍生物制成微球，可提高医用效率，还有较好的抗酸活性，能有效减少药物的毒副作用2.4 在环境保护方面的应用壳聚糖可作为絮凝剂来处理污水研究发现壳聚糖相较于化学絮凝剂来源更广，对环境几乎无副作用，且具有一定的杀菌作用[8]；壳聚糖有沉降重金属的能力，其分子内的氨基和羟基能鳌合金属离子而沉降金属，因此可用于湿法冶金；壳聚糖还可以用于多种废弃物的处理，粘质沙雷氏菌等已被广泛用于以蟹壳等几丁质废弃物的分解，并制备高经济价值单细胞蛋白，有巨大的商业价值3 结语与展望几丁质在自然界储备量巨大，有多种生理功能，可增强免疫力、治疗三高疾病壳聚糖具有良好的生物活性，被广泛应用于各个领域，其市场需求量也日益增大，前景广阔壳聚糖的制备方法中酸碱水解法在工业生产中仍处于主导地位，此法虽可高效提取甲壳素，但弊端显著，尤其是环境问题；EDTA法的安全性相对较高，且EDTA可循环利用，适合工业化生产，此法值得改进与发展；酶法作用条件温和、无二次污染、操作简单，但酶的造价高昂，限制了其发展；生物发酵法对环境十分友好，可大量获得产品，且蛋白成分可回收利用，但其限制因素为资源利用率低、高成本，不适宜长期大规模生产。

综上所述，壳聚糖的制备法的进展颇多，然而距离最终工业化还很远，就目前筛选高产菌种、构建基因工程菌、优化微生物的发酵条件、探究新的制备方法是壳聚糖工业化发展的立足点参考文献：[1] 孙丽.盐酸降解甲壳素制备氨基葡萄糖盐酸盐的机理研究[J].海峡药学， 2018，（04）：18-20.[2] 石国宗.硫酸降解甲壳素制备N-乙酰氨基葡萄糖的工艺研究[J].海峡药学， 2016（7）：11-13.[3] 王婷.克氏原螯虾中甲壳素提取工艺的优化[J].化工技术与开发，2019，48（1）：30-33.[4] 张士康，冯立中，支彤彤，等.虾蛄壳中甲壳素的提取工艺探究[J].科技视界，2016（22）：173.[5] 孙翔宇，魏琦峰，任秀莲等.虾、蟹壳中甲壳素/壳聚糖提取工艺及应用研究进展[J].食品研究与开发，2018，39（22）：214-219.[6] 肖丽凤，邬海雄，郭艳峰.虾壳粉的生物酶解脱乙酰工艺优化研究[J].广东化工， 2016，43（16）：98-100.[7] 陈全，王慧，石杰，等.甲壳素温敏水凝胶止血作用的研究[J].中国海洋药物，2017，36（1）：71-75.[8] 白玉爽，刘悦，李跃等.浅谈壳聚糖的应用研究进展[J].化工管理，2018，No.488（17）：32. -全文完-。