[科普中國]-殼聚糖

殼聚糖（chitosan）甲殼素N-脫乙?；漠a(chǎn)物，甲殼素、殼聚糖、纖維素三者具有相近的化學(xué)結(jié)構(gòu)，纖維素在C2位上是羥基，甲殼素、殼聚糖在C2位上分別被一個(gè)乙酰氨基和氨基所代替，甲殼素和殼聚糖具有生物降解性、細(xì)胞親和性和生物效應(yīng)等許多獨(dú)特的性質(zhì)，尤其是含有游離氨基的殼聚糖，是天然多糖中唯一的堿性多糖。1

殼聚糖分子結(jié)構(gòu)中的氨基基團(tuán)比甲殼素分子中的乙酰氨基基團(tuán)反應(yīng)活性更強(qiáng)，使得該多糖具有優(yōu)異的生物學(xué)功能并能進(jìn)行化學(xué)修飾反應(yīng)。因此，殼聚糖被認(rèn)為是比纖維素具有更大應(yīng)用潛力的功能性生物材料。1

殼聚糖為天然多糖甲殼素脫除部分乙?；漠a(chǎn)物，具有生物降解性、生物相容性、無毒性、抑菌、抗癌、降脂、增強(qiáng)免疫等多種生理功能，廣泛應(yīng)用于食品添加劑、紡織、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、美容保健、化妝品、抗菌劑、醫(yī)用纖維、醫(yī)用敷料、人造組織材料、藥物緩釋材料、基因轉(zhuǎn)導(dǎo)載體、生物醫(yī)用領(lǐng)域、醫(yī)用可吸收材料、組織工程載體材料、醫(yī)療以及藥物開發(fā)等眾多領(lǐng)域和其他日用化學(xué)工業(yè)。1

研究歷史在蝦蟹等海洋節(jié)肢動(dòng)物的甲殼、昆蟲的甲殼、菌類和藻類細(xì)胞膜、軟體動(dòng)物的殼和骨骼及高等植物的細(xì)胞壁中存在大量甲殼素。甲殼素在自然界分布廣泛，儲(chǔ)量僅居于纖維素之后，是第二大天然高分子，每年甲殼素生物合成的量約有100億噸，是一種可循環(huán)的再生資源，取之不盡、用之不竭，這些天然聚合物的主要分布在沿海地區(qū)，目前印度、波蘭、日本、美國、挪威和澳大利亞等國家，殼聚糖已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)。1

甲殼素（chitin）首先是由法國研究自然科學(xué)史的布拉克諾（H. Bracolmot）教授于1811年在蘑菇中發(fā)現(xiàn)，并命名為Fungine。1823年，另一位法國科學(xué)家奧吉爾從甲殼類昆蟲的翅鞘中分離出同樣的物質(zhì)，并命名為幾丁質(zhì)；1859年，法國科學(xué)家C. Rouget將甲殼素浸泡在濃KOH溶液中，煮沸一段時(shí)間，取出洗凈后發(fā)現(xiàn)其可溶于有機(jī)酸中；1894年，德國人Ledderhose確認(rèn)Rouget制備的改性甲殼素是脫掉了部分乙?；募讱に兀⒚麨閏hitosan，即殼聚糖；1939年Haworth獲得了一種無爭議的合成方法，確定了甲殼素的結(jié)構(gòu)；1936年美國人Rigby獲得了有關(guān)甲殼素/殼聚糖的一系列授權(quán)專利，描述了從蝦殼、蟹殼中分離甲殼素的方法，制備甲殼素和甲殼素衍生物的方法，制備殼聚糖溶液、殼聚糖膜和殼聚糖纖維的方法；1963年Budall提出甲殼素存在著三種晶形；20世紀(jì)70年代，對(duì)甲殼素的研究增多；20世紀(jì)80-90年代，對(duì)甲殼素/殼聚糖研究進(jìn)入全盛時(shí)代。1

理化性質(zhì)本品的性質(zhì)與它的聚電解質(zhì)和聚糖的性質(zhì)有關(guān)。大量氨基的存在允許殼聚糖與陰離子系統(tǒng)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此這兩種物質(zhì)合用會(huì)引起理化性質(zhì)的改變。殼聚糖作為溶液被存放和使用時(shí)，需處于酸性環(huán)境中，但由于縮醛結(jié)構(gòu)的存在，使其在酸性溶液中發(fā)生降解，溶液黏度隨之下降。如果加入乙醇、甲醇、丙酮等可延緩殼聚糖溶液黏度降低，以乙醇作用最明顯。2

一般物理性質(zhì)本品又名脫乙酰甲殼質(zhì)、可溶性甲殼素、聚氨基葡萄糖，為類白色粉末，無臭，無味。本品微溶于水，幾乎不溶于乙醇。本品是一種陽離子聚胺，在pH

純凈的殼聚糖為白色或灰白色半透明的片狀固體，溶于稀酸呈黏稠狀，在稀酸中殼聚糖的β -1，4-糖苷鍵會(huì)慢慢水解，生成低相對(duì)分子質(zhì)量的殼聚糖。溶于酸性溶液形成帶正電的陽離子基團(tuán)。殼聚糖在溶液中是帶正電荷的多聚電解質(zhì)，具有很強(qiáng)的吸附性。殼聚糖分子中含有氨基，具有堿性，在胃酸的條件下可生成銨鹽，可以使腸內(nèi)pH值轉(zhuǎn)為堿性，改善酸性體質(zhì)。甲殼素對(duì)人體細(xì)胞有很強(qiáng)的親和性，進(jìn)入人體內(nèi)的甲殼素被分解成基本單位。人體內(nèi)存在的葡萄糖胺。而乙酰葡萄糖胺是體內(nèi)透明質(zhì)酸的基本組成單位。因此甲殼素和殼聚糖對(duì)人體細(xì)胞有很好的親和性，不會(huì)產(chǎn)生排斥反應(yīng)。1

甲殼索在反應(yīng)中生成帶正電荷的陽離子基團(tuán)，這是自然界中唯一存在的帶正電荷的可食性食物纖維。甲殼素食物纖維單獨(dú)食用是不易被消化吸收的，如果與牛奶、雞蛋、蔬菜、植物性食品等一起食用就可以被吸收，這是因?yàn)樵跉ぬ前访?、去乙酰酶（在植物和腸內(nèi)細(xì)菌中存在）、溶菌酶（體內(nèi)存在）及卵磷脂（牛奶、雞蛋中存在）等共同作用下甲殼素可以被分解成寡聚糖，低相對(duì)分子質(zhì)量的寡聚糖可以被吸收，吸收部位主要在大腸。2

殼聚糖的溶解性與脫乙酰度、相對(duì)分子質(zhì)量、黏度有關(guān)，脫乙酰度越高，相對(duì)分子質(zhì)量越小，越易溶于水；脫乙酰度越低，相對(duì)分子質(zhì)量越大，黏度越大。殼聚糖具有很好的吸附性、成膜性、通透性、成纖性、吸濕性和保濕性。脫乙酰度和黏度（平均相對(duì)分子質(zhì)疑）是殼聚糖的兩項(xiàng)主要性能指標(biāo)。1

溶解后的殼聚糖呈凝膠狀態(tài)，具有較強(qiáng)的吸附能力。殼聚糖中含有羥基、氨基等極性基團(tuán)，吸濕性很強(qiáng)，甲殼素的吸濕率可達(dá)400%-500%，是纖維素的兩倍多，殼聚糖的吸濕性比甲殼素更強(qiáng)，可以用作化妝品的保濕劑。殼聚糖游離氨基的鄰位為羥基，有螯合二價(jià)金屬離子的作用，殼聚糖可以螯合重金屬離子，作為體內(nèi)重金屬離子的排泄劑，是高性能的金屬離子捕集劑。殼聚糖在水中長期放置會(huì)發(fā)生水解，葡萄糖環(huán)開環(huán)。殼聚糖因?yàn)榫哂杏坞x氨基可以被開發(fā)作為抗原、抗體、酶等生理活性物質(zhì)的固定化載體。殼聚糖由于物理、化學(xué)及生物性能良好，對(duì)有機(jī)溶劑穩(wěn)定性極好，方便進(jìn)行二次加工，所以殼聚糖在食品、造紙、印染、環(huán)境保護(hù)、紡織、水處理、醫(yī)療、重金屬回收等方面應(yīng)用前景廣闊。1

結(jié)構(gòu)特征化學(xué)名：β-（1→4）-2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖

分子式： （C6H11NO4）N

單元體的分子量為：161.2

氨基葡萄糖是殼聚糖的基本組成單位，殼二糖是殼聚糖的基本結(jié)構(gòu)的糖單元，采用殼聚糖酶自然降解殼聚糖得到的最終產(chǎn)物是殼二糖。 1

殼聚糖呈現(xiàn)雙螺旋結(jié)構(gòu)特征，螺距為0.515 nm，6個(gè)糖殘基組成一個(gè)螺旋平面。甲殼素和殼聚糖的氨基、羥基、N-乙酰氨基形成的氫鍵，形成了甲殼素和殼聚糖大分子的二級(jí)結(jié)構(gòu)。殼聚糖的氨基葡萄糖殘基的椅式結(jié)構(gòu)中有2種分子內(nèi)氫鍵，一種殼聚糖分子間氫鍵是C3-OH與相鄰的另一條殼聚糖分子鏈上的糖苷基形成的，另一種分子間氫鍵是氨基葡萄糖殘基的C3-OH與相鄰殼聚糖呋喃環(huán)上的氧原子形成的。甲殼素和殼聚糖的C3-OH、C2-NH2、C6-OH等官能團(tuán)均可形成分子內(nèi)和分子間氫鍵。1

殼聚糖分子的基本單元是帶有氨基的葡萄糖，分子內(nèi)同時(shí)含有氨基、乙酰氨基和羥基，故性質(zhì)比較活潑，可進(jìn)行修飾、活化和偶聯(lián)。殼聚糖分子鏈上的氨基、羥基、N-乙酰氨基等會(huì)參與分子內(nèi)和分子間氫鍵的形成，殼聚糖具有膨潤、擴(kuò)散、吸附、保水、難以被人體消化吸收等長鏈糖分子特性，同時(shí)殼聚糖分子因?yàn)榉肿泳哂幸?guī)整性在氫鍵作用下容易形成結(jié)晶區(qū)，這對(duì)材料的性能有很大的影響。1

殼聚糖通過大分子鏈上分布的羥基、氨基、N-乙酰氨基相互作用形成各種分子內(nèi)和分子間氫鍵。殼聚糖分子因?yàn)閿?shù)量眾多的氫鍵更容易形成結(jié)晶區(qū)，從而具有較高的結(jié)晶度，具有很好的吸附性、成膜性、成纖性和保濕性等物理機(jī)械性能。1

相對(duì)分子質(zhì)量殼聚糖無味、無臭、無毒性，純殼聚糖略帶珍珠光澤。生物體中甲殼素的相對(duì)分子質(zhì)量為1×106-2×106，經(jīng)提取后甲殼素的相對(duì)分子質(zhì)量約為3×105-7×105，由甲殼素制取殼聚糖相對(duì)分子質(zhì)量則更低，約2×105-5×105。在制造過程中甲殼素與殼聚糖相對(duì)分子質(zhì)量的大小，一般用粘度高低的數(shù)值來表示。3

相對(duì)分子質(zhì)量為10000的殼聚糖具有許多優(yōu)異功能，如抑制腫瘤細(xì)胞的生長，降低血清和肝臟中的膽固醇、血糖及血脂，增強(qiáng)機(jī)體免疫力，強(qiáng)化肝功能，促進(jìn)脾臟抗體生成，促進(jìn)雙歧桿菌增殖，抑制大腸桿菌生長，吸濕保濕等。1

溶解性質(zhì)殼聚糖溶液的性質(zhì)對(duì)其應(yīng)用有重要影響。殼聚糖溶液有其自身特性，也具有高分子化合物溶液的通性。殼聚糖不溶于水、堿以及一般有機(jī)溶劑，但是因?yàn)闅ぞ厶墙Y(jié)構(gòu)單元中存在- NH2基團(tuán)，極易與酸反應(yīng)成鹽，因此，殼聚糖可以溶解在鹽酸、甲酸、乙酸、乳酸、蘋果酸、抗壞血酸等許多稀的無機(jī)酸或某共有機(jī)酸中，長時(shí)間加熱攪拌條件下也能溶解在濃的鹽酸、硝酸、磷酸中。1

殼聚糖溶液的表面能先隨著溶度參數(shù)增大而減小，然后迅速上升。殼聚糖和甲殼素的解離性能與脫乙酰度的變化關(guān)系不是很大。殼聚糖的解離常數(shù)pKa，與溶液中離子強(qiáng)度和種類有關(guān)。同一殼聚糖溶液，在相同水解時(shí)間下，水解產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量的倒數(shù)和溫度呈正比關(guān)系。在0.1 mmol/L乙酸溶液中殼聚糖存在明顯的白聚現(xiàn)象，隨著殼聚糖濃度的增加，殼聚糖分子鏈由舒展鏈結(jié)構(gòu)自聚轉(zhuǎn)變?yōu)閱捂溇€團(tuán)結(jié)構(gòu)，單鏈線團(tuán)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷ダp繞的線團(tuán)結(jié)構(gòu)。在0.1 mmol/I.稀鹽酸中，殼聚糖乙?；馑俾逝c殼聚糖的解聚速率基本相等。而在12.08 mmol/L的濃鹽酸中，殼聚糖的解聚速率是殼聚糖乙?；馑俾实氖哆€多。1

殼聚糖的活性吸附中心是表面自由氨基，許多無機(jī)酸、有機(jī)酸和酸性化合物，甚至兩性化合物，都能被殼聚糖吸附結(jié)合。殼聚糖吸附低濃度游離酸的過程遵循甲分子層機(jī)制進(jìn)行。吸附速度隨著吸附介質(zhì)的介電常數(shù)的減小而減慢。殼聚糖一般不溶于堿，但當(dāng)甲殼素在均相條件下脫乙酰基或者將高度脫乙?；臍ぞ厶窃诰嘟橘|(zhì)中進(jìn)行乙酰化反應(yīng)，當(dāng)乙?；仍?0%左右時(shí)，獲得的水溶性產(chǎn)物能溶于堿性條件。1

結(jié)晶結(jié)構(gòu)殼聚糖由于分子內(nèi)和分子間很強(qiáng)的氫鍵作用而具有規(guī)整的分子鏈和較好的結(jié)晶性能。殼聚糖按晶體結(jié)構(gòu)可以分為。α晶型、β晶型和γ晶型三種，其中α晶型最為穩(wěn)定，并在大自然中廣泛存在。殼聚糖的α晶型、β晶型和γ晶型的存在形式不同。α晶型通常與礦物質(zhì)沉積在一起，兩條反向平行的糖鏈排列而組成α晶型，α晶型參與形成堅(jiān)硬的外殼，組成緊密；β晶型和γ晶型通常與膠原蛋白相結(jié)合，兩條平行的糖鏈排列組成β晶型；兩條同向、一條反向且上下排列的三條糖鏈組成γ晶型。β晶型和γ晶型則表現(xiàn)出一定的硬度、柔韌性和流動(dòng)性，而γ晶型甲殼素則可在烏賊的胃內(nèi)形成厚上皮組織。甲殼素和殼聚糖的分子內(nèi)和分子間氫鍵不同，導(dǎo)致。α晶型、β晶型和γ晶型三種晶型的分子鏈在晶胞中的排列各不相同。β晶型在鹽酸中回流及經(jīng)乙?；幚矶伎梢赞D(zhuǎn)變?yōu)棣辆汀?

殼聚糖的脫乙酰度影響本身的結(jié)晶度，脫乙酰度為100 %的殼聚糖，在分子結(jié)構(gòu)中，具有分子鏈均勻、規(guī)整性好、結(jié)晶度高的特點(diǎn)。經(jīng)X光衍射測(cè)試，殼聚糖脫乙酰度從74%增加到85%的樣品，x光衍射峰隨著脫乙酰度增加依次變得尖銳，結(jié)晶度從21.6%增加到28. 0%。1

脫乙酰度脫乙酰度（degree of deacetylation，DD）是脫去乙?；钠咸烟前穯卧獢?shù)占總的葡萄糖胺單元數(shù)的比例，它是考察甲殼素/殼聚糖最基本的結(jié)構(gòu)參數(shù)之一。脫乙酰度對(duì)殼聚糖的溶解性能、黏度、離子交換能力以及絮凝性能等都有重大影響。通常，脫去55%以上N乙?；募讱に啬苋苡?%乙酸或鹽酸，被稱為殼聚糖，但脫乙酰度在70%以上的殼聚糖才能作為有使用價(jià)值的工業(yè)品。脫乙酰度在55%-70%、70%-85%、85%-95%、95% -100%的殼聚糖分別稱為低脫乙酰度殼聚糖、中脫乙酰度殼聚糖、高脫乙酰度殼聚糖、超高脫乙酰度殼聚糖，極難制備脫乙酰度為100%的殼聚糖。1

殼聚糖在水、乙醇和丙酮中不溶解，在無機(jī)酸和酒石酸、水楊酸、抗壞血酸等有機(jī)酸及許多稀酸溶液中能溶解。殼聚糖分子中的-NH2，基團(tuán)在酸性環(huán)境中會(huì)被質(zhì)子化形成 NH3+離子，從而在酸性條件下會(huì)溶解。而甲殼素的N-乙?；荒苜|(zhì)子化所以無溶解性，可見殼聚糖的脫乙?；扰c溶解性關(guān)系密切。脫乙?；仍?0%以下、60%-80%、80%以上的殼聚糖溶解狀態(tài)分別為部分離析溶解于稀醋酸溶液中、呈絮凝態(tài)懸浮于稀醋酸溶液中、以油狀清澈地溶于稀醋酸溶液中，脫乙酰度在50%以下的，肯定不溶于濃度1%的烯酸。由此可見，甲殼素與殼聚糖的差別，僅僅是脫乙酰度不同而已。制備高脫乙酰度的殼聚糖在開發(fā)殼聚糖產(chǎn)品過程中非常重要，因?yàn)槊撘阴６瓤梢詻Q定甲殼素的溶解性，也是對(duì)其進(jìn)行化學(xué)修飾功能化改性的前提條件。通常使用的高脫乙酰度中低相對(duì)分子質(zhì)量、低黏度的殼聚糖都需要將廠家商品進(jìn)一步水解、降解處理。1

化學(xué)反應(yīng)在特定的條件下，殼聚糖能發(fā)生水解、烷基化、酰基化、羧甲基化、磺化、硝化、鹵化、氧化、還原、縮合和絡(luò)合等化學(xué)反應(yīng)，可生成各種具有不同性能的殼聚糖衍生物，從而擴(kuò)大了殼聚糖的應(yīng)用范圍。3

殼聚糖大分子中有活潑的羥基和氨基，它們具有較強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)能力。在堿性條件下，C6上的羥基可以發(fā)生如下反應(yīng)：羥乙基化--殼聚糖與環(huán)氧乙烷進(jìn)行反應(yīng)，可得羥乙基化的衍生物。羧甲基化--殼聚糖與氯乙酸反應(yīng)便得羧甲基化的衍生物?；撬狨セ?-甲殼素和殼聚糖與纖維素一樣，用堿處理后可與二硫化碳反應(yīng)生成磺酸酯。氰乙基化--丙烯腈和殼聚糖可發(fā)生加成反應(yīng)，生成氰乙基化的衍生物。3

殼聚糖分子中具有活性的-NH2側(cè)基，可以通過化學(xué)方法被酸化成鹽、導(dǎo)入羥基，得到具有水溶性、醇溶性、表面活性等各種功能的殼聚糖衍生物材料?；钚缘?NH2.，側(cè)基還可以先與過渡金屬離子形成配合物，然后交聯(lián)制備具有模板劑記憶力和選擇吸附性能的殼聚糖衍生物材料，這類材料具有良好的血液相容性、生物相容性、生物官能性，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)?xì)胞組織不產(chǎn)生毒性。1

可以利用殼聚糖分子上的OH和-NH2：發(fā)生化學(xué)反應(yīng)制備具有抑菌活性的N，O-羥甲基化殼聚糖，其中相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)抑菌活性有顯著影響，如隨相對(duì)分子質(zhì)量的降低抑菌活性顯著增強(qiáng)，相對(duì)分子質(zhì)量低于5000時(shí)，材料對(duì)金黃色葡萄球菌抑制殺滅作用明顯。殼聚糖溶于酸后，糖鏈上的-NH2與H+、結(jié)合成強(qiáng)大的正電荷陽離子基團(tuán)，非常有利于改善酸性體質(zhì)。1

甲殼素和殼聚糖的溶解性較差，在水、普通的有機(jī)溶劑中溶解性均不好，這大大制約了這類材料的應(yīng)用，然而甲殼素和殼聚糖分子鏈上具有多種官能團(tuán)，可以對(duì)其重復(fù)單元進(jìn)行化學(xué)改性，引入不同基團(tuán)，得到溶解性能改善的衍生物材料，同時(shí)因?yàn)橐肓瞬煌娜〈辜讱に睾蜌ぞ厶茄苌锊牧暇哂懈鳟惖墓δ?。利用殼聚糖可溶于稀酸溶液的性質(zhì)可以對(duì)殼聚糖進(jìn)行均相溶液反應(yīng)，在不同的反應(yīng)條件下，可以對(duì)重復(fù)單元中的羥基和氨基及分子鏈進(jìn)行硅烷基化、?；?、羥基化、接枝共聚、烷基化、羧基化、主鏈水解等化學(xué)反應(yīng)。1

以下主要介紹?；⒘u基化和主鏈水解。

主鏈水解單糖

甲殼素和殼聚糖主鏈水解制備單糖的主要途徑是化學(xué)法。對(duì)甲殼素和殼聚糖進(jìn)行水解得到的最終產(chǎn)物是D-氨基葡萄糖單糖，D氨基葡萄糖單糖具有刺激蛋白多糖合成、輔助治療關(guān)節(jié)炎等功能。N-乙酰氨基葡萄糖具有免疫調(diào)節(jié)、促進(jìn)雙歧桿菌生長、改善腸道微生態(tài)環(huán)境、治療和預(yù)防腸道疾病等功能。甲殼素用熱的濃鹽酸水解可得到D-氨基葡萄糖鹽酸鹽，用乙酸水解可得到N-乙?；?D-氨基葡萄糖。1

低聚寡糖

甲殼素和殼聚糖的部分水解產(chǎn)物是低聚寡糖。化學(xué)法中通常用酸和過氧化物進(jìn)行降解。如用鹽酸控制條件可得到5至7糖。在適宜條件下用亞硝酸鈉進(jìn)行降解可得到3糖。相對(duì)分子質(zhì)量分布較窄的低聚物可以采用首先將殼聚糖與銅進(jìn)行配位反應(yīng)，然后用過氧化氫降解的方法制備。1

酶水解法是以甲殼素和殼聚糖為原材料制備低聚寡糖的一種主要方法，因?yàn)槊杆夥ň哂袑Ｒ恍缘奶攸c(diǎn)，可以用來制備確定聚合度的低聚寡糖，尤其是高效制備二聚體以上的寡糖，如采用殼糖酶降解殼聚糖，可得到不含單糖的殼二糖到殼五糖的系列產(chǎn)物，這些產(chǎn)物再進(jìn)行乙?；傻肗乙?；讱す烟恰?

低聚寡糖有顯著的生理活性，在醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)和化妝品領(lǐng)域已顯示出潛在實(shí)用價(jià)值。用纖維素酶來降解殼聚糖，得到的是六糖至十糖。用排阻色譜可將殼聚糖低聚混合物中聚合度為15的低聚糖分離出來。對(duì)低聚寡糖也可進(jìn)行衍生化，如將殼三糖與三甲基縮水甘油氯化銨反應(yīng)，所得目標(biāo)化合物有非常強(qiáng)的抗菌活性。1

羧基化反應(yīng)氯代烷酸或乙醛酸可以與殼聚糖上的羥基或氨基進(jìn)行反應(yīng)，得到相應(yīng)的羧基化殼聚糖衍生物，羧甲基殼聚糖因其良好的水溶性和綠色環(huán)保性，在環(huán)保水處理、醫(yī)藥和化妝品等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。如N，N-二羧甲基殼聚糖磷酸鈣在促進(jìn)損傷骨頭的修復(fù)、再生中有重要應(yīng)用。氯代烷酸與殼聚糖的化學(xué)反應(yīng)可以在殼聚糖的羥基和氨基上發(fā)生，得到水溶性較高的N，O-羧甲基殼聚糖，羧甲基的取代度隨著殼聚糖相對(duì)分子質(zhì)量的降低而增大，N，O-羧甲基殼聚糖在防止心臟手術(shù)后心包粘連、蛋白質(zhì)合成與積累、玉米氮代謝等方面效果顯著。1

?；磻?yīng)殼聚糖分子中由于含有較多的氨基，氫鍵作用力相對(duì)減弱，?；磻?yīng)較甲殼素容易進(jìn)行。殼聚糖分子鏈的糖殘基同時(shí)攜帶有羥基和氨基，可通過與一些有機(jī)酸的衍生物（酸酐、酰鹵等），實(shí)現(xiàn)?；男?，導(dǎo)入脂肪族或芳香族?；鶊F(tuán)，?；磻?yīng)既可在羥基上發(fā)生（O-酰化），生成酯，也可在氨基上發(fā)生（N-?；甚０?。殼聚糖具有C6-OH（一級(jí)羥基），C3-OH（二級(jí)羥基）和氨基三種基團(tuán)，一般情況下，酰化反應(yīng)活性是氨基的活性>一級(jí)羥基的活性>二級(jí)羥基的活性。官能團(tuán)活性、反應(yīng)溶劑、?；噭┑慕Y(jié)構(gòu)、反應(yīng)溫度等因素均影響?；磻?yīng)的進(jìn)行。氨基的反應(yīng)活性比羥基大，酰化反應(yīng)首先在氨基上發(fā)生，通常要想得到O-?；臍ぞ厶茄苌?，需要先將殼聚糖上的氨基用醛保護(hù)起來，再進(jìn)行?；磻?yīng)，反應(yīng)結(jié)束后脫掉保護(hù)基。1

殼聚糖的酰化反應(yīng)通過引入不同相對(duì)分子質(zhì)量的脂肪族或芳香族?；M(jìn)行，所得產(chǎn)物溶解度得到改善，性能也發(fā)生變化。如沒有?；揎椀臍ぞ厶欠肿佑行蚨容^差且抗碎強(qiáng)度較低，用碳鏈較短（如C6）的酰氯對(duì)殼聚糖分子進(jìn)行N-?；揎?，產(chǎn)物表現(xiàn)出較顯著的溶脹性能，使用碳鏈較長（如C6-C16）的酰氯對(duì)殼聚糖分子進(jìn)行N?；揎棧a(chǎn)物表現(xiàn)出較差的溶脹性能，分子有序度以及抗碎強(qiáng)度得到一定的提高。在乙酸和酸酐或酰氯中進(jìn)行的?；磻?yīng)，反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)速率較快、試劑消耗多、分子鏈斷裂較嚴(yán)重。1

二氯乙烷-三氯乙酸、氯化鋰-二甲基乙酰胺、甲醇-乙酸等混合溶劑可以作為殼聚糖的均相反應(yīng)溶劑。在使用過量酰氯的條件下，通?？梢缘玫礁呷〈惹曳植季坏孽；瘹ぞ厶茄苌?。甲磺酸在，一定條件下可以替代乙酸作為均相?；磻?yīng)的溶劑，它本身又有催化劑的作用，得到的?；瘹ぞ厶茄苌锞哂休^高的?；?。取代基碳鏈過長將會(huì)產(chǎn)生顯著的空間位阻效應(yīng)，影響?；瘹ぞ厶茄苌锏娜〈?。1

殼聚糖的?；磻?yīng)不僅發(fā)生在氨基上，也會(huì)發(fā)生在羥基上，得到具有O-?；Y(jié)構(gòu)的衍生物。通過控制反應(yīng)條件可以調(diào)節(jié)?；恢眉磅；苌锏暮?，如50%N-乙?；瘹ぞ厶强梢酝ㄟ^在乙酸水溶液中或在高溶脹的吡啶凝膠中得到。將水溶性甲殼素的水溶液加入到二甲基甲酰胺、吡啶等有機(jī)溶劑中，可以得到高溶脹性凝膠，這類在有機(jī)溶劑中形成的凝膠具有反應(yīng)活性好、二次修飾便捷等特點(diǎn)。酸酐（如鄰苯二甲酸酐、均苯四甲酸酐等）可以與這類高溶脹性凝膠中的殼聚糖氨基發(fā)生N-酰基化反應(yīng)。1

完全脫乙?；瘹ぞ厶墙?jīng)過充分溶脹后，加入到鄰苯二甲酸酐的吡啶溶液中，可以得到總?cè)〈仍?.25 -1. 81之間的N，O-鄰苯二甲?；瘹ぞ厶?，這一殼聚糖衍生物溶于甲酸、二氯乙酸和二甲亞砜中，可以形成溶致液晶。1

制備有確定結(jié)構(gòu)的殼聚糖衍生物對(duì)于材料制備來說是至關(guān)重要的，可以得到性能更好的功能材料，如N-鄰苯二甲?；瘹ぞ厶堑倪x擇性反應(yīng)，將殼聚糖DMF懸浮液與過量的鄰苯二甲酸酐加熱反應(yīng)，生成O，N二種鄰苯二甲酰化產(chǎn)物，但是鄰苯二甲酰胺在甲醇和鈉作用下活性較高，易發(fā)生酯交換反應(yīng)，O位置上的?；x去，從而反應(yīng)體系中只剩下N鄰苯二甲酰殼聚糖。N-鄰苯二甲?；捎糜诒Ｗo(hù)殼聚糖的氨基，在殼聚糖的選擇性取代反應(yīng)中有重要應(yīng)用。

N鄰苯二甲酰殼聚糖在均相反應(yīng)條件下，可進(jìn)行較多的選擇性修飾反應(yīng)。例如，在吡啶溶劑中，將N鄰苯二甲酰殼聚糖C6羥基先進(jìn)行三苯甲基化保護(hù)反應(yīng)，之后，C3發(fā)生乙酰化反應(yīng)，最后脫去保護(hù)基得到C6的自由羥基。此反應(yīng)可以在溶劑中定量進(jìn)行。1

用肼脫去三苯甲基化產(chǎn)物的鄰苯二甲?；傻玫饺郊谆鶜ぞ厶?，溶解性良好，可作為反應(yīng)原料進(jìn)一步改性，如控制反應(yīng)條件，可得到雙取代和三取代的十六酰殼聚糖衍生物，產(chǎn)物還可以進(jìn)一步磺酸化，得到一種可形成Langmuir層的兩性分子。1

?；讱に睾蜌ぞ厶强晌浇饘匐x子，且取代度、取代基體積對(duì)金屬離子的吸附有影響，如乙?；蛉甚；瘹ぞ厶堑娜〈仍降?，對(duì)Cu（Ⅱ）的吸附量越大，少量?；鶗?huì)破壞殼聚糖的晶體結(jié)構(gòu)，占據(jù)功能基團(tuán)氨基的位置較少，因而對(duì)金屬的吸附量增加。辛?；?、苯?；驮鹿瘐；鶜ぞ厶茄苌飳?duì)L型氨基酸比D型吸附量大，利用這一性質(zhì)可以有效拆分氨基酸的旋光異構(gòu)體，并且取代度越低，拆分效果越好。苯甲?；瘹ぞ厶潜∧?，可用來分離苯-環(huán)己胺的混合物。3，4，6-三甲氧基苯甲酰甲殼素在化妝品工業(yè)中，可用于吸收紫外線、防曬護(hù)膚?；撬峄臍ぞ厶茄苌镌卺t(yī)藥領(lǐng)域有重要用途，如C3位O-磺酸化的甲殼素衍生物，有較強(qiáng)的抗病毒活性，對(duì)HIV病毒有很好的抑制作用，C6位的O-磺酸基甲殼素有抗凝血功能。1

因其分子中帶有游離氨基，在酸性溶液中易成鹽，呈陽離子性質(zhì)。殼聚糖隨其分子中含氨基組分?jǐn)?shù)量的增多，其氨基特性更顯著，這正是其獨(dú)特性質(zhì)所在，由此奠定了殼聚糖的許多生物學(xué)特性及加工特性的基礎(chǔ)。4

抗菌性能殼聚糖具有較強(qiáng)的抗真菌性的事實(shí)已為人熟知。Alen等人對(duì)46種真菌的抑菌實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)殼聚糖對(duì)薄狀菌屬、脈孢菌屬、座線孢菌屬等32種真菌具有抑制作用。一般地，當(dāng)殼聚糖的濃度達(dá)到100μg/mL時(shí)，即可表現(xiàn)出抗真菌性，且抗真菌性與殼聚糖顆粒的大小成反比。殼聚糖的聚合度對(duì)其抗真菌性有較大的影響，聚合度降低，則殼聚糖所能抑制的真菌種類減少，但抑制的程度加強(qiáng)。Kendra等人還發(fā)現(xiàn)，七聚體的殼聚糖具有最強(qiáng)的抗真菌性。5

殼聚糖對(duì)大腸桿菌、熒光假單胞菌、金黃色葡萄球菌、枯草桿菌等有良好的抑制作用，并且還能抑制鮮活食品的生理變化。殼聚糖天然無毒，適用于偏酸性及含蛋白質(zhì)少的食品保鮮，遇高分子和離子性復(fù)合物可凝集。例如水果的防腐保鮮，用量為醋酸0.1%+殼聚糖0. 05%-0.1%。3

殼聚糖的衍生物也有很好的抗菌性，甚至強(qiáng)于殼聚糖。3

應(yīng)用方向殼聚糖被發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有100多年，現(xiàn)在也有許多人在對(duì)它進(jìn)行研究，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)療、工業(yè)。6

甲殼素及其衍生物的用途大量研究表明，甲殼質(zhì)及其衍生物具有成膜性、可紡性、抗凝血性，促進(jìn)傷口愈合等功能。因此，甲殼質(zhì)及其衍生物在食品、生化、醫(yī)藥、日用化妝品及污水處理等眾多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，將其主要用途歸納如下。5

在食品工業(yè)中的應(yīng)用殼聚糖在食品工業(yè)中可作為黏結(jié)劑、保濕劑、澄清劑、填充劑、乳化劑、上光劑及增稠穩(wěn)定劑；而作為功能性低聚糖，能降低膽固醇，提高機(jī)體免疫力，增強(qiáng)機(jī)體的抗病抗感染能力，尤其有較強(qiáng)的抗腫瘤作用。因其資源豐富，應(yīng)用價(jià)值高，已被大量開發(fā)使用。工業(yè)上多用酶法或酸法水解蝦皮或蟹殼來提取殼聚糖。4

1.作為固定酶載體

將殼聚糖醋酸溶液噴入到堿液中進(jìn)行凝固，經(jīng)分離再生得殼聚糖微細(xì)顆粒，它可作為固定化酶的載體，被殼聚糖固定的酶可用于制糖、釀酒、造醋蛋白質(zhì)水解等生物制備工程。5

2.用作食品添加劑

微晶殼聚糖作為食品増稠劑和穩(wěn)定劑可用于蛋黃醬、花生醬、芝麻醬、玉米糊罐頭、奶油代用品等調(diào)味品的生產(chǎn)，通常食醋久放常產(chǎn)生沉淀，這主要是其中的金屬離子與單寧等酚酸類物質(zhì)形成大分子復(fù)合物所致。用甲殼素與殼聚糖處理后的食醋貯存一年也未發(fā)生沉淀。生產(chǎn)醬油時(shí)，添加適量殼聚糖，可除去蛋白質(zhì)防止沉淀，在大醬中加入少量殼聚糖，可適當(dāng)降低食鹽添加量，且產(chǎn)品長期貯存也不會(huì)變質(zhì)。5

3.用作食品包裝膜

將殼聚糖、淀粉與水混合均勻制成薄膜，干燥后再用堿液處理，可制成殼聚糖-淀粉合成食品包裝膜，此膜無毒、可食、耐油，不溶于冷、熱水，抗張強(qiáng)度髙，可用于包裝固體、半固體和液體食品，該膜能自動(dòng)生物降解，故無白色環(huán)境污染。5

4.用于食品防腐保鮮

殼聚糖可用于在蔬菜保鮮、肉制品保鮮、海產(chǎn)品保鮮、淀粉、大豆制品保鮮以及蛋、乳與豆制品保鮮。3

果蔬摘采后由于生理成熟作用影響，其會(huì)軟化，導(dǎo)致硬度下降，給運(yùn)輸帶來困難，品質(zhì)、營養(yǎng)價(jià)值下降，對(duì)細(xì)菌的抵御能力也隨之減弱。因此，怎樣對(duì)果蔬進(jìn)行保鮮長期受到人們的關(guān)注。殼聚糖具有成膜性，不僅對(duì)人體無害，還具有生理保健作用，其對(duì)果蔬的保護(hù)作用越來越得到人們的肯定。將殼聚糖覆蓋于果蔬表面，可減少果蔬的蒸騰作用，而且對(duì)氣體有一定的選擇滲透作用，能阻擋外界O2進(jìn)入膜內(nèi)，提高果蔬組織內(nèi)CO2的含量和減少乙烯逸出，從而降低了果蔬呼吸代謝強(qiáng)度，減緩果蔬熟化，達(dá)到保鮮目的。3

殼聚糖對(duì)冷卻豬肉有明顯的保鮮作用，且脫乙酰度越高的殼聚糖對(duì)冷卻肉的保鮮效果越好。溶于1%醋酸的1%殼聚糖溶液能使冷卻肉的貨架期達(dá)到1周，且冷卻肉的感官品質(zhì)好；2. 5%的水溶性殼聚糖溶液的保鮮效果略低于1%酸溶性殼聚糖，但水溶性殼聚糖處理的冷卻肉樣品完全沒有酸味，且感官品質(zhì)良好。3

殼聚糖對(duì)于富含不飽和脂肪酸類的海產(chǎn)食品，是優(yōu)良的天然抗菌抗氧化劑-由雪蟹制備的不同分子質(zhì)量的殼聚糖，濃度為50-200mg/kg，可有效控制鱈魚肉在烹煮過程中的脂類氧化，而且濃度越高，抗氧化能力越強(qiáng)。3

在日用化學(xué)方面的應(yīng)用殼聚糖無毒、無味、有抑菌作用，配入化妝品中，可提高產(chǎn)品的成膜性，具有抑菌、保濕功能，又不引起任何過敏刺激反應(yīng)。如在殼聚糖分子中引入羥丙基氯化銨基團(tuán)，得到的殼聚糖羥丙基三甲基氯化銨能增強(qiáng)殼聚糖的水合能力，提高其吸濕、保濕效能，成為來源豐富、性能良好的化妝品保濕材料。添加殼聚糖制成的各種洗發(fā)、護(hù)發(fā)用品，具有易于梳理、頭發(fā)蓬松、手感豐滿、發(fā)色光亮的功效。對(duì)于易折斷、分叉的纖細(xì)頭發(fā)效果更佳。目前在歐洲、美國、日本等國家和地區(qū)已有上百種含殼聚糖的日用化妝品出售。5

在醫(yī)藥行業(yè)方面的應(yīng)用殼聚糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有活性自由氨基，溶于酸后糖鏈上的胺基與H結(jié)合形成強(qiáng)大的正電荷離子團(tuán)，有利于改善酸性體質(zhì)，強(qiáng)化人體免疫功能，排除體內(nèi)有害物質(zhì)等，維持機(jī)體正常pH。殼聚糖與人體細(xì)胞具有融合性，使其具有多種生物活性和生物相容性。目前已發(fā)現(xiàn)殼低聚糖具有抗腫瘤的生理功能，可被人體吸收，在腸道中是雙歧乳桿菌的生長因子，而且它還具有促進(jìn)四環(huán)素、金霉素等抗菌素被血液吸收的效用，對(duì)人體有益無害。利用脫乙酰甲殼素具有溶解性好而黏度明顯大于明膠的特點(diǎn)，制備以改性甲殼素復(fù)合明膠為原料的新膠囊品種，結(jié)果令人滿意，且殼聚糖用量只要3%-4%，因此選用殼聚糖作為膠囊的原料代替部分明膠的經(jīng)濟(jì)意義是顯而易見的。利用殼聚糖對(duì)亞鐵離子的吸附作用，殼聚糖可與Fe2+絡(luò)合制成藥物。5

國家藥典（四部）中規(guī)定，殼聚糖用于藥用輔料，崩解劑，增稠劑等。7

1.載體材料

用殼聚糖作為藥物載體可以穩(wěn)定藥物中的成分，促進(jìn)藥物吸收，延緩或控制藥物的溶解速度，幫助藥物達(dá)到靶器官，并且抗酸、抗?jié)儯乐顾幬飳?duì)胃的刺激。2

殼聚糖可用于制備微球，制成的微球黏附性好，比較適于口、鼻、胃腸等黏膜給藥；殼聚糖微球表面富有多糖鏈，能被特異性細(xì)胞或組織所識(shí)別，可靶向投遞藥物至病灶部位貯存、釋放；殼聚糖微球表面可接功能基團(tuán)，以吸附或包裹的方式靈活負(fù)載不同藥物。殼聚糖載藥微球藥物釋放與殼聚糖分子量有關(guān)，一般藥物的釋放速率隨殼聚糖的分子量增大而減小，且殼聚糖濃度越高，藥物從殼聚糖中擴(kuò)散進(jìn)入生物介質(zhì)的速率越低。2

2.成膜材料

殼聚糖可用作膜劑的成膜材料，制備口腔用膜劑、中藥膜劑等。其相對(duì)分子量的大小對(duì)成膜性和膜的性質(zhì)影響較為突出，通常分子量越低，膜的抗拉強(qiáng)度越低，通透性越強(qiáng)?？蛇x擇適宜的交聯(lián)劑改善膜的強(qiáng)度、改變膜的阻隔性能。2

3.增稠劑殼聚糖作增稠劑時(shí)，隨著濃度增加，溶液黏度增大；當(dāng)濃度較高時(shí)，濃溶液的黏度表現(xiàn)觸變性。當(dāng)溫度升高時(shí)，其黏度減小，規(guī)律和一般高聚物濃溶液的流動(dòng)規(guī)律一致。2

4.靶向制劑材料殼聚糖及其衍生物可用作靶向制劑材料。其結(jié)構(gòu)單元含有羥基、氨基等官能團(tuán)，可用于連接細(xì)胞外或細(xì)胞內(nèi)的靶向配體，從而構(gòu)建靶向藥物載體用于靶向給藥治療。以殼聚糖為載體材料的靶向制劑劑型有很多，主要以納米粒和微球?yàn)橹鳌?

5.其他應(yīng)用 殼聚糖可作為片劑填充劑及矯味劑使用。殼聚糖生物相容性和生物可降解性良好，降解產(chǎn)物可被人體吸收，在體內(nèi)不蓄積，無免疫原性，可制成吸收型外科手術(shù)縫合線。2

【注意事項(xiàng)】與強(qiáng)氧化劑有配伍禁忌。2

【案例解析】氟尿嘧啶殼聚糖微球2

1.制法

將2g殼聚糖溶于100ml 0.2mol/L醋酸溶液中配制成質(zhì)量濃度為20g/L的殼聚糖溶液。按氟尿嘧啶：殼聚糖為1：6稱取相應(yīng)量的氟尿嘧啶投放到25g上述殼聚糖醋酸溶液中，攪拌使其完全溶解后，慢慢加入到盛有200 ml含15 g/L司盤80和5g/L硬脂酸鎂的混合油中（真空泵油：液狀石蠟=1:4），充分?jǐn)嚢柚馏w系呈乳液狀，維持0.5小時(shí)，向乳液分散體系中加入相應(yīng)量的戊二醛溶液，在40℃反應(yīng)2小時(shí)，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH約為7，繼續(xù)反應(yīng)1小時(shí)。離心分離產(chǎn)物，先用汽油洗滌，再用無水乙醇洗滌。最后在50℃真空干燥，得到產(chǎn)品。2

2.解析

本制劑中藥物氟尿嘧啶略溶于水。殼聚糖為載體，戊二醛為交聯(lián)劑，司盤80和硬脂酸鎂為復(fù)合乳化劑，真空泵油和液狀石蠟混合為油相。2

在輕工業(yè)方面的應(yīng)用利用殼聚糖的可溶性和成膜性，以殼聚糖與甲殼素化學(xué)結(jié)構(gòu)的可相互轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，采用乙酸酐作為殼聚糖-甲殼素的轉(zhuǎn)型固定劑，從而制成一種甲殼素型且真正不含甲醛的新型織物整理劑（既保留了甲殼素天然高聚物的優(yōu)點(diǎn)，又保證了整理劑與整理工藝無毒無害）。以甲醛和乙酸配為交聯(lián)劑，殼聚糖為母體制備的殼聚糖凝膠，既不溶于水、稀酸和堿溶液，也不溶于一般的有機(jī)溶劑，具有較好的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)良性能。5

在環(huán)保方面的應(yīng)用殼聚糖能與戊二醛作用，用流延法制備離子交換樹脂-殼聚糖交聯(lián)膜，該樹脂可吸附金屬離子，從而可用于工業(yè)廢水的處理及重金屬的提取。殼聚糖能通過分子中的氨基、羥基與金屬離子Hg+、Ni2+、Pb2+、Cd2+、Mg2+、Zn2+Cu2+、Fe3+都可形成穩(wěn)定的螯合物，因而可廣泛應(yīng)用于貴金屬的回收、工業(yè)廢水處理等方面。利用殼聚糖制備高黏度可溶性殼聚糖，所得產(chǎn)品黏度高、質(zhì)量好，用于活性污泥處理，效果極佳，又由于它無毒，可生物降解，將其用于廢水處理和金屬提取，將不會(huì)造成二次污染，因此它是一種很有前途的高分子絮凝劑和金屬螯合劑。5

鑒別檢查鑒別（1）本品的紅外光吸收?qǐng)D譜應(yīng)與對(duì)照品的圖譜一致（通則0402）。7

（2）稱取本品0.2g，加水80ml，攪拌使分散，加羥基乙酸溶液（0.1→20）20ml，室溫下緩慢攪拌使溶液澄清（攪拌約30～60分鐘），加0.5%的十二烷基硫酸鈉溶液5ml，生成凝膠狀團(tuán)塊。7

檢查黏度

精密稱取本品1.0g，加1%冰醋酸100ml，攪拌使完全溶解，用NDJ—1型旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)，依法檢查（通則0633第三法），在20℃時(shí)的動(dòng)力黏度不得過標(biāo)示量的80%～120%。7

脫乙酰度

取本品約0.5g，精密稱定，精密加入鹽酸滴定液（0.3mol/L）18ml，室溫下攪拌2小時(shí)使溶解，加1%甲基橙指示劑3滴，用氫氧化鈉滴定液（0.15mol/L）滴定至變?yōu)槌壬Ｒ韵率接?jì)算脫乙酰度。脫乙酰度應(yīng)大于70%。 7

式中D.D.%為脫乙酰度，%；7

NHCl為鹽酸滴定液（0.3mol/L）的濃度，mol/L；7

VHCl為鹽酸滴定液（0.3mol/L）的體積，ml；7

NNaOH為氫氧化鈉滴定液（0.15mol/L）的濃度，mol/L；7

VNaOH為氫氧化鈉滴定液（0.15mol/L的體積，ml；7

G為供試品稱重，g；7

W為干燥失重項(xiàng)下減失重量，%；7

0.016為與1mol/L鹽酸相當(dāng)?shù)陌被?，g；7

9.94%為理論氨基含量。7

酸堿度

取本品0.50g，加水50ml，攪拌30分鐘，靜置30分鐘，依法測(cè)定（通則0631），pH值應(yīng)為6.5～8.5。7

蛋白質(zhì)

取本品0.1g，加入10ml量瓶中，以1%冰醋酸溶液溶解并稀釋至刻度，搖勻，取適量該溶液，依法測(cè)定（通則0731第五法），蛋白質(zhì)含量不得過0.2%。 干燥失重 取本品1.0g，在105℃干燥至恒重，減失重量不得過10%（通則0831）。7

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