殼聚糖性質(zhì)、用途與生產(chǎn)工藝
通常所說甲殼素主要指殼聚糖，它又稱殼多糖、脫乙酰甲殼素、脫酰甲殼素、可溶性幾丁質(zhì)、可溶性甲殼素。無定形固體，比旋光度[α]D11—3°～+10°。幾乎不溶于水，但溶于甲酸、乙酸、苯甲酸和環(huán)烷酸等有機(jī)酸以及稀無機(jī)酸。工業(yè)品為白色或灰白色的半透明片狀固體，略帶珍珠光澤。無味、無毒、易降解，是少有的天然陽離子聚電解質(zhì)。用強(qiáng)堿水解或酶解脫去甲殼素糖基上的乙酰基得到的多糖。能溶于低酸度水溶液，有良好的生物相容性，無抗原性，不溶于人體液體。以廣泛地存在于自然界中的低等動、植物，如節(jié)肢動物(蝦、蟹)外殼中的甲殼素為原料，經(jīng)加堿、加熱進(jìn)行脫乙?；磻?yīng)而得。
殼聚糖是自然界僅次于纖維素的第二大豐富的生物聚合物，分布十分廣泛，主要分布于許多低等動物特別是節(jié)肢動物如蝦、蟹、昆蟲等外殼，也存在于低等植物如菌藻類和真菌的細(xì)胞壁中。
殼聚糖可由甲殼質(zhì)(chitin)脫去乙?；频?。在100℃和40% NaOH的條件下，對甲殼素進(jìn)行作用，則產(chǎn)生脫乙?；磻?yīng)，從而得到殼聚糖。這是一種白色或灰白色的半透明片狀固體，不溶于水和堿，而溶于大多數(shù)的稀酸，包括甲酸、乙酸和鹽酸。殼聚糖的分子結(jié)構(gòu)與纖維素分子結(jié)構(gòu)相似，所不同的只是在C2位上連接的是一個氨基(—NH2)。故對紙中的纖維產(chǎn)生親和力，發(fā)展而成離子鍵結(jié)合和較強(qiáng)的氫鍵結(jié)合。而且殼聚糖的成膜性好，有利于提高紙的表面強(qiáng)度，因此成為特種紙的增強(qiáng)劑之一。
殼聚糖呈粉末狀態(tài)，無味、無臭，水溶液有些辛辣感。將殼聚糖添加于食品中，進(jìn)行湯煮和一定程度的煎炸、焙烤等加熱處理，結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化。在有氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加熱至250℃也不會發(fā)生分解現(xiàn)象。
室溫下將殼聚糖粉末置于避陽光處的自然環(huán)境中保藏181d，在外觀、溶解性、脫?；潭鹊确矫娑紱]有發(fā)生明顯的變化。添加殼聚糖的餅干，在包裝狀態(tài)下置于溫度 40℃、相對濕度75%的環(huán)境中保存80d，樣品中的膳食纖維與殼聚糖含量都沒有變化。
甲殼素、殼聚糖和纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)
甲殼素 (Chitin)，又名幾丁質(zhì)、甲殼質(zhì)或殼多糖等，是自然界第二大豐富的生物聚合物，分布十分廣泛，是許多低等動物特別是節(jié)肢動物如蝦、蟹、昆蟲等外殼的重要成分，也存在于低等植物如菌藻類和真菌的細(xì)胞壁中，據(jù)估計(jì)每年的生物合成量超過10億噸，是一種巨大的可再生資源。甲殼素的結(jié)構(gòu)與纖維素相比，分子中除存在羥基外，還含有乙酰氨基和氨基功能基團(tuán)，可供結(jié)構(gòu)修飾的基團(tuán)多。甲殼素脫去乙?；蟮漠a(chǎn)物為殼聚糖(Chitosan)。甲殼素和殼聚糖及由此改性后的衍生物具有比纖維素及其衍生物更加豐富的功能性質(zhì)，除在食品工業(yè)中有許多用途外，在醫(yī)藥、化工、生物、農(nóng)業(yè)、紡織、印染、造紙、環(huán)保等眾多領(lǐng)域中均具有極其重要的用途。
甲殼素是2-乙酰氨基-2-脫氧-D-葡萄糖經(jīng)β (1→4)糖苷鍵連接的聚合物脫除乙?；蟮亩嗵腔衔?-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖的β (1→4) 聚合物，即殼聚糖。圖2-7示出甲殼素、殼聚糖和纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)，這三者之間的結(jié)構(gòu)相似。由于現(xiàn)存的技術(shù)尚不能將甲殼素完全脫去乙?；兂?00%的殼聚糖，也很難將兩者完全分離開，故現(xiàn)有殼聚糖商品通常是甲殼素與殼聚糖的混合物，但要求殼聚糖含量在60%以上。不過作為功能性食品基料的殼聚糖要求殼聚糖含量在85%以上。
甲殼素不溶于一般的酸堿，化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，這是制約其長期得不到開發(fā)的重要原因。經(jīng)脫乙?；蟮臍ぞ厶牵拾咨恋S色的粉末，雖也不溶于水、堿溶液和有機(jī)溶劑中，但可溶于稀酸溶液中，包括無機(jī)稀酸 (鹽酸、硝酸等) 和有機(jī)稀酸 (醋酸、乳酸、甲酸、抗壞血酸、蘋果酸等) 中。在檸檬酸、酒石酸等多價有機(jī)酸的水溶液中，則是在加熱高溫時溶解，在溫度下降后則呈凝膠狀。
殼聚糖具有廣泛的抗菌作用，但不同濃度的殼聚糖其抗菌能力不一樣，如殼聚糖濃度為0.1%時，8d內(nèi)可以使鐮刀霉菌屬的各種霉菌繁殖完全抑制，但該濃度對根霉屬、青霉屬、曲霉屬等霉菌沒有效果。在濃度為0.4%時，對大腸桿菌、普通變形桿菌、枯草桿菌、金黃色葡萄球菌均有較強(qiáng)的抑制作用。另外，脫酰化程度不同的殼聚糖其抗菌特性也不一樣，脫?；潭雀叩目姑咕?qiáng)。其中的一個原因是，殼聚糖與霉菌細(xì)胞表層部產(chǎn)生作用，使細(xì)胞透過性增大。殼聚糖與醋酸鈉、己二酸配成的防腐劑抗菌作用更明顯，且不影響食品風(fēng)味。
殼聚糖的抗菌作用主要有以下兩種機(jī)理：一種是殼聚糖通過吸附在細(xì)胞表面，形成一層高分子膜，阻止?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)向細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)輸，從而起到抑菌殺菌作用；另一種機(jī)理是殼聚糖通過滲透進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi)，吸附細(xì)胞體內(nèi)帶有陰離子的細(xì)胞質(zhì)，并發(fā)生絮凝作用，擾亂細(xì)胞正常的生理活動，從而殺滅細(xì)菌。因?yàn)楦锾m氏陽性菌和革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)不同，兩種作用對它們影響程度也不同，故不同相對分子質(zhì)量的殼聚糖，其抗菌機(jī)理不同。
殼聚糖是一種膳食纖維，具有降低血清膽固醇、調(diào)節(jié)腸道菌群、降低血壓等功效。人體攝入殼聚糖后，通過糞便分析表明它幾乎不被消化吸收，因此屬于膳食纖維的一種。
研究表明，殼聚糖具有膳食纖維的部分特性，諸如保水性、膨脹性、吸附性和難消化吸收性等，能夠促進(jìn)消化道蠕動，吸附有毒物質(zhì)，增加排便容積，降低腹壓及腸內(nèi)壓，改善便秘，預(yù)防大腸癌的發(fā)生等。
殼聚糖與胃粘蛋白的理化作用相似，具有抑制胃酸、抗胃潰瘍、消炎等作用，它是一種抗胃酸的多糖類，遇水后脹發(fā)為粘漿狀并具有黏附力，在胃中可形成保護(hù)膜，以減少胃酸對潰瘍面刺激。
食用安全性：用殼聚糖喂養(yǎng)動物當(dāng)劑量達(dá)到飼料的20%時，有報道出現(xiàn)動物死亡現(xiàn)象。據(jù)分析認(rèn)為這是由于高濃度殼聚糖在動物內(nèi)臟中形成凝膠體，抑制了動物對營養(yǎng)素吸收的緣故。目前，必須系統(tǒng)研究殼聚糖高粘度大分子與低粘度小分子的生理作用，還需對來源明確的殼聚糖在安全毒理與代謝方面做出進(jìn)一步的長期慢性試驗(yàn)。
甲殼素、殼聚糖的主要資源
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殼聚糖是天然多糖中大量存在的唯一堿性氨基多糖，具有一系列特殊的功能性質(zhì)，在農(nóng)業(yè)和食品等方面都有廣泛且重要的應(yīng)用價值，其來源豐富，制備、成膜簡單，保鮮性能優(yōu)越，必將在食品保鮮、延長貨架期等方面發(fā)揮越來越重要的作用。此外殼聚糖還有增強(qiáng)人體免疫力、清除體內(nèi)多余脂肪、抑制有害菌、降低血脂、調(diào)節(jié)血糖、無毒性抗癌效果及作為生物醫(yī)用材料等功能。研究表明，殼聚糖可吸附鎘、汞、銅等重金屬，可作為絮凝各種膠態(tài)等顆粒而用于果汁澄清、蔗糖凈化、廢水處理、蛋白質(zhì)菌絲體的絮凝等。另外，由于殼聚糖具有生物功能性、安全無毒、可生物降解和生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)上具有較好的應(yīng)用前景。在農(nóng)業(yè)上，殼聚糖是一種很有效的化肥和農(nóng)藥的載體，能減少農(nóng)用化肥對環(huán)境的污染，有效地保護(hù)環(huán)境和維持生態(tài)平衡。
我國海岸線長，蝦殼、蟹殼資源非常豐富，棄之污染環(huán)境，因此對蝦蟹殼進(jìn)行深加工，從中提取甲殼素，制備殼聚糖，可以達(dá)到凈化環(huán)境，變廢為寶的目的。殼聚糖是一種可再生的資源，且又具有很強(qiáng)的保鮮能力，所以作為一種引起全球關(guān)注的新型天然食品保鮮劑，具有巨大的潛在市場和廣闊的應(yīng)用前景。
參考資料：唐春紅 主編.天然防腐劑與抗氧化劑.北京：中國輕工業(yè)出版社.2010.第48-51頁。
GB 2760-2001：肉灌腸(方火腿、圓火腿)6.0g/kg。
化學(xué)性質(zhì)
白色無定形透明物質(zhì)，含氮約9%，無味無臭。
用途
作保鮮劑和增稠劑。
用途
在食品工業(yè)中是一種天然、無毒的保鮮劑、絮凝劑，且可吸附水中鎘、汞、銅等重金屬離子
用途
用作工業(yè)廢水和城市污水處理劑、沉淀劑
用途
增稠劑、穩(wěn)定劑，膠凝劑、粘結(jié)劑。也用于酸性物質(zhì)防霉，在表面能形成透明的半滲透膜。用于腌制品、焙烤制品、面包、含油食品等。
用途
主要應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)種子、日用化工、工業(yè)廢水處理等行業(yè)。殼寡糖具有提高免疫、活化細(xì)胞、預(yù)防癌癥、降血脂、降血壓、抗衰老，調(diào)節(jié)機(jī)體環(huán)境等作用，可用于醫(yī)藥、保健、食品領(lǐng)域。在環(huán)保領(lǐng)域殼聚糖可用于污水處理，蛋白回收，水凈化等。功能材料領(lǐng)域，殼聚糖可用于膜材料、載體、吸附劑、纖維、醫(yī)用材料等。輕紡領(lǐng)域，殼聚糖可用于織物整理、保健內(nèi)衣、造紙助劑等。農(nóng)業(yè)領(lǐng)域可應(yīng)用于飼料添加、種子處理、土壤改良、水果保鮮等。在煙草領(lǐng)域，殼聚糖是性能良好的煙草薄片膠，而且具有改善口感，燃燒無毒無異味等特點(diǎn)。
用途
殼聚糖是一種具生物相容性、抗細(xì)菌和能被生物降解的聚電解質(zhì)，具有廣泛的生物醫(yī)藥和工業(yè)用途。它的化學(xué)性質(zhì)和低毒性可作為藥物的組成部分、用于基因轉(zhuǎn)移系統(tǒng)、用作生物降解膜及作為組織工程中的骨架。
生產(chǎn)方法
將20g甲殼素加入300mL 50%的NaOH溶液中，完全浸潤后在95℃下加熱保溫1.5h，濾去堿液，水洗至中性，低溫干燥得無色透明片狀產(chǎn)品15.6g。
殼聚糖
上下游產(chǎn)品信息
上游原料
下游產(chǎn)品