甲壳素与壳聚糖的开发与利用
1 .甲壳素 昆虫属节肢动物,其体壁由表皮和单一的细胞层组成。这层表皮像人类的皮肤一样覆盖整个躯体,但昆虫的表皮坚如骨骼,好像一层坚硬的盔甲,包披在体外,因此称为外骨骼。昆虫外骨骼的内表皮和外表皮中富含一种重要的化学物质 ― 甲壳素。甲壳素是节肢动物表皮和真菌细胞壁中含有的一种“含氮多聚糖”,在昆虫的原表皮中约含 25 %一 60 % ,但不存在于上表皮中。体壁皮细胞特化成的结构内的薄膜,如气管内壁及翅面鳞片内壁中,也不含甲壳素。由于在表皮中,甲壳素往往是以“几丁一蛋白复合体”的形式存在,所以在自然界中几乎没有游离的甲壳素。以家蝇为例,经测定其蛹壳中的甲壳素占壳重的 54 . 8 %。昆虫的若干重要物理性质如弹性、韧度等,与甲壳素的存在有关。
世界上,昆虫种类繁多,数量巨大,占全部生物种类的2/3,或者所有动物种类的 4/5。所以可以说昆虫纲是一个巨大的天然甲壳素库。甲壳素是地球上数量仅次于纤维素的最大的天然有机化合物。据中国科学院生态环境中心研究员蒋挺大估计,甲壳素年生物合成量可达 100 亿吨之多,足可以与纤维素的年产量相匹敌。甲壳素亦是自然界中除蛋白质外数量最大的含氮天然有机化合物。
甲壳素又叫几丁、几丁质、甲壳质、蟹壳素、明角壳蛋白等,广泛存在于节肢动物、软体动物、环节动物、原生动物、腔肠动物、海藻、真菌以及动物的关节、蹄足等的坚硬部分,并且是某些动物骨骼的重要成分。近代 x 射线衍射分析法研究证明,在昆虫表皮中发现的甲壳素属аˉ甲壳素。
甲壳素属于直链氨基多糖,它为高分子含氮多糖物质,由许多(至少数百个)N-乙酰- O-葡萄糖胺的链状聚合物组成的,学名为〔( 1 , 4 )-2-乙酞氨基- 2 -脱- O- β- D -葡糖 〕 ,分子式为(C8H13NO5) n'单体间以β(1→4)糖苷键相连。分子量很大,一般在106左右,理论含 N 量 6 . 9 % ,与自然界中大量存在的纤维素的化学结构有诸多相似之处。
甲壳素是自然界中惟一带正电荷的一种天然高分子聚合物,其化学结构与植物中广泛存在的纤维素非常相似,若把组成纤维素的单个分子一葡萄糖分子第二个碳原子上的羟基 ( OH )换成乙酰氨基( NHCOH3 ) ,纤维素就变成了甲壳素,从这个意义上讲,甲壳素可以说是动物性纤维。
甲壳素的化学性质特殊,可与碱生成碱甲壳素,与酸反应形成盐类,可与酸或碱发生酯化反应,还可与烃基化试剂反应生成醚,甲壳素也能发生取代反应,生成甲壳素的 N 一衍生物。
2 .壳聚糖( chitosan )甲壳素在高温(

