年产300万吨壳聚糖的设计 学位论文.doc

第一章 综述 壳聚糖(chitosan)是一种由甲壳素脱乙酰基后的产物，壳聚糖是一种天然聚高分子多糖。壳聚糖能溶于低酸度水溶液中，因其含有游离氨基，能结合酸分子，是天然多糖中唯一的碱性多糖，因而具有许多特殊的物理化学性质和生物功能。几十年来，科学家们对甲壳素和壳聚糖的医疗保健作用及在农业上的应用投入了很大的力量，搞清楚了许多作用机理，取得了很多成果，在食品、医药方面显示出非常诱人的应用价值。近年来，国内外对甲壳素以及壳聚糖的开发研究十分活跃。中外专家认为，低聚甲壳素和低聚壳聚糖将会在医疗保健作用和药物研究方面为人们打开一扇大门，会让人看到一片广阔的天地。 壳聚糖是由大部D-氨基葡萄糖和少量的N-乙酰-D-氨基葡萄糖组成，以β-(1，4)糖苷键连接起来的直链多糖，其结构类似于纤维素。常见的制备法有化学法和酶法，本次设计采用的是化学法，是通过酸碱脱除钙盐、蛋白质、乙酰基制得壳聚糖的。首先通过酸碱法脱除钙盐和蛋白质制得甲壳素，然后利用碱液法脱除甲壳素中乙酰基得到壳聚糖产品。 1.1 壳聚糖的来源 1.1.1壳聚糖的发展史 18ll年，法国科学家H.Braconot在蘑菇提取出一种类似纤维素的物质，首次发现甲壳素，并命名为Fungine。 1823年，法国科学家Odier在昆虫表面角质部分也发现类似物质，为其取名甲壳素。 1843年，Lassigne用氢氧化钠和亚氯酸钾从蚕中分离出甲壳素。 1878年，Ledderhose明确指出甲壳素是由葡萄胺和乙酸组成的，并写出了水解方程式。 1859年，Rouget将甲壳素置于氢氧化钠溶液中加热后得到一种可溶于有机酸的一种新物质，首次发现壳聚糖。 1894年，德国Aoppe-Seuler将这种脱乙酰物质命名为几丁多糖。 1991年欧、美医学界把可溶性甲壳素称为六大生命元素之一，即蛋白质、脂肪、糖、维生素、矿物质和可溶性甲壳素。 1.1.2壳聚糖的原料来源 甲壳素广泛存在于甲壳纲动物(虾、蟹等)、昆虫(甲虫、蝇蛆、蚕蛹等)、软体动物(鱿鱼、牡蛎)的甲壳、真菌(酵母、霉菌、蘑菇等)，除此之外，在植物及藻类的细胞壁中也发现了甲壳素。估计地球上的自然生成量有近100亿吨之多，因此，它是地球上己知的除了蛋白质外的含氮天然有机化合物中数量最大的，同时又是仅次于纤维素的第二大可再生资源。 甲壳素制取原料主要来自于虾、蟹壳，甲壳素含量达到20％～40％。我国沿海地区广阔，每年捕捞的虾蟹及贝类数量极大，除去供食用的肉外，还剩下大量的废弃物——甲壳，可谓是取之不尽。而虾、蟹的养殖在水产养殖业中又占有相当一部分的比重，虾、蟹壳的来源比较广泛且易得，故虾、蟹壳成为制取壳聚糖的主要原料。如何开发利用这些甲壳，做到变废为宝，已经受到人们更多的重视。 1.2壳聚糖的性质 1.2.1壳聚糖物理性质 纯甲壳素和纯壳聚糖都是一种白色或者灰白色的半透明的片状或者粉状固体，无味、无臭、无毒性，纯壳聚糖略带珍珠光泽。生物体中甲壳素的相对分子质量为1×106到2×106，经提取后甲壳素的相对分子质量约为3×105～7×105，由甲壳素制取壳聚糖的相对分子质量更低，约为2×105～5×105。壳聚糖为阳离子聚合物，可溶解于矿酸、有机酸及弱酸稀溶液。因制备工艺条件和需求的不同，脱乙酰度为55%～100%不等。脱乙酰度和平均分子量是壳聚糖的两项主要性能指标。另外一项重要的质量指标是黏度，不同黏度的产品有不同的用途。目前国内外根据产品黏度不同分为3大类: (1)高黏度壳聚糖，1%壳聚糖溶于1%醋酸水溶液中，黏度大于1000mPa·s； (2)中黏度壳聚糖，1%壳聚糖溶于1%醋酸水溶液中，黏度为100～500mPa·s； (3)低黏度壳聚糖，2%壳聚糖溶于2%醋酸水溶液中，黏度为25～50mPa·s。 1.2.1壳聚糖化学性质 甲壳素的化学名称为(1，4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖，分子式为(C8H13O5N)n，是由N-乙酰氨基葡萄糖以β-(1，4)糖苷键形式缩合而成的，是一种天然高分子化合物，属于碳水化合物中的多糖，其分子量可以达到几十万至几百万。甲壳素是多糖化合物中最重要的一种聚氨基葡萄糖，其结构式如图1-1所示。 壳聚糖(Chitosan，简写CTS)，是甲壳素脱去部分乙酰基的氨基多糖，学名聚氨基葡萄糖，又名脱乙酰多糖、脱乙酰几丁质、聚甲壳糖、几定糖等。一般而言，甲壳素的脱乙酰度达到55％以上就可称之为壳聚糖，壳聚糖是甲壳素最重要的衍生物。壳聚糖其化学名称为(1，4)-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖。分子式为(C6H11O4N)n，壳聚糖是由N-乙酰-D-氨基葡萄糖单体通过β-(1，4)-糖苷键连接起来的直链状高分子化合物，是迄今为止发现唯一的天然阳离子碱性多糖，结构式如图1-2所示。 图1-1 甲壳素结构图