目前, 理论研究界关于壳聚糖的化学改性主要集中在五个方面, 包括N -烷基化反应、醚化反应、酯化反应、Schiff碱反应、交联和接枝共聚反应, 壳聚糖具有巨大的经济价值与市场潜力, 可以应用于日用品生产、食品加工、医疗器械等多个领域。但我国关于壳聚糖的研究比较落后, 现有的研究成果不能应用于实际生产。
1 壳聚糖的介绍
壳聚糖 (Chitosan) 的化学分子式为 (1 , 4) -2-氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖, 又可以称为脱乙酰甲壳素, 将几丁质 (Chitin) 进行脱乙酰处理后得到。壳聚糖属于高分子直链型多糖, 同时也是自然界唯一的碱性多糖, 壳聚糖具备较好的可降解性与生物相容性, 且对人体没有毒副作用, 属于一种绿色天然环保高分子物质。壳聚糖是甲壳素脱N-乙酰基的产物, 一般而言, 脱去55%以上的N-乙酰基就可称之为壳聚糖, 如果能在1%乙酸或1%盐酸中溶解1%的脱乙酰甲壳素, 也可以称为壳聚糖。壳聚糖主要通过甲壳素制备, 甲壳素在自然界中分布较广, 包括截肢动物的外骨骼、硅藻的刺、无脊椎动物、软体动物的壳以及真菌的细胞壁等都含有大量的甲壳素, 甲壳素的主要通过贝壳进行提取, 具体的制备流程如下:贝壳 → 清洗、粉碎 → 盐酸脱盐 → Na OH脱蛋白质 → 甲壳素素粉, 除了上述制备方式外, 还可以通过真菌制备。
2 壳聚糖的化学改性
2.1 酯化反应
从化学分子式的结构可以看出壳聚糖与甲壳素都含有羟基, 因此壳聚糖与甲壳素都可以进行酯化反应。壳聚糖经过酯化反应后的产物主要包括无机酸酯以及有机酸酯, 无机酸酯产物包括了硫酸酯、硝酸酯、磷酸酯、黄原酸酯等, 有机酸酯产物包括了苯甲酸酯、长链脂肪酸酯等, 其中硫酸酯具有较好的抗凝性, 由壳聚糖制备的甲硫磺溶液具备极好的水溶性, 可以吸附重金属离子, 因此可以用于废水处理行业。
2.2 醚化反应
甲壳素和壳聚糖除了可以与各类酸性物质进行酯化反应外, 还可以与羟基化试剂反应生成醚, 比较常见的醚类包括羟乙基醚、甲基醚、羟甲基醚、乙基醚、苄基醚等。其中甲壳素与聚氧乙烯反应后可以得到醚化物, 该种醚化物具备较好的保湿性, 其保湿效果与透明质酸相似, 因此可以用于护发产品中, 保证护发品不黏发, 同时提升头发的自然光泽。
2.3 生成N -衍生物反应
壳聚糖还可以与各类环氧衍生物发生加成反应, 反应后可以得到N -烷基化衍生物, N -烷基化衍生物溶水性能极好, 将壳聚糖加入到异丙醇中与环氧丙基三甲基氯化铵反应生成季铵盐化合物, 可以有效改善产品的水溶性, 同时提高产品的吸湿性与保湿性, 因此该类化合物可以当做化妆品的保湿剂。
2.4 交联和接枝共聚反应
甲壳素和壳聚糖的交联和接枝共聚反应比较复杂, 都可以可由双官能团的醛或酸酐等进行交联。经过交联和接枝共聚反应后得到的网状结构产物, 不溶于水, 因此可以当做层析的载体或者固定化酶载体。除此之外, 甲壳素和壳聚糖也可以进行接枝共聚反应, 将乙烯基单体接枝聚合到甲壳素和壳聚糖上, 可以产生一种特种合成多糖聚合物, 该类产物的某些性质可以满足特殊产品的生产需要。
3 壳聚糖的应用领域
3.1 日化用品产业
壳聚糖的应用领域十分广泛, 其中日化用品产业对壳聚糖的需求量极大, 壳聚糖的衍生物具备极好的保湿性, 可以减少皮肤的水分蒸发, 同时壳聚糖的衍生物具有一定的抗衰老作用, 且对皮肤刺激较小。目前, 我国关于壳聚糖衍生物的日化产品已经有很多, 包括洗面奶、固发剂等, 除此之外, 相关行业正在进一步开发壳聚糖衍生物的产品, 例如除臭剂等。
3.2 农业生产
壳聚糖的衍生物具备较好的成模性以及可降解性, 不会对环境造成二次污染, 因此壳聚糖产品在农业中的应用已经十分广泛, 包括生物杀虫剂、地膜等。壳聚糖还可以用于生产促进养殖产业的发展, 根据相关研究, 向鸡饲料中添加0.05%的壳聚糖可以促进小鸡生长, 提高小鸡的免疫抵抗力。
3.3 食品工业
壳聚糖与壳聚糖的衍生物对人体与环境的副作用很小, 且具备较好的生物相容性, 因此, 壳聚糖产品已经开始用于食品行业, 可以生产保鲜膜等。除此之外, 壳聚糖可以起到养生保健的作用, 可以加工成保健类的药品, 目前, 世界各国正在加大壳聚糖保健产品的研究, 壳聚糖在食品行业的应用潜力十分巨大。
3.4 其他应用
壳聚糖与壳聚糖衍生物的应用不仅仅局限于日化用品、食品工业以及农业生产, 还可以用于医药、环保、纺织等, 壳聚糖在医药领域的产品十分广泛, 包括了人工皮肤、隐形眼镜、人工透析等, 在环保领域的应用主要集中在污水处理等方面。目前, 我国关于壳聚糖及壳聚糖衍生物的研究比较落后, 希望本文的研究有利于壳聚糖应用的发展。
摘要：壳聚糖经过化学改性后的产物可以用于各个领域中, 包括化妆品、农业、生物工程、食品、医学、水处理等行业。近年来, 随着世界各国关于壳聚糖的研究逐渐深入, 人们对于壳聚糖的应用已经进行了全新定位, 壳聚糖在自然界中分布广泛, 属于高分子绿色材料, 且具有良好的吸附性、成膜性、通透性、成纤性、吸湿性以及保湿型。但我国关于壳聚糖的化学改性研究较少, 现有的技术难以实现大规模生产, 本文将深入地分析壳聚糖的化学改性方案, 并进一步探究壳聚糖的应用领域。
关键词：壳聚糖,甲壳素,化学改性,应用
参考文献
[1] 俞继华, 冯才旺, 唐有根.甲壳素和壳聚糖的化学改性及其应用[J].广西化工, 1997, 03:30-34.
[2] 夏文水, 陈洁.甲壳素和壳聚糖的化学改性及其应用[J].无锡轻工业学院学报, 1994, 02:162-171.
[3] 杨强, 刘忠.壳聚糖的化学改性方法及其应用[J].造纸化学品, 2004, 01:30-33.