化工与环境学院_鲍静亚_201105460001_低分子量壳聚糖的制备及应用研究2

潍坊科技学院毕业设计（论文）第1页潍坊科技学院本科毕业设计（论文）题目低分子量壳聚糖的制备及应用研究院（系）化工与环境学院专业化学工程与工艺学号201105460001学生姓名鲍静亚指导教师李斌起讫日期2014.12.20-2015.4.25设计地点潍坊科技学院摘要壳聚糖是经过甲壳素脱乙酰基制得而成，还有人称他们为可溶性的甲壳素和聚氨基葡萄糖，甲壳素的蕴藏量在自然界中是仅仅次于纤维素的天然的高分子的化合物之一，并且是唯一存在丰富的碱性氨基多糖。低分子量壳聚糖因其所具有特殊的生物活性的受到广泛关注。它不仅保留了大分子壳聚糖所具有的某些功能性质，还另外具备了许多独特的生理功能是高分子量的壳聚糖并不具备的。因此近年来，低分子量壳聚糖的各种研究也显得更加重要。许多学者都非常重视对壳聚糖降解方法，以及对低分子量壳聚糖的研究开发。本文主要讲述的是低分子量壳聚糖的制备方法以及低分子量壳聚糖各方面的应用研究。关键词：低分子量壳聚糖制备应用潍坊科技学院毕业设计（论文）第1页AbstractChitosanischitinafterremovalofacetylgroupsofa,andsaidtheirsolublechitinandchitosan,chitinreservesinnatureisoneoftheonlyinferiortocellulosenaturalmacromoleculecompoundandtheonlyrichalkalineaminopolysaccharide.Lowmolecularweightchitosanbecauseofitsspecialbiologicalactivityhasattractedwideattention.Itnotonlyretainsthehighmolecularchitosanhassomefunctionalproperties,alsohasmanyuniquephysiologicalfunctionisnotavailableinhighmolecularweightofchitosan.Inrecentyears,avarietyoflowmolecularweightchitosanalsobecomesmoreandmoreimportant.Manyscholarshavepaidgreatattentiontothechitosandegradationmethod,andtheresearchanddevelopmentoflowmolecularweightchitosan.Thispaperismainlyabouttheapplicationofthemethodofpreparationofchitosanwithlowmolecularweightandlowmolecularweightchitosan.Keywords:lowmolecularweightchitosanpreparationusedforChitosan.目录第一章前言……………………………………………………………51.1引言……………………………………………………………51.2文献综述………………………………………………………51.2.1壳聚糖的来源…………………………………………51.2.2壳聚糖的性质…………………………………………51.3低分子量壳聚糖的制备………………………………………61.3.1酸降解法………………………………………………61.3.1氧化降解法……………………………………………61.3.2生物降解法……………………………………………61.3.2其他降解法……………………………………………6第二章低分子量壳聚糖的制备及应用研究…………………………82.1低分子量壳聚糖的制备………………………………………2.1.1试剂与仪器……………………………………………82.1.2实验方法………………………………………………92.1.3分析方法………………………………………………92.2低分子量壳聚糖的应用研究…………………………………92.2.1在医药方面的应用……………………………………92.2.2在食品、保健品方面的应用…………………………92.2.3在化工和环保方面的应用……………………………102.2.4在农业方面的应用……………………………………102.2.5在化妆品方面的应用…………………………………102.2.6在生物工程领域的应用………………………………102.2.8展望……………………………………………………102.3结果与讨论……………………………………………………第三章结论………………………………………………………………参考文献………………………………………………………………10谢辞……………………………………………………………………11潍坊科技学院毕业设计（论文）第1页第一章前言1.1引言在某数据库中关于低分子量壳聚糖现有相关的文献最早在1967年。在这之前研究的对象多数是壳聚糖，因壳聚糖的分子量大且不易溶于水的缺点不利于实际应用，而低分子量壳聚糖不仅与壳聚糖相有似的生理活性并极易溶于水。接着低分子量壳聚糖开始逐步升温的研究，据统计论文数量在2004~2006年之间增幅很大。日本、韩国/朝鲜、中国这三个国家是世界上发表论文数量最多的国家,而日本关于低分子量壳聚糖的文献一共有384篇，占研究低分子量壳聚糖论文总量是居多的。可能是地理位置优势原料获取方便的缘故，从低分子量壳聚糖研究文献的发表数量观察来看，机构排名在前10位的研究机构大多数都是亚洲的沿海地区的研究机构。所有机构之中日本的农药生物资源研究所论文数量居于榜首，中国科学院位于第二位。由于低分子量壳聚糖具有的许多非常独特的化学和物理性质以及生理功能，以至于近些年，来国内外对低分子量壳聚糖的研究都非常的热衷。低分子量壳聚糖是由壳聚糖的解聚所制成，低分子量壳聚糖是壳聚糖产品的升级产品，在很多方面它有着聚糖无法比量的优越性。它所具有的低分子量、好水溶性、易被人体吸收等等诸多的优势以及纯天然、三无的特点，非常值得人们对他的好奇以及研究。而且现在低分子量壳聚糖已广泛应用于衣食医农、化妆品、环保等各个生活及科研领域。最近据研究结果表明，低分子量壳聚糖的聚合度以及它所含得含乙酰基团的多少决定了它的生物活性功能。如此以来，近年来学术界的国际研究的热点及企业界寻求的目标，就是通过合适的技术手段可控的降解壳聚糖，并针对人们对不同活性低分子量壳聚糖功能的要求，制备不同的低分子壳聚糖，以及如何更加更充分的应用它们。1.2文献综述1.2.1低分子量壳聚糖的来源低分子量壳聚糖是2-1个的氨基糖以β-1，4-糖苷键的连接而成，是经过壳聚糖解聚和降解而生成的产物。就是利用普通虾蟹壳为原料，经过脱钙蛋白和脱色，最后在脱除乙酰基的一系列反应，之后再用生物技术以及分离的先进技术制备而成。1.2.2低分子量壳聚糖的性质1、亲水性低分子量壳聚糖中的氢键作用薄弱，因为受到破坏的晶体结构，分子状态不牢固，因而低分子量壳聚糖中基团的非常容易与水分子形成氢键，因此不但水溶性好，吸湿和保湿功能也十分不错。有关研究表明：低分子量壳聚糖的水溶性有98．88％之高，分子量一定的低分子量壳聚糖的吸湿保湿性能优于甘油和透明质酸的，并且在一定范围内分子量越低保湿性能逐渐越强。2、菌对作用低分子量壳聚糖菌对作用明显，游离的氨基的存在是作用的基础。抗菌的原理就是利用酸性条件下低分子量壳聚糖分子中的游离氨与细胞壁解离出来的阴离子所结合，可以有效阻碍细菌大量的繁殖。最终低分子量壳聚糖分子中的游离氨会进入到微生物的细胞内，使遗传的因子从DNA到RNA转录彻底的受阻，使其没有繁殖。研究显示壳聚糖分子量在1500左右时的抗菌效果最为的显著。简而言之，低分子量壳聚糖是壳聚糖系列的高级产品，他与壳聚糖相比生物活性更高，功能作用更加强大，在医药、功能性的食品、日化用品、农业生产等领域应用非常的广泛。低分子量壳聚糖作为新世纪的生物技术产品，具备非常广泛的发展前景和应用价值。1.3低分子量壳聚糖的制备1.3.1酸降解法有实验证明壳聚糖在酸性的溶液中比较长的链就会发生部分的水解，然后形成许多的分子量大大小小不相同的片段生成，如果水解发生严重的则大部分会变成单糖。酸降解法对解聚壳聚糖而制成低分子量壳聚糖是非常基本与简便的方法。主要原理：就是溶液中的H离子与壳聚糖分子之中多数存在的游离氨基结合，从而最后使壳聚糖内部的分子与分子之间的氢键不在联合然后断裂，让分子的结构散开，从而长的链部分就容易发生糖苷键的断裂，那么壳聚糖的分子量就会下降。1、盐酸降解法盐酸降解法的应用开发是较早的，早在60年前就有人用大约3mol/L的盐酸溶液将壳聚糖来进行降解反应，反应条件是100℃下反应三十几个小时，生成物质是分子量大约为1~7的低分子量壳聚糖。另外还有人对降解壳聚糖制备低分子量壳聚糖用浓盐酸的工艺进行了系统性的研究。研究表明，随着盐酸的浓度的增大，温度的升高，壳聚糖降解的速率会有所加快。另外盐酸降解法工艺虽然操作不复杂，但是降解的条件不好控制，严重环境的操作污染，降解的生成物也主要为单双糖，活性比较高的含量并不多。2、硫酸降解法硫酸的降解方法中含有磺酸化的副反应，且β-1,4糖苷键不在结合断裂之后是非常的没有规律。比如乙酸酐混合降解壳聚糖时可获得2~3聚合度的低分子量壳聚糖糖。但最终因为产品的分子量分布的比较宽、降解的时间也长或者是因为存在其它的副反应酸降解法受到限制。还有学者研究发现氢氟酸也是可以降解从而生成低分子量壳聚糖的，但效果均不好。1．3．2氧化降解法最近研究得比较多的方法之中还包括非常热门的氧化降解法，在日本几乎每年都有这种类型研究成果报道出来。其中以用H2O2氧化降解壳聚糖为主，除此之外还有不止一种的但是大多仍处于实验室研究阶段的氧化方法。潍坊科技学院毕业设计（论文）第1页有文章研究过氧化氢在酸性的条件之下对壳聚糖进行氧化降解反应。发现制备分子量不大于98000的壳聚糖,采用含量3%H2O2溶液在85℃的反应温度下,反应2.5小时比较合适，生成物也大部分为水溶性的低分子量壳聚糖。还有文章对壳聚糖直接用H2O2溶液进行非均相的降解，从而制备了低分子量壳聚糖，分析之后结果显示，H2O2浓度8.0%～10.0%在温度75℃～95℃是反应0.5～1.0小时左右，水溶性产品的得率为40%~50%,低分子量壳聚糖占水解产物的35%～51%。在氧化降解法中存在的最大的氧化降解法的问题就是降解的过程之中所加入的各类各样反应试剂，这些无疑就是增加了降解反应中副反应及降解后的的分离纯化难度。所以至今为止氧化法降解的过程中各种副反应的产生原理及副产物的减少以及分离鉴定尚有进一步的研究。1.3.3生物降解法酶降解法在整个降解反应过程之中，没有任何其他的反应试药的加入，所以杜绝了其他副反应的发生，与其余的壳聚糖降解的方法相比较而言，他是具有无副反应而且降解环境温和，所降解生成的产物的相对分子量和降解过程以及分布都比其他方法容易控制，制备的低分子量壳聚糖的生物活性也很高，产物不用除盐等有利因素，这个方法较优于化学降解反应的过程。国内外近年来常有相关的文献研究。生物降解法切断壳聚糖分子中的糖苷键时可以选择性的进行。从而可以制定特定的低分子量壳聚糖，克服了化学降解法中产品分子量单一性差的缺点。近10几年来，国内外研究低分子量工作十分热门。现在已经发现的大约有30几种生物酶酶可以用来壳聚糖的降解反应。专一性的生物酶例如有甲壳素酶和壳聚糖酶；非专一性酶例如有：纤维素、脂肪、蛋白酶和元酶以及葡聚糖酶等。许多不同的酶均可以用于降解壳聚糖。壳聚糖酶可以非常有效的降解壳聚糖，他是不同的微生物制作而成，包括细菌和真菌。显而易见，壳聚糖酶是以壳聚糖为降解物质时制备低分子量壳聚糖比较不错的方法。曾有人研究分别在不同种酶的最适宜条件下反应作比较，水解速度最快的就是壳聚糖和胃蛋白酶的讲解反应的进行，水解速度