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甲壳素是什么?它的降解原理是什么?

发布时间:2021-10-12人气:
本文摘要:生物降解质料研究院原创报道,天然高分子降解质料主要分为甲壳素基降解质料、淀粉基生物降解质料、纤维素基降解质料。本文主要针对甲壳素基降解质料的基础信息举行论述。01 甲壳素简介甲壳素英文名Chitin,分子式为(C16H26N2O10)n,是由β-1,4糖苷键毗连的2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖的高分子线性聚合物,化学结构式如下图。 甲壳素是自然界仅次于木质纤维素的第二大生物聚合物,是许多低等动物外壳的重要身分,如虾壳中约含15%~30%,蟹壳中约含15%~20%等。

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生物降解质料研究院原创报道,天然高分子降解质料主要分为甲壳素基降解质料、淀粉基生物降解质料、纤维素基降解质料。本文主要针对甲壳素基降解质料的基础信息举行论述。01 甲壳素简介甲壳素英文名Chitin,分子式为(C16H26N2O10)n,是由β-1,4糖苷键毗连的2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖的高分子线性聚合物,化学结构式如下图。

甲壳素是自然界仅次于木质纤维素的第二大生物聚合物,是许多低等动物外壳的重要身分,如虾壳中约含15%~30%,蟹壳中约含15%~20%等。亦是低等植物菌类细胞膜的组成部门,像真菌、绿藻、酵母、乌贼等。

甲壳素在碱性条件下脱乙酰获得的壳聚糖(又叫壳寡糖),它是一种可生物降解的高分子,可以广泛应用于食品包装或食品添加剂。02 甲壳素的性质物理性质甲壳素是一种外观呈白色或微黄色的含氮多糖物,又称甲壳质、壳卵白等。在自然界中是以结晶形态泛起,即α、β、γ晶形。

甲壳素具有无毒无害、可食用、生物相容性、可生物降解等特性,同时具备耐热、抗菌、抗氧化和抗癌作用。化学性质甲壳素是世界上唯一带正电的天然高分子多聚糖,能对带负电的有害物质发生吸附作用。甲壳素结构中存在大量的氢键,包罗O=O和N-H基团形成的氢键,C上的OH和环氧之间形成的氢键,以及每个链上的C=O和相邻糖环上的OH形成的分子间氢键。

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当甲壳素及其衍生物受到辐射或者溶剂高温热解时,可形成小分子量的酯化物和芬芳族杂环化合物,如吡咯、呋喃、吡啶等。甲壳素的化学结构与天然纤维素相似,分子中除存在羟基外,还含有乙酰氨基和氨基功效基团,具有比纤维素及其衍生物更广泛的性质。不溶于水、乙醇、乙醚、盐类和稀酸、稀碱;能溶于醋酸,与浓的强氧化纳溶液作用,形成玻璃状胶体的可溶性甲壳素(也称壳聚糖)。

分子结构式对好比下图所示。甲壳素可用于:①纯化水和从海水中提取铀的离子交流树脂;②凝胶色谱柱的填充物和分子筛;③制备能被生物或酶降解的食物包装膜,或可溶性的体内手术线;④培植植物或微生物的保水剂;⑤纺织品的防缩、防皱处置惩罚,直接染料或硫化染料的固色。03 甲壳素的提取方法现在甲壳素主要是从自然界中富含甲壳素的动植物中提取。传统工艺流程如下图所示。

除此之外,甲壳素的提取方法有化学法、微生物发酵法和酶解法等。化学法是现在甲壳素提取的主要生产方法,包罗脱矿物质、脱色、脱卵白三个历程,提取效率高,缺点是需要消耗大量的酸和碱,提取历程庞大且污染情况。微生物发酵法是使用真菌/细菌的发酵历程,以矿物质为营养物消耗菌种发生的卵白酶,或有机酸消化卵白质。

酶解法是接纳外源生物酶对原料举行脱卵白与脱矿物质盐的方法,华中农业大学硕士研究生李永强等人接纳卵白酶K对虾壳举行酶解,对钙盐和卵白质的去除率均到达90%以上。另外,EDTA法、离子液体提取法和预热处置惩罚法也都有用于甲壳素的提取,因收率低、成本高以及相关的宁静问题而未大规模投入生产使用。04 甲壳素的降解机理现在,按壳聚糖/甲壳素降解机理主要可分为两大类:(1)特异性降解机理,有酶解法;(2)非特异性降解机理,有酸解法、氧化法、物理法等方法。酶解法:接纳对壳聚糖具有生物活性的酶对其举行降解,制取壳聚糖寡糖。

这些酶可特异选择性地切断甲壳素/壳聚糖中某些特定位置的化学键,制备低聚糖。高粘度的壳聚糖可作为污水处置惩罚剂,包裹细菌和酶。可用甲壳素与聚乙烯醇的共聚物制得具有高阻隔气体透过性,能够被生物降解及崩解的塑料薄膜,这种薄膜的力学性能可到达一般塑料薄膜的强度。

另外可使用木质素上的羟基与差别试剂反映获得乙烯基共聚物,使其具有生物降解性。报道泉源 | 生物降解质料研究院撰文编辑 | 小将参考文献 |[1]郑凤昳. 甲壳素、虾壳液化及其液化物基复合膜的制备与性能研究[D].海南大学,2019.[2]尹学琼. 壳聚糖金属配位控制降解及低聚壳聚糖的应用研究[D].昆明理工大学,2002.[3]张建军. 海洋生物质纤维的热降解、燃烧特性与阻燃机理研究[D].青岛大学,2011.[4]邵自强,谭惠民,赵春红.天然高分子基生物降解性塑料研究现状[J].华北工学院学报,2000(02):138-141.[5]尹国强,崔英德,康正,廖列文.塑料助剂工业的现状及生长趋势[J].广东化工,2003(01):2-6.[6]梁兴荣.外洋塑料助剂现状及生长趋势[J].合成质料老化与应用,1994(02):21-26.关注民众号生物降解质料研究院相识更多资讯。


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