殼聚糖（英文名：幾丁聚糖）是一種線性多氨基糖，又稱脫乙酰甲殼質、聚氨基葡萄糖、可溶性甲殼質等，殼聚糖的化學名(1,4)-2-氨基-2-脫氧-B-D-葡聚糖，分子式為，呈類白粉狀，無臭，無味。
殼聚糖由甲殼素部分脫乙酰[xiān]基得到，根據脫乙酰度不同，殼聚糖的電離平衡常數()值為6.5～7.3，殼聚糖的分子量為，密度為1.35～1.40 g/cm3。殼聚糖可發生多種化學反應，與酸成鹽、酰化、縮合等。殼聚糖不溶于水、一般有機溶劑以及堿，易溶于絕大多數有機酸中，在無機酸中有一定的溶解度。
殼聚糖由于物理、化學及生物性能良好，對有機溶劑穩定性極好，方便進行二次加工，在醫藥、食品、環保、化工、紡織、農業、美容保健、化妝品等領域有廣泛應用。
發展概述
殼聚糖（英文名：幾丁聚糖）是甲殼素N-脫乙酰基后的產物，有關殼聚糖的研究歷史可以追溯至19世紀。1811年，法國科學家布拉克諾（H. Bracolmot）教授在蘑菇中發現甲殼素并命名為Fungine。1859年，Rouget將甲殼素置于氫氧化鉀溶液中，首次制得了殼聚糖。1894年，F.Hoppe-Seiler將這種甲殼素脫乙酰基后的產物正式命名為Chitosan。殼聚糖是一種陽離子生物的天然聚合物，其安全可靠，不具環境污染，在商業應用方面得到巨大發展。1979年和1982年，科學家先后召開兩次國際會議，探討殼聚糖的提取方法和應用研究進展；1984年美國、德國、日本等國家方面的的專家在美國特拉華大學舉辦的研究會，使殼聚糖在許多領域中拓展了新用途。自1977年以后,已有不少關于殼聚糖方面的專著。
物質結構
殼聚糖是所有天然多糖中，唯一大量存在的具有堿式官能團的氨基多糖，具有獨特的分子結構，共有3種結構，其分子鏈也是以螺旋形式存在，從而具有許多獨特功能。其中以研究-型的最多，因為這種構象的殼聚糖存量豐富也容易制得。
殼聚糖大分子鏈上有許多羥基和氨基，以及部分的N-乙酰氨基，這些基團之間會形成多個分子內或分子間的氫鍵，使殼聚糖具有復雜的雙螺旋結構，螺距的大小為0.515 nm，由6個糖殘基組成1個螺旋平面，螺旋與螺旋之間存在大量的氫鍵。
理化性質
生物性質
生物相容性
殼聚糖作為天然存在的聚合物，無毒，物理、化學性質穩定，具有一定的強度，對人體結構有生物相容性，可被生物體內的溶菌酶分解，與生物體的親和性好，可用作醫用高分子材料。
生物活性
殼聚糖對機體細胞有黏附、激活和促進作用及抑制作用，能作為創傷治療的交聯劑TAIC、膽固醇減少劑、免疫系統激活劑、方劑的遲緩釋放劑材料。殼聚糖的另一特性是對染料的親和力好，可在直接染料中應用。
生物可降解性
殼聚糖在水性介質中的降解速度緩慢。生物體環境中的酶是降解殼聚糖的主要因子，在酶的作用下殼聚糖很容易被催化降解為無毒的氨基葡萄糖，從而被人體完全吸收。除此之外，外界條件中的微波輻射和過氧化氫等也能加速殼聚糖降解。
抗菌性
殼聚糖對普通變形桿菌、枯草芽孢桿菌、大腸桿菌等具有，對革蘭氏陽性菌及陰性菌亦有作用，但在pH較高時其抗菌力下降。
物理性質
殼聚糖為類白色粉末，無臭，無味。殼聚糖不溶于水和一般有機溶劑，也不溶于堿，可溶于酸性水溶液。殼聚糖在酸性溶液中能形成高黏度的膠體溶液，該膠體溶液在物體表面可形成透明薄膜。其相對分子量的大小對成膜性和膜的性質影響較為突出，通常分子量越低，膜的抗拉強度越低，通透性越強。可選擇適宜的交聯劑改善膜的強度、改變膜的阻隔性能。
殼聚糖中含有羥基、氨基等極性基團，吸濕性很強，甲殼素的吸濕率可達400%-500%，是纖維素的兩倍多，殼聚糖的吸濕性比甲殼素更強，可以用作化妝品的保濕劑。
黏度
殼聚糖水溶液的黏度與其濃度、脫乙酰基程度、溫度、溶液的pH、離子種類有關。殼聚糖相對分子質量高，為線形結構，沒有支鏈，在酸性環境下是一種極佳的增稠劑。殼聚糖水溶液的黏度隨其濃度增加、溫度下降和脫乙酰化度增加而增大。其1%水溶液黏度為100～1000 mPas。在低pH條件下，殼聚糖的構象從鏈狀向球形變化，溶液黏度變小。
溶解性
殼聚糖在水中少量溶解，在乙醇（95%）、其他有機溶劑，以及中性或pH高于6.5的堿性溶液中幾乎不溶。殼聚糖在絕大多數有機酸的稀溶液或濃溶液中易溶解，在無機酸（除磷酸和硫酸）中有一定程度的溶解。溶解時，殼聚糖聚合物中氨基質子化，使多糖荷正電，并使它的鹽（鹽酸鹽，谷氨酸鹽等）溶于水中。殼聚糖溶解度受脫乙酰化程度影響，溶液中加入的鹽對溶解度也有很大影響。
膠凝性
殼聚糖與鹽酸、醋酸等結合可溶于水而形成凝膠。由于鹽析效應，離子強度過高，殼聚糖的溶解度下降，導致殼聚糖從溶液中析出。殼聚糖處于溶液中時，由于相鄰的氨基葡萄糖單元間的斥力，從而形成伸展構象，加入電解質會減少這種效應，使殼聚糖分子轉變為螺旋狀構象。
化學性質
殼聚糖分子的基本單元是帶有氨基的葡萄糖，分子內同時含有氨基、乙酰氨基和羥基，故性質比較活潑，可進行修飾、活化和偶聯。在特定條件下，殼聚糖能發生酰化、醚化、酯[zhǐ]化、烷[wán]基化、氧化、還原等反應。經化學修飾、交聯和接枝后，殼聚糖還能生成各系列衍生物；對這兩種官能團改性后可以形成不同結構和不同性能的化合物，拓展了殼聚糖的應用領域。
酰化反應
殼聚糖酰化反應是化學改性研究中最早的一種反應。殼聚糖糖殘基上的羥基和氨基，能與許多有機酸的衍生物進行O-酰化反應，生成有機酯或酰胺。殼聚糖可發生多種酰化反應，酰化、酰化、酰化和酰化也可能同時產生，一旦殼聚糖的所有基和氨基全部進行酰化反應，就形成全酰化殼聚糖，也叫做全酰化甲殼質。
酯化反應
殼聚糖上的羥基和氨基可與一些含氧無機酸或其酸酐發生酯化反應。
硫酸酯化
殼聚糖可與硫酸酯化試劑在非均相條件下反應生成硫酸酯，通常發生在位羥基上，此外殼聚糖可在DMF(二甲基甲酰胺)中與以偶極離子形式存在的配位化合物進行均相反應，得到O-硫酸酯和N-硫酸基。
黃原酸化
殼聚糖在60 ℃的二硫化碳和氫氧化鈉水溶液中反應6 h，最后倒入丙酮中，能得到N-黃原酸化殼聚糖鈉鹽。
醚化反應
根據醚化劑的不同，殼聚糖的羥基可與醚化試劑反應發生O-烴基化、O-羥乙基化和羥丙基化、O-羧甲基化和羧乙基化及O-氰乙基化等反應，形成相應的殼聚糖醚。
烴基化
烴基化是指殼聚糖中的羥基發生O-甲基化、O-乙基化及O-芐基化反應。殼聚糖可在堿性介質中與硫酸二甲酯反應生成甲基醚，產物主要生成醚，但也有部分氨基取代，生成N-甲基殼聚糖。
羥乙基化和羥丙基化
甲殼素堿化后與環氧乙烷或亞乙基氯乙醇在堿性介質中反應生成O-羥乙基甲殼素，因為是在堿性介質中，羥乙基甲殼素會進一步脫除乙酰后得到O-位取代的羥乙基殼聚糖。殼聚糖可與環氧乙烷和環氧丙烷反應生成N-O-位取代的衍生物。
羧甲基化和羧乙基化
殼聚糖在堿性介質下與一氯乙酸反應，經中和、洗滌、干燥得到羧甲基殼聚糖，另外，殼聚糖在堿性條件下與一氯丙酸反應得到羧乙基殼聚糖。
O-氰乙基化
在堿性條件下，殼聚糖上的上的羥基可與丙烯腈發生O-乙基化反應，生成O-氰乙基醚。
N-烷基化
殼聚糖內羥基的上氧原子和氨基的上氮都可發生烷基化反應。殼聚糖的氨基有很好的親核性，在與鹵代烷反應和在近中性條件下與環氧衍生物反應，都是先發生N-烷基化。殼聚糖在與環氧丙醇發生的N-烷基化反應中能同時引人兩個親水基，如果與過量的環氧丙醇在水溶液中反應，殼聚糖氨基上的兩個H都被取代，最后得到N,N-雙二基正丙基殼聚糖。
在中性介質中，殼聚糖與過量的芳香醇或芳香、脂肪酸反應生成Schiff堿（醛或酮亞胺化衍生物）。該反應主要在羥基進行反應時保護氨基，在反應完成時使用酸或堿去除保護基。
氧化
殼聚糖的羥基和氨基都易被氧化劑氧化，隨著氧化劑和反應條件的不同，既可使氧化成醛基或羧基，也可使氧化成羰基，還可能發生部分脫氨基或脫乙酰氨基，甚至糖鏈的降解。
水解
殼聚糖的糖苷在酸性水溶液易發生水解，引起長鏈的斷裂，其完全降解的產物為氨基葡萄糖單糖。甲殼質在堿中脫除乙酰，形成殼聚糖。酸在殼聚糖的水解過程中主要起催化劑的作用。殼聚糖可以在較溫和的酸性條件條件下進行水解。
制備方法
殼聚糖可通過由甲殼質在熱的濃堿處理，脫去甲殼質分子上的乙酰基得到。
化學法
堿液提取法是制備殼聚糖最為常用的方法。通過化學試劑處理,使甲殼素發生不同程度的脫乙酰化反應生成殼聚糖。由于甲殼素屬于酰胺類多糖，在制備殼聚糖中涉及的甲殼素的脫乙酰化，其本質是甲殼素中酰胺的水解過程。制備殼聚糖的化學法制備通常包括濃堿液法、堿熔法、水合肼法等。傳統化學法進行脫乙酰化處理，又稱堿脫乙酰法，首先是將含有甲殼素的蝦、蟹殼類及海螵蛸等原料用酸除去碳酸，再用稀堿處理除去蛋白質，水洗后脫色干燥得到甲殼素后再用40％～50％的熱氫氧化鈉處理甲殼素脫乙酰，經水洗干燥后得到殼聚糖。
生化法
通過培養微生物，使微生物分泌脫乙酰酵素（脫乙酰酶），提取脫乙酰酵素并加入甲殼質中，使甲殼質脫乙酰基后來制備殼聚糖。或者直接以甲殼質來培養微生物，使微生物分泌的脫乙酰酵素直接作用于甲殼質，使其脫乙酰化來制備殼聚糖。
微生物抽提法
直接從微生物中培養出殼聚糖，先培養微生物至分泌出菌絲（殼聚糖），然后收集菌絲，由于微生物培養的菌絲中無鈣鹽，所以不必去除鈣鹽。去除蛋白可用1mol/L的氫氧化鈉浸漬，用水沖洗至中性，再用10％的食用醋酸反應抽提即得殼聚糖。
微波法
微波法是指在甲殼質脫乙酰過程中采用微波加熱方式，替代原來的電加熱或蒸汽加熱。該新技術制備殼聚糖，能減少反應時間，同時產品的去乙酰率提高，黏度也較好，溶解性良好。但是微波法中的高溫很難掌控，反應溫度一旦超過70 ℃，反應鏈斷裂速率將提高，導致產物黏度降低。此外，對于業生產中的微波爐的設計也需要嚴格規范，以避免微波泄漏而對人產生傷害。
酶解法
酶解法是指用專一性或非專一性的酶對甲殼素進行脫乙酰反應制得殼聚糖，該法又稱為生物降解法。甲殼素脫乙酰酶(chitin deacetylase,CDA)對甲殼素降解能得到殼聚糖。與其他方法相比較，生物降解法生產具有工藝簡單、條件溫和、無污染、易控制降解度等優點。
應用領域
醫藥領域
由于殼聚糖具有良好的生物性能，因此在醫學上應用廣泛。殼聚糖可作用于藥物制劑專業、靶向制劑載體、增稠劑、澄清劑、醫用纖維和人造皮膚等。
藥物制劑
殼聚糖所具有的高親水性能，采用該特性生產的緩釋式微球、藥片、顆粒劑、丸劑等均能夠在酸式消化液中迅速膨脹,呈膠狀從而有效抑制了藥物擴散與溶出。此外殼聚糖也具有優異的成膜特性,可用作片劑、丸劑、顆粒劑等中的包衣物質,在強酸式溶劑中延緩溶蝕過程,實現緩釋目的。
靶向制劑載體
殼聚糖及其衍生物是很好的靶向制劑材料。以殼聚糖為磁性向制劑的載體，通過控制微球粒徑和外加磁場可將制劑引導至肺部。殼聚糖還可以作為放射性腸炎靴向制劑的載體，保護藥物安全通過胃和小腸，到達結腸釋放藥物以充分發揮療效。
增稠劑
殼聚糖作為增稠劑可用于滴眼劑，增加滴眼液的稠度，延長藥物在眼部的滯留時間，增強藥物的療效。如更昔洛韋滴眼液，加入殼聚糖，不僅可以增加滴眼液的黏度，減輕藥物對眼的刺激，還能促進眼部創傷的愈合。
澄清劑
殼聚糖在中藥制劑生產中用作澄清劑，通過電中和、吸附架橋的方式除去藥液中的蛋白質、果糖、較大的懸浮粗顆粒等，并利用天然膠體的保護作用，使制劑澄清并保留藥液的有效成分，達到分離純化的目的。殼聚糖作為澄清劑雖然具有效果好、簡便、成本低、增強穩定性的優點，但不適用于脂溶性成分，在中藥精制中不應盲目使用殼聚糖。
醫用纖維紙和膜
殼聚糖纖維所做成的無紡布，可將聚氨基酸溶液與甲殼素攪拌均勻后，直接涂抹于平板玻璃上，然后再加入由凝固劑所做成的薄膜,也一樣可以用做醫用產品，這種薄膜不僅顏色均勻、透明、手感柔軟,而且具有良好的彈性和強度。
外科縫線
由于人體組織中存在能溶解病原菌細胞壁的溶菌酶，在有水的條件下，殼聚糖制成的外科縫線能分解殼聚糖纖維，當傷口愈合后，自動降解為人體吸收，能免除拆線的痛苦。
人造皮膚
殼聚糖制成的人工皮膚，是一種理想的產品，和創面貼合性好，不但透氣、吸水，而且具有柔軟、舒適的效果，同時具有抑制疼痛、抗氧化、抑菌消炎的效果。隨著傷口的痊愈，以及自身皮膚生長，它會通過自我分解被機體吸收利用。
在組織工程中的應用
殼聚糖作為一種天然的生物多糖，具有良好的生物性質，對細胞能起到較好的吸附作用，可促進細胞在材料上的增殖和分化，是組織工程化構建的合適的生物材料。
工業領域
螯合劑
殼聚糖作為一種天然的高分子合劑，廣泛應用于各個領域。在一定的pH條件下具有富集能力。殼聚糖對過度金屬離子具有的螯合作用，使殼聚糖可作為鹽溶液、天然水、海水、含鹽廢水等富集過渡金屬離子的螯合劑，使其使用效果要比合成螯合樹脂要優越得多。
混凝劑
殼聚糖分子鏈上分布著大量的游離氨基，能在稀酸溶液中質子化，使殼聚糖分子鏈上帶有大量的正電荷，從而成為一種陽離子型混凝劑。在應用上，殼聚糖是自來水廠（通常指使用地表水）凈化水質的理想混凝劑，它不僅可以除去水中的無機化合物固體懸浮物，還可除去有害的極性有機化合物，如農藥、表面活性劑等。
織物整理劑
殼聚糖還可用作織物的永久整理劑，提高織物的耐水洗、耐磨擦能力，利用殼聚糖持有的固色和增強作用，可增強織物的抗拉硬度，降低褶皺度，并使織物保持平整和挺括的表面與手感。
日用化工領域
洗發香波
殼聚糖對頭發中的蛋白質具有極強的附著力，兼有成膜、保濕、防塵等多功能，在香波中加入0.05％一6.0％的殼聚糖，可使頭發蓬松，易于梳理及光亮，并起保護頭發、促進毛發生長的作用。
牙膏
在牙膏中添加殼聚糖有預防齲病和牙周炎作用，能中和由口腔鏈球菌產生的有機酸，減弱非溶性葡萄糖在牙齒表面的附著能力，除去或減輕口臭，對抗腐蝕、潔齒起一定作用。
食品工業領域
果蔬保鮮
殼聚糖具有良好成膜性，可在水果表面形成一層無色透明半透膜，膜機械強度高，可在植物體器官表面形成半透膜，對氣體有選擇通透性，可調節果實、蔬菜和花卉采摘后的生理代謝，如抑制呼吸、延緩水分揮發等，減少糖分、有機酸、維生素c等營養成分的損失。
肉制品保鮮
殼聚糖在肉類保鮮中的應用主要是利用殼聚糖良好的抑菌性、抗氧化和成膜性能，抑制微生物生長，達到延長冷卻肉保鮮期。
食品包裝
將殼聚糖與淀粉、水混合均勻制成薄膜，經干燥、堿溶液處理，可制成殼聚糖—淀粉合成包裝膜，此膜可食、無毒、耐油、抗張強度高，不溶于冷水與熱水，可用于包裝固體、半固體和液體食品。
農業領域
經殼聚糖處理過的植物種子，其萌發性增強,并可促使mRNA的再次形成。殼聚糖可抑制植株病原菌細胞的生長繁殖，誘發出宿主植株對致病菌的保護機制，降低致病菌對植株的威脅。因此,用0.4%四殼聚糖液直接噴灑在番茄、煙葉等植物上，就可以發揮良好植保效果，從而降低了煙葉上斑紋病毒的傳播。
參考資料 >
Chitosan.Pubchem.2023-03-25