甲殼素纖維的應(yīng)用與發(fā)展前景

劉元?jiǎng)P 任亞飛 羅利軍

（遼東學(xué)院化工與機(jī)械學(xué)院，遼寧丹東118001）

1 甲殼素纖維簡(jiǎn)介

甲殼素，也叫甲殼質(zhì)，殼素糖，蟹殼素，其主要成分是幾丁聚糖。甲殼素是一種天然高分子聚合物，屬于氨基多糖，學(xué)名為（1.4）-2-乙酰氨基-2-脫氧-β-D-葡萄糖，分子式為（C8H13NO5）n。單體之間以β（1-4）糖苷健連接，分子量一般在106左右，理論含氮量6.9%。甲殼素有a、β、γ 三種晶型，其中a-甲殼素存在最豐富，也最穩(wěn)定。由于大分子之間極強(qiáng)的氫鍵作用，導(dǎo)致其一般不于水，化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，因而應(yīng)用有限，通常稱其為幾丁質(zhì)。

圖1 甲殼素結(jié)構(gòu)圖

β-甲殼素的結(jié)構(gòu)是以平行鏈排列的，與比較分子間氫鍵作用力更小。因此，表現(xiàn)出更好的溶解和化學(xué)活性。

2 應(yīng)用

2.1 食品工業(yè)

（1）食品添加劑。如食品結(jié)構(gòu)形狀的控制，優(yōu)化食品的風(fēng)味，改善食品的流動(dòng)性，控制粘度，增加食品中的纖維含量等。

（2）功能原輔料。如功能性食品，包括降酸食品、減肥食品、腸內(nèi)微生物群調(diào)節(jié)食品、補(bǔ)充微量元素食品，抑菌保鮮劑、可食性包裝材料或緩釋材料等。

（3）液體處理劑。飲用水的凈化，從廢水中回收蛋白質(zhì)，飲料及酒類的澄清，如澄清糖汁、凈化糖蜜、果酒和果汁的澄清，果汁脫酸和防止醋沉淀，降低液體中的總固體含量等。

2.2 醫(yī)療衛(wèi)生

甲殼素在醫(yī)療衛(wèi)生方面的用途多以衍生物的形式應(yīng)用，例如脫乙酰甲殼素等。

（1）縫合線。脫乙酰甲殼素可制成纖維做手術(shù)縫合線使用，在血清、尿、膽汁、胰液中仍保持良好的拉力。在傷口愈合后，縫合線可自動(dòng)分解被組織吸收。

（2）人造皮膚。1986 年，樓寶成等研制成功人造皮膚，并在臨床應(yīng)用中取得可喜成果，1987 年該技術(shù)獲國(guó)家發(fā)明專利。這種人造皮膚不致敏、無(wú)刺激、無(wú)吸收中毒及占位排斥現(xiàn)象，而且透氣性能好，還具有止血、抑痛和促進(jìn)皮膚生長(zhǎng)的作用。

（3）骨組織、神經(jīng)組織修復(fù)。研究表明，脫乙酰甲殼素能促進(jìn)骨源細(xì)胞的分化，并能促進(jìn)骨骼的形成，可促進(jìn)再生軸突數(shù)目的恢復(fù)以及橫斷面髓鞘面積的增加。

（4）止血?jiǎng)Ｅc抗凝血作用相反，甲殼素的某些衍生物具有優(yōu)良的凝血作用。

2.3 制藥方面

（1）藥物制劑方面。含甲殼素60%的片劑可按零級(jí)動(dòng)力學(xué)釋放藥物有效成分，并完全符合藥典規(guī)定的崩解要求。甲殼素還可以作為輔料制成微粒、微囊、粉劑及栓劑等。

（2）在發(fā)酵及酶工程領(lǐng)域。Weir 等1993 年成功地將難以與發(fā)酵液分離的酵母用脫乙酰甲殼素進(jìn)行了分離。青島海洋大學(xué)劉萬(wàn)順等進(jìn)行了將脫乙酰甲殼素作為絮凝劑用于谷氨酸發(fā)酵液菌體絮凝技術(shù)的研究，發(fā)酵液中菌體的去除率達(dá)98%以上，此項(xiàng)技術(shù)已獲國(guó)家發(fā)明專利。姜涌明等用脫乙酰甲殼素為載體，對(duì)木瓜蛋白酶、胰蛋白酶、中性蛋白酶及胃蛋白酶進(jìn)行固定化，其活力回收率分別達(dá)47%、50%、74%和55%，酶的穩(wěn)定性得到明顯提高。

（3）在細(xì)胞工程領(lǐng)域。利用動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)，可以制備稀有的生化藥物和細(xì)胞活性因子等產(chǎn)品。研究證明，脫乙酰甲殼素是一種新型的細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)用的優(yōu)質(zhì)材料。陳西廣等已利用其作為主要原料制成一系列微載體，這種微載體耐高溫高壓，可濕熱除菌。通過(guò)細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，這種微載體能適宜來(lái)源于不同物種的細(xì)胞在其表面高密度生長(zhǎng)。

（4）化學(xué)反應(yīng)的催化劑。脫乙酰甲殼素因分子鏈上具有相鄰的羥基和氨基，對(duì)過(guò)渡金屬和稀土金屬有選擇性螯合作用，形成的配合物能催化某些化學(xué)反應(yīng)。

（5）分離膜。甲殼素可制成交聯(lián)膜、共混膜、超濾膜等，在工業(yè)中有很大用途。另外，甲殼素在某些混合溶劑中經(jīng)處理可做超濾膜使用，拉伸強(qiáng)度是銅玢膜的2 倍。

2.4 功能紡織品

甲殼素纖維具有多種良好化學(xué)、物理特性，因此甲殼素纖維是制作服裝的絕佳材料。但現(xiàn)在使用的溶劑法紡制甲殼素纖維的生產(chǎn)線生產(chǎn)規(guī)模小，生產(chǎn)成本高，比一般無(wú)機(jī)、有機(jī)抗菌劑高出許多，工藝不穩(wěn)定，纖維強(qiáng)度低，紡絲成形對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，而利用甲殼素和纖維素共混紡制功能性纖維比溶劑法紡制甲殼素纖維優(yōu)越得多。通過(guò)各種形式的混紡加工, 甲殼素纖維可以應(yīng)用在以下的一些領(lǐng)域。

（1）貼身服裝。如內(nèi)衣、胸罩、嬰幼兒內(nèi)衣和尿布、睡衣、老年人內(nèi)衣、運(yùn)動(dòng)服裝、毛衫等。對(duì)細(xì)菌有很好的抑制作用，對(duì)皮膚無(wú)刺激、不過(guò)敏。

（2）童裝。嬰幼兒用嘴舔吸衣服的情況較多，所以，對(duì)外衣的的清潔也很重要。兒童的抵抗能力較弱, 容易受到外來(lái)病菌的侵害, 童裝須注意不要成為病原菌的媒介物。甲殼素纖維由于其良好的抗菌性能而特別適合用于童裝的生產(chǎn)。

（3）工作服。適用于對(duì)衛(wèi)生要求高的工作場(chǎng)所的工作服。甲殼素纖維可以很好地抑制耐甲氧西林金黃色葡萄球菌, 可以有效地抑制醫(yī)院、食品廠中各種耐藥菌引起的交叉感染。甲殼素纖維可以應(yīng)用于一些惡劣工作環(huán)境的工作服當(dāng)中，如潛艇、海軍、科學(xué)考察、野外作業(yè)等。

（4）床上用品。甲殼素纖維與棉混紡可制成各種舒適、抗菌的床上用品。

（5）室內(nèi)裝飾。在酸性條件下，甲殼素上的氨基可吸附甲醛，利用此特點(diǎn)可以抑制室內(nèi)裝修所造成的甲醛污染。具體可以應(yīng)用于地毯、窗簾、沙發(fā)罩等。在堿性條件下，甲殼素上吸附的甲醛可以脫去，從而再生出甲殼素以循環(huán)利用。

3 發(fā)展前景

甲殼素纖維是無(wú)污染的天然纖維，對(duì)環(huán)境的污染很小，在如今提倡綠色環(huán)保的環(huán)境下，有著較大的優(yōu)越性，這樣就會(huì)有越來(lái)越多的人重視它，使用它，所以隨著對(duì)甲殼素纖維的研究的深入，甲殼素纖維的用途也會(huì)多樣化，例如：它的止血性功能就可以用在軍隊(duì)的服裝和軍用繃帶上等等。它的抗菌防臭性可以用于醫(yī)院和家庭，如床單、被套、毛巾、毛毯、鞋墊、職業(yè)裝等等。甲殼素還可以循環(huán)利用，可以把人們吃剩的螃蟹、龍蝦、扔掉的蟹殼、蝦殼加以利用，并從中提取出甲殼素，這樣就可以變廢為寶。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著物質(zhì)生活水平的提高，人們對(duì)于材料的要求更加嚴(yán)苛。不僅僅要考慮綠色環(huán)保、方便制取，更要考慮它的多功能性。而甲殼素是目前地球上儲(chǔ)量?jī)H次于纖維素的最豐富的天然資源之一，它在自然界中含量豐富，原材料價(jià)廉易得、綠色環(huán)保、用途廣泛，并具有良好的生物相容性、生物活性和生物降解性等多種優(yōu)異性能，我們有理由相信，甲殼素及其衍生物在再來(lái)必將成為市場(chǎng)的寵兒。