甲壳素纤维的应用与发展前景

刘元凯 任亚飞 罗利军

（辽东学院化工与机械学院，辽宁丹东118001）

1 甲壳素纤维简介

甲壳素，也叫甲壳质，壳素糖，蟹壳素，其主要成分是几丁聚糖。甲壳素是一种天然高分子聚合物，属于氨基多糖，学名为（1.4）-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖，分子式为（C8H13NO5）n。单体之间以β（1-4）糖苷健连接，分子量一般在106左右，理论含氮量6.9%。甲壳素有a、β、γ 三种晶型，其中a-甲壳素存在最丰富，也最稳定。由于大分子之间极强的氢键作用，导致其一般不于水，化学性质非常稳定，因而应用有限，通常称其为几丁质。

图1 甲壳素结构图

β-甲壳素的结构是以平行链排列的，与比较分子间氢键作用力更小。因此，表现出更好的溶解和化学活性。

2 应用

2.1 食品工业

（1）食品添加剂。如食品结构形状的控制，优化食品的风味，改善食品的流动性，控制粘度，增加食品中的纤维含量等。

（2）功能原辅料。如功能性食品，包括降酸食品、减肥食品、肠内微生物群调节食品、补充微量元素食品，抑菌保鲜剂、可食性包装材料或缓释材料等。

（3）液体处理剂。饮用水的净化，从废水中回收蛋白质，饮料及酒类的澄清，如澄清糖汁、净化糖蜜、果酒和果汁的澄清，果汁脱酸和防止醋沉淀，降低液体中的总固体含量等。

2.2 医疗卫生

甲壳素在医疗卫生方面的用途多以衍生物的形式应用，例如脱乙酰甲壳素等。

（1）缝合线。脱乙酰甲壳素可制成纤维做手术缝合线使用，在血清、尿、胆汁、胰液中仍保持良好的拉力。在伤口愈合后，缝合线可自动分解被组织吸收。

（2）人造皮肤。1986 年，楼宝成等研制成功人造皮肤，并在临床应用中取得可喜成果，1987 年该技术获国家发明专利。这种人造皮肤不致敏、无刺激、无吸收中毒及占位排斥现象，而且透气性能好，还具有止血、抑痛和促进皮肤生长的作用。

（3）骨组织、神经组织修复。研究表明，脱乙酰甲壳素能促进骨源细胞的分化，并能促进骨骼的形成，可促进再生轴突数目的恢复以及横断面髓鞘面积的增加。

（4）止血剂。与抗凝血作用相反，甲壳素的某些衍生物具有优良的凝血作用。

2.3 制药方面

（1）药物制剂方面。含甲壳素60%的片剂可按零级动力学释放药物有效成分，并完全符合药典规定的崩解要求。甲壳素还可以作为辅料制成微粒、微囊、粉剂及栓剂等。

（2）在发酵及酶工程领域。Weir 等1993 年成功地将难以与发酵液分离的酵母用脱乙酰甲壳素进行了分离。青岛海洋大学刘万顺等进行了将脱乙酰甲壳素作为絮凝剂用于谷氨酸发酵液菌体絮凝技术的研究，发酵液中菌体的去除率达98%以上，此项技术已获国家发明专利。姜涌明等用脱乙酰甲壳素为载体，对木瓜蛋白酶、胰蛋白酶、中性蛋白酶及胃蛋白酶进行固定化，其活力回收率分别达47%、50%、74%和55%，酶的稳定性得到明显提高。

（3）在细胞工程领域。利用动物细胞大规模培养技术，可以制备稀有的生化药物和细胞活性因子等产品。研究证明，脱乙酰甲壳素是一种新型的细胞大规模培养用的优质材料。陈西广等已利用其作为主要原料制成一系列微载体，这种微载体耐高温高压，可湿热除菌。通过细胞培养实验，这种微载体能适宜来源于不同物种的细胞在其表面高密度生长。

（4）化学反应的催化剂。脱乙酰甲壳素因分子链上具有相邻的羟基和氨基，对过渡金属和稀土金属有选择性螯合作用，形成的配合物能催化某些化学反应。

（5）分离膜。甲壳素可制成交联膜、共混膜、超滤膜等，在工业中有很大用途。另外，甲壳素在某些混合溶剂中经处理可做超滤膜使用，拉伸强度是铜玢膜的2 倍。

2.4 功能纺织品

甲壳素纤维具有多种良好化学、物理特性，因此甲壳素纤维是制作服装的绝佳材料。但现在使用的溶剂法纺制甲壳素纤维的生产线生产规模小，生产成本高，比一般无机、有机抗菌剂高出许多，工艺不稳定，纤维强度低，纺丝成形对环境污染严重，而利用甲壳素和纤维素共混纺制功能性纤维比溶剂法纺制甲壳素纤维优越得多。通过各种形式的混纺加工, 甲壳素纤维可以应用在以下的一些领域。

（1）贴身服装。如内衣、胸罩、婴幼儿内衣和尿布、睡衣、老年人内衣、运动服装、毛衫等。对细菌有很好的抑制作用，对皮肤无刺激、不过敏。

（2）童装。婴幼儿用嘴舔吸衣服的情况较多，所以，对外衣的的清洁也很重要。儿童的抵抗能力较弱, 容易受到外来病菌的侵害, 童装须注意不要成为病原菌的媒介物。甲壳素纤维由于其良好的抗菌性能而特别适合用于童装的生产。

（3）工作服。适用于对卫生要求高的工作场所的工作服。甲壳素纤维可以很好地抑制耐甲氧西林金黄色葡萄球菌, 可以有效地抑制医院、食品厂中各种耐药菌引起的交叉感染。甲壳素纤维可以应用于一些恶劣工作环境的工作服当中，如潜艇、海军、科学考察、野外作业等。

（4）床上用品。甲壳素纤维与棉混纺可制成各种舒适、抗菌的床上用品。

（5）室内装饰。在酸性条件下，甲壳素上的氨基可吸附甲醛，利用此特点可以抑制室内装修所造成的甲醛污染。具体可以应用于地毯、窗帘、沙发罩等。在碱性条件下，甲壳素上吸附的甲醛可以脱去，从而再生出甲壳素以循环利用。

3 发展前景

甲壳素纤维是无污染的天然纤维，对环境的污染很小，在如今提倡绿色环保的环境下，有着较大的优越性，这样就会有越来越多的人重视它，使用它，所以随着对甲壳素纤维的研究的深入，甲壳素纤维的用途也会多样化，例如：它的止血性功能就可以用在军队的服装和军用绷带上等等。它的抗菌防臭性可以用于医院和家庭，如床单、被套、毛巾、毛毯、鞋垫、职业装等等。甲壳素还可以循环利用，可以把人们吃剩的螃蟹、龙虾、扔掉的蟹壳、虾壳加以利用，并从中提取出甲壳素，这样就可以变废为宝。

4 结语

随着物质生活水平的提高，人们对于材料的要求更加严苛。不仅仅要考虑绿色环保、方便制取，更要考虑它的多功能性。而甲壳素是目前地球上储量仅次于纤维素的最丰富的天然资源之一，它在自然界中含量丰富，原材料价廉易得、绿色环保、用途广泛，并具有良好的生物相容性、生物活性和生物降解性等多种优异性能，我们有理由相信，甲壳素及其衍生物在再来必将成为市场的宠儿。