1 引言
1.1 甲殼素的研究背景
經過世界各國科學家、學者對甲克素的不懈探索和認真研究，人類開始逐步認識甲殼素這一新的化學物質，并將之應用于生活的各個領域。在探索和研究甲克素的歷史過程中，首先要提的是法國科學家 Henli Brocronna,其在1811年第一次從蘑菇中成功分離并提取到了甲殼素，由此揭開了甲克素的神秘面紗，讓人們清晰的看清甲克素的面容；其次，法國學者 Rouget 在1859年發現甲殼素溶于有機酸這一重要化學性質，這為人們初步了解甲殼素開啟了一扇大門。再次，從二十世紀六十年代起，世界各國開始廣泛關注甲克素，有關甲殼素的研究也逐漸變得活躍起來。比如在1982年，日本將甲克素列為"1982~1992"十年開發計劃，并且在1984年撥款50億美元用于13所知名大學研究和開發利用甲殼素。
最后，經過不斷探索和科學研究，華盛頓大學的學者于1986年首次發現甲克素具有生理活性。該發現引起了人們對甲克素的興趣，以致于后來其成為甲殼素發展的堅實理論基礎。關于甲克素，曾經有人說："甲殼素是唯一一種被廣泛研究和應用的物質。"甚至也有人說：甲殼素是二十一世紀最具研究希望的多糖。
1.2 甲殼素的來源
在綿長的海岸線的滋養下，我國每年都出產大量的海產品、水產品。同時，龐大的人口基數也使得我國成為消費海產品、水產品的大國。在東南沿海城市，數量繁多的加工廠在加工海產品、水產品時，每天都有大量的蝦皮、蟹殼（見表1）等廢棄物產生，污染環境的同時也讓這些富含甲克素的寶貴資源--蝦皮、蟹殼流之于壑，造成極大地浪費。然而，我們可以利用這些廢棄物生產出含有甲殼素及其衍生物的一系列用品。目前的研究發現表明，甲克素是一種應用極其廣泛的化學物品，它比纖維素有更大工業價值和用途?，F在甲克素已廣泛應用于國防、醫療、化工、食品等各個領域。另外，借助于我國獨特的海洋資源優勢和原料價格優勢，國內甲克素的生產成本普遍較低，成本優勢使得甲殼素及其衍生物在市場競爭中極具價格優勢。廣泛的應用領域催生出甲克素巨大的市場需求，而投資風險小、原料成本低等優點也讓眾多廠家大量生產甲克素及其衍生物。因此，可以說以甲克素為中心的利益鏈已經越來越緊密。在甲克素及其衍生物系列產品的生產過程中，經濟效益會從不同方向流向生產廠家、普通百姓，而最重要的是能減少環境污染，保護自然環境，大大顯現良好的社會效益。
1.3 甲殼素及其衍生物的研究意義
甲殼素的獨特之處在于它是自然界中一種帶正電荷的天然高分子材料，而且只能通過生物法降解。根據國外諸多研究機構的最新研究，甲殼素在調節生物體特別是人體方面具有重要作用，如在增強免疫、保護胃腸道、降血壓、降血脂等有著非常好的效果，在醫學界已經開始臨床使用。殼聚糖是甲殼素的 N-脫乙?；苌?，具有生物學活性多樣、無毒且易于吸收、相容性好、易被微生物降解等特點。從理論和應用兩個方面來說，文章將闡述的甲殼素、殼聚糖的保健功能特性，以及其在食品中的應用會對甲殼素以及它的衍生物的發展前景與新產品的開發具有一定的指導意義。
1.4 甲殼素及其衍生物殼聚糖的基本性質
甲殼素（見圖 1）又稱幾丁質，在自然界中廣泛存在，如動、植物內，其存在于低等植物的細胞內，高等植物的細胞壁上，以及甲殼動物的外殼中。是生物界廣泛存在天然有機物，也是地球上可再生的天然高分子材料。殼聚糖是甲殼素經脫鈣、脫乙?；兔摰鞍踪|所得的產物。甲殼素、殼聚糖中的高分子多糖是一種天然線性粘多糖，是至今發現的唯一一種陽離子動物纖維的堿性多糖。甲殼素、殼聚糖都具有較強的保健功能。
殼聚糖，化學名稱為（1,4）-2-氨基-2-脫氧-8-D-葡聚糖，其是甲殼素最重要的衍生物（見圖 2）。它含有豐富的 C 和 N 元素，是自然界中除蛋白質外含氮量最為豐富的有機氮源，因游離氨基的存在，殼聚糖會溶于大多數無機酸和有機酸中。而且殼聚糖具有良好的生物可降解性、生物安全性和生物相容性，無刺激性，在輕工業、醫學和環保等方面都有相當顯著的作用。
2 甲殼素的主要制備方法
2.1 熱堿法水解蛋白質
該法分別稱取顆粒大小不同的蝦殼粉 10 克，在 65 mL 質量分數 5 %的 NaOH 溶液中分別反應 5 h、6 h、7 h、8 h,反應溫度為 90 ℃，反應完成后通過離心分離，取下層沉淀物質。研究蝦殼粉顆粒直徑大小與反應時間對脫蛋白所產的生影響。
2.2 酶催化水解蛋白
該法選用粒度為 8.05 μm 的蟹殼粉 10 克，配制 pH 為 8.0 的亞硫酸鈉緩沖溶液，用少量曲拉通作為表面活性劑，分別使用堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶等酶的組合酶作催化，控制恒溫搖床溫度為 50 ℃，轉速 300 r/min 的條件下水解 12 小時。研究不同酶及其組合對脫蛋白的影響。
2.3 微波輔助熱堿水解蛋白質
該法選用粒度 8.05 μm 的蟹殼粉，配置質量分數為 6 %的NaOH 溶液，在微波功率為 200 W 的 CEM 微波反應器中分別反應 10 min、20 min、30 min、40 min、50 min,反應溫度 90 ℃。研究在微波輔助的條件下反應時間對蝦殼粉脫蛋白的影響。
3 甲殼素及衍生物殼聚糖的主要應用機理
殼聚糖是甲殼素的衍生物，它可以促進植物增長，因其具有良好的成膜、廣譜等特性，并且能夠增強植物的抗逆性，所以被廣泛應用于農業。
3.1 甲殼素及殼聚糖能促進植物生長
甲殼素及殼聚糖通過提高植物根、莖、葉的生長速率，從而使得農作物的產量和品質得到很好的改善。殼聚糖針對植物的氮代謝具有獨特的調節功能這一特性，從而增加了低含量的蛋白作物提高儲存蛋白含量的作用。甲殼素及殼聚糖中豐富的 C 和 N 元素，使得當其被微生物分解利用后可以用它來作為植物生長的養分，這不僅使得土壤中的微生物體系得到了改善，還可以抑制放線菌等病原菌的生長，也可以加快有益微生物的生長。
3.2 殼聚糖具有良好的成膜性
如果把殼聚糖噴灑在水果蔬菜表面上，就可以形成一層薄膜，這層半透膜對二氧化碳的選擇通透性比較高，并可以有效的控制膜內二氧化碳與一氧化碳的濃度。這不僅減少了單寧的氧化，也能使多酚氧化酶的活性降低。
3.3 殼聚糖具有廣譜抗菌性
通過研究表明：殼聚糖具有良好的抗菌性。因殼聚糖分子上鏈有帶正電的取代基-NH3,而細菌的細胞通常帶負電荷，所以殼聚糖具有抗菌性。其主要作用方式有兩種：一方面，殼聚糖可以通過 NH3吸附在細菌細胞壁表面上，從而形成了一層高分子膜，進而改變了細菌細胞膜的滲透性，阻止營養物質的滲入，致使細胞發生質壁分離，殺死細菌；另一方面，殼聚糖也可進入細菌細胞內部，與細胞內帶負點的細胞質相結合，發生絮凝作用，殺死細菌。
4 甲殼素在食品工業中的應用
4.1 飲料澄清劑
甲殼素還可以應用在食品工業中?，F今，在果汁加工行業中，果汁澄清一般采用淀粉酶和果膠酶水解，結合助凝劑以及加"膨潤土"硅膠等過程來完成，這種操作方法較復雜且周期長，費用高，最重要的是不能從本質上解決果汁在貯藏過程中引起的變質。
但如果用甲殼素與殼聚糖作為飲料澄清劑就可以解決這些問題，由于果汁溶液多半呈弱酸性，且殼聚糖在稀酸溶液中帶正電荷，原果汁中含有大量帶負電荷的果膠和纖維素以及多聚戊糖等物質，而正負電荷間會形成靜電作用，當果汁中帶負電荷的懸浮物吸附在殼聚糖表面時，使得懸浮物小顆粒變成大顆粒，若超過溶液對它的承載浮力時，就會發生沉降，經過濾后即可得到澄清原果汁，因此甲殼素與殼聚糖可以用作澄清劑，從而本質上解決果汁在貯藏過程中引起的變質，并且有著廣闊的研究和應用前景。
4.2 可食用包裝膜
調查表明，聚合包裝膜在食品工業中普遍被使用，但因其含有不易被天然降解的材料，容易造成白色污染。然而甲殼素和殼聚糖具有較好的成膜性和生物降解性，當與多糖物質相結合后，會形成具有隔氧性和隔濕性的薄膜。比如日本人把甲殼素和殼聚糖加入到淀粉類物質的水溶液中，混勻制膜?？捎糜诎b固體，半固體或液體食品。結果表明，殼聚糖膜在食品包裝中可有效阻止食品氧化，阻斷抑制細菌生長，膜體透明，耐油，防水防潮，機械延展性高，柔韌性相對較好。
5 甲殼素及其衍生物的發展前景
甲殼素由于特殊的生理功能不斷被人們發覺，引發全球各界人士的重視。至今，國際上有關殼聚糖的學術會議差不多都召開了七屆。每年與殼聚糖有關的論文就要成千上萬篇，與此同時也有相當多的專利問世。據了解，在日本每三天差不多就會出現一份申請殼聚糖應用專利的報告，全球開發甲殼素的企業已經有上千家?，F如今，甲殼素的開發利用已成為世人矚目的新興產業。
比如在一些較為發達的國家會爭相投入大量資金進行開發與研究。然而日本政府對甲殼素的研究與開發頗有興趣，而今在基礎研究和應用開發方面取得相當大成就。目前，日本政府唯一批準的一種宣傳療效的機能性食品是甲殼素。
甲殼素是一種線型的高分子多糖，即天然的中性粘多糖，甲殼素化學活性上不活潑，不與體液發生變化，對組織不起異物反應，純甲殼素是一種無毒無味的白色或灰白色半透明的固體，在水、稀酸、稀堿以及一般的有機溶劑中難以溶解，因而限制了它的應用和發展，所以可溶性甲殼素的制備是當今的重要研究方向。
本實驗目的是突破現有提取工藝，設計一種新的制備可溶性甲殼素的工藝技術。利用本技術方法制備的甲殼素，不僅提取工藝簡單、甲殼素提取率高，而且提取的甲殼素純度高、亮度好。甲殼素的研究開發及其商業產品已出現了全球競爭趨勢，并將繼續保持穩定的高速發展。
殼聚糖因其具有獨特的電荷屬性，應用已普及了農業、化工、食品等眾多領域。隨著科技的迅速發展，人們對食品行業的安全問題相當重視。然而甲殼素，殼聚糖天然無毒，因此在食品工業中起著極其重要的角色。雖然我們國家對殼聚糖的制備和開發進行了一連串的研究，也得到了相應成果，但與發達國家比較，我們國家對甲殼素及其衍生物的開發還有一些距離，因此我國需要對其進行更全面，更廣泛，更深入的研究。以便更好地為我國食品行業服務。甲殼素擁有豐富的資源產量。獨特的生理保健功能且自身含有大量的可供修飾的基團，則甲殼素及其衍生物具有良好的發展及應用前景。
二十一世紀，甲殼素及其衍生物的研究應用的很廣泛，但因為甲殼素的提取因各種條件的限制，不能得到高產率，純度好的甲殼素。為了能提高甲殼素的產率和純度，我們在制備方法上做了一定的改進。
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