孙晓婷，郭　亚

(青岛大学纺织学院，山东青岛 266071)



壳聚糖的应用及发展

孙晓婷，郭亚

(青岛大学纺织学院，山东青岛 266071)

摘要：壳聚糖作为一种来源丰富的天然碱性多糖，具有多种优良特性，用途广泛。阐述了壳聚糖在纺织、医学、食品、化妆品等领域中的应用。

关键词：壳聚糖纺织医学食品化妆品应用

壳聚糖是甲壳素脱乙酰基得到的产物，化学名称是β-(1,4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，广泛存在于甲壳类动物、真菌、植物等的细胞壁中。在常温下为白色半透明、略带有珍珠光泽的固体，不溶于水、碱液以及强酸，但可溶于稀盐酸和多数有机酸中，具有良好的吸附性、吸湿性、成膜性、通透性以及较好的生物相容、生物降解等特性，是一种无毒无害、无二次污染的环保材料，广泛应用于纺织、医学、食品、化妆品等领域。20世纪70年代以来，人们对壳聚糖的研究有了很大的进步，已被作为“人体第六生命要素”进行深入研究和开发。

1在纺织中的应用

壳聚糖具有很多天然性能，如吸湿透气性、吸附性、抗静电性、抗菌性等，人们发现可利用壳聚糖的这些优良特性来改善织物的染色、防皱、抗菌等性能。而且使用壳聚糖处理后的纺织品手感柔软、无刺激，具有较高的保湿性和保温性。

1.1织物上浆剂

壳聚糖不溶于水或碱性溶液，但可在酸性溶液中膨化为粘稠液体，并可在织物表面形成一层不溶于水的薄膜，能使坯布具有挺括的外观，从而提高面料的坚牢度，可用作织物的上浆剂。

将一定质量分数的壳聚糖溶液加入到醋酸铝与硬脂酸钠的水溶液中配成上浆剂，对织物上浆制成防雨布，可提高织物的防渗透性。加入壳聚糖后, 壳聚糖大分子能渗入到纤维内部, 干燥后形成一层耐摩擦的坚牢、均匀的薄膜，将硬脂酸铝包住，不易剥离，同时还可使防雨布具有较好的强力和光泽。

1.2印染助剂

壳聚糖分子中含有大量的-NH2与-OH等基团，可以溶入到纤维内部，以氢键或共价结合纤维中的活性基团，与纤维具有较好的亲和性。同时，由于壳聚糖为聚阳离子含氮型聚合物，可与多类纺织用染料发生反应。而且，壳聚糖作为固色剂无甲醛、固色效果好，被认为是阴离子型染料的理想固色剂。

用壳聚糖处理棉、羊毛、丝绸织物的研究表明，壳聚糖对活性染料、酸性染料、直接染料的染色具有明显的增深效果。当壳聚糖浓度为0.2%～0.4%时，上染率较高，而且浸轧液可重复多次使用，极大地降低了生产成本[1]。

1.3织物功能整理

以壳聚糖为主要成分的织物整理剂，多用于深色织物的整理，既能保证织物强度，又可赋予织物耐水洗、耐摩擦、抗静电等性能，减轻织物褶皱，提高坚牢度，并使其滑爽光洁、挺括。

壳聚糖与柠檬酸同浴整理棉织物，可明显改善织物的抗皱性能，当壳聚糖浓度仅为0.5%时，织物的折皱回复性以及白度指标都较好[2]；由于壳聚糖大分子具有大量亲水性的氨基和羟基，即使在低相对湿度下也有很高的回潮率，因此，可用其处理涤纶织物，通过两者交联可形成一层不溶性的导电涂覆层，使织物具有抗静电能力，改善涤纶织物的穿着舒适性[3]。

1.4处理印染废水

纺织工业会产生大量废水，通常含有多种染料、表面活性剂以及金属离子等有毒物质，造成环境污染，危害人体健康。壳聚糖作为一种天然有机高分子絮凝剂，具有独特的分子结构, 对分散性、酸性、还原性等多种染料具有极高的亲和力，并可螯合重金属离子。同时原料来源广泛，易于生物降解，与其他絮凝剂相比，达到相同处理效果时用量少、费用低，在水处理方面已显示良好的应用前景。

实验结果表明，使用壳聚糖作为吸附剂处理印染废水时，最佳用量为10mg/L～12mg/L ，pH值为5.7～6.5，印染废水的化学耗氧量(CODcr)去除率为72.6%，脱色率可达90%。其处理印染废水的能力胜过聚丙烯酰胺类吸附剂，处理后的废水接近于清洁水[4]。

2在医药卫生中的应用

由于壳聚糖具有与人体良好的生物相溶性和生物可降解性，其降解产物可被人体吸收，在体内不蓄积，无免疫原性，在医药卫生方面有着广泛的应用。

2.1可吸收手术缝合线

当前的外科吸收缝合线品种十分有限，而且它们无法满足在酸、烷基锂和酶等环境中的使用要求，由于壳聚糖对多种生物条件具有较好的抵抗力，纤维线性柔软便于打结，无毒性，强度能满足手术操作的需要，并可促进伤口愈合， 是一种理想的可吸收性手术缝合线。

将壳聚糖制备的手术缝合线，对小白鼠的伤口进行缝合实验，通过组织切片、扫描电镜等观察结果表明，在小白鼠机体内对壳聚糖手术缝合线的吸收优于普通羊肠线，在小白鼠体内不会产生免疫反应、炎症反应和病理变化，可使伤口愈合速度提高75%[5]。

壳聚糖手术缝合线经临床应用效果良好，未出现过敏、炎症等反应，并具有抑菌、促进伤口愈合等优点。将壳聚糖与其他高分子功能材料进行混合使用，并进一步研究壳聚糖手术缝合线在伤口愈合过程中强度和降解速度的变化情况，匹配伤口的愈合速率，具有广阔的发展前景。

2.2医用敷料

壳聚糖具有较好的抑菌性、生物相容性、表面活性，止血、促伤口愈合效果明显，并可生物降解。壳聚糖制成的医用敷料，能够有效控制皮肤表层水蒸气的透过速率，以及伤口分泌物的排出，给病人冷爽之感以减轻其伤口疼痛,并可抵抗细菌的侵入；壳聚糖纤维具有极好的氧气通透性，并可通过体内酶自然降解，降解时产生的N-乙酰葡糖胺，极大地加快了伤口愈合速度。

根据不同组织部位对医用敷料的要求不同，壳聚糖敷料可以制成多种不同的形状，如纤维状、海绵状、薄膜状、水凝胶状等，也可以与海藻酸盐、透明质酸、胶原、明胶、聚乙烯醇、聚环氧乙烷等其它高分子聚合物材料进行共混、接枝、共聚等引入其它大分子链或向其敷料中添加特定药物以改进壳聚糖敷料的性能，满足医用要求。

壳聚糖及其衍生物在伤口治疗方面具有显著的效果，是一种优异的医用敷料及组织工程材料，但由于壳聚糖的可纺性不佳、力学强度比较差等缺点，在生物医学应用方面还存在一些不足，限制了纯壳聚糖纤维在医用领域的发展。因此，如何对壳聚糖进行改性、与其它材料进行复合以及加强载药体系的开发，是今后壳聚糖医用敷料的研究热点

2.3医用微胶囊

甲壳素脱去乙酰基得到壳聚糖，其溶解性能得到改善，同时可借助壳聚糖的聚阳离子特性，制备出医用微胶囊半透膜，可以控制细胞内营养物质、代谢产物、抗体蛋白和激素等活性物质的进出，延缓药物释放速度、降低药物的毒副作用，也容易进行产物的分离与回收，延长细胞存活时间。

研究表明，微胶囊的强度和药物释放速率会受壳聚糖相对分子质量、溶液pH值、药物种类等因素的影响。低分子量壳聚糖制备的微胶囊强度要高于高分子量壳聚糖；此外，相同条件下制备的微胶囊在不同pH值的溶液中对血清蛋白的控释性不同，血清蛋白的释放速度会随着pH值的降低而减慢[6]。

随着多肽和蛋白类药物的发展，如何利用壳聚糖制备微胶囊以增加多肽、蛋白类药物的稳定性，减轻药物对人体产生的毒副作用，延长药物疗效，成为此领域的新兴热点。目前虽有较大进展，但很多尚处于研究阶段，仍需不断探索和临床试验。

2.4人工皮肤

医学研究表明，用壳聚糖超细纤维制备的人工皮肤，医疗效果显著。首先用血清蛋白对壳聚糖超细纤维进行预处理，以提高纤维的吸附性，并以水为分散剂、聚乙烯醇为粘合剂，制成无纺布，高温灭菌后即可备用。该无纺布具有止血镇痛、促进伤口愈合的功能，不会使伤口发生粘连。由于该种无纺布密着性好，可有效促进表皮细胞繁殖，用其作为基体培养表皮细胞，将其贴于伤口表面，待壳聚糖纤维分解后，就会形成完整的真皮层，避免疤痕的产生，并在整形外科手术中获得了一致好评。

3在食品中的应用

3.1抗菌剂

目前，对于壳聚糖的抗菌机理，主要存在三种推测：一是壳聚糖大分子链带正电，可吸附细菌表面的负电荷，影响细菌的正常活动，使其发生絮凝，起到抗菌作用；二是低分子量的壳聚糖可以穿透细菌的细胞壁和细胞膜进入到其细胞内，破坏其体内DNA与RNA的相互转化，阻碍细菌的繁殖；三是壳聚糖表面的氨基可以螯合对细菌生长起关键作用的酶及金属离子等物质，抑制细菌对微量元素的摄取以及与营养物质的结合，阻碍其生长[7]。

肉类食品中由于含有不饱和脂肪类化合物易被氧化而使其腐败变质从而缩短肉制品的贮存寿命和破坏肉制品的风味。将壳聚糖用于生猪肉末的保鲜，发现浓度为0.5%左右的壳聚糖既可全面抑制猪肉中微生物的繁殖，可有效延长猪肉的保质期[8]。

3.2果蔬保鲜剂

由于壳聚糖具有一定的通透性， 又兼有一定的生物学性能， 是很好的成膜材料。在果蔬的表层涂膜一层经过处理后的壳聚糖溶液，风干后形成薄膜，可降低果蔬的呼吸作用，延缓了成熟速度，减少果蔬水分的蒸发，保持果蔬原有的风味。因此，壳聚糖用作果蔬的保鲜剂已受到很多人的青睐。

研究表明，采用壳聚糖溶液作为保鲜剂对莲藕进行涂膜处理，通过不同浓度的壳聚糖对莲藕保鲜效果的影响得出，1.5%的壳聚糖可显著降低可溶性糖含量[9]；采用0.75%的壳聚糖涂膜雷竹笋，能有效降低雷竹笋的腐烂率，降低其呼吸速率，抑制其纤维素含量的增加[10]。

3.3果汁澄清剂

壳聚糖是氨基葡萄糖的直链多聚糖，自然界唯一的碱性多糖,大分子链上的氨基阳离子可吸附果汁中悬浮的带负电的胶体粒子使之絮凝沉淀，从而起到澄清作用，澄清效果会受到壳聚糖添加量、溶液pH值、澄清温度及时间等因素的影响。壳聚糖添加量过高或过低均不利于果汁的澄清，当用量较低时，果汁中的胶体物质沉淀不充分，澄清效果不明显；而当其用量过高时，会使已形成的沉淀物重新变成稳定的胶体，导致果汁浑浊，透光率下降，达不到理想的澄清效果。

实验结果表明，在50℃温度下，壳聚糖添加量为0.4g/L，澄清时间为180min时，对苹果汁的澄清效果较好[11]；在对龙眼果汁的澄清研究中，使用0.04 g/L的壳聚糖，溶液pH 值为3.0-4.0，温度控制在45℃～60℃时，果汁透光率可达96%以上， 且不会损失果汁中的营养成分[12]。

3.4保健食品添加剂

壳聚糖作为保健食品添加剂，进入人体后，可被肠道中的溶菌酶、脱乙酰酶、壳聚糖酶等分解为低聚糖，起到保健、减肥、抗癌等作用。据报道，当壳聚糖被分解为六个葡萄糖胺时，生理活性最好，可显著增强人体免疫力，排出多余的胆固醇，起到降血糖、降血压等作用。健康成年人平均每天摄入3g～6g的壳聚糖，两周后血液中胆固醇水平即可下降11mg/L。一般认为低分子量的壳聚糖，其降低胆固醇的作用比高分子量的壳聚糖要好[13]。

壳聚糖可与果胶、卡拉胶等酸性多糖生成络合盐，在体内还可与脂肪类物质结合，不易被消化系统吸收，制成高质量、低热量的减肥保健食品，低分子量的壳聚糖还能加快肠道内有益菌繁殖，改善肠道微生态环境，从而达到减肥的目的。将100位肥胖人分成两组均进食低热量食物，进行双盲试验来评价壳聚糖的减肥功效，调查结果显示，未服用壳聚糖组成员平均体重下降3kg，服用壳聚糖组成员平均体重可降低6kg[14]。

4在化妆品中的应用

壳聚糖具有良好的保湿性、易成膜性、抗静电性，能够增加增强皮肤对化妆品中有效成分的吸收、加速表皮细胞的代谢和再生，对皮肤无毒、无刺激，可防止皮肤表面出现干裂、粗糙及老化等现象，在日化用品中已得到广泛应用。

4.1护发用品

壳聚糖在酸性条件下为带正电荷的聚阳电解质，使其具有抑制静电荷集聚和中和负电荷的作用，对洗发剂等乳胶具有保护作用，并可防止脱发[15]。同时，壳聚糖能在毛发表面形成一层有润滑作用的覆盖膜，对头发具有良好的亲和性，并可持久保持发型，且不易沾灰尘，是理想的固发添加剂[16]。研究表明，壳聚糖膜的性能受其分子量影响较大，高分子量的壳聚糖膜表面较光滑，透光性较好，但透气性较差，难于被生物降解；而低分子量的壳聚糖膜表面较粗糙，透气性较好，易于被生物降解，但透光性较差[17]。

向固发剂中加入质量分数为0.05 %～2.0 %的壳聚糖，即能起到很好的固发效果，还可与染色剂混合使用，同时起到固发和染发作用，使发丝光泽柔和，发型持久[18]；将壳聚糖与聚氧乙烯反应生成的醚化物，添加入护发品中，既能锁住发丝水分，又能改善头发光泽[19]；将壳聚糖、环氧丙醇、甘油按比例加入洗发液中，能提高发丝的湿梳理性能，柔顺性较好[20]。同时，壳聚糖在反应过程中不会产生任何有毒单体，不会损伤发质，安全性较好。

4.2护肤用品

研究证明，皮下水分散失是人体皮肤衰老的重要原因，因此，保湿剂就成为化妆品中不可缺少的重要成分。由于壳聚糖具有优良的保湿性和润湿性，将其与橄榄油、乙二醇、甘油等成分混合，可渗透进入皮肤毛囊孔，抑制黑色素的形成，消除由于微生物积累而引起的色素、色斑等，兼具美白、保湿的功效。加入壳聚糖的化妆品还具有成膜性，可以锁住皮肤角质层的水分，使皮肤光滑、细腻且富有弹性。

在膏霜类化妆品中适量加入壳聚糖可增加人体对细菌、真菌的免疫力，消除由于微生物侵害而引起的皮炎、粉刺，并可螯合多种金属离子形成络合物，将其封锁，修复紫外线和激光对皮肤的损伤，减轻皮肤干燥症状[21]。有研究表明，低分子量壳聚糖保湿性能与透明质酸比较接近，并且原料来源广泛，制备工艺简单，生产成本远远低于透明质酸，且壳聚糖具有透明质酸不具有的抑菌活性[22]。

壳聚糖纤维制备面膜也是一个新的美容产品的发展方向。由于这种多糖类物质纤维具有良好的亲水性、亲蛋白性，对皮肤无过敏、无刺激、无毒性反应，且制成的面膜材料与皮肤接触柔和，有良好的吸附精华液的能力，保湿持久，美容效果显著。将低聚壳聚糖用于化妆品将成为化妆品行业的一个新趋势，其优异的保湿性能、低刺激性及优良的配伍性将使其具有广阔的应用前景。

4.3其他洗涤用品

在肥皂中加入少量壳聚糖，既可对皮肤起到很好的滋润效果；在牙膏中加入适量壳聚糖，有助于预防龋齿和牙周溃疡，减轻口臭，同时有抗菌消炎的作用，成为口腔卫生的佳品[23]。

5展望

壳聚糖作为一种性能优良的生物高分子材料，其资源丰富、可再生，完全符合“可持续发展”的要求，加强对壳聚糖及其衍生物产品的研究开发，不仅可以充分利用海洋资源，同时对保护自然环境起到积极作用。虽然，壳聚糖及其衍生物的产品开发已成为研究热点，但目前产业化程度较低。如何将大量的科研成果实现产业化，使其更好地服务于人们的生活，为我国的经济发展作出新的贡献，是亟待解决的关键问题。

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Properties and Application of Jute Fiber

SUNXiao-ting,GUOYa

(College of Textile & Clothing, Qingdao University, Qingdao 266071)

Abstract:Jute fiber was a natural fiber with excellent performance, high output and low price. The basic structures, properties and several commonly used modified processing methods of jute fiber were introduced and the existing problems and application prospect of jute fiber in apparel, home textiles and industrial textiles were proposed.

Key words:jute fiberpropertiesapplicationmodification processing

中图分类号：TS102

文献标识码：A

文章编号：1008-5580(2016)02-0165-05

收稿日期：2015-10-25

第一作者：孙晓婷(1990-)，女，硕士研究生，研究方向：纺织材料与纺织品设计。