殼聚糖膜材料的研究進(jìn)展

張毅 唐春紅（重慶工商大學(xué)綠色食品研究所，重慶 400067）

殼聚糖膜材料的研究進(jìn)展

張毅 唐春紅（重慶工商大學(xué)綠色食品研究所，重慶 400067）

介紹了殼聚糖膜的成膜機(jī)理，以殼聚糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)為基礎(chǔ)，總結(jié)了殼聚糖膜的制備方法。目前常用的殼聚糖膜制備方法主要是相轉(zhuǎn)化法和溶出法。用以下幾種指標(biāo)來表征殼聚糖膜的性能，包括機(jī)械性能、薄膜的透濕系數(shù)、透氣系數(shù)、潤(rùn)濕性等因素。為殼聚糖膜的發(fā)展指明了一定的方向。

膜分離；殼聚糖；分離膜材料

殼聚糖是甲殼素進(jìn)行脫乙酰化形成的產(chǎn)物，廣泛存在于蝦、蟹和昆蟲的外殼及藻類、菌類的細(xì)胞壁之中，是年產(chǎn)量?jī)H次于纖維素的第二大天然高分子，所以在自然界中的儲(chǔ)量非常豐富。因?yàn)榭蓮墓まr(nóng)業(yè)廢棄物中提取得到，這在廢棄物資源化利用方面，符合國(guó)家倡導(dǎo)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)精神。又因其無毒、無污染，并可生物降解，在紡織、印染、涂料、塑料、化妝品、食品、飼料、醫(yī)藥、造紙、生物工程、污水處理等領(lǐng)域得到了廣泛的研究與應(yīng)用,所以其應(yīng)用前景十分廣闊。

1 殼聚糖

殼聚糖的提取方法主要有蝦蟹殼提取法、微生物提取法、昆蟲提取法和植物提取法等。

蝦蟹甲殼的提取法目前包括兩種方式：在高溫下高濃度堿脫乙酰和甲殼素酶法脫乙酰制備殼聚糖。微生物提取法目前可以分為微波法、酸堿法和堿提取三種。比較幾種真菌的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)，黑曲霉最為理想。植物提取一般從桑白皮中進(jìn)行提取，楊迺嘉等首次報(bào)道了一種從桑白皮[4]中分離殼聚糖的簡(jiǎn)便方法。

2 殼聚糖膜

甲殼素/殼聚糖資源豐富，制造工藝簡(jiǎn)單，易于成膜。甲殼素/殼聚糖分子內(nèi)含有反應(yīng)活性強(qiáng)的羥基、氨基，易進(jìn)行化學(xué)修飾(如酰基化、硫酸酯化、羥乙基化、羧甲基化等)，制得不同用途的甲殼素衍生物膜。尤其滲透蒸發(fā)膜和超濾膜是較新型的膜，廣泛應(yīng)用于工業(yè)用水、食品衛(wèi)生、石油化工以及環(huán)境保護(hù)等方面。

2.1 殼聚糖膜的性能

2.1.1 機(jī)械性能

殼聚糖膜的機(jī)械性受到殼聚糖濃度的一定影響。在55℃的成膜溫度條件下,薄膜的抗張強(qiáng)度隨殼聚糖濃度的增加而相應(yīng)增加。因?yàn)橛绊懤煨阅艿挠嘘P(guān)因素是聚合物的結(jié)構(gòu)，平均分子量和聚合物的分子排列。當(dāng)殼聚糖濃度太大時(shí)，不容易脫氣，因?yàn)槌赡ひ狠^粘稠，在制膜時(shí)易形成氣泡，使膜不平整。

2.1.2 薄膜的透濕系數(shù)

殼聚糖膜具有較高的透濕性能，這是因?yàn)闅ぞ厶潜∧な怯捎H水性性高分子材料制成的，本身容易吸水，再加上是用流延法的工藝制成的，它的分子排列屬于“無取向”，而屬于“無取向”和“取向”之間的薄膜是用吹塑法工藝制成。

2.1.3 薄膜的透氣系數(shù)

殼聚糖薄膜的透氣系數(shù)與甘油濃度成正相關(guān)。透氣系數(shù)的值越大，表示氣體對(duì)薄膜的透過也越容易。當(dāng)甘油濃度增加時(shí)，殼聚糖膜的透氣系數(shù)也相應(yīng)增加，因?yàn)楦视妥鳛樵鏊軇尤氲礁叻肿又虚g，降低了高分子間的相互作用力。

2.2 殼聚糖做反滲透膜

這種膜都是矩陣規(guī)則排列的聚合物,與水分子形成氫鍵能力強(qiáng),當(dāng)鹽水接觸膜表面時(shí),由于甲殼素是剛性的難溶物質(zhì),不易制膜,而用它的可溶性衍生物殼聚糖制膜比較容易。吸附動(dòng)力學(xué)模型可以在兩個(gè)主要的類分離：反應(yīng)基模型和基于擴(kuò)散模型。前者的人承擔(dān)的形成吸附劑和吸附之間的化學(xué)鍵（例如螯合作用）。在這項(xiàng)工作中殼聚糖做滲透汽化膜和蒸發(fā)滲透膜。

2.2.1.復(fù)合膜

殼聚糖可在聚砜多孔膜、聚丙稀腈多孔膜上制各復(fù)合膜，可以顯著提高復(fù)合膜的滲透性。隨著復(fù)合技術(shù)的發(fā)展，可得到分離因子更大的膜。

2.2.2 反滲透膜

使用醋酸纖維素膜等其他膜材料普遍不能對(duì)堿土金屬鹽的脫除能力比對(duì)堿金屬鹽高的要求，而殼聚糖反滲透膜恰恰能夠做到。而且醋酸纖維素膜不耐堿耐酸，易滋生細(xì)菌，但殼聚糖能耐堿，交聯(lián)后的膜還具有耐酸性，在水中長(zhǎng)期浸泡，強(qiáng)度下降也不大，也不易繁殖細(xì)菌，有利于長(zhǎng)期使用

[1]許秀真.環(huán)保新型材料-殼聚糖多糖膜的研究進(jìn)展[J].廣州化工,2008,36(3):70-72.

[2]彭益強(qiáng),徐錦海,高超,李靜麗,賀淹才.從幾種真菌中提取幾丁質(zhì)和殼聚糖的研究,福建化工,2000.

[3]黃惠莉,林文鑾.黑曲霉菌體制備殼聚糖.化學(xué)研究與應(yīng)用,2004,16(4):575-579.

[4]楊迺嘉,鄭顯明;桑白皮中殼聚糖的分離與鑒定,天然產(chǎn)物研究與開發(fā),1999,11(5):38-40.

[5]汪錳,王湛,李政雄.膜材料及其制備.北京化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

[6]ZENG Xianfeng,RUCKENSTEIN E.Control of pore sizes in macroporous chitosan and chitin membranes[J].Ind Eng Chem Res,1996,35(11):4169-4167.

[7]ZENG Xianfeng,RUCKENSTEIN E.Cross-linked macropo?rous chitosan anion-exchange membranes for protein separations[J]. JMembr Sci,1998,148(2):195-205.

張毅（1988-）,男,重慶萬州人,碩士研究生,研究方向：餐廚垃圾資源化利用。

唐春紅，女，教授，從事植物資源綜合利用開發(fā)研究。