甲壳素[甲壳素（Chitin）于1811年由法国学者布拉克诺（Braconno）发现，1823年由欧吉尔从甲壳动物外壳中提取并命名。]基本介绍
植物[植物是生命的主要形态之一，并包含了如树木、灌木、藤类、青草、蕨类、地衣及绿藻等熟悉的生物。]中也发现低聚的甲壳素或壳聚糖[壳聚糖(chitosan)又称脱乙酰甲壳素，是由自然界广泛存在的几丁质(chitin)经过脱乙酰作用得到的，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖。]。在自然界[自然界指包括人类社会在内的整个客观世界;而环境指以人为中心的一切客观事物的总和。]生长、繁衍着的含有甲壳素的各种各样的生物，在其死亡腐烂后成为肥料的同时释放出甲壳素，甲壳素在自然界经受降解和脱乙酰[乙酰（英文：Acetyl），不是一种物质，是一个由甲基和羰基组成的酰基官能团，化学式为CH3-CO-或记为Ac-，不能独立存在。]基过程，产生不同分子量[分子量，组成分子的所有**的**量的总和，分子量的符号为Mr。]的甲壳素及不同分子量、不同脱乙酰度的壳聚糖。在广袤的田野、森林和大草原的土壤中，都有甲壳素和壳聚糖的存在；而在贫瘠的土壤和沙化的土壤中，则很少有甲壳素和壳聚糖的存在，这从一方面反映出甲壳素在自然界生态平衡中的重要性。
一、存在状态
甲壳类动物外壳的结构材料就是甲壳素，它既有生理作用，又能保护机体防止外来机械性冲击；同时，还具有吸收高能辐射的性能。在真菌的细胞壁中，甲壳素与其他多糖相连，在动物体内，则是与蛋白质结合成蛋白聚糖。
虾、蟹壳中的甲壳素与蛋白质是共价结合，是以蛋白聚糖的形式存在的，同时伴生着碳酸钙。甲壳素在蟹壳中呈纤维状互相交错或无规的网状结构，并平行于壳面分层生长，蛋白质以甲壳素为骨架，沿甲壳素层以片状生长；无机盐呈蜂窝状多孔的结晶结构，充填在甲壳素与蛋白质组成的层与层之间的空隙中。
甲壳素与蛋白质之间共价结合以蛋白聚糖的形式存在，1955年Hackman证明甲壳素和N-乙酰氨基葡萄糖[葡萄糖（Glucose）（化学式C6H12O6）是自然界分布最广且最为重要的一种单糖，它是一种多羟基醛。]（甲壳素的残糖基）能与α-氨基酸、肽和角蛋白反应，得到稳定的共价结合物，但这种结合物在某种pH条件下会分解。
二、甲壳素的结构
甲壳素，(C8H13O5N)n,又称甲壳质，几丁质[壳多糖(chitin)又称几丁质。]。
化学名称：聚N-乙酰葡萄糖胺。
甲壳素是自然界生物合成量仅次于纤维素的天然高分子，其分子结构是由2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄聚糖和2-氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄聚糖以β-1,4糖苷键连接而成的二元线型聚合物，是自然界唯一大量存在的碱性阳离子聚多糖。
三、甲壳素其衍生物[衍生物（derivative）指一种简单化合物中的氢**或**团被其他**或**团取代而衍生的较复杂的产物。]
壳聚糖是甲壳素最重要的衍生物，由甲壳素脱去乙酰基获得。甲壳素具有良好的生物相容性和生物可降解性，而与甲壳素大不同，壳聚糖的溶解性有较大的改善。
壳聚糖由于含大量氨基，羟基，乙酰氨基等活性基因，使壳聚糖具有良好的反应功能和显著的生理活性，已在生物医药、化工、食品、环境、农业等领域广泛应用。
四、甲壳素，壳聚糖的性质
1、基本性质
甲壳素是白色或灰白色无定形、半透明固体、分子量因原料不同而有数十万至数百万，不溶于水、稀酸、稀碱、浓碱、一般有机溶剂，可溶于浓的盐酸、硫酸、磷酸和无水甲酸，但同时主链发生降解。
甲壳素微纤维由一束沿分子长轴平行排列的甲壳素分子构成。微纤维束的横切面呈椭圆形，微纤维核心中的甲壳素分子常排列成三维的晶格结构。微纤维核心晶格结构之外的甲壳素分子大致上仍然处于平行排列的构象，但未形成完善的三维晶格，称为亚结晶相结构。
2、物理性质
壳聚糖是葡糖胺和N-乙酰葡萄糖胺的复合物，由于聚合程度的不同其分子量在50-1000kDa之间。壳聚糖的外观呈半晶体状态，晶体化程度与去乙酰化[乙酰化就是将有机化合物分子中的氮、氧、碳**上引入乙酰基CH3CO-的反应，最常见的是组蛋白乙酰化。]相关。50%去乙酰化时，其晶体化程度最低。
甲壳素和壳聚糖均具有非常复杂的螺旋结构，且甲壳素和壳聚糖的结构单元不是单糖，而是二胺。
3、化学性质
甲壳素和壳聚糖分子中含有-OH基，-NH2基，吡喃环等功能基，因此在一定条件下可发生生物降解，水解，烷基化等化学反应。
壳聚糖作为氨基多糖，其溶解性与PH值紧密相关。在酸性条件下，由于氨基质子化而溶于水，PH<5时，壳聚糖完全溶于水形成十分粘稠的液体，经碱化处理，可形凝胶而沉淀。壳聚糖分子链吡喃糖环C2上有氨基，C6有羧基，因此能在较温和的条件下发生化学反应，制备出具有新特性的衍生物。
4、其他物化性质
1)乙酰度
乙酰度是表征乙酰化与脱乙酰化部分之间的平衡程度。通过选择乙酰度可改变其溶解性，得到不同的物化性质。
2)分子量和分子量分布
壳聚糖分子量高低和其分散程度的大小，对材料的物理机械性能如成膜性，成纤性与强度及对生理活性的影响都至关重要。测定分子量方法有粘度法，光散射法和凝胶色谱法。其中，粘度法测出的分子量是特定脱乙酰度的分子量。
3)结晶度
天然态的甲壳素以α和β晶型存在。α-甲壳素具有紧密的组成。大多数结晶的多晶区是逆平行链状排列，成片层状结构。它的重复距离为0.96nm。β-甲壳素的多晶型是平行链状排列。不同的晶型，具有不同的功能。α-甲壳素通常与矿物质沉淀在一起，形成坚硬的外壳。β-甲壳素与胶原蛋白相联结，表现出一定的硬度、柔韧性和流动性。
壳聚糖的来源不同，乙酰度高低不同，结晶度几乎都在30%-35%之间。
五、化学改性
1、酰化改性
甲壳素和壳聚糖通过与酰氯，酸酐反应，在大分子链子导入不同分子量的脂肪族或芳香族酰基。这称为酰化反应。
酰化反应产物的生成与反应溶剂，酰基结构，催化剂种类和反应温度有关。
酰化甲壳素及其衍生物使用其结构中的酰基破坏甲壳素及其衍生物的氢键，从而改变它们晶态结构，提高甲壳素材料的溶解性。
2、烷基化改性
烷基化反应可以在甲壳素的羟基上，也可以在壳聚糖的氨基上及进行。一般是甲壳素碱与卤代烃或硫酸酯反应生成烷基化产物。用不用碳链长度的卤代烷对壳聚糖进行改性，而且反应中反应时间，反应温度，介质，碱的用量和改性剂的用量直接影响改性产物的理化性质。其改性可制备乙基壳聚糖（E-CTS），丁基壳聚糖（B-CTS）,辛基壳聚糖（O-CTS）和十六烷基壳聚糖（C-CTS）。
3、醚化改性
以类似纤维素改性的方法完成。碱性甲壳素与醚化试剂反应，得到烷羟基甲壳素和羧羟基甲壳素，称为醚化反应。
甲壳素的醚化改性还包括壳聚糖与丙烯腈进行的加成反应。低温时，反应发生在壳聚糖的羟基上；当反应温度达到70°C时，壳聚糖的一部分氨基与参与反应。
4、酯化反应有硫酸酯化和磷酸酯化。
用含氧无机酸作酯化剂，使甲壳素或壳聚糖中羟基形成有机酯类衍生物。硫酸酯化甲壳素或壳聚糖的结构与肝素相仿，抗凝血性高于肝素，且无副作用，还可制**工透析膜。磷酸酯化甲壳素反应一般是在甲磺酸中与甲壳素或壳聚糖反应。各种取代度的磷酸酯化物都是易溶于水，高度取代的壳聚糖磷酸酯化物溶于水，而低取代的不溶于水。甲壳素抗逆性基本原理
甲壳素使用后，病虫害明显少了，植株生长健壮，对不良环境的适用性明显增强，抗寒、抗旱、抗涝、抗病虫、抗药害、抗肥害、抗低温弱光等，甲壳素使用次数越多，使用时间越长，这种作用表现越突出。
植物作为活的生命体，与高级动物一样，对环境有相当强的适应力，当环境发生变化不利于其生长时，其自身会产生多种化学物质，从而起到保护自己，抵抗逆境（如盐碱、热、寒、旱、涝、风、雹、病虫、药害、肥害、低温弱光、污染等）造成的影响。植物这种抗性[抵抗能力，植物的抗性是指植物具有的抵抗不利环境的某些性状；如抗寒，抗旱，抗盐，抗病虫害等。]是可以诱导的，对于一个健康生长的植株而言，只要病菌不达到一定临界量，并不会引起严重的疾病。简单地讲，甲壳素就是一种非常好的诱导抗性物质。
植物病害笼统地分为真菌、细菌、病毒和线虫病害。真菌和线虫的细胞壁均含有甲壳素（几丁质）这种成分，当真菌和线虫攻击植物的时候，植物为抵御进攻，能够分泌出一种甲壳素（几丁质）酶来分解真菌和线虫的细胞壁。如果提前和经常使用甲壳素肥料，植物会误以为致病菌来了，这样就可以诱导植物自身产生多种抗性物质（苯丙氨酸解氨酶（PAL）、超氧物歧化酶（SOD）、过**物酶（PO）、多酚**酶（PPO），植保素等，病程相关蛋白如几丁质酶和β-1，3-葡聚糖酶等），从而激活植物的抗病基因，使植物产生系统抗性，这些抗体可以长时间保持在较高水平。如果植物的抗病基因激活的早，植物已经做好了抵抗致病菌的准备，这样当致病菌（真菌、细菌、病毒、线虫等）再来侵染时，植物就不会得病。某些昆虫，例如蚜虫、白粉虱等的刺吸式口器含有几丁质（甲壳素）成分，当其吸取植物汁液时，大量的几丁质酶可以将其口器分解掉，所以使用过甲壳素肥料的作物[作物，拼音是zùo wù，指油料作物、粮食作物、经济作物等。]蚜虫和白粉虱等很少光顾，有很好的趋避作用。甲壳素肥料形象地称为“植物疫苗”，主要指甲壳素的诱导抗性作用，就像给植物打上了疫苗，可以少生病、不生病。作为诱抗效果，作物生长前期要好于后期，连续要比间断好，所以从这个道理上讲甲壳素肥料要提早使用，连续使用，仅从防病这一点讲，应当作为一种常规措施来使用。
另外，甲壳素有很好的促进伤口愈合的功能，利用甲壳素促进伤口愈合这个功能，现在的比较高级的疮可贴里面都添加了甲壳素，在农业上嫁接、整枝、打杈、苗木移栽、定植等这些农事活动造成的伤口是病菌浸染的一个重要渠道，通过使用甲壳素可以加快伤口愈合，就减少了致病的机会，所以发病率就大大降低了，发病也轻了。
同时，几丁质酶等抗性酶可活化植物细胞，启动植物的免疫系统，极大增强植物对外界不良环境的抗御能力，所以可以抗寒、抗旱、抗涝、抗病虫、抗药害、抗肥害、抗低温弱光等。甲壳素、几丁质、壳聚糖的区别
甲壳素：又称甲壳多糖、几丁质。甲壳动物（虾、蟹）等的骨骼和菌类（地衣）等的细胞膜的重要成分。白色半透明固体。不溶于水、乙醇和乙醚。是由N-乙酰α-氨基-D-葡萄糖胺以β(1→4)糖苷键连结而成的含氮多糖。溶于浓无机酸和无水甲酸。在浓酸或浓碱中发生水解而成α-氨基葡萄糖。可用于纺织品的防皱和防缩处理；直接染料或硫化染料的固色；涂料印花的固着；木材的胶合以及防雨篷布的上浆等。也可用作制人造纤维和塑料等的原料。由含有甲壳质的物质如虾壳、蟹壳等提取制得。
壳聚糖是甲壳素的脱乙酰化产物，又称可溶甲壳素、壳多糖、甲壳胺，是一种天然生物高分子聚合物，白色结品性扮末。有很强的吸湿性，仅次于甘油，高于聚乙二醇、山梨醇。在吸湿过程中，分子中的羟基、胺基等极性基团与水分子作用而水合，分子链逐渐膨胀，随着pH值的变化，分子够从球状胶束变成线状。具有很好成膜性、透气性和生物相容性。无毒，且可生物降解。
甲壳素（几丁聚糖）俗称壳聚糖、几丁质，也称壳胺糖或救多善，学名为几丁聚糖（chitosan）。广泛存在于蟹、虾等甲壳动物的外壳及各种昆虫的表皮和贝类等软体动物的骨骼、外壳中，以及蘑菇和灵芝等的细胞壁中，是自然界中唯一带正电荷的动物性膳食纤维素。
甲壳素的用途广泛，除工业、农业、轻纺、环境保护、化妆品、保健品等领域。
一、甲壳素的特点
１、甲壳素是目前唯一天然的含有正电荷阳离子基团的可食性动物纤维；
２、甲壳素是糖类中唯一的碱性多糖；
３、甲壳素保健食品是日本**批准的唯一允许宣传疗效的机能性保健食品；
４、甲壳素资源是自然界里含氮量最高的天然资源；
二、甲壳素结构式：
1、如将乙酰基去掉，即为壳聚糖分子式。如再把-NHˉ换成OH,则实线内的结构即为葡萄糖分子式；
2、甲壳素结构式中的n，代表1～2,000个分子。壳聚糖结构式中的n，代表1～2,000分子；
葡萄糖结构式中的n，代表1～1,000个分子。如n数为350～1,000时叫植物性纤维素。亦然，甲壳素叫动物性纤维素。
3、甲壳素或壳聚糖的结构单元，分别二个分子的甲壳素分子或二个壳聚糖的分子；
4、甲壳素链上脱去乙酰基的多少用脱乙酰度%表示；
5、甲壳素分子式：C8H13NO5;壳聚糖分子式：C6H11O4N。
三、甲壳素生产工艺
1、原料。虾或蟹壳，用水洗净。如短期内不加工需要贮藏时，必须洗净晒干后贮藏；
2、浸酸。将净壳浸于6％～8％的稀盐酸内(壳与稀盐酸的比例为1：1.5)拌匀，壳不得露出。经过28～48小时，气泡不再产生时，壳软化，说明碳酸钙已全部溶解。用清水反复清洗(以除去壳内杂质)当pH试纸测定的洗水呈中性时，表明清洗完成；
3、浸碱煮。将酸处理后的软壳放人锅内加入清水和8％～10％的氢**钠，煮沸约1.5小时，使蛋白质、脂肪完全溶解，然后用水洗，直到洗水呈中性；
4、**脱色。将上述酸碱处理的壳，加水并加入适量高锰酸钾溶液，除去色素，然后用水洗净；
5、晒干。将脱色后的虾壳或蟹壳，压去水分，摊开晒干。即成不溶性甲壳素；
6、脱乙酰基。将不溶性甲壳素置于夹层锅内，加入40％烧碱溶液，拌匀，在60～65℃温度下保持24小时，并定时搅拌。当壳在1％冰醋酸溶解中能溶解时，说明脱乙酰基已完成。取出用水洗呈中性，晒干后，得可溶性甲壳素(或称壳聚糖)。
四、甲壳素和壳聚糖的性质
甲壳素的性质：白色或灰白色，半透明片状固体，不溶于水、稀酸、稀碱和一般有机溶剂，可溶于浓无机酸。
壳聚糖的性质：白色或灰白色，略有珍珠光泽，半透明片状固体，不溶于水或碱液，可溶于大多数稀酸。
五、壳聚糖与人工制备壳寡糖的区别
1、壳聚糖溶解于胃酸,在胃酸中能自然分解为寡糖被人体吸收.分子量在10000左右的聚糖总吸收率为98.23%；
2、人工制备的寡糖纯度较低,一般在30%以下;分子量在3000以下,吸收能力较强,但因为分子量小,吸附能力较弱；
3、人工制备的寡糖是将聚糖通过降解酶(如硫酸镁)和生物激素的降解制备而成的,在寡糖中残留有降解酶和生物激素,而降解酶和生物激素对身体有害无益；