甲壳素的来源与分布
来源：大连中科壳寡糖研究中心 时间：2016-04-23
自19世纪法国科学家发现甲壳素以来，人类研究甲壳素的历史已有近200年。甲壳素是由N-乙酰-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖以β-1，4糖苷键连接而成的多糖，在浓碱或酶的作用下，脱去N上的乙酰基，成为壳聚糖。这就是说，壳聚糖是甲壳素的脱乙酰基产物。一般而言，乙酰基脱去55%以上就可称之为壳聚糖，而有实用价值的壳聚糖，脱乙酰度必须在70%以上。这种脱乙酰度的壳聚糖能溶于1%的乙酸或1%的盐酸，而甲壳素则不能。
甲壳素是地球上存在的仅次于纤维素的第二大量的天然有机化合物，广泛存在于低等动物的甲壳以及某些真菌和植物的细胞壁中。估计自然界每年生物合成的甲壳素将近100亿吨。节肢动物中的甲壳纲动物（如虾、蟹等），其壳中含甲壳素20%～30%，有的高达50%～80%。昆虫纲动物（如蝗虫、蝴蝶、蚊子、苍蝇、蚕）的蛹壳中含甲壳素20%～60%。真菌包括子囊菌、担子菌、藻菌等，含甲壳素从微量到45%不 等，只有少量真菌不含甲壳素。植物中（主要是绿藻）含少量甲壳素。另外，在高等植物中也发现了低聚的甲壳素或壳聚糖。这有两种情况，一是植物细胞壁受到病 原菌侵袭，一些病原菌细胞壁中的多糖降解为有生物活性的寡糖；二是根瘤菌产生的脂寡糖，即甲壳四糖、甲壳五糖、甲壳六糖。
甲壳素在虾、蟹等生物体内不是以游离的状态存在。甲壳动物壳中的甲壳素是与蛋白质共价结合，以蛋白聚糖的形式存在，同时伴生着碳酸钙。在昆虫和其他无脊椎动物中，甲壳素通过共价和非共价键的形式与特定的蛋白质结合成蛋白聚糖。在真菌的细胞壁中，甲壳素常与β-葡聚糖共价结合。在有的生物体内，甲壳素还有可能与酚类及脂类分子结合。
甲壳素和壳聚糖的工业化生产始于20世纪30年代，至90年 代进入大发展时期。中国成了甲壳素和壳聚糖的生产大国和出口大国，世界上使用的甲壳素和壳聚糖，有一半以上产自中国。蟹壳和虾壳是水产加工中产生的废弃 物，数量大，是甲壳素生产的常用原料。除此以外，各种蛹壳及发酵工业产生的废菌渣也可以作为生产甲壳素的原料。生产甲壳素的主要过程是脱除原料中的无机成 分和蛋白质。无机成分主要为碳酸钙，可用盐酸脱除；蛋白质可用碱脱除。甲壳素再经热的浓碱脱乙酰基，得到壳聚糖。由于甲壳素和壳聚糖的生产中需要使用大量 的酸碱及脱除大量的蛋白质，会带来环境污染问题，已成为面临淘汰的落后工艺，我国现在大力推广新的无污染的生产工艺。
甲壳素在自然界中几乎以相等的循环速率产生和消失。环境中的微生物（主要是细菌和真菌），其中有很多能产生甲壳素酶和壳聚糖酶，参与了自然环境中甲壳素和壳聚糖的降解。
作者简介：李曙光 毕业于南开大学生物系，中国科学院大连化学物理研究所副研究员，长期从事壳寡糖制备、质量标准等研发工作。
曲天明，中国科学院大连化学物理研究所高级工程师，长期从事壳寡糖制备工艺生产。
--本文节选自《本文摘自糖科学基础与实践——壳寡糖与人类生活》
