壳聚糖及其衍生物对水产养殖水质的净化作用

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1、万方数据对水产养殖水质的净化作用一文／福建农林大学食品科学学院张婷婷福建省水产研究所吴成业壳聚糖又称可溶性甲壳质、甲壳胺，学名为(1，4)聚一2一氨基一2一脱氧一13一D一葡聚糖，是由N一乙酰一D一氨基葡萄糖单体通过B一1，4糖苷键连接起来的直链状高分子化合物。壳聚糖能从甲壳生物的外壳或昆虫的外骨骼中提取，来源极其丰富。壳聚糖是白色无定型、半透明、略带珍珠光泽的固体，分子量从数十万到数百万不等，不溶于水和碱液，可溶于稀的盐酸、硝酸等无机酸和大多数有机酸，不溶于稀的硫酸、磷酸。壳聚糖是天然多糖中唯一的碱性多糖，并带有正电荷。由于其链中酰胺基和氨基的存在，又赋予了其特殊的性质，如吸附性

2、、成膜性和通透性、成纤性、吸湿性和保湿性。壳聚糖是由甲壳素经脱乙酰处理后得到的多聚糖，一般来说，N一乙酰基脱去55％以上的就可称为壳聚糖，通常壳聚糖工业品的脱乙酰度为65％一90％，其中以70％一80％最常见【。甲壳素和壳聚糖的分子结构如图l所示：[岔OO--．]n嘘oH．O--]n同时，壳聚糖分子中的羟基和氨基容易通过化学改性，引进多功能基团，来改善它的溶解性能和物化性质，从而使其具有更多的特殊功效。常用的化学改性方法有酰化、醚化、羧甲基化、接枝交联、氧化一还原及络合等。壳聚糖具有吸附性使其在水处理方面有广泛应用。1984年，壳聚糖以其天然、无毒、安全性被美国环保局批准为饮用水的

3、净化剂。甲壳素壳聚糖图1甲壳素和壳聚糖的分子结构近年来，我国对以壳聚糖及其衍生物作为金属离子的吸附剂(螯合剂)、水处理絮凝剂及作为膜分离材料应用于水处理的研究很活跃。我国是水产养殖大国，在水产养殖中水体的处理是困扰水产养殖业的一大问题。在人工投喂饵料时，一部分残饵遗留在水中，再加上水产动物自身的代谢物，这些有机物在水体中分解，释放出的NH，一N等对水生动物有毒害作用。壳聚糖可以在酸性介质中膨胀形成万方数据粘稠状的胶体，吸附养殖用水中残留的悬浮饵料、碎屑和有机物，使其沉淀，从而澄清水质，使水体保持新鲜、清澈，减少NH3一N等有毒物质的产生和耗氧的机会。此外，壳聚糖分子中的氨基和羟基两

4、种活性基团，能络合金属离子，降低重金属离子的浓度，从而减少重金属离子对水产品的毒害。因此，加入壳聚糖能改善养殖环境，从而提高水产品的成活率，促进其生长，并且不会对水产养殖对象产生任何毒害作用，进而提高其市场竞争力和养殖效益。一、壳聚糖的吸附机理壳聚糖的糖残基在c2上有一个乙酰基或氨基，在C3上有一个羟基，从构象上来看，它们都是平伏键，这种特殊结构。使得它们对具有一定离子半径的某些金属离子在一定的pH值下具有螯合作用，例如壳聚糖对铜离子的螯合方式，如图2所示。壳聚糖分子因为有氨基存在，溶解在水中后能成为天然的阳离子絮凝剂，而一般的污物带有负电荷，因而壳聚糖可使带相反电荷的物质胶凝而沉

5、淀，可有效地吸附溶液中带电荷的悬浮物和有机物等。二、壳聚糖及其衍生物的吸附性壳聚糖相对分子质量大、晶体结构紧密、不溶于水等普通溶剂只能在某些酸性介质中溶解，这大大限制了壳聚糖的应用。由于壳聚糖含有羟基和氨基，具有独特的生物功能和物化性质，因此可通过分子设计来实现受控化学修饰。近年来，国内外学者对壳聚糖的化学改性开展了研究，拓宽了壳聚糖及其衍生物的应用领域。据文A殳一一阿一黔圈2壳聚糖对铜离子的螯合方式献报导，一些经过化学改性的壳聚糖衍生物比壳聚糖具有更好的吸附性能。如：交联反应可以抵制纯壳聚糖在稀酸中的溶解程度和增强膜对金属离子的吸附性能，经过交联改性的壳聚糖可以更有效地吸附水中的

6、重金属离子。又如，经降解后低分子量壳聚糖，用水杨醛对其进行化学改性，得到的衍生物与壳聚糖相比具有在酸性条件下不易流失、氨基利用率高等特点，常作为金属离子的吸附剂应用于农业、医药、化妆品以及食品等方面。三、壳聚糖及其衍生物对养殖水质的净化随着水产养殖业的快速发展，集约化高密度养殖日益扩大，导致水产疾病不断发生。究其原因是水中的悬浮物、有机物及重金属等含量偏高、富营养化，造成水质恶化。壳聚糖具有良好的吸附性，对水中的悬浮物、有机物及重金属的有良好的吸附效果。1．去除悬浮物：壳聚糖在酸性溶液中，氨基结合一个氢离子使整个分子带正电，成为一种典型的阳离子聚电解质，在水处理中可用作絮凝剂。传统

7、的絮凝剂有聚丙烯酰胺(PAM)和聚合氯化铝(PAC)，但PAM的单体可能致畸、致癌、致突变，PAC中也含有大量对人体有害的A13+，而壳聚糖对人体无毒且无二次污染。董怡华等将壳聚糖与丙稀酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵接枝共聚得到改性产品，对其絮凝性能进行研究。以高岭土悬浮液为研究对象，发现其具有絮凝效果好，适应范围广的优点。杨清友在养殖水体中加入50—1009／m3的壳聚糖，试验结果表明：加壳聚糖的水体比不加壳聚糖的水体透明度高，壳聚糖能净化水质，防止了水质恶化。John