甲壳素的人工提取.doc

甲壳素的人工提取学生 钟娜 江峰 房婧婧指导教师 聂金昌 马峰（本文获安徽省教育厅、安徽省科协颁发的二等奖）摘 要 甲壳素是21世纪的新材料，它对人类社会的发展与进步有着巨大的作用。在工业、农业、医药、化妆品、环境保护、水处理等领域有极其广泛的用途。蚌埠地区有着广泛的提取甲壳素的资源，但长期以来，不仅未能得到有效利用，而且对环境造成了极大污染。我们蚌埠二中课题组的师生从利用资源和减少环境污染的目的出发，开展了甲壳素的人工提取工作，为开发内陆省份新的甲壳素资源，变废为宝，并为甲壳素衍生物的生产提供稳定的原料来源。关键词 甲壳素 甲壳素资源 甲壳素衍生物 脱盐一、选题目的甲壳素又名甲壳质，壳多糖，壳蛋白，是自然界生物所含的一种氨基多糖。它具有无毒、无味、耐晒、耐热、耐腐蚀，不怕虫蛀和碱的浸蚀，可生物降解的特点。它是地球上仅次于纤维素的第二大生物资源，年生物合成量高达100亿吨，可以说是用之不竭的生物资源。这无疑给面临全球资源枯竭危机的人类带来了生机。甲壳素的可降解性使其有望成为塑料的替代物，从而解决人类所面临的“白色污染”问题，它还可以消除人体内外环境所面临的有毒有害物质对人体的威胁，实现经济社会的可持续发展。蚌埠地区盛产中华绒毛蟹及大红虾等甲壳类产品，但其甲壳长期不仅未能得到有效利用，而且对环境造成了极大污染。为了合理利用资源，减少环境污染，开发甲壳素资源，给甲壳素衍生物的生产提供稳定的原料来源。我们课题组的师生开展了甲壳素的人工提取工作，并在提取过程中积累经验，为加速其产业化，繁荣地区经济和扩大就业做出贡献。二、活动过程我们课题组的师生走访了市水产、环保、卫生、食品及市政等部门，从他们提供的资料推算，蚌埠地区每年可产虾、蟹约两千多吨，虾蟹壳将不低于800吨。据资料显示这些虾蟹壳经过深加工可创经济价值高达近亿元。于是我们从饭店拣来了几千克的蟹壳，洗涤晾干后便开始了提取工作。提取工艺从虾、蟹壳中提取甲壳素的传统方法一般有酸浸脱盐(主要为钙盐)、碱煮脱蛋白和氧化脱色三步。我们针对蟹壳的特点，初步建立了提取甲壳素的工艺流程：取蟹壳（含其螯）洗涤、晾干、粉碎。称取碎壳100g ，加入2.5mol/L 氢氧化钠溶液(400ml)，软皂(8g)，持续搅拌6小时，停止搅拌，放置18小时。将壳捞出，再用2.5mol/L 氢氧化钠溶液(400ml)，浸泡24小时。将两次浸泡后的壳捞出，纱布过滤，水洗至中性，稍沥干。加入1mol/L的盐酸溶液(1000ml)，搅拌反应30分钟。再将壳捞出，用1mol/L的盐酸液(500ml)搅拌反应30分钟，纱布过滤，大量水洗至中性。挤去水分，晒干即得。得率以粗碎净壳(干燥品)计，平均21%。洗涤 风干 粉碎 氢氧化钠溶液 静置18h洗涤盐酸30分钟蟹 壳分离取壳分离取壳搅拌6h氢氧化钠溶液浸泡24h水洗至中性沥 干 壳盐酸30分钟纱布过滤成 品晒干脱色处理用本工艺流程制备的甲壳素脱色前呈红色或白色片状，可按下述流程进行脱色：取甲壳素产品，加入5倍量无水乙醇，加热回流1小时。过滤，滤饼用清水漂洗后加入1高锰酸钾溶液(1:2)浸泡1小时。过滤，滤饼再用1%亚硫酸氢钠溶液(1:2)浸泡1小时，得乳白色半透明甲壳素湿品，晒干，得灰白色甲壳素干燥品。产品质量分析需重点考察蟹壳提取物的分子特性，脱蛋白和脱盐是否完全。红外吸收光谱分析取蟹壳提取物和市售甲壳素，用KBr压片法，分别绘制红外吸收光谱，比较其特征吸收，若两者图谱一致，可证明蟹壳提取甲壳素的分子基团特征与对照品一致。壳聚糖 甲壳素 纤维素甲壳素的学名为(1，4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，分子式为(C8H13NO5)n，单体之间以(14)甙键连接，分子量一般在106左右，理论含氮量6.9%。其分子结构特点为：氧原子将每个碳原子的糖环连接到下一个糖环上，侧基团“挂”在这些环上。甲壳素分子化学结构与植物中广泛存在的纤维素非常相似，所不同的是，若把组成纤维素的单个分子葡萄糖分子第二个碳原子上的羟基(OH)换成乙酰氨基(NHCOCH3)，这样纤维素就变成了甲壳素，从这个意义上讲，甲壳素可以说是动物性纤维。蛋白质检查取产品10g，加1mol/L 氢氧化钠溶液回流煮沸2小时，离心。取上层清液加双缩脲试剂，若不显紫红色，可证明本工艺条件脱蛋白符合要求。炽灼残渣检查取产品1g，按中国药典7附录“炽灼残渣检查”项操作，遗留残渣若低于1.71%，则符合脱盐(主要为碳酸钙)要求。三、结果与讨论本工艺流程的设计从开始便立足于生产，实际可操作性强，采用常温操作，能耗少，劳动强度低。对终产品的质量分析证明该流程脱蛋白及脱盐效果好，与对照品的红外图谱一致。说明本工艺提取蟹壳中甲壳素的流程具有可行性。实验证明：若先用酸脱盐，浸酸时间超过2小时,脱除率(指酸处理后脱除物质的比例)增加缓慢，说明此时碳酸钙分解基本处于停滞状态。我们分析这是由于反应体系中溶出的蛋白质和钙质的影响,使碳酸钙的反应受到阻碍。反应时间过长不但无助灰分的有效脱除,而且还会使甲壳素降解,影响产品质量。因此,我们采用了先加碱脱蛋白质，后加酸脱盐的办法。我们实验了20C-100C的不同反应温度，发现提高温度对增加脱盐和脱蛋白质率效果并不显著。相反，增加温度可显著加速甲壳素分子的降解。所以,提高温度无助于甲壳素产品质量的提高。我们建议生产中酸处理温度以室温为宜,为提高生产效率,也可考虑短时加热处理。本工艺流程的原料廉价、易得，副产品价值可观，尾液后处理简单。四、收获与体会在我们亲身参与甲壳素的人工提取工作的过程中，我们学会了科学研究的基本方法，学会了合作与交流，提高了实践和动手的能力。更重要的是我们增强了保护生态环境的意识，增强了对社会的责任心。五、鸣谢在此，