壳聚糖提取工艺.doc

甲壳素、壳聚糖提取工艺摘要：本文以虾壳为原料探讨了甲壳素、壳聚糖的最佳提取工艺。试验中利用稀氢氧化钠溶液除去虾壳中的粗蛋白质,稀盐酸溶液除去虾壳中的灰分,并通过单因素试验得出制备甲壳素的最佳工艺条件为:先用5.0%氢氧化钠溶液脱粗蛋白质,处理时间5h,然后用5.0%盐酸溶液脱灰分,处理时间3h,循环处理直至加酸无气泡产生,甲壳素得率为6.0%,色泽白度为50.3,灰分为2.0%。通过正交试验探讨出甲壳素脱乙酰制备壳聚糖的最佳条件为:氢氧化钠溶液浓度50%,温度90,时间12h,料液比170。壳聚糖脱乙酰度(D.D% )为84.8%,粘度(浓度1% )为38.3mPas。关键词：甲壳素 壳聚糖 提取 分析 正文：甲壳素(Chitin)又名几丁质,化学名称为(1, 4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡聚糖,是一种来自于甲壳类动物的天然高分子材料,在自然界的分布较为广泛,是目前市场中唯一商品化的碱性多糖1。与多数合成高分子化合物相比,甲壳素具有无毒、无味、可生物降解等优点,被大量用于食品工业中,作为食品填充剂、增稠剂、稳定剂、乳化剂、脱色剂、调味剂、香味增补剂等使用2-4。但甲壳素分子中乙酰基的存在及分子间的氢键导致甲壳素不溶于水,从而大大限制了它的应用范围,因此有必要对甲壳素进行脱乙酰处理。壳聚糖(Chitosan)是甲壳素脱乙酰的产物,溶于稀酸,高度脱乙酰化产物可溶于水,是自然界中少见的带正电荷的高分子聚合物。这些性质使得壳聚糖在医药、高分子材料等领域内都扮演着很重要的角色,壳聚糖可用作烧伤敷料及伤口愈合剂,例如包扎纱布用壳聚糖处理后,伤口愈合速度可提高75%。用壳聚糖制成的可吸收性手术缝线,机械强度高,可长期贮存,能用常规方法消毒,可染色,可掺入药剂,能被组织降解吸收,免除患者拆线的痛苦。此外,壳聚糖还可用于制作人工肾透析膜和隐形眼镜等5-7。据统计,甲壳素占虾壳干重的216%8但长期以来这部分资源除少量被用于生产肥料或饲料、制备甲壳素之外,大部分被作为垃圾扔掉9,污染环境。因此,本研究拟以虾壳废弃物为原料,通过酸碱循环处理方式提取不溶于水、碱和稀酸的甲壳素。对甲壳素进行脱乙酰氨基处理制备可溶性的壳聚糖,从而开发虾壳的高值化利用,且对保护环境免受虾壳废弃物的污染起了一定的作用。1、试验方法白度:白度计;脱乙酰度:减量法;粘度:NDJ-5S旋转粘度计;水分:直接干燥法;灰分:高温煅烧法;粗蛋白质:凯氏定氮法;粗脂肪:索氏提取法。1.1工艺条件与试验设计1.1.1制备甲壳素单因素试验设计1.1.1.1盐酸浸泡时间对甲壳素脱灰效果的影响取5个烧杯分别装入50g虾壳,各加入500mL3%的盐酸溶液,室温下处理1h、2h、3h、4h、5h。处理完后,清洗烘干,测定各样品灰分含量,得出最佳处理时间。1.1.1.2盐酸浓度对甲壳素脱灰效果的影响取5个烧杯分别装入50g虾壳,各加入500mL的1%、2%、3%、4%、5%的盐酸溶液室温下浸泡3h,清洗烘干,测定各样品灰分含量,得出最佳处理浓度。1.1.1.3氢氧化钠浸泡时间对甲壳素粗蛋白质含量的影响取5个烧杯分别装入50g虾壳,各加入500mL3%的氢氧化钠溶液,室温下分别处理1h、3h、5h、7h、9h。处理完后,清洗烘干,测定各样品粗蛋白质含量,得出最佳处理时间。1.1.1.4氢氧化钠浓度对甲壳素粗蛋白质含量的影响取5个烧杯分别装入50g虾壳,各加入500mL浓度分别为1%、2%、3%、4%、5%的氢氧化钠溶液室温下浸泡5h。处理完后,清洗烘干,测定各样品粗蛋白质含量,得出最佳处理浓度。1.1.2脱乙酰正交试验设计甲壳素脱乙酰制备壳聚糖的反应条件受到氢氧化钠浓度、反应温度、处理时间、料液比4大因素的影响较大。因此选取以上4个因素作为正交试验的设计因素,每个因素相应取4个水平,进行正交实验。以脱乙酰度(DD% )为评价指标。正交试验因素水平见表1。1.2工艺流程1.3 工艺要点虾壳原料储藏于通风干燥环境中,湿气过大应铺开晾晒,处理前要洗净虾壳,除杂。酸碱处理后必须将处理的虾壳水洗至中性,防止因部分酸碱的残留而改变再次脱粗蛋白质和灰分的酸碱浓度,最终影响到产品的质量。酸碱交替处理至最后加酸液后无气泡产生方可进行脱乙酰。最终产品应置于干燥密闭的环境中,防止因吸水导致产品质量的下降。2、结果与分析2.1原材料分析对虾的加工过程中产生的大量的虾壳下脚料进行物性分析。虾壳中含有甲壳素、粗蛋白质、粗脂肪及灰分,其中甲壳素约占5%左右。2.2虾壳制备甲壳素工艺的研究2.2.1盐酸浸泡时间对甲壳素脱灰效果的影响盐酸浸泡时间越长,甲壳素灰分含量越低,但浸泡时间超过3h后,灰分降低趋势趋于平缓。因此,盐酸处理时间控制在3h为宜。2.2.2盐酸浓度对甲壳素脱灰效果的影响当盐酸浓度在1%至5%之间时,甲壳素中灰分的降低趋势较大,而当盐酸浓度为5%时,灰分含量为20%,达到甲壳素商品级的要求(20% )因此,脱灰时盐酸浓度应控制在5%为宜。2.2.3氢氧化钠浸泡时间对甲壳素脱粗蛋白质效果的影响氢氧化钠浸泡时间越长,甲壳素粗蛋白质含量越低,但浸泡时间超过5h后,粗蛋白质含量降低趋势趋于平缓。因此,氢氧化钠处理时间以5h为宜。2.2.4氢氧化钠浓度对甲壳素脱粗蛋白质效果的影响氢氧化钠浓度在1%至3%之间时,甲壳素粗蛋白质含量随着氢氧化钠浓度的增加而迅速下降,当氢氧化钠浓度为3%时粗蛋白质含量为73%,达不到甲壳素商品级的要求(7% );而当氢氧化钠浓度增加到5%时,粗蛋白质含量为66%,因此从产品的质量考虑,脱粗蛋白质时氢氧化钠浓度应控制在5%为宜。2.3不同碱浓度对壳聚糖粘度与脱乙酰度(D.D)影响的分析与比较不同碱液浓度对处理后的壳聚糖的粘度与脱乙酰度(DD)结果不同,随着碱浓度的不断增大,脱乙酰度(DD)也随之增大,相反壳聚糖粘度却随之减小,即壳聚糖脱乙酰度(DD)越大,其粘度越低。2.4干虾壳、甲壳素与壳聚糖水分、灰分、粗蛋白质含量的对比虾壳、甲壳素(以虾壳为原料经酸碱处理后得到的产物)以及壳聚糖(经脱乙酰的),三者所含组分都有很大的不同,虾壳经酸碱处理后所含的灰分和粗蛋白质含量都有很大的降低,甲壳素制备壳聚糖脱乙酰过程粗蛋白质含量略有降低,但对灰分基本无影响。3、结语虾壳制备甲壳素其得率和色泽白度因酸、碱浓度和处理时间不同均有所不同。通过酸脱灰、碱脱粗蛋白质的单因素实验,虾壳提取甲壳素的最佳工艺为:先用5%氢氧化钠处理5h,再用5%盐酸脱灰3h,经酸碱循环处理,直至加酸再无气泡产生,最后漂洗、干燥。另外,通过对碱浓度、温度、时间和料液比等4因素,进行4水平的正交实验,获得甲壳素脱乙酰制备壳聚糖的最佳工艺为碱浓度50%,温度90,时间12h,料液比该工艺制备的壳聚糖的脱乙酰度达到了848%,粘度为383mPa. s。参考文献:1 DwehzN E. The structure of chitin J. Biochem BiophysActa, 1960, 44: 416-453.2高健,王迎.甲壳素、壳聚糖的改性研究J.杭州化工, 2004. 34 (2).3李铭,葛英勇.中国对虾市场结构特征的初探J.食品工业科技, 2007 (10), 57-59.4蒋挺大.甲壳素M.北京:化学工业出版社.2003, 258.5聂莉,吴晓芳,伊萍,等.壳聚糖中脱己酰度测定方法的探讨J.中国卫生检验杂志, 2005,15 (3): 328-329.6单虎等.甲壳素及壳聚糖提取工艺的研究J.食品科学, 1997, (10): 14-1