潮汕地区虾蟹壳提取甲壳素的工艺优化

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1、潮汕地区虾蟹壳提取甲壳素的工艺优化李晓丹，赖鹤鋆，林婉琪，李璇君，林雅玲（韩山师范学院化学系，广东潮州５２１０４１）摘要：采用传统酸碱法提取潮汕地区虾蟹壳中甲壳素，对HCl溶液浓度、HCl溶液用量、酸浸时间３个因素进行正交试验，确定虾壳中脱钙的最佳工艺为提取５．００ｇ虾壳需HCl溶液浓度１．５０ｍｏｌ／Ｌ，酸浸时间６ｈ，HCl溶液用量５０．００ｍＬ，氢氧化钠溶液浓度为２．００％，碱浸时间２４ｈ时，平氢氧化钠溶液用量３６．３０ｍＬ，甲壳素含量为２２．４０％；蟹壳中脱钙的最佳工艺为５．００ｇ蟹壳需HCl溶液浓度１．５０ｍｏｌ／Ｌ，酸浸时间６ｈ，HCl溶液用量

2、７５．００ｍＬ，氢氧化钠溶液浓度２．００％，碱浸时间２４ｈ，平均氢氧化钠溶液用量２５．０３ｍＬ，甲壳素含量为１９．８０％。..关键词：虾蟹壳；甲壳素；脱钙；脱蛋白中图分类号：ＴＳ２０２．３文献标识码：A：0439－８114（２０15）03－0６６８-03甲壳素又名甲壳质、几丁质，化学名称为（１，４）－２－乙酰氨基－２－脱氧－Ｄ－葡萄糖［１］，是自然界大量存在的惟一的天然碱性多糖。甲壳素和其衍生物壳聚糖被誉为继蛋白质、糖、脂肪、维生素、矿物质以外的第六生命要素［２］。目前，由于甲壳素易进行化学修饰，经化学修饰后的产品已在医药、食品、卫生、轻纺、环保等领域得

3、到广泛应用［３］。所以从低值海洋生物及下脚料中获取相对高价值的活性物质，作为功能性食品或者药品成分，安全性高，且具有显著的社会效益、经济效益和环境效益［４］。甲壳素广泛存在于海洋甲壳动物外壳、软体动物内骨骼、昆虫翅膀、菌类及藻类细胞壁内［５］。而广东潮汕地区濒临海洋，具有丰富的海洋生物资源，尤其是虾蟹等甲壳类生物。但这些虾蟹加工后产生的外壳常被当作废弃物处理，不仅浪费，而且造成了环境污染。本试验研究了采用酸碱法从虾蟹壳中制取甲壳素的最佳投料比，并分别测定虾与蟹壳中的钙含量和蛋白质含量，为未来我国甲壳素新材料的深入研究和应用奠定基础。１材料与方法１．１试验

4、材料原料：虾、蟹壳（购自潮州市海鲜城）。试剂：盐酸、氢氧化钠、乙二胺二乙酸钠、甲基橙试剂、碳酸钙等，均为分析纯。仪器：ＪＺ７１２２型粉碎机，购自上海嘉定粮油仪器有限公司；ＦＡ２００４Ｎ型电子天平，购自上海精密科学仪器有限公司；ＤＧＧ－９２４０Ｂ型电热恒温鼓风干燥箱，购自上海森信实验仪器有限公司；ＩＲＡｆｆｉｎｉｔｙ－１型傅立叶变换红外光谱仪，购自日本岛津公司。１．２试验方法１．２．１材料收集与处理虾壳与蟹壳剔除残留肉质和污物，先用自来水洗净晾干，再用超纯水清洗２～３次，晾干，置于干燥箱，６０℃烘至恒重，粉碎，过４０目筛，得到样品。１．２．２虾蟹壳提取甲壳

5、素工艺流程基本原理：虾壳、蟹壳中除了甲壳素，其余主要是碳酸钙和蛋白质［６］。制备甲壳素的基本原理是脱钙、脱蛋白和脱色［７］。基本流程：虾壳、蟹壳→清洗干燥→粉碎→HCl溶液脱钙→洗涤至中性→NaOH溶液脱蛋白→脱色→洗涤干燥→甲壳素。１．２．３脱钙试验设计每组分别称取５．００ｇ的虾壳、蟹壳粉于２００ｍＬ的烧杯中，加入HCl溶液，浸泡，适时过滤，并洗涤滤渣，将滤液与洗涤液定容后，用ＥＤＴＡ络合滴定Ｃａ，得出脱钙量，确定最佳投料比以及虾壳与蟹壳中的含钙量。１．２．４脱钙正交试验根据时杰等［８］甲壳素工艺单因素试验结果，虾壳、蟹壳脱钙过程中的影响因素有HCl溶

6、液浓度、酸浸时间。为了得到较科学的提取方法，试验设计选取HCl溶液用量、HCl溶液浓度、酸浸时间３个因素，设计三因素三水平的正交试验，以甲壳素的脱钙量作为评价指标。正交试验因素与水平见表１。１．２．５脱蛋白、脱色工艺分别称取５．００ｇ已经脱钙的虾壳粉、蟹壳粉于２００ｍＬ烧杯中，加入１５０．００ｍＬ２．００％氢氧化钠溶液，在室温下浸泡２４ｈ，过滤并洗涤滤渣，滤液与洗涤液用１．００ｍｏｌ／Ｌ的HCl溶液滴定，得出脱蛋白过程中所需用碱量；同时滤液用凯氏定氮法测定其含氮量，确定虾壳与蟹壳中的蛋白质含量。每组试验３次重复，取平均值。将酸碱浸处理后的虾壳、蟹壳水洗至

7、中性，与１００ｍＬ的１０％过氧化氢溶液混合，在室温下浸泡２ｈ，洗净干燥得到白色固体产品即为甲壳素。１．２．６红外光谱检测将甲壳素样品与市售食品级甲壳素在玛瑙研钵中研细后，分别与ＫＢｒ粉末混研，待样品与ＫＢｒ混合均匀，装入模具内放在油压机上加压，使之成为透明的晶片，测定其红外光谱。２结果与分析２．１脱钙正交试验结果从表２中可知，影响虾壳脱钙因素的大小顺序为Ｂ、Ｃ、Ａ，最佳提取方法为Ａ２Ｂ３Ｃ１，即酸浸时间为６ｈ，HCl溶液浓度为１．５０ｍｏｌ／Ｌ，盐酸用量为５０．００ｍＬ。Ａ２Ｂ３Ｃ１组合在正交试验组合中得到的虾壳脱钙量为０．４５２８ｇ；影响蟹壳脱钙因素的

8、大小顺序为Ｂ、Ｃ、Ａ，最佳提取方法为Ａ２Ｂ３Ｃ２，即酸浸时间为６ｈ，HCl溶液浓