⒈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%。
⒉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。
⒊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。
①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-β-D-葡萄糖],分子式为(C8H13NO5)n,单体之间以β(1→4)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。
②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。
③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
⒈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。
⒉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。
⒊我们实验了20°C-100°C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。
⒋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。
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%。
⒉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。
⒊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。
①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-β-D-葡萄糖],分子式为(C8H13NO5)n,单体之间以β(1→4)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。
②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。
③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
⒈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。
⒉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。
⒊我们实验了20°C-100°C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。
⒋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。