李曉丹等

摘要：采用傳統(tǒng)酸堿法提取潮汕地區(qū)蝦蟹殼中甲殼素，對(duì)HCl溶液濃度、HCl溶液用量、酸浸時(shí)間3個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定蝦殼中脫鈣的最佳工藝為提取5.00 g蝦殼需HCl溶液濃度1.50 mol/L，酸浸時(shí)間6 h，HCl溶液用量50.00 mL，氫氧化鈉溶液濃度為2.00%，堿浸時(shí)間24 h時(shí)，平氫氧化鈉溶液用量36.30 mL，甲殼素含量為22.40%；蟹殼中脫鈣的最佳工藝為5.00 g蟹殼需HCl溶液濃度1.50 mol/L，酸浸時(shí)間6 h，HCl溶液用量75.00 mL，氫氧化鈉溶液濃度2.00%，堿浸時(shí)間24 h，平均氫氧化鈉溶液用量25.03 mL，甲殼素含量為19.80%。

關(guān)鍵詞：蝦蟹殼；甲殼素；脫鈣；脫蛋白

中圖分類號(hào)：TS202.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）03-0668-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.03.041

Optimization of Chitin Extraction from Shrimp and Crab Shell in Chaoshan Area

LI Xiao-dan， LAI He-yun， LIN Wan-qi， LI Xuan-jun， LIN Ya-ling

（Department of Chemistry， Hanshan Normal University， Chaozhou 521041， Guangdong， China ）

Abstract：Using traditional acid-alkali method to extract chitin from the shrimp and crap shell in Chaoshan area， orthogonal experiment was conducted on the three elements of acid concentration， dosage and time to make sure the best extraction technology. The results showed that for decalcifying 5.00 g shrimp shell，the optimum extraction conditions were 1.50 mol/L HCl， 50.00 mL， treat 6 h， and the alkali concentration 2.00%， the average use of alkali 36.30 mL， treat 24 h， and then the yield of chitin was 22.40%. For crab shell， the best conditions were 1.50 mol/L HCl，75.00 mL and treat 6 h ，and 2.00% alkali， 25.03 mL on average and treat 24 h， and then the yield of chitin was 19.80%.

Key words： shrimp crab shell； chitin； demineralization； deproteinization

甲殼素又名甲殼質(zhì)、幾丁質(zhì)，化學(xué)名稱為（1，4）-2-乙酰氨基-2-脫氧-D-葡萄糖[1]，是自然界大量存在的惟一的天然堿性多糖。甲殼素和其衍生物殼聚糖被譽(yù)為繼蛋白質(zhì)、糖、脂肪、維生素、礦物質(zhì)以外的第六生命要素[2]。目前，由于甲殼素易進(jìn)行化學(xué)修飾，經(jīng)化學(xué)修飾后的產(chǎn)品已在醫(yī)藥、食品、衛(wèi)生、輕紡、環(huán)保等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[3]。所以從低值海洋生物及下腳料中獲取相對(duì)高價(jià)值的活性物質(zhì)，作為功能性食品或者藥品成分，安全性高，且具有顯著的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益[4]。

甲殼素廣泛存在于海洋甲殼動(dòng)物外殼、軟體動(dòng)物內(nèi)骨骼、昆蟲翅膀、菌類及藻類細(xì)胞壁內(nèi)[5]。而廣東潮汕地區(qū)瀕臨海洋，具有豐富的海洋生物資源，尤其是蝦蟹等甲殼類生物。但這些蝦蟹加工后產(chǎn)生的外殼常被當(dāng)作廢棄物處理，不僅浪費(fèi)，而且造成了環(huán)境污染。本試驗(yàn)研究了采用酸堿法從蝦蟹殼中制取甲殼素的最佳投料比，并分別測(cè)定蝦與蟹殼中的鈣含量和蛋白質(zhì)含量，為未來(lái)我國(guó)甲殼素新材料的深入研究和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

原料：蝦、蟹殼（購(gòu)自潮州市海鮮城）。

試劑：鹽酸、氫氧化鈉、乙二胺二乙酸鈉、甲基橙試劑、碳酸鈣等，均為分析純。

儀器：JZ7122型粉碎機(jī)，購(gòu)自上海嘉定糧油儀器有限公司；FA2004N型電子天平，購(gòu)自上海精密科學(xué)儀器有限公司；DGG-9240B型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，購(gòu)自上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；IRAffinity-1型傅立葉變換紅外光譜儀，購(gòu)自日本島津公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 材料收集與處理 蝦殼與蟹殼剔除殘留肉質(zhì)和污物，先用自來(lái)水洗凈晾干，再用超純水清洗2～3次，晾干，置于干燥箱，60 ℃烘至恒重，粉碎，過(guò)40目篩，得到樣品。

1.2.2 蝦蟹殼提取甲殼素工藝流程 基本原理：蝦殼、蟹殼中除了甲殼素，其余主要是碳酸鈣和蛋白質(zhì)[6]。制備甲殼素的基本原理是脫鈣、脫蛋白和脫色[7]。

基本流程：蝦殼、蟹殼→清洗干燥→粉碎→HCl溶液脫鈣→洗滌至中性→NaOH溶液脫蛋白→脫色→洗滌干燥→甲殼素。

1.2.3 脫鈣試驗(yàn)設(shè)計(jì) 每組分別稱取5.00 g的蝦殼、蟹殼粉于200 mL的燒杯中，加入HCl溶液，浸泡，適時(shí)過(guò)濾，并洗滌濾渣，將濾液與洗滌液定容后，用EDTA絡(luò)合滴定Ca，得出脫鈣量，確定最佳投料比以及蝦殼與蟹殼中的含鈣量。

1.2.4 脫鈣正交試驗(yàn) 根據(jù)時(shí)杰等[8]甲殼素工藝單因素試驗(yàn)結(jié)果，蝦殼、蟹殼脫鈣過(guò)程中的影響因素有HCl溶液濃度、酸浸時(shí)間。為了得到較科學(xué)的提取方法，試驗(yàn)設(shè)計(jì)選取HCl溶液用量、HCl溶液濃度、酸浸時(shí)間3個(gè)因素，設(shè)計(jì)三因素三水平的正交試驗(yàn)，以甲殼素的脫鈣量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。正交試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表1。

1.2.5 脫蛋白、脫色工藝 分別稱取5.00 g已經(jīng)脫鈣的蝦殼粉、蟹殼粉于200 mL燒杯中，加入150.00 mL 2.00%氫氧化鈉溶液，在室溫下浸泡24 h，過(guò)濾并洗滌濾渣，濾液與洗滌液用1.00 mol/L的HCl溶液滴定，得出脫蛋白過(guò)程中所需用堿量；同時(shí)濾液用凱氏定氮法測(cè)定其含氮量，確定蝦殼與蟹殼中的蛋白質(zhì)含量。每組試驗(yàn)3次重復(fù)，取平均值。

將酸堿浸處理后的蝦殼、蟹殼水洗至中性，與100 mL的10%過(guò)氧化氫溶液混合，在室溫下浸泡2 h，洗凈干燥得到白色固體產(chǎn)品即為甲殼素。

甲殼素產(chǎn)率=■×100%

1.2.6 紅外光譜檢測(cè) 將甲殼素樣品與市售食品級(jí)甲殼素在瑪瑙研缽中研細(xì)后，分別與KBr粉末混研，待樣品與KBr混合均勻，裝入模具內(nèi)放在油壓機(jī)上加壓，使之成為透明的晶片，測(cè)定其紅外光譜。

2 結(jié)果與分析

2.1 脫鈣正交試驗(yàn)結(jié)果

從表2中可知，影響蝦殼脫鈣因素的大小順序?yàn)锽、C、A，最佳提取方法為A2B3C1，即酸浸時(shí)間為6 h，HCl溶液濃度為1.50 mol/L，鹽酸用量為50.00 mL。A2B3C1組合在正交試驗(yàn)組合中得到的蝦殼脫鈣量為0.452 8 g；影響蟹殼脫鈣因素的大小順序?yàn)锽、C、A，最佳提取方法為A2B3C2，即酸浸時(shí)間為6 h，HCl溶液濃度為1.50 mol/L，HCl溶液用量為75.00 mL。由于A2B3C2組合不在正交試驗(yàn)組合中，因此進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)，得到蟹殼中脫鈣量為0.641 5 g，高于試驗(yàn)中得到的最大值0.602 4 g，故試驗(yàn)結(jié)果可靠。

2.2 脫蛋白、甲殼素含量

按照時(shí)杰等[8]的蝦殼、蟹殼脫蛋白最佳工藝，氫氧化鈉濃度為2.00%、堿浸時(shí)間為24 h探究蝦殼與蟹殼蛋白質(zhì)的含量以及脫蛋白的用堿量。結(jié)果表明，5.00 g蝦殼脫蛋白過(guò)程中平均用堿量為36.30 mL，平均含氮量為3.71%，平均蛋白質(zhì)含量為23.19%；5.00 g蟹殼脫蛋白過(guò)程中平均用堿量為25.03 mL，平均含氮量為2.68%，平均蛋白質(zhì)含量為16.75%。

利用正交試驗(yàn)提取蝦殼、蟹殼中甲殼素，在最佳脫鈣工藝條件下，得到蝦殼中甲殼素含量為22.40%，蟹殼中甲殼素含量為19.80%。

2.3 紅外光譜檢測(cè)

由于物質(zhì)的紅外光譜與物質(zhì)之間有著對(duì)應(yīng)關(guān)系，光譜（帶）的位置、強(qiáng)度和數(shù)目能反映出物質(zhì)分子中原子質(zhì)量、化學(xué)鍵的性質(zhì)以及分子的構(gòu)型[9]。因此，在高分子材料的剖析工作中，紅外光譜法是鑒定各種聚合物最有效的方法[10]。

圖1、圖2為蝦蟹殼中甲殼素與市售食品級(jí)甲殼素的紅外光譜。在蝦蟹殼甲殼素紅外光譜中，3 354 cm-1處的峰為O-H伸縮振動(dòng)，2 850 cm-1處的一組峰為CH2不對(duì)稱伸縮，1 665 cm-1的峰為酰胺Ⅰ譜帶，1 312 cm-1處的為酰胺Ⅲ譜帶，1 158 cm-1的峰為υ（C-O-C），1 075 cm-1處的峰為C-O伸縮振動(dòng)。圖2與圖1大致相同，其在1 312 cm-1和1 558 cm-1處出峰的差異說(shuō)明2個(gè)樣品的脫乙酰度不同。

3 小結(jié)

在利用不同材料制取甲殼素的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)蝦殼中的甲殼素含量為22.40%，蟹殼中甲殼素含量為19.80%；而在酸浸堿浸的廢液中，發(fā)現(xiàn)蝦殼鈣含量為9.06%，蛋白質(zhì)含量為23.19%；蟹殼中鈣含量為12.83%，蛋白質(zhì)含量為16.75%。目前，我國(guó)在對(duì)甲殼素領(lǐng)域的研究中取得了一些成果，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定的差距，因此有必要充分利用再生資源，加強(qiáng)對(duì)甲殼素的研究，為未來(lái)蝦蟹殼變廢為寶提供更好的應(yīng)用前景。

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