李曄 吳佳靜 田研基

摘 要：以蝦蟹殼為原料，研究超聲間歇法提取蝦蟹殼中甲殼素的最佳工藝條件，采用酸堿法提取甲殼素，以提取物的產(chǎn)率、灰分和蛋白含量作為評價指標，通過正交實驗選擇最佳的液料比、酸堿濃度、反應時間和反應溫度。結(jié)果表明：脫鈣最佳條件為液料比1.25，HCl濃度6%，反應時間2.5h，處理溫度50℃;脫蛋白的最佳工藝條件：液料比1∶10，NaOH濃度6%，反應時間2h，處理溫度90℃;在此最佳條件下輔助超聲間歇法提取甲殼素，最佳超聲處理時間為15min，提取物的產(chǎn)率為19.6%，灰分含量和蛋白含量均較低，分別為0.42%和1.12%。

關鍵詞：

甲殼素;超聲波;提取工藝;正交試驗

中圖分類號：S-3

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200315006

甲殼素是一種以葡萄糖為基團的天然高分子支鏈多糖，廣泛存在于自然界的甲殼動物和昆蟲外骨骼，以及一些細菌及真菌的細胞壁中[1]。甲殼素作為一種高分子材料，其本身的不飽和陽離子基團能夠?qū)ж撾姾傻挠泻ξ镔|(zhì)產(chǎn)生強大的吸附作用[2]，另外甲殼素能夠被人體正常代謝，有效清除人體內(nèi)的重金屬離子，達到保健預防的作用。因此，甲殼素被廣泛地應用于化工、日化、醫(yī)療、食品加工和農(nóng)業(yè)等領域[3]。

蝦蟹作為常見的經(jīng)濟養(yǎng)殖水產(chǎn)，世界各地都有進行商業(yè)養(yǎng)殖，蝦蟹殼中的甲殼素含量較高，干物的甲殼素含量可達到20%～30%（日本利用對蝦殼提取甲殼質(zhì)）。目前常用的甲殼素提取方法包括[4]酸堿法[5]、EDTA提取法[6]、酶法[7]、發(fā)酵法[8]，這些方法或多或少地存在對環(huán)境污染嚴重、生產(chǎn)周期較長、生產(chǎn)成本高昂等缺點。本研究從充分利用蝦蟹類食品加工的廢棄物，降低環(huán)境污染，提高甲殼素提取效率的角度出發(fā)[9]，采用超聲波輔助法對酸堿法提取甲殼素工藝進行優(yōu)化，探索最佳的提取條件，以期提高蝦蟹類海產(chǎn)品加工副產(chǎn)物的附加價值，并為此類食品加工的廢棄物綜合利用奠定基礎[10]。

1?材料與方法

1.1?試驗材料

蝦蟹殼購于市場，經(jīng)高速粉碎機粉碎成粉末;HCl、NaOH、30%H2O2等購于國藥集團化學試劑有限公司，均為分析純。

1.2?儀器與設備

85-2WS數(shù)顯恒溫磁力攪拌器（上海滬析實業(yè)有限公司）;JY96-IIN觸摸屏超聲波破碎儀（上海凈信科技有限公司）;FX101-0數(shù)顯電熱鼓風干燥箱（南北儀器設備有限公司）;DL-1800E超聲波清洗器（昆山超聲儀器有限公司）;800Y高速多功能粉碎機（皇代小家電有限公司）;NICOLET 5700傅立葉紅外光譜儀（美國熱電尼高力儀器公司）;UV2600/UV2600PC紫外可見分光光度計（上海恒平科學儀器有限公司）。

1.3?試驗方法

1.3.1?試驗流程

1.3.2?脫鈣正交試驗

設計正交試驗L9（34），考察HCl溶液料液比（g/mL）、濃度、反應時間和處理溫度對脫鈣的影響。正交試驗設計因素與水平見表1。

1.3.3?脫蛋白正交試驗

設計正交試驗L9（34），考察NaOH溶液料液比（g/mL）、濃度、反應時間和處理溫度對脫蛋白的影響。正交試驗設計因素與水平見表2。

1.3.4?脫色

蝦蟹殼經(jīng)過酸堿處理后呈淡黃色，需用氧化還原的方法進行脫色處理。取脫鈣脫蛋白并烘干后的產(chǎn)物，加入30%H2O2溶液，在常溫下磁力攪拌，反應1h后，過濾洗滌烘干。得乳白色粉末的甲殼素產(chǎn)品。

1.3.5?指標測定

灰分含量測定：總灰分測定法;

蛋白質(zhì)含量測定：紫外吸光光度法。

1.3.6?超聲間歇法脫鈣、脫蛋白單因素試驗

稱取10g預處理的蝦蟹殼粉末，加入250mL的6%濃度的HCl溶液中，進行2次間歇超聲處理，每次脫鈣時間50min，反應溫度50℃，經(jīng)抽濾烘干后，測定灰分?？疾斐晻r間（5min、10min、15min、20min、25min）對脫鈣的影響。

稱取10g預處理的蝦蟹殼粉末，加入100mL的6%濃度的NaOH溶液中，進行2次間歇超聲處理，每次脫鈣時間40min，反應溫度90℃，經(jīng)抽濾烘干后，測定蛋白質(zhì)含量?？疾斐晻r間（5min、10min、15min、20min、25min）對脫蛋白的影響。

2?結(jié)果與分析

2.1?脫鈣正交試驗

由表3、表4和表5可知，脫鈣試驗中產(chǎn)率的最佳組合為A2B2C3D1，即液料比為1∶25、HCl濃度8%、反應時間3h、處理溫度50℃。從主效應檢驗可知，4因素對產(chǎn)率的影響主次順序為D>B>A>C，液料比、HCl濃度和處理溫度對產(chǎn)率有顯著性影響。脫鈣試驗中灰分最低的組合為A2B1C2D3，即液料比為1∶25、HCl濃度6%、反應時間2.5h、處理溫度60℃。從主效應檢驗可知，4因素對灰度的影響主次順序為B>A>C>D，液料比、HCl濃度和反應時間對產(chǎn)率有顯著性影響。從正交實驗的灰度檢測可以看出，除2組試驗灰分超過1%外，其余組別灰分檢測結(jié)果均符合食品級灰分標準，綜合考慮產(chǎn)率和灰分含量，選擇A2B1C2D1進行超聲單因素試驗。

2.2?脫蛋白正交試驗

由表6、表7和表8可知，脫蛋白試驗中產(chǎn)率的最佳組合為A1B2C2D2，即液料比為1∶10、NaOH濃度6%、反應時間1.5h、處理溫度90℃。從主效應檢驗可知，4因素對產(chǎn)率的影響主次順序為B>D>A>C，4因素對產(chǎn)率均有顯著性影響。脫蛋白試驗中蛋白含量最低的組合為A3B2C1D3，即液料比為1∶20、NaOH濃度6%、反應時間1h、處理溫度95℃。從主效應檢驗可知，4因素對蛋白含量的影響主次順序為A>C>B>D，液料比、NaOH濃度和反應時間對蛋白含量有顯著性影響。從正交實驗的蛋白含量檢測可以看出，除1組試驗蛋白含量超過5%外，其余組別均低于5%，綜合考慮產(chǎn)率和蛋白含量，選擇A1B2C3D2進行超聲單因素試驗。

2.3?超聲間歇法單因素實驗

由圖1可知，間歇超聲處理時間在15min前，隨著超聲處理時間的延長，產(chǎn)率呈現(xiàn)明顯的上升趨勢，當超聲處理時間達到15min后，產(chǎn)率增長曲線平緩。間歇超聲處理時間在15min前，甲殼素提取物的灰度含量呈明顯下降趨勢，而后變化趨于平緩，可知間歇超聲脫鈣的最佳處理時間為15min。由圖2可知，對甲殼素進行超聲間歇脫蛋白處理后，產(chǎn)率會有所降低，隨后隨著超聲處理時間的增加，產(chǎn)率呈較明顯的上升趨勢。間歇超聲處理時間在15min前，甲殼素提取物的蛋白含量呈明顯下降趨勢，而后變化趨于平緩，可知間歇超聲脫蛋白的最佳處理時間為15min。

將10g蝦蟹殼粉末經(jīng)過最佳條件超聲輔助脫鈣脫蛋白后，得到甲殼素粉末1.96g，最終產(chǎn)品的灰分含量為0.42%，蛋白含量為1.12%。

2.4?甲殼素產(chǎn)品性質(zhì)分析

圖3為甲殼素產(chǎn)品的紅外光譜圖。圖3中，環(huán)伸縮振動的吸收峰位于891cm-1處，1078cm-1附近的吸收峰是C-O的伸縮振動峰，甲殼素的3個特征吸收峰位于1641（酰胺Ⅰ）cm-1、1564（酰胺Ⅱ）cm-1和1375（酰胺Ⅲ）cm-1處，2924cm-1附近是C-H伸縮振動的吸收峰，3253cm-1處是N-H伸縮振動吸收峰，3400cm-1的吸收峰則是O-H的伸振動吸收峰。

3?結(jié)論

本研究通過正交實驗設計考察了酸堿對甲殼素脫鈣脫蛋白的最佳條件，確定了脫鈣的最佳工藝條件：液料比為1∶25，HCl濃度6%，反應時間2.5h，處理溫度50℃;脫蛋白的最佳工藝條件：液料比為1∶10，NaOH濃度6%，反應時間2h，處理溫度90℃。在此基礎上，通過考察超聲處理時間對超聲波輔助提取甲殼素的影響，脫鈣和脫蛋白的最佳超聲時間均為15min。超聲輔助提取甲殼素能夠有效地提高甲殼素提取的產(chǎn)率，降低產(chǎn)物的灰分和蛋白質(zhì)含量。因此，超聲間歇輔助酸堿提取法對提取甲殼素具有較大的應用前景。

參考文獻

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（責任編輯?周康）