技术领域
[0001] 本
发明涉及一种从虾蟹壳中快速提取高纯度低分子量甲壳素的方法,属于天然产物分离提取技术领域。
背景技术
[0002] 据统计我国每年可生产虾、蟹等
水产品50 MT,由此产生废弃的虾、蟹壳资源达10 MT,不但造成资源的极大浪费,而且对环境污染严重,如何将垃圾污染源的虾蟹壳转变为宝贵的
生物资源,已是国内外研究的热点之一。虾、蟹壳中含有大量的甲壳素,甲壳素又名甲壳质、几丁质、壳多糖、聚乙酰
氨基
葡萄糖等,是由N-乙酰-2-氨基-2-脱
氧-D-葡萄糖以β-1,4糖苷键连接而形成的天然多糖,是地球上含量仅次于
纤维素的天然高分子化合物。在甲壳素分子中,因其内外氢键的相互作用,形成了有序的大分子结构,溶解性能很差,不溶于水、稀酸、稀
碱及一般的
有机溶剂,可溶于浓
无机酸,这限制了它在很多方面的应用。而低分子量甲壳素表现出了良好的抗氧化性,抗菌性等优点可以被广泛利用。但目前低分子量甲壳素的制备方法都是先从含有甲壳素的原料中采用酸碱法、酶法、
发酵法、离子液或低共熔溶剂提取法等提取得到高分子量的甲壳素,高分子量甲壳素经酸
水解后才能得到低分子量的甲壳素。这些常规提取高分子量甲壳素的方法不但本身仍都存在不同的问题,如酸碱法会产生大量的酸碱
废水,对环境污染较大,生产周期较长;酶法清洁,对环境污染较小,但生产所用的酶价格昂贵,生产成本高;发酵法的缺点是生产周期长;
离子液体是甲壳素的直接溶剂,但由于其
生物降解性差,具有一定的毒性,成本是普通溶剂的2 4倍甚至更高等,而且过~
程复杂,需要两步甚至更多的步骤才能得到。因此,寻找一种工艺简单、环境污染小且能通过一步法快速从虾蟹壳中制备低分子量甲壳素的方法具有重要意义,目前还鲜有报道,同时甘油作为一种生物可降解,无毒,低成本,高沸点的溶剂,是
生物柴油的副产物,其在提取低分子量甲壳素的方面也无应用。本发明公开的是以绿色环保且成本低廉的甘油和酸的混合溶剂从虾蟹壳中分离提取低分子量甲壳素的方法。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题是克服
现有技术的
缺陷,提供一种工艺简单、生产成本低且环境污染小的甲壳素提取方法。
[0004] 为解决上述技术问题,本发明提供一种从虾蟹壳中快速提取高纯度低分子量甲壳素的方法,包括以下步骤:(1)虾蟹壳前期处理:去除虾蟹壳内外表面的异物,用水反复冲洗后,浸泡在
乙醇溶液中,用水冲洗后经烘干、
磨碎、过筛,取100目以下虾蟹壳粉备用;
(2)混合溶剂的准备:将甘油和
盐酸溶液按重量份数混合置于反应容器中,室温搅拌均匀后得到盐酸
质量浓度为5% 9%的混合溶剂备用;
~
(3)将步骤(1)得到的虾蟹壳粉与混合溶剂按质量比混合,在设定
温度下搅拌反应1 4~
小时,得到反应产物;
(4)将步骤(3)得到的反应产物加入蒸馏水并冷却,在高速离心机上按设定速度、设定时间离心,反复水洗到接近中性,将沉淀物烘干后即得到甲壳素。
[0005] 优选地,所述步骤(2)中的重量份数为HCl 4 10份,水7 17份,甘油73 89份。~ ~ ~
[0006] 优选地,所述步骤(3)中虾蟹壳粉与混合溶剂的质量比为1:5 1:15 。~
[0007] 优选地,所述步骤(3)中设定温度为60 150℃。~
[0008] 优选地,所述步骤(4)的设定速度为 4000 r/min。
[0009] 优选地,所述步骤(4)的设定时间为5 min。
[0010] 本发明所达到的有益效果:(1)本发明所用的溶剂为甘油和盐酸混合溶液,其原料价格低廉且无毒,制备过程简便,时间短。
[0011] (2)本发明借助甘油均匀渗透到虾蟹壳粉内部,从而在加热过程中使得其内外受热均匀,同时借助盐酸中氢离子,实现在加热的状态下快速水解
蛋白质,达到同时脱
钙和降解甲壳素的目的。该方法中甘油能够促进蛋白质与甲壳素分离,因而所需的酸含量少,且提取工艺简单,反应易于控制的特点,不需要再消耗氢氧化钠脱蛋白,能够实现节约成本,降低
能源消耗。
附图说明
[0012] 图1是虾壳、甲壳素标准样和不同比例
混合液提取的甲壳素的红外
光谱图,a.虾壳,b.甲壳素标准样,c.
实施例2的甲壳素,d.实施例3的甲壳素,f.实施例6的甲壳素。
具体实施方式
[0013] 下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0014] 实施例1(1)龙虾壳前期处理:去除龙虾壳内外表面的异物,用水反复冲洗后,浸泡在乙醇溶液中,用水冲洗后经烘干、磨碎、过筛,取100目以下龙虾壳粉备用;
(2)混合溶剂的准备:将甘油和盐
酸溶液按重量份数混合置于反应容器中,室温搅拌均匀后得到盐酸质量浓度为5%的混合溶剂备用;
(3)将步骤(1)得到的龙虾壳粉与混合溶剂按1:10的质量比混合,在设定120℃温度下搅拌反应2小时,得到反应产物;
(4)将步骤(3)得到的反应产物加入蒸馏水并冷却,在高速离心机上按转速4000r/min,时间5min进行离心,反复水洗到接近中性,将沉淀物烘干后即得到甲壳素。甲壳素称重后经计算提取率为20.33%,分子量为95KDa。
[0015] 实施例2(1)龙虾壳前期处理:去除龙虾壳内外表面的异物,用水反复冲洗后,浸泡在乙醇溶液中,用水冲洗后经烘干、磨碎、过筛,取100目以下龙虾壳粉备用;
(2)混合溶剂的准备:将甘油和盐酸溶液按重量份数混合置于反应容器中,室温搅拌均匀后得到盐酸质量浓度为7%的混合溶剂备用;
(3)将步骤(1)得到的龙虾壳粉与混合溶剂按1:10的质量比混合,在设定120℃温度下搅拌反应2小时,得到反应产物;
(4)将步骤(3)得到的反应产物加入蒸馏水并冷却,在高速离心机上按转速4000r/min,时间5min进行离心,反复水洗到接近中性,将沉淀物烘干后即得到甲壳素。甲壳素称重后经计算提取率为15.03%,分子量为55KDa。
[0016] 实施例3(1)龙虾壳前期处理:去除龙虾壳内外表面的异物,用水反复冲洗后,浸泡在乙醇溶液中,用水冲洗后经烘干、磨碎、过筛,取100目以下龙虾壳粉备用;
(2)混合溶剂的准备:将甘油和盐酸溶液按重量份数混合置于反应容器中,室温搅拌均匀后得到盐酸质量浓度为9%的混合溶剂备用;
(3)将步骤(1)得到的龙虾壳粉与混合溶剂按1:10的质量比混合,在设定120℃温度下搅拌反应2小时,得到反应产物;
(4)将步骤(3)得到的反应产物加入蒸馏水并冷却,在高速离心机上按转速4000r/min,时间5min进行离心,反复水洗到接近中性,将沉淀物烘干后即得到甲壳素。甲壳素称重后经计算提取率为14.33%,分子量为52KDa。
[0017] 实施例4(1)龙虾壳前期处理:去除龙虾壳内外表面的异物,用水反复冲洗后,浸泡在乙醇溶液中,用水冲洗后经烘干、磨碎、过筛,取100目以下龙虾壳粉备用;
(2)混合溶剂的准备:将甘油和盐酸溶液按重量份数混合置于反应容器中,室温搅拌均匀后得到盐酸质量浓度为5%的混合溶剂备用;
(3)将步骤(1)得到的龙虾壳粉与混合溶剂按1:10的质量比混合,在设定60℃温度下搅拌反应2小时,得到反应产物;
(4)将步骤(3)得到的反应产物加入蒸馏水并冷却,在高速离心机上按转速4000r/min,时间5min进行离心,反复水洗到接近中性,将沉淀物烘干后即得到甲壳素。甲壳素称重后经计算提取率为28.23%,分子量为115KDa。
[0018] 实施例5(1)龙虾壳前期处理:去除龙虾壳内外表面的异物,用水反复冲洗后,浸泡在乙醇溶液中,用水冲洗后经烘干、磨碎、过筛,取100目以下龙虾壳粉备用;
(2)混合溶剂的准备:将甘油和盐酸溶液按重量份数混合置于反应容器中,室温搅拌均匀后得到盐酸质量浓度为5%的混合溶剂备用;
(3)将步骤(1)得到的龙虾壳粉与混合溶剂按1:10的质量比混合,在设定90℃温度下搅拌反应2小时,得到反应产物;
(4)将步骤(3)得到的反应产物加入蒸馏水并冷却,在高速离心机上按转速4000r/min,时间5min进行离心,反复水洗到接近中性,将沉淀物烘干后即得到甲壳素。甲壳素称重后经计算提取率为25.60%,分子量为99KDa。
[0019] 实施例6(1)龙虾壳前期处理:去除龙虾壳内外表面的异物,用水反复冲洗后,浸泡在乙醇溶液中,用水冲洗后经烘干、磨碎、过筛,取100目以下龙虾壳粉备用;
(2)混合溶剂的准备:将甘油和盐酸溶液按重量份数混合置于反应容器中,室温搅拌均匀后得到盐酸质量浓度为5%的混合溶剂备用;
(3)将步骤(1)得到的龙虾壳粉与混合溶剂按1:10的质量比混合,在设定150℃温度下搅拌反应2小时,得到反应产物;
(4)将步骤(3)得到的反应产物加入蒸馏水并冷却,在高速离心机上按转速4000r/min,时间5min进行离心,反复水洗到接近中性,将沉淀物烘干后即得到甲壳素。甲壳素称重后经计算提取率为17.93%,分子量为57KDa。
[0020] 实施例7(1)龙虾壳前期处理:去除龙虾壳内外表面的异物,用水反复冲洗后,浸泡在乙醇溶液中,用水冲洗后经烘干、磨碎、过筛,取100目以下龙虾壳粉备用;
(2)混合溶剂的准备:将甘油和盐酸溶液按重量份数混合置于反应容器中,室温搅拌均匀后得到盐酸质量浓度为5%的混合溶剂备用;
(3)将步骤(1)得到的龙虾壳粉与混合溶剂按1:10的质量比混合,在设定120℃温度下搅拌反应1小时,得到反应产物;
(4)将步骤(3)得到的反应产物加入蒸馏水并冷却,在高速离心机上按转速4000r/min,时间5min进行离心,反复水洗到接近中性,将沉淀物烘干后即得到甲壳素。甲壳素称重后经计算提取率为22.43%,分子量为104KDa。
[0021] 实施例8(1)龙虾壳前期处理:去除龙虾壳内外表面的异物,用水反复冲洗后,浸泡在乙醇溶液中,用水冲洗后经烘干、磨碎、过筛,取100目以下龙虾壳粉备用;
(2)混合溶剂的准备:将甘油和盐酸溶液按重量份数混合置于反应容器中,室温搅拌均匀后得到盐酸质量浓度为5%的混合溶剂备用;
(3)将步骤(1)得到的龙虾壳粉与混合溶剂按1:10的质量比混合,在设定120℃温度下搅拌反应3小时,得到反应产物;
(4)将步骤(3)得到的反应产物加入蒸馏水并冷却,在高速离心机上按转速4000r/min,时间5min进行离心,反复水洗到接近中性,将沉淀物烘干后即得到甲壳素。甲壳素称重后经计算提取率为18.40%,分子量为94KDa。
[0022] 实施例9(1)龙虾壳前期处理:去除龙虾壳内外表面的异物,用水反复冲洗后,浸泡在乙醇溶液中,用水冲洗后经烘干、磨碎、过筛,取100目以下龙虾壳粉备用;
(2)混合溶剂的准备:将甘油和盐酸溶液按重量份数混合置于反应容器中,室温搅拌均匀后得到盐酸质量浓度为5%的混合溶剂备用;
(3)将步骤(1)得到的龙虾壳粉与混合溶剂按1:10的质量比混合,在设定120℃温度下搅拌反应4小时,得到反应产物;
(4)将步骤(3)得到的反应产物加入蒸馏水并冷却,在高速离心机上按转速4000r/min,时间5min进行离心,反复水洗到接近中性,将沉淀物烘干后即得到甲壳素。甲壳素称重后经计算提取率为17.82%,分子量为84KDa。
[0023] 实施例10(1)龙虾壳前期处理:去除龙虾壳内外表面的异物,用水反复冲洗后,浸泡在乙醇溶液中,用水冲洗后经烘干、磨碎、过筛,取100目以下龙虾壳粉备用;
(2)混合溶剂的准备:将甘油和盐酸溶液按重量份数混合置于反应容器中,室温搅拌均匀后得到盐酸质量浓度为5%的混合溶剂备用;
(3)将步骤(1)得到的龙虾壳粉与混合溶剂按1:5的质量比混合,在设定120℃温度下搅拌反应2小时,得到反应产物;
(4)将步骤(3)得到的反应产物加入蒸馏水并冷却,在高速离心机上按转速4000r/min,时间5min进行离心,反复水洗到接近中性,将沉淀物烘干后即得到甲壳素。甲壳素称重后经计算提取率为18.92%,分子量为105 KDa。
[0024] 实施例11(1)龙虾壳前期处理:去除龙虾壳内外表面的异物,用水反复冲洗后,浸泡在乙醇溶液中,用水冲洗后经烘干、磨碎、过筛,取100目以下龙虾壳粉备用;
(2)混合溶剂的准备:将甘油和盐酸溶液按重量份数混合置于反应容器中,室温搅拌均匀后得到盐酸质量浓度为5%的混合溶剂备用;
(3)将步骤(1)得到的龙虾壳粉与混合溶剂按1:15的质量比混合,在设定120℃温度下搅拌反应2小时,得到反应产物;
(4)将步骤(3)得到的反应产物加入蒸馏水并冷却,在高速离心机上按转速4000r/min,时间5min进行离心,反复水洗到接近中性,将沉淀物烘干后即得到甲壳素。甲壳素称重后经计算提取率为为16.12%,分子量为78KDa。
[0025] 如图1所示,曲线均存在甲壳素的特征吸收峰:3437cm- 1为O-H伸缩振动吸收峰;3258 cm-1为N-H伸缩振动吸收峰;2960 2879cm-1的3个吸收峰,为C-H伸缩振动吸收峰;1656 ~
cm-1、1552 cm-1、1311 cm-1处的吸收峰,分别为酰胺Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ谱带;1030 1157 cm-1之间的4个~
C-O伸缩振动的吸收峰;897 cm-1为环伸缩振动吸收峰,而与虾壳对比不存在1447 cm-1处蛋白质吸收峰,说明按本发明的方法所得到的产物甲壳素纯度高,其基本的化学结构未受提取过程中影响。
[0026] 本发明所用的溶剂为甘油和盐酸混合溶液,其原料价格低廉且无毒,制备过程简便,时间短。本发明借助甘油均匀渗透到虾蟹壳粉内部,从而在加热过程中使得其内外受热均匀,同时借助盐酸中氢离子,实现在加热的状态下快速水解蛋白质,达到同时脱钙和降解甲壳素的目的。该方法中甘油能够促进蛋白质与甲壳素分离,因而所需的酸含量少,且提取工艺简单,反应易于控制的特点,不需要消耗氢氧化钠脱蛋白,能够实现节约成本,降低能源消耗。
[0027] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和
变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。