CN100441693C

CN100441693C - 一种甲壳素、壳聚糖的制备方法

Info

Publication number: CN100441693C
Application number: CNB2006100355377A
Authority: CN
Inventors: 曾庆孝; 张立彦; 林珣; 徐敏; 林凯亮
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2026-05-19
Also published as: CN1900126A

Abstract

本发明公开了一种甲壳素、壳聚糖的制备方法，包括将蟹壳经盐酸脱钙后分离、干燥，在干燥物中添加水，调pH值为4.0～5.5，加入蛋白酶，微波辐射处理后加热灭酶，过滤分离滤液和残渣，残渣即为甲壳素；将甲壳素粉碎，经乙醇浸泡后加入NaOH溶液，经微波辐射，反应产物水洗至中性后，再用乙醇浸泡，经微波辐射，反应产物水洗至中性后干燥，得到壳聚糖。本发明将微波化学技术应用于蟹加工下脚料的高值化综合利用，酶解速率大大提高，所得酶解液浓缩、调配后可作为蟹香调味料，资源利用率大大提高。本发明条件温和、快速，可回收蛋白质，避免碱液作用，高效、无污染。本发明使反应速率加快近36倍，碱液用量减少52%。

Description

一种甲壳素、壳聚糖的制备方法

技术领域

本发明涉及水产生物技术领域，具体是指一种甲壳素、壳聚糖的制备方法。

背景技术

世界海洋甲壳动物资源非常丰富。据世界粮农组织FAO渔业部统计，1996年世界海洋甲壳动物总产量达到510.7万吨，其中蟹类占23.88％。蟹经加工后也会产生许多下脚料，如蟹脚、蟹背壳等。蟹加工下脚料中含蟹肉12.97％，蟹壳87.03％。蟹加工生产厂家一般将上述下脚料自然风干后作饲料或肥料，一部分运往甲壳素生产厂生产甲壳素。蟹壳经脱钙后为蛋白质与甲壳素的结合物，若要制备甲壳素需要去除这部分蛋白质。目前对蟹壳中的蛋白质去除主要有两种方法：一种是利用浓度为5～10％的NaOH溶液于90～95℃的条件下将脱钙后的虾、蟹壳熬煮1～2小时，熬煮液经盐酸中和后回收其中的蛋白质，固体物质经水洗至中性，再用1％的KMnO₄溶液氧化，水洗后用1～1.5％的NaHSO₃溶液还原，水洗干燥得到甲壳素；另一种方法是利用蛋白酶水解去除，如对于虾壳中的蛋白质，可采用木瓜蛋白酶或中性蛋白酶水解蛋白质，并回收水解液制备调味料，经水解后的虾壳可制备甲壳素。

目前国内外大多数研究及生产单位制备壳聚糖的方法主要有以下几种：①碱熔法(Winterstein和Hoppe-Seyler发明)，主要操作是按1∶5(甲壳素(g)：片状固体KOH(g))的比例在镍坩锅中共熔，用氮气保护，在180℃下加热搅拌30分钟，得到粗壳聚糖，经反复提纯和冲洗得到较纯的产品，但这种壳聚糖分子量较低。②碱量法，这种方法所得壳聚糖产品分子量较高，主要有两种生产工艺：一是用较低的温度，在较长的时间，如室温下浸泡在40～41％的NaOH溶液中7天，或在60～70％的NaOH溶液中处理20小时，所得产品粘度较高，生产过程易掌握，节省蒸气用量，生产成本低，但生产周期长；二是高温短时操作，一般用质量百分比浓度为40～60％浓碱液，在100～180℃条件下进行脱乙酰处理几小时，得到脱乙酰度在80％左右的壳聚糖。这一工艺也可同时采用氮气保护与间歇法，有利于提高产物壳聚糖的脱乙酰度，抑制分子链的降解，得到脱乙酰度和特性粘度都比较高的壳聚糖产品。这种工艺时间短，产量高，但生产过程掌握不好易出废品。此外还有Broussignac法、Fujita法、Peniston和Johnson法等。以上生产工艺为传统处理工艺，研究已有一定时间，很多已投入实际生产中，工艺比较成熟。不足之处就在于持续的碱处理不能有效的脱乙酰，而仅仅是引起壳聚糖分子链的降解，产品色泽变深；同时由于是非均相处理，产品壳聚糖分子中有未脱乙酰的大分子片断存在，产品只能溶于酸，不能溶于水。另外，这些方法制备效率低、反应周期长、耗用碱量及水量大，生产成本高，对环境的污染也很大。③酶解法。甲壳素脱乙酰酶与甲壳素在30℃下、TES-NaOH缓冲液(pH5.5)中反应48小时获得壳聚糖产品。这种方法节约能源，避免昂贵的化工原料，设备简单，但酶的提取和提纯过程比较复杂。

我国由虾、蟹壳制备甲壳素和壳聚糖的工厂很多，但多数工厂生产规模小、技术水平低、对环境的污染严重，许多厂家仅能生产甲壳素或低脱乙酰度壳聚糖，作为原料供出口或提供给保健品、医药等企业进行深加工。由于生产过程中对壳聚糖的物化性质(以脱乙酰度和分子量为表征)无法有效控制，色泽偏黄，致使壳聚糖的性能和应用价值较低。这已成为壳聚糖及其衍生物开发生产保健品、食品添加剂、医药用品及其它工业用品的瓶颈。此外，因为由甲壳素生产壳聚糖的过程对环境污染严重，为了降低对本国环境的污染，日本等国外企业通常以较低的价格购买我国壳聚糖粗产品，精加工后再销售或应用到工业中。这样从环境保护和经济利益的角度，都对我国不利。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种甲壳素、壳聚糖的制备方法。该方法采用节能、高效、对环境友好的微波辐射-蛋白酶酶法耦合技术及微波辐射促进化学反应技术，实现蟹加工废弃资源的综合利用，提高其应用价值，节约能源，提高壳聚糖生产效率，避免环境污染，实现自然资源、环境的可持续发展。

本发明的目的通过下述技术方案实现：所述一种甲壳素的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：将蟹壳经盐酸脱钙后分离、干燥，以重量份数计，在100份干燥物中添加200～400份水，调pH值为4.0～5.5，按酶的活力单位加入蛋白酶40000U～60000U，微波辐射处理30～50分钟，处理结束后加热灭酶，过滤分离滤液和残渣，残渣即为甲壳素。

为了更好地实现本发明，所述蟹壳采用脱去残肉的蟹背壳、蟹小脚壳；所述蛋白酶包括枯草杆菌蛋白酶、木瓜蛋白酶或胰蛋白酶；所述微波辐射处理的温度控制在35～45℃。

采用所述一种甲壳素制备壳聚糖的方法，包括如下步骤和工艺条件：以重量份数计，取100份甲壳素粉碎，经800～1500份乙醇浸泡3～5小时后，加入1200～1500ml的NaOH溶液，经微波辐射20～25分钟，反应产物经水洗至中性后，再用800～1500份乙醇浸泡2～4小时，微波辐射10～15分钟，反应产物水洗至中性后干燥，得到壳聚糖。

为了更好地实现本发明，所述甲壳素粉碎后的粒度为40～80目；所述NaOH溶液的浓度为40～50％w/v；所述两次微波辐射功率均为300～400W。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明将微波化学技术应用于蟹加工下脚料的高值化综合利用，开发应用价值较高的系列产品。微波辐射-酶法耦合技术是近年来提出来的一种将微波辐射和酶催化结合起来的一种催化手段，主要用于催化有机合成反应。据研究，微波辐射-酶法耦合技术具有增大反应速率和平衡转化率、提高催化的专一性、催化新反应的特点。基于微波辐射-酶法耦合技术的催化机理及特点，本发明将该法引入到甲壳蛋白酶解过程中，获得较理想的结果，酶解速率大大提高，时间也缩短2～4倍，所得酶解液浓缩、调配后可作为蟹香调味料，资源利用率大大提高。

2、本发明主要是采用脱去残肉的蟹背壳、蟹小脚壳，经脱钙后采用微波-蛋白酶耦合技术脱除与甲壳素结合的蛋白质，所得水解液可作为鲜味调味料的配料添加。本发明条件温和、快速，可回收蛋白质，避免碱液作用，高效、无污染。本发明将大大促进蟹加工下脚料的有效利用，提高资源利用率和价值。

3、本发明采用乙醇渗透及微波辐射处理技术，可以使反应速率加快近36倍，碱液用量减少52％。经本发明处理后得到的甲壳素色泽洁白，经乙醇预渗透后，采用间歇水洗-二次微波处理，可得到高粘度壳聚糖，脱乙酰度达98.84％，特性粘度为330.76ml/g，粘度大于1000mPa.s，灰分为0.05％，色泽纯白，1％醋酸中的溶解性良好。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明做进一步地详细说明。但本发明的实施并不限于此。

实施例一

第一步将脱去残肉的蟹背壳、蟹小脚壳残渣经盐酸脱钙后分离、干燥，以重量份数计，在100份干燥物中添加250份水，调pH值为4.5，按酶的活力单位加入A.S.1.398中性蛋白酶(枯草杆菌蛋白酶)50000U，控温40℃，微波辐射处理30分钟，处理结束后微波加热煮沸灭酶，经板框过滤分离滤液和残渣，残渣即为甲壳素，滤液可作为调味料的配料添加；

这一制备过程条件温和、快速，可回收蛋白质，避免碱液作用，高效、无污染，制备的甲壳素色泽纯白。

第二步以重量份数计，取100份甲壳素粉碎为60～80目，经800份乙醇浸泡5小时后，加入1200ml的NaOH溶液(50％w/v)，经微波(功率320W)辐射21分钟，反应产物经水洗至中性后，再用800份乙醇浸泡2小时，微波(功率320W)辐射12分钟，反应产物水洗至中性后冷冻干燥，得到壳聚糖产品。

实施例二

第一步将脱去残肉的蟹背壳、蟹小脚壳残渣经盐酸脱钙后分离、干燥，以重量份数计，在100份干燥物中添加200份水，调pH值为4.0，按酶的活力单位加入木瓜蛋白酶40000U，控温35℃，微波辐射处理50分钟，处理结束后加热煮沸灭酶，经离心机分离滤液和残渣，残渣即为甲壳素，色泽纯白，滤液可作为调味料的配料添加；

第二步以重量份数计，取100份甲壳素粉碎为40～60目，经1000份乙醇浸泡5小时后，加入1500ml的NaOH溶液(40％w/v)，经微波(功率360W)辐射25分钟，反应产物经水洗至中性后，再用1000份乙醇浸泡4小时，微波(功率360W)辐射15分钟，反应产物水洗至中性后冷冻干燥，得到壳聚糖产品。

实施例三

第一步将脱去残肉的蟹背壳、蟹小脚壳残渣经盐酸脱钙后分离、干燥，以重量份数计，在100份干燥物中添加400份水，调pH值为5.5，按酶的活力单位加入胰蛋白酶60000U，控温45℃，微波辐射处理45分钟，处理结束后加热煮沸灭酶，经板框过滤分离滤液和残渣，残渣即为甲壳素，色泽纯白，滤液可作为调味料的配料添加；

第二步以重量份数计，取100份甲壳素粉碎为60～80目，经1200份乙醇浸泡3小时后，加入1300ml的NaOH溶液(48％w/v)，经微波(功率300W)辐射23分钟，反应产物经水洗至中性后，再用1200份乙醇浸泡3小时，微波(功率300W)辐射14分钟，反应产物水洗至中性后冷冻干燥，得到壳聚糖产品。

实施例四

第一步将脱去残肉的蟹背壳、蟹小脚壳残渣经盐酸脱钙后分离、干燥，以重量份数计，在100份干燥物中添加300份水，调pH值为5.0，按酶的活力单位加入木瓜蛋白酶55000U，控温42℃，微波辐射处理40分钟，处理结束后加热煮沸灭酶，经板框过滤分离滤液和残渣，残渣即为甲壳素，色泽纯白，滤液可作为调味料的配料添加；

第二步以重量份数计，取100份甲壳素粉碎为40～60目，经1500份乙醇浸泡4小时后，加入1400ml的NaOH溶液(45％w/v)，经微波(功率400W)辐射20分钟，反应产物经水洗至中性后，再用1500份乙醇浸泡4小时，微波(功率400W)辐射10分钟，反应产物水洗至中性后冷冻干燥，得到壳聚糖产品。

如上所述，即可较好地实现本发明。

Claims

1、一种甲壳素的制备方法，其特征是，包括如下步骤和工艺条件：将蟹壳经盐酸脱钙后分离、干燥，以重量份数计，在100份干燥物中添加200～400份水，调pH值为4.0～5.5，按酶的活力单位加入蛋白酶40000U～60000U，微波辐射处理30～50分钟，处理结束后加热灭酶，过滤分离滤液和残渣，残渣即为甲壳素；所述微波辐射处理的温度控制在35～45℃。

2、根据权利要求1所述的一种甲壳素的制备方法，其特征是，所述蟹壳采用脱去残肉的蟹背壳、蟹小脚壳。

3、根据权利要求1所述的一种甲壳素的制备方法，其特征是，所述蛋白酶为枯草杆菌蛋白酶、木瓜蛋白酶或胰蛋白酶。

4、采用权利要求1所述的一种甲壳素的制备方法制备的甲壳素制备壳聚糖的方法，其特征是，包括如下步骤和工艺条件：以重量份数计，取100份甲壳素粉碎，经800～1500份乙醇浸泡3～5小时后，加入1200～1500ml的NaOH溶液，经微波辐射20～25分钟，反应产物经水洗至中性后，再用800～1500份乙醇浸泡2～4小时，微波辐射10～15分钟，反应产物水洗至中性后干燥，得到壳聚糖；所述NaOH溶液的浓度为40～50％w/v。

5、根据权利要求4所述的一种壳聚糖的制备方法，其特征是，所述甲壳素粉碎后的粒度为40～80目。

6、根据权利要求4所述的一种壳聚糖的制备方法，其特征是，所述两次微波辐射功率均为300～400W。