CN104117418A - 一种甲壳素的粉碎方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于粉碎加工技术领域，具体公开了一种甲壳素的粉碎方法。即将经选料和真空包装后的甲壳素进行超速冷冻；所述超速冷冻的温度为-35℃～-30℃；时间为5～10min；超速冷冻后的甲壳素可在-18℃以下低温储藏后粉碎，也可直接取出包装在冷冻状态下进行粉碎。该方法不仅缩短了粉碎时间，使粉碎颗粒细小达到粉末状态；还省去了目前粉碎原料需干燥后才能进行储藏的工序，优化了工序流程，节省了能耗，高效快速。经分析测试，速冻粉碎前后甲壳素的形貌、分子结构、晶体结构以及热特性并未因粉碎的低温条件以及机械作用而发生明显变化，而且溶解性能得到显著改善，应用范围扩大。
Description
技术领域
本发明属于粉碎加工技术领域，更具体地，涉及一种甲壳素的粉碎方法。
背景技术
甲壳素（chitin）又名几丁质、壳多糖、甲壳质，分子式为(C8H13NO5)n，是由2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄聚糖与2-氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄聚糖以β-1，4糖苷键连接而成的二元线型聚合物，是一种能够维持和保护甲壳动物、微生物躯体的线性氨基多糖。
目前甲壳素已被认为是目前世界上唯一可食性含阳离子的动物纤维，也是继蛋白质、糖、脂肪、维生素、矿物质之后的“第六生命要素”。同时甲壳素具有抗菌抗感染、抗病毒、降低血糖、调节免疫、抵抗肿瘤和辐射等多种药理作用，其医学功能和药物作用已成为人们研究的热点。
同时甲壳素也被认为是自然界中仅次于纤维素的第二大生物资源，其每年合成的量高达100亿吨。但甲壳素溶解性能很差，同时甲壳素中由于分子内、分子间强氢键相互作用的存在，形成了紧密有序的大分子结构使得它不溶于水、稀酸、稀碱、浓碱和一般有机溶剂，浓硫酸、盐酸、磷酸和无水甲酸可使其溶解，但也会严重降解其分子结构。影响效果的发挥，限制了它在很多方面的应用价值。
目前甲壳素的利用多是将甲壳素脱乙酰化，制备成壳聚糖，由于壳聚糖具有无毒、可生物降解、生物相容性好和成膜性好等优良特性，近年来已在化工、环保、医药、食品、化妆品、农业等方面得到了广泛应用，但将甲壳素脱乙酰化制备壳聚糖不仅费时费力，增加成本，也会降低甲壳素的利用效率。
制约甲壳素发展的另一个主要因素是其粉碎比较困难。甲壳素原料为片状，质柔，常用的粉碎设备为高速万能粉碎机，属于一种高速机械冲击粉碎机，其粉碎机理主要为冲击、剪切、碰撞。高速冲击式粉碎机粉碎甲壳素时，在开始很短的时间内就可以把甲壳素粉碎到一定的细度，但当甲壳素粉碎到一定程度后，颗粒变得很轻，这时快速旋转的刀片对颗粒的捶击作用已很小，颗粒的进一步粉碎是靠刀片快速旋转产生的气旋带动颗粒高速碰撞，因而继续粉碎变得越来越难了。文献《甲壳素超微粉碎辅助制备D-氨基葡萄糖盐酸盐》中取甲壳素原料用AGO-2球磨机进行超微粉碎，过500目筛得到粒径≤0.025μm 的超微粉。但是该方法效率低，每小时能粉碎的甲壳素不到1kg，且耗能大，生产成本高。申请号为CN95110462.4的中国专利公开了一种粉末甲壳素的制备工艺，用于粉碎甲壳素。是先将待粉碎的甲壳素放入醋酸溶液内溶解、进行粗滤和精滤、漂白、中和、脱水、烘干，然后再用粉碎机粉碎并过20～220目的筛。但是该制备方法相对加工工艺复杂，消耗溶剂的量大，不能达到节能环保的效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中甲壳素粉碎技术所存在的缺陷，提供一种新的利用超速冷冻粉碎动物甲壳素的方法。
该方法利用甲壳素的“低温脆性”，即随着温度的降低，甲壳素的硬度和脆性增加，而塑性及韧性降低，通过冷冻方式粉碎甲壳素。
本发明的技术方案是通过以下技术方案予以实现的：
提供一种甲壳素的粉碎方法，包括以下步骤：
S1. 将经选料和包装后的甲壳素进行超速冷冻；所述超速冷冻的温度为-35℃～-30℃；时间为5～10min；
S2. 拆包取出并在冷冻状态下进行粉碎。
或者上述甲壳素的粉碎方法包括以下步骤：
S1. 将经选料和包装后的甲壳素进行超速冷冻；所述超速冷冻的温度为-35℃～-30℃；时间为5～10min；
S2. 将速冻后的甲壳素在低温条件下储藏；储藏温度在-18℃以下，储藏时间为常规冻藏时间；
S3. 拆包取出并在冷冻状态下进行粉碎。
优选地，上述超速冷冻在液浸式速冻设备中进行，上述粉碎在万能粉碎机或低温超微粉碎机中进行，S2所述粉碎的时间为3～5S。
优选地，粉碎后的甲壳素可进行后续的加工，即将粉碎后的甲壳素在压力为0～-0.1MPa，温度为40～60℃条件下进行低温真空干燥，干燥后的甲壳素进行过200目的筛。
优选地，S1所述选料是选取未处理的动物外壳或脱过蛋白和矿物质后未干燥的甲壳素，所述甲壳素的含水量为30%～70%；所述包装是将选取的甲壳素装入PVC包装袋中并进行真空包装；所述真空包装是在-0.085MPa～-0.1MPa下抽真空包装，包装厚度10～15mm。
作为一种优选方式，提供一种粉碎甲壳素的方法，包括以下步骤：
S1. 选料包装：将选取的甲壳素装入PVC包装袋中并进行真空包装；所选原料是未处理的动物外壳或脱过蛋白和矿物质后未干燥的甲壳素，含水量为30%～70%；所述真空包装是在-0.085MPa～-0.1MPa下抽真空包装，包装厚度10～15mm；
S2. 低温速冻：将真空包装的甲壳素在液浸式速冻设备中超速冷冻；速冻温度-35℃～-30℃，速冻时间5～10min；
S3. 低温储藏：将速冻后的甲壳素在低温条件下储藏；储藏时间为常见规范冻藏时间，储藏温度-18℃以下；也可以在超速冷冻后立即进行下一步的粉碎；
S4. 冷冻粉碎：将速冻或冻藏后的甲壳素拆包取出后在冷冻状态下粉碎；粉碎选用万能粉碎机或低温超微粉碎机进行，粉碎时间3～5s；
对于粉碎后的甲壳素可进行后续的加工，即在压力为0～-0.1MPa，温度为40～60℃条件下进行低温真空干燥；粉碎干燥后的甲壳素过200目筛，最后得到甲壳素的过筛率96%以上。
作为一种更优选方式，上述甲壳素的粉碎方法包括以下步骤：
S1. 选料包装：选取未经过处理的虾壳作为原料，含水量为70%，装入PVC包装袋中，在-0.085MPa抽真空包装，包装厚度10mm；
S2. 低温速冻：将真空包装的甲壳素在液浸式速冻设备中超速冷冻，速冻温度-30℃，速冻时间10min；
S3. 低温储藏：将速冻后的甲壳素在-18℃条件下储藏1个月；
S4. 冷冻粉碎：速冻后的甲壳素拆包取出后在冷冻状态下用万能粉碎机进行粉碎，粉碎时间5s；
S5. 低温真空干燥：将粉碎后的甲壳素在压力为-0.096MPa，温度为60℃条件下进行低温真空干燥；过200目筛，所得到的甲壳素过筛率达到96%。
作为一种更优选方式，上述甲壳素的粉碎方法包括以下步骤：
S1. 选料包装：选取未经过处理的蟹壳为原料，含水量为50%，装入PVC包装袋中-0.095MPa抽真空包装，包装厚度15mm；
S2. 低温速冻：将真空包装的甲壳素在液浸式速冻设备中超速冷冻，速冻温度-35℃，速冻时间5min；
S3. 低温储藏：将速冻后的甲壳素在-18℃条件下储藏6个月；
S4. 冷冻粉碎：速冻后的甲壳素拆包取出后在冷冻状态下选用低温超微粉碎机进行粉碎，粉碎时间3s；
S5. 低温真空干燥：将粉碎后的甲壳素在压力为-0.056MPa，温度为40℃条件下进行低温真空干燥；过200目筛，所得到的甲壳素过筛率97%。
作为一种更优选方式，上述甲壳素的粉碎方法包括以下步骤：
S1. 选料包装：选取脱过蛋白和矿物质后未干燥的虾甲壳素，含水量为30%，装入PVC包装袋中，并在-0.085MPa抽真空包装，包装厚度15mm；
S2. 低温速冻：将真空包装的甲壳素在液浸式速冻设备中超速冷冻，速冻温度-35℃，速冻时间8min；
S3. 冷冻粉碎：将速冻后的甲壳素立即拆包，取出后在冷冻状态下用万能粉碎机进行粉碎，粉碎时间5s；
S4. 低温真空干燥：将粉碎后的甲壳素在压力为-0.04MPa，温度为50℃条件下进行低温真空干燥，过200目筛，所得到的甲壳素过筛率96%。
现有技术中对低温粉碎的研究有不少报道，低温粉碎也广泛应用于食品、水产品和农畜产品加工工业中，但对现有上述产品的加工中，其低温粉碎不仅需要先对要粉碎的原料进行前处理，还需要控制低温粉碎的温度（多用在液氮存在的情况下），一般低温处理需要在-100℃以下处理1h以上才可进行下一步的粉碎，本发明同样遵循低温粉碎的原理，但申请人对甲壳素的低温粉碎进行了设计和优化，选择含水量为30%～70%的甲壳素，并在-35℃～-30℃温度下冷冻5～10min。冷冻后的甲壳素不会破坏细胞结构，且含水适中，脆性增加；冷冻时间短，冷冻后的甲壳素可在3～5s内即可完成粉碎。
申请人在前期也同样研究了液氮粉碎甲壳素，粉碎后的甲壳素粒径为120μm，与液氮粉碎甲壳素相比，本发明所述方法不仅冷冻温度适中，冷冻时间短，节能环保，更重要的是可立即粉碎，达到很小的粒径，本发明所述方法得到的甲壳素的粒径为80～90μm。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明利用甲壳素在冷冻状态下的“低温脆性”，采用低温速冻方式粉碎甲壳素，所述甲壳素可在10min内超速冷冻，粉碎甲壳素之前也可直接在低温下进行储藏，使用时取出直接进行粉碎即可，所述粉碎时间为3～5s，该方法不仅缩短了粉碎时间，使粉碎颗粒细小达到粉末状态；还省去了目前粉碎原料需进行前处理（所述前处理包括但不限于物理处理和化学处理等步骤）和干燥后才能进行储藏的工序，优化了工序流程，所述低温冷冻的时间短，处理温度适中，大大节省了机械能耗，高效快速。经分析测试，速冻粉碎前后甲壳素的形貌、分子结构、晶体结构以及热特性并未因粉碎的低温条件以及机械作用而发生明显变化，而且溶解性能得到显著改善，应用范围扩大。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商建议的条件。除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术人员熟悉的意义相同。
实施例1 虾壳的粉碎
S1. 选料包装：选取未经过处理的虾壳作为原料，含水量为70%，装入PVC包装袋中，在-0.085MPa抽真空包装，包装厚度10mm；
S2. 低温速冻：将真空包装的甲壳素在液浸式速冻设备中超速冷冻，速冻温度-30℃，速冻时间10min；
S3. 低温储藏：将速冻后的甲壳素在-18℃条件下储藏1个月；
S4. 冷冻粉碎：速冻后的甲壳素拆包取出后在冷冻状态下用万能粉碎机进行粉碎，粉碎时间5s；
S5. 低温真空干燥：将粉碎后的甲壳素在压力为-0.096MPa，温度为60℃条件下进行低温真空干燥；过200目筛，所得到的甲壳素过筛率达到96%。
实施例2 蟹壳的粉碎
S1. 选料包装：选取未经过处理的蟹壳为原料，含水量为50%，装入PVC包装袋中-0.095MPa抽真空包装，包装厚度15mm；
S2. 低温速冻：将真空包装的甲壳素在液浸式速冻设备中超速冷冻，速冻温度-35℃，速冻时间5min；
S3. 低温储藏：将速冻后的甲壳素在-18℃条件下储藏6个月；
S4. 冷冻粉碎：速冻后的甲壳素拆包取出后在冷冻状态下选用低温超微粉碎机进行粉碎，粉碎时间3s；
S5. 低温真空干燥：将粉碎后的甲壳素在压力为-0.056MPa，温度为40℃条件下进行低温真空干燥；过200目筛，所得到的甲壳素过筛率97%。
实施例3 虾甲壳素的粉碎
S1. 选料包装：选取脱过蛋白和矿物质后未干燥的虾甲壳素，含水量为30%，装入PVC包装袋中，并在-0.085MPa抽真空包装，包装厚度15mm；
S2. 低温速冻：将真空包装的甲壳素在液浸式速冻设备中超速冷冻，速冻温度-35℃，速冻时间8min；
S3. 冷冻粉碎：将速冻后的甲壳素立即拆包，取出后在冷冻状态下用万能粉碎机进行粉碎，粉碎时间5s；
S4. 低温真空干燥：将粉碎后的甲壳素在压力为-0.04MPa，温度为50℃条件下进行低温真空干燥，过200目筛，所得到的甲壳素过筛率96%。
上述实施例1～3获得的甲壳素在粉碎前是片状或条状，其尺寸在1～5cm不等，而粉碎后的甲壳素粒径可达到80～90μm。
对上述实施例1～3获得的甲壳素改性成壳聚糖，对得到的壳聚糖进行溶解性试验，溶解用3%体积分数的乙酸，结果表明粉碎前甲壳素与粉碎后甲壳素获得的改性壳聚糖的溶解性能提高了20%～30%。
Claims (7)
1.一种甲壳素的粉碎方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 将经选料和包装后的甲壳素进行超速冷冻；所述超速冷冻的温度为-35℃～-30℃；时间为5～10min；
S2. 拆包取出并在冷冻状态下进行粉碎。
2.根据权利要求1所述甲壳素的粉碎方法，其特征在于，S2所述粉碎的时间为3～5s。
3.根据权利要求1所述甲壳素的粉碎方法，其特征在于，将S2所述粉碎后的甲壳素在压力为0～-0.1MPa，温度为40～60℃条件下进行低温真空干燥，干燥后的甲壳素进行过筛。
4.根据权利要求3所述甲壳素的粉碎方法，其特征在于，所述过筛是过200目的筛。
5.根据权利要求1所述甲壳素的粉碎方法，其特征在于，S1所述选料是选取未处理的动物外壳或脱过蛋白和矿物质后未干燥的甲壳素，所述甲壳素的含水量为30%～70%；所述包装是将选取的甲壳素装入PVC包装袋中并进行真空包装。
6.根据权利要求5所述甲壳素的粉碎方法，其特征在于，所述真空包装是在-0.085MPa～-0.1MPa下抽真空包装，包装厚度10～15mm。
7.根据权利要求1所述甲壳素的粉碎方法，其特征在于，S1所述超速冷冻后的甲壳素在-18℃以下储藏。
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