CN104163875A - 一种从虾蟹副产物制备甲壳素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种从虾蟹副产物制备甲壳素的方法，包括下述步骤：采用辊式挤压设备将去除砂石和杂物的新鲜的虾蟹壳进行挤压破碎；超声波处理完成后过滤，收集滤渣；高压处理；酸处理后水洗至中性，离心，冷冻干燥后得到甲壳素。本发明将超声波和高压技术应用于甲壳素的生产中，工艺成熟、可靠，时间缩短，适合规模化生产。

Description

一种从虾蟹副产物制备甲壳素的方法

技术领域

本发明属于生物资源高效加工技术领域，具体涉及一种从虾蟹壳中提取甲壳素的方法。

背景技术

甲壳素又叫几丁质、甲壳质，广泛存在于虾蟹壳等甲壳动物的外壳及各种昆虫的外壳、部分高等动物的软骨以及真菌微生物细胞壁中，是地球上最为丰富的生物质资源之一。甲壳素是一种重要的天然高分子多糖聚合物，经脱乙酰基后的产物被称为壳聚糖。甲壳素和壳聚糖在食品、化工、医药、农业等领域中有着广泛的应用。

目前各国对壳聚糖的应用研究不断深化，但其规模化应用依旧有限。我国在这方面的研究起步较晚，研究成果有限，因此应加大虾壳、蟹壳中壳聚糖的提取及应用研究，以期取得较大的社会效益和经济效益。虾壳、蟹壳中壳聚糖的制备方法主要有酸碱法和微生物发酵法。酸碱法是目前利用虾壳、蟹壳提取制备甲壳素和壳聚糖最普遍的方法，也是目前工业上大规模利用虾壳制备甲壳素和壳聚糖的主要方法。

甲壳素的传统工艺是酸碱法，一般采用高浓度(10～12％)盐酸溶液去除甲壳动物壳中的钙、磷等矿物质，再用水冲洗至中性，然后用氢氧化钠溶液水解壳内和壳上的蛋白质等成分，最后脱水干燥而成甲壳素。这种酸碱处理工艺，尽管方法简单、应用性强，但是产生废水量很大，特别是碱水中的蛋白质无法有效回收，存在严重的环境污染。通常生产一吨甲壳素要投入2.5-2.8吨氢氧化钠，8-9吨盐酸，约350吨水，排放含强酸、强碱和有机质的工业污水250吨左右。目前在甲壳素生产废水的治理中，主要采用单纯的末端治理方式，经济投入大，而且难以达到排污标准。

因而通过创新甲壳素的生产工艺，从原料预处理环节入手，才能真正实现甲壳素生产的清洁化。虾蟹壳附着大量的蛋白质、脂肪，如能够通过有效的回收使用，可以制备成为经济价值较大的饲料添加剂，而且能够大大减少后续酸碱的投入，这是清洁生产的重要技术理念和必须坚持的原则。近年来产生了较多的生物回收工艺，基本是采用酶法进行生物质的水解，但在实践应用方面效果较差，主要原因在于：(1)虾蟹副产物中的有机质有紧密结合型的和非紧密型的，生物酶法往往对其中的部分紧密结合的生物质水解效果不好，直接导致回收效率不高；(2)酶的使用成本高，而且单一的酶制剂水解效果不好，需要使用复合酶。如对蛋白酶而言，其加入量一般是原料中蛋白的1％左右，而普通蛋白酶制剂，市场价格在150-250元/kg，其投入的成本显然较大，如果不能有效降低酶制剂的用量，就难以使生物法得到有效应用；(3)后续处理成本高，主要是水解液一般需要浓缩进行处理，投入的能耗较高，这也是生物法回收甲壳有机质难以突破的瓶颈之一。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题，提出一种无污染、低成本的从虾蟹副产物制备甲壳素的方法。

一种从虾蟹壳中提取甲壳素的方法，包括下述步骤：

a.破碎处理：采用辊式挤压设备将去除砂石和杂物的新鲜的虾蟹壳进行挤压破碎，分别取得破碎的虾蟹壳和被挤出的膏状蛋白和脂肪组织；

b.超声波处理：绞碎后的原料中加入10-20倍重量的纯净水，超声波处理10-20min，作用温度25-45℃，功率为200-300W，完成后过滤，收集滤渣；

c.高压处理：将步骤b得到的滤渣，加入纯净水，于110-121℃高压保持20-40min，过滤，收集滤渣；

d.酸处理：向步骤c得到滤渣中加入相当于滤渣1-3倍质量的盐酸溶液，浸泡1h，水洗至中性，离心，冷冻干燥后得到甲壳素。

步骤d所述盐酸溶液的浓度为1.0-3.0mol/L。

所述的步骤a挤压破碎时，加入占虾蟹壳总量8～10％的水。

采用本发明的方法得到的甲壳素，具有如下性状：白色或灰白色，无定形半透明固体，溶于浓盐酸、硫酸、冰乙酸、78-97％磷酸，不溶于水、稀酸、碱、乙醇及其他有机溶剂。

采用本发明的方法以虾蟹壳为原料提取甲壳素，与现有技术相比，本发明的优点：

1、本发明将超声波和高压技术应用于甲壳素的生产中，工艺成熟、可靠，适合规模化生产。

2、相比传统的酸碱法，本发明不仅反应条件温和，耗能少，其品质优于传统酸碱法得到的甲壳素，而且处理过程不会水解甲壳素，可以得到较大分子量的甲壳素产物，另外不会产生大量的酸碱废液，对环境友好。

3、相比传统的酸碱法，微生物发酵法，本发明采用超声波处理和高压处理，整个工序的时间大为缩短。

具体实施方式

下面以实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例1：

一种从虾蟹壳中提取甲壳素的方法，包括下述步骤：

a.原料处理：将10kg虾头用纯净水洗净后绞碎，挤压破碎时，加入占虾蟹壳总量8％的水；

b.超声波处理：绞碎后的原料中加入10倍重量的纯净水，超声波处理10min，作用温度25℃，功率为300W，完成后过滤，收集滤渣；

c.高压处理：将步骤b得到的滤渣，加入纯净水，于121℃高压保持40min，过滤，收集滤渣；

d.酸处理：向步骤c得到滤渣中加入相当于滤渣同样质量的1.0mol/L盐酸溶液，浸泡1h，水洗至中性，离心，冷冻干燥后得到甲壳素1.82kg，含量98.5％。

实施例2：

一种从虾蟹壳中提取甲壳素的方法，包括下述步骤：

a.原料处理：将10kg蟹壳用纯净水洗净后绞碎，挤压破碎时，加入占虾蟹壳总量9％的水；

b.超声波处理：绞碎后的原料中加入20倍重量的纯净水，超声波处理20min，作用温度45℃，功率为200W，完成后过滤，收集滤渣；

c.高压处理：将步骤b得到的滤渣，加入纯净水，于121℃高压保持20min，过滤，收集滤渣；

d.酸处理：向步骤c得到滤渣中加入相当于滤渣3倍质量的3.0mol/L盐酸溶液，浸泡1h，水洗至中性，离心，冷冻干燥后得到甲壳素1.93kg，含量98.6％。

实施例3：

一种从虾蟹壳中提取甲壳素的方法，包括下述步骤：

a.原料处理：将10kg虾头和蟹壳用纯净水洗净后绞碎挤压破碎时，加入占虾蟹壳总量10％的水；

b.超声波处理：绞碎后的原料中加入15倍重量的纯净水，超声波处理15min，作用温度30℃，功率为250W，完成后过滤，收集滤渣；

c.高压处理：将步骤b得到的滤渣，加入纯净水，于115℃高压保持30min，过滤，收集滤渣；

d.酸处理：向步骤c得到滤渣中加入相当于滤渣2倍质量的3.0mol/L盐酸溶液，浸泡1h，水洗至中性，离心，冷冻干燥后得到甲壳素1.88kg，含量99.1％。

本发明的其他优点和变更对于本领域的技术人员而言是显而易见的。因此，本发明并不限定于这里表示和描述的特定细节和优选的实施方式。因而，在不脱离由权利要求书定义的本发明的技术范围或主旨的情况下能够进行各种变更。

Claims (3)

1.一种从虾蟹副产物制备甲壳素的方法，包括下述步骤：

(1).破碎处理：采用辊式挤压设备将去除砂石和杂物的新鲜的虾蟹壳进行挤压破碎，分别取得破碎的虾蟹壳和被挤出的膏状蛋白和脂肪组织；

(2).超声波处理：绞碎后的原料中加入10-20倍重量的纯净水，超声波处理10-20min，作用温度25-45℃，功率为200-300W，完成后过滤，收集滤渣；

(3).高压处理：将步骤(2)得到的滤渣，加入纯净水，于110-121℃高压保持20-40min，过滤，收集滤渣；

(4).酸处理：向步骤(3)得到滤渣中加入相当于滤渣1-3倍质量的盐酸溶液，浸泡1h，水洗至中性，离心，冷冻干燥后得到甲壳素。

2.根据权利要求1所述的从虾蟹副产物制备甲壳素的方法，其特征在于：步骤(4)所述盐酸溶液的浓度为1.0-3.0mol/L。

3.根据权利要求1所述的从虾蟹副产物制备甲壳素的方法，其特征在于：步骤(1)所述的挤压破碎时，加入占虾蟹壳总量8～10％的水。