潮汕地區蝦蟹殼提取甲殼素的工藝優化

李曉丹等

摘要：采用傳統酸堿法提取潮汕地區蝦蟹殼中甲殼素，對HCl溶液濃度、HCl溶液用量、酸浸時間3個因素進行正交試驗，確定蝦殼中脫鈣的最佳工藝為提取5.00 g蝦殼需HCl溶液濃度1.50 mol/L，酸浸時間6 h，HCl溶液用量50.00 mL，氫氧化鈉溶液濃度為2.00%，堿浸時間24 h時，平氫氧化鈉溶液用量36.30 mL，甲殼素含量為22.40%；蟹殼中脫鈣的最佳工藝為5.00 g蟹殼需HCl溶液濃度1.50 mol/L，酸浸時間6 h，HCl溶液用量75.00 mL，氫氧化鈉溶液濃度2.00%，堿浸時間24 h，平均氫氧化鈉溶液用量25.03 mL，甲殼素含量為19.80%。

關鍵詞：蝦蟹殼；甲殼素；脫鈣；脫蛋白

中圖分類號：TS202.3 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）03-0668-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.03.041

Optimization of Chitin Extraction from Shrimp and Crab Shell in Chaoshan Area

LI Xiao-dan， LAI He-yun， LIN Wan-qi， LI Xuan-jun， LIN Ya-ling

（Department of Chemistry， Hanshan Normal University， Chaozhou 521041， Guangdong， China ）

Abstract：Using traditional acid-alkali method to extract chitin from the shrimp and crap shell in Chaoshan area， orthogonal experiment was conducted on the three elements of acid concentration， dosage and time to make sure the best extraction technology. The results showed that for decalcifying 5.00 g shrimp shell，the optimum extraction conditions were 1.50 mol/L HCl， 50.00 mL， treat 6 h， and the alkali concentration 2.00%， the average use of alkali 36.30 mL， treat 24 h， and then the yield of chitin was 22.40%. For crab shell， the best conditions were 1.50 mol/L HCl，75.00 mL and treat 6 h ，and 2.00% alkali， 25.03 mL on average and treat 24 h， and then the yield of chitin was 19.80%.

Key words： shrimp crab shell； chitin； demineralization； deproteinization

甲殼素又名甲殼質、幾丁質，化學名稱為（1，4）-2-乙酰氨基-2-脫氧-D-葡萄糖[1]，是自然界大量存在的惟一的天然堿性多糖。甲殼素和其衍生物殼聚糖被譽為繼蛋白質、糖、脂肪、維生素、礦物質以外的第六生命要素[2]。目前，由于甲殼素易進行化學修飾，經化學修飾后的產品已在醫藥、食品、衛生、輕紡、環保等領域得到廣泛應用[3]。所以從低值海洋生物及下腳料中獲取相對高價值的活性物質，作為功能性食品或者藥品成分，安全性高，且具有顯著的社會效益、經濟效益和環境效益[4]。

甲殼素廣泛存在于海洋甲殼動物外殼、軟體動物內骨骼、昆蟲翅膀、菌類及藻類細胞壁內[5]。而廣東潮汕地區瀕臨海洋，具有豐富的海洋生物資源，尤其是蝦蟹等甲殼類生物。但這些蝦蟹加工后產生的外殼常被當作廢棄物處理，不僅浪費，而且造成了環境污染。本試驗研究了采用酸堿法從蝦蟹殼中制取甲殼素的最佳投料比，并分別測定蝦與蟹殼中的鈣含量和蛋白質含量，為未來我國甲殼素新材料的深入研究和應用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

原料：蝦、蟹殼（購自潮州市海鮮城）。

試劑：鹽酸、氫氧化鈉、乙二胺二乙酸鈉、甲基橙試劑、碳酸鈣等，均為分析純。

儀器：JZ7122型粉碎機，購自上海嘉定糧油儀器有限公司；FA2004N型電子天平，購自上海精密科學儀器有限公司；DGG-9240B型電熱恒溫鼓風干燥箱，購自上海森信實驗儀器有限公司；IRAffinity-1型傅立葉變換紅外光譜儀，購自日本島津公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 材料收集與處理 蝦殼與蟹殼剔除殘留肉質和污物，先用自來水洗凈晾干，再用超純水清洗2～3次，晾干，置于干燥箱，60 ℃烘至恒重，粉碎，過40目篩，得到樣品。

1.2.2 蝦蟹殼提取甲殼素工藝流程 基本原理：蝦殼、蟹殼中除了甲殼素，其余主要是碳酸鈣和蛋白質[6]。制備甲殼素的基本原理是脫鈣、脫蛋白和脫色[7]。

基本流程：蝦殼、蟹殼→清洗干燥→粉碎→HCl溶液脫鈣→洗滌至中性→NaOH溶液脫蛋白→脫色→洗滌干燥→甲殼素。

1.2.3 脫鈣試驗設計 每組分別稱取5.00 g的蝦殼、蟹殼粉于200 mL的燒杯中，加入HCl溶液，浸泡，適時過濾，并洗滌濾渣，將濾液與洗滌液定容后，用EDTA絡合滴定Ca，得出脫鈣量，確定最佳投料比以及蝦殼與蟹殼中的含鈣量。

1.2.4 脫鈣正交試驗 根據時杰等[8]甲殼素工藝單因素試驗結果，蝦殼、蟹殼脫鈣過程中的影響因素有HCl溶液濃度、酸浸時間。為了得到較科學的提取方法，試驗設計選取HCl溶液用量、HCl溶液濃度、酸浸時間3個因素，設計三因素三水平的正交試驗，以甲殼素的脫鈣量作為評價指標。正交試驗因素與水平見表1。

1.2.5 脫蛋白、脫色工藝 分別稱取5.00 g已經脫鈣的蝦殼粉、蟹殼粉于200 mL燒杯中，加入150.00 mL 2.00%氫氧化鈉溶液，在室溫下浸泡24 h，過濾并洗滌濾渣，濾液與洗滌液用1.00 mol/L的HCl溶液滴定，得出脫蛋白過程中所需用堿量；同時濾液用凱氏定氮法測定其含氮量，確定蝦殼與蟹殼中的蛋白質含量。每組試驗3次重復，取平均值。

將酸堿浸處理后的蝦殼、蟹殼水洗至中性，與100 mL的10%過氧化氫溶液混合，在室溫下浸泡2 h，洗凈干燥得到白色固體產品即為甲殼素。

甲殼素產率=■×100%

1.2.6 紅外光譜檢測 將甲殼素樣品與市售食品級甲殼素在瑪瑙研缽中研細后，分別與KBr粉末混研，待樣品與KBr混合均勻，裝入模具內放在油壓機上加壓，使之成為透明的晶片，測定其紅外光譜。

2 結果與分析

2.1 脫鈣正交試驗結果

從表2中可知，影響蝦殼脫鈣因素的大小順序為B、C、A，最佳提取方法為A2B3C1，即酸浸時間為6 h，HCl溶液濃度為1.50 mol/L，鹽酸用量為50.00 mL。A2B3C1組合在正交試驗組合中得到的蝦殼脫鈣量為0.452 8 g；影響蟹殼脫鈣因素的大小順序為B、C、A，最佳提取方法為A2B3C2，即酸浸時間為6 h，HCl溶液濃度為1.50 mol/L，HCl溶液用量為75.00 mL。由于A2B3C2組合不在正交試驗組合中，因此進行驗證性試驗，得到蟹殼中脫鈣量為0.641 5 g，高于試驗中得到的最大值0.602 4 g，故試驗結果可靠。

2.2 脫蛋白、甲殼素含量

按照時杰等[8]的蝦殼、蟹殼脫蛋白最佳工藝，氫氧化鈉濃度為2.00%、堿浸時間為24 h探究蝦殼與蟹殼蛋白質的含量以及脫蛋白的用堿量。結果表明，5.00 g蝦殼脫蛋白過程中平均用堿量為36.30 mL，平均含氮量為3.71%，平均蛋白質含量為23.19%；5.00 g蟹殼脫蛋白過程中平均用堿量為25.03 mL，平均含氮量為2.68%，平均蛋白質含量為16.75%。

利用正交試驗提取蝦殼、蟹殼中甲殼素，在最佳脫鈣工藝條件下，得到蝦殼中甲殼素含量為22.40%，蟹殼中甲殼素含量為19.80%。

2.3 紅外光譜檢測

由于物質的紅外光譜與物質之間有著對應關系，光譜（帶）的位置、強度和數目能反映出物質分子中原子質量、化學鍵的性質以及分子的構型[9]。因此，在高分子材料的剖析工作中，紅外光譜法是鑒定各種聚合物最有效的方法[10]。

圖1、圖2為蝦蟹殼中甲殼素與市售食品級甲殼素的紅外光譜。在蝦蟹殼甲殼素紅外光譜中，3 354 cm-1處的峰為O-H伸縮振動，2 850 cm-1處的一組峰為CH2不對稱伸縮，1 665 cm-1的峰為酰胺Ⅰ譜帶，1 312 cm-1處的為酰胺Ⅲ譜帶，1 158 cm-1的峰為υ（C-O-C），1 075 cm-1處的峰為C-O伸縮振動。圖2與圖1大致相同，其在1 312 cm-1和1 558 cm-1處出峰的差異說明2個樣品的脫乙酰度不同。

3 小結

在利用不同材料制取甲殼素的過程中，發現蝦殼中的甲殼素含量為22.40%，蟹殼中甲殼素含量為19.80%；而在酸浸堿浸的廢液中，發現蝦殼鈣含量為9.06%，蛋白質含量為23.19%；蟹殼中鈣含量為12.83%，蛋白質含量為16.75%。目前，我國在對甲殼素領域的研究中取得了一些成果，但是與發達國家相比還有一定的差距，因此有必要充分利用再生資源，加強對甲殼素的研究，為未來蝦蟹殼變廢為寶提供更好的應用前景。

參考文獻：

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