制備殼聚糖的主要原料來(lái)源于水產(chǎn)加工廠廢棄的蝦殼和蟹殼,其主要成分有碳酸鈣、蛋白質(zhì)和甲殼素(20%左右)。由蝦蟹殼制備殼聚糖的過(guò)程實(shí)際上就是脫鈣、去蛋白質(zhì)、脫色和脫乙酸的過(guò)程。目前國(guó)內(nèi)外制備殼聚糖的方法包括酸堿法、酶法、氧化降解法及機(jī)械加工法。酸堿法是利用稀鹽酸將難溶的碳酸鈣轉(zhuǎn)化為可溶性的氯化鈣而隨溶液分出,再用稀堿將蛋白質(zhì)溶出,再經(jīng)過(guò)脫色及水洗、干燥等過(guò)程即可得到甲殼素,然后通過(guò)脫乙酸化反應(yīng),可使甲殼素脫去分子中的乙酸基,轉(zhuǎn)變?yōu)闅ぞ厶?。酶法則是利用乙二胺脫鈣、用酶去蛋白質(zhì)的過(guò)程。機(jī)械加工法則是利用精選的蝦蟹殼經(jīng)過(guò)干燥、壓碎、研磨、分選、精篩等過(guò)程。其中最常用的方法是酸堿法,但此法仍存在許多問(wèn)題,如酸堿性過(guò)強(qiáng)、降解速度慢、降解產(chǎn)物聚合度低、產(chǎn)物純化難、生產(chǎn)成本高等。
酸堿法制備殼聚糖具體步驟如下:①原料預(yù)處理:首先將蝦殼、蟹殼的肉質(zhì)、污物等雜質(zhì)去除,用水洗凈,然后干燥;②酸浸:去除原料中無(wú)機(jī)鹽。將預(yù)處理后的蝦、蟹殼置于5%稀鹽酸中室溫下浸泡2h,然后過(guò)濾、水洗至中性;③消化:去除原料中蛋白質(zhì)和脂肪。將酸浸后的蝦、蟹殼置于10%的氫氧化鈉溶液中煮沸2h,然后過(guò)濾、水洗至中性、干燥后即得甲殼素;④脫色:有3種方法,包括日曬脫色,保持微酸濕潤(rùn)條件下,在陽(yáng)光紫外線作用下用空氣中的氧氣進(jìn)行漂白;采用高錳酸鉀、亞硫酸氫鈉等進(jìn)行氯化脫色;也可采用有機(jī)溶劑如丙酮抽提除去色澤⑤脫乙?;杭讱に孛撘阴;?。將甲殼素置于45%- 50%氫氧化鈉溶液中在 100- 110℃水解 4h,然后過(guò)濾、水洗至中性、干燥得到殼聚糖。
甲殼素是類似纖維素的生物聚合物,是許多低等動(dòng)物,特別是節(jié)肢類動(dòng)物(如昆蟲(chóng)、甲殼類動(dòng)物等)外殼的主要成分,主要以無(wú)機(jī)鹽(主要是碳酸鈣)及蛋白質(zhì)結(jié)合形式存在。但其中尤以蝦蟹殼中的含量最高,分別在蝦殼中約含20%~25%,在蟹殼中含17%~18%。將蝦或蟹殼在常溫下用稀鹽酸脫鈣,再用熱的稀堿除去蛋白質(zhì),剩下的不溶物就是甲殼素。將甲殼素用濃堿加熱處理,脫去乙?;偷玫綒ぞ厶?。由蝦、蟹殼制取甲殼素、殼聚糖的簡(jiǎn)要流程如下:
5%HCl 10%NaOH 40%~45%NaOH
↓ ↓ ↓
蝦或蟹殼→ 脫 鈣 → 脫蛋白→甲殼素 → 脫?;鷼ぞ厶恰 ?/p>
↓ ↓ ↓
CaCl2、CO2 蛋白質(zhì) CH3COONa
將蝦、蟹殼洗凈干燥后,以5%稀鹽酸于室溫浸泡2h,除去原料中的碳酸鈣,然后過(guò)濾水洗至中性,再置于10%的NaOH溶液中煮沸2h脫蛋白,過(guò)濾水洗至中性,干燥即得甲殼素。而后置于45%~50%NaOH溶液中,在100~100水解4h或用 40%NaOH溶液,于(84±1)℃的烘箱中保溫17h,然后過(guò)濾,水洗至中性,干燥即得殼聚糖。為加快脫乙酰反應(yīng),可進(jìn)行間斷性水洗。
殼聚糖的主要質(zhì)量指標(biāo)是粘度及胺基含量,在制備殼聚糖過(guò)程中,用稀鹽酸分解蝦蟹殼無(wú)機(jī)鹽的同時(shí),殼聚糖的主鏈也會(huì)發(fā)生不同程度的水解作用,因此在分解無(wú)機(jī)鹽的過(guò)程中鹽酸的濃度、處理時(shí)間及溫度對(duì)殼聚糖制品的粘度、胺基含量均有影響。殼聚糖的粘度通常隨著鹽酸濃度的增加、反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。因此為了獲得較高粘度及胺基含量的殼聚糖制品,通常控制鹽酸濃度為5%~10%,溫度控制在25℃左右,盡量縮短反應(yīng)時(shí)間。甲殼素脫乙?;磻?yīng)通常在100~180℃、40%~60%的氫氧化鈉溶液中進(jìn)行。試驗(yàn)認(rèn)為,當(dāng)氫氧化鈉濃度低于30%時(shí),無(wú)論反應(yīng)溫度多高、反應(yīng)時(shí)間多長(zhǎng),乙?;摮室仓辉?0%左右。而當(dāng)氫氧化鈉濃度一定時(shí),脫乙酰化反應(yīng)速度隨著溫度的升高而加快,例如當(dāng)氫氧化鈉濃度為50%時(shí),反應(yīng)溫度為140℃,20min乙?;摮试?5%左右,而在25℃時(shí)則需24h左右。甲殼素在熱濃堿作用下,主要反應(yīng)是乙酰胺水解脫除乙酰基,同時(shí)也發(fā)生主鏈的水解降解副反應(yīng),因此必須嚴(yán)格控制反應(yīng)時(shí)間。
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