毕业设计(论文)评语-化学化工世界

第二章微波辐射下壳聚糖制备工艺探讨

第二章微波辐射下壳聚糖制备工艺探讨

2．1 前言

甲壳素是虾壳、蟹壳以及昆虫外壳的主要成分，其化学名为(1,4)—2—乙酰氨基—2—脱氧—D—葡聚糖。由于分子间强大的氢键作用，甲壳素几乎不溶于任何溶剂，其应用受到很大限制。壳聚糖是甲壳素脱乙酰基后的产物，其溶解度大大提高。由于壳聚糖中游离氨基的存在，赋予了它很多潜在的性能；而且由于壳聚糖分子中活性基团的增加，大大提高了它的反应性能，可发生多种改性反应，并广泛用于化妆品、食品、医药、造纸等工业中。

目前，壳聚糖的制备方法有：酸碱法、微波法、酶催化法等。如曹根庭等利用连续浸酸法获得高粘度、高脱乙酰度壳聚糖[14]；张亦飞将甲壳粉碎后用酸碱法制备壳聚糖[15]；骆鑫等利用回流碱处理的方法对壳聚糖制备工艺进行了改进[16]等。这些方法一般都可得到脱乙酰度达80%以上、颜色雪白的壳聚糖。但是其处理时间往往较长，而且过长时间的碱处理容易引起壳聚糖的降解，使粘度降低。微波具有加热速度快、能耗低、安全清洁等特点。本文尝试以微波加热作为加热手段，并考虑生产成本等因素，以虾壳、蟹壳作为原料，在经过脱蛋白、脱钙、脱色等一系列前处理之后，用浓碱脱去壳聚糖的乙酰基，即可得到壳聚糖产品。并且通过研究所得产品的脱乙酰度、溶解性等性质，以确定微波加热制备壳聚糖的生产工艺。

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂和仪器

Galanz17L机械型微波炉（广东格兰仕公司）；

氢氧化钠（化学纯，广东石岐化工厂）；

浓盐酸（分析纯，广州市东红化工厂）；

高锰酸钾（化学纯，广州化学试剂厂）；

草酸（化学纯，广东台山化工厂）；

丙酮（分析纯，广州化学试剂厂）；

WMZK-01温度指示控制仪；

乌氏粘度计；

超级恒温槽

华南理工大学学士学位论文

2．2．2 实验内容

2．2．2．1 脱蛋白

将一定质量食用过并且洗净的虾壳、蟹壳置于70ml浓度为1mol·l-1的NaOH 溶液中，然后放入微波炉中，在280W微波功率下加热10min。冷却，过滤。将滤渣重复以上操作几次，直至溶液近于无色。即可水解除掉大部分蛋白质、脂肪等。

2．2．2．2 除钙

将除去蛋白的虾壳、蟹壳洗涤干净后，置于70ml浓度为1mol/L的盐酸溶液中，在室温下浸泡12小时，将其中的碳酸钙溶解。必要时可以将旧酸过滤掉，换上新鲜的酸液继续浸泡，直至无气泡生成为止。

2．2．2．3 脱色

将经过1，2步处理的原料用2%的KMnO4溶液浸泡1h，然后过滤，将壳洗涤干净后，再用2%的草酸溶液在50℃下还原，即可制得颜色洁白的甲壳素。洗涤，干燥，称量所得甲壳素的质量。

2．2．2．4 脱乙酰基

将制得的甲壳素置于一定浓度的浓NaOH溶液中，在微波炉中加热脱乙酰基。反应结束后，过滤，洗涤，即可得到壳聚糖产品。洗涤，干燥，称重。计算产率。

2．2．2．5 脱乙酰度的测定

壳聚糖分子中的游离氨基具有阳离子的性质，与酸可以发生定量反应。因此可通过定量的酸与氨基反应，然后再用碱反滴过量的酸。用甲基橙作指示剂，当溶液颜色由红变橙黄色时即为终点[17]。

准确称取0.5g干燥的壳聚糖样品，置于250ml锥形瓶中，加入0.3mol/lHCl 标准溶液20ml,振荡使之溶解。加入1~2滴甲基橙指示剂，然后用0.1mol/lNaOH 标准溶液滴定过量的盐酸，直至终点。计算壳聚糖的脱乙酰度。

脱乙酰度计算方法推导如下：

所谓壳聚糖的脱乙酰度，即甲壳素经脱乙酰化后，一部分转化为壳聚糖，这部分被转化的甲壳素的质量占所有甲壳素的质量的百分比。

设被测壳聚糖的质量为m(g)，滴定中—NH2所消耗的标准盐酸的量即为：(c1V1-c2V2)/1000，用a表示。则这部分m(g)壳聚糖换算成相应的甲壳素的质量应为：m’ =m +42a；而已脱去乙酰基的壳聚糖换算成相应的甲壳素的质量应为：m’’=203a。m’’在m’中所占的百分数即为壳聚糖的脱乙酰度。即：DD(%)（脱乙酰度）=203a/(m +42a)×100

其中：c1：标准盐酸溶液的浓度；c2：标准氢氧化钠溶液的浓度；

V1：标准盐酸溶液的体积；V2：消耗的标准氢氧化钠溶液的体积（以ml计）；

42为—COCH2的式量；203为甲壳素中结构单元的式量。2．2．2．6 壳聚糖溶液粘度的测定

称取0.2g壳聚糖样品于烧杯中，加入5%乙酸溶液20ml。搅拌使其溶解，然后移入容量瓶定容。在25℃下，用乌氏粘度计测定粘度。

2．2．2．7 壳聚糖灰份含量的测定

先将洁净干燥的坩埚恒重，在坩埚中称取0.2克左右的壳聚糖，在普通电炉中烤至碳化，然后放入高温电炉，在550℃±20℃灼烧3h,取出，在空气中冷却

第一章绪论

1min，再在干燥器中冷却30min，称重。称重后放入电炉中灼烧1h,冷却，称重。两次质量之差小于0.001g为恒重[18]。按下式计算灰分：

灰分/%=（W

2-W

）/(W

1

-W

)*100

式中：W

——已恒重的空坩埚质量，g；

W

1

——坩埚加样品质量，g；

W

2

——灰化后坩埚加灰分质量，g。

2．2．2．8 壳聚糖水份含量的测定

称取0.2g壳聚糖样品，在105℃下烘干4h至恒重，计算失重，即得水分[18]。

水分/%=（W

1-W

2

）/(W

1

-W

)*100

式中：W

1

——105℃烘干前样品及称样皿质量，g；

W

2

——105℃烘干后样品及称样皿质量，g；

W

——已恒重的称样皿质量，g。

2．2．2．9 壳聚糖溶解性的测定

在10ml5%的乙酸溶液中，慢慢地加入壳聚糖，不断搅拌使其溶解，直至液体完全变成凝胶。称量所溶解的质量。

2．2．2．10 传统加热方法制备壳聚糖

将甲壳素置于45%的NaOH溶液中，使用电炉加热，并且控制加热温度在100℃左右，进行脱乙酰基。测定所得产品的脱乙酰度，并同微波加热所得产品的脱乙酰度进行比较。

2．2．3 实验结果与讨论

2．2．3．1 壳聚糖的红外光谱解析

图2-1 微波制备壳聚糖红外光谱图（自制）

Fig.2-1 IR spectrum of chitosan under microwave irradiation