甲壳素的提取

甲壳素的人工提取

学生钟娜江峰房婧婧

指导教师聂金昌马峰

（本文获安徽省教育厅、安徽省科协颁发的二等奖）

摘要甲壳素是21世纪的新材料，它对人类社会的发展与进步有着巨大的作用。在工业、农业、医药、化妆品、环境保护、水处理等领域有极其广泛的用途。蚌埠地区有着广泛的提取甲壳素的资源，但长期以来，不仅未能得到有效利用，而且对环境造成了极大污染。我们蚌埠二中课题组的师生从利用资源和减少环境污染的目的出发，开展了甲壳素的人工提取工作，为开发内陆省份新的甲壳素资源，变废为宝，并为甲壳素衍生物的生产提供稳定的原料来源。

关键词甲壳素甲壳素资源甲壳素衍生物脱盐

一、选题目的

甲壳素又名甲壳质，壳多糖，壳蛋白，是自然界生物所含的一种氨基多糖。它具有无毒、无味、耐晒、耐热、耐腐蚀，不怕虫蛀和碱的浸蚀，可生物降解的特点。它是地球上仅次于纤维素的第二大生物资源，年生物合成量高达100亿吨，可以说是用之不竭的生物资源。这无疑给面临全球资源枯竭危机的人类带来了生机。

甲壳素的可降解性使其有望成为塑料的替代物，从而解决人类所面临的“白色污染”问题，它还可以消除人体内外环境所面临的有毒有害物质对人体的威胁，实现经济社会的可持续发展。

蚌埠地区盛产中华绒毛蟹及大红虾等甲壳类产品，但其甲壳长期不仅未能得到有效利用，而且对环境造成了极大污染。为了合理利用资源，减少环境污染，开发甲壳素资源，给甲壳素衍生物的生产提供稳定的原料来源。我们课题组的师生开展了甲壳素的人工提取工作，并在提取过程中积累经验，为加速其产业化，繁荣地区经济和扩大就业做出贡献。

二、活动过程

我们课题组的师生走访了市水产、环保、卫生、食品及市政等部门，从他们提供的资料推算，蚌埠地区每年可产虾、蟹约两千多吨，虾蟹壳将不低于800吨。据资料显示这些虾蟹壳经过深加工可创经济价值高达近亿元。于是我们从饭店拣来了几千克的蟹壳，洗涤晾干后便开始了提取工作。

⒈提取工艺

从虾、蟹壳中提取甲壳素的传统方法一般有酸浸脱盐(主要为钙盐)、碱煮脱蛋白和氧化脱色三步。我们针对蟹壳的特点，初步建立了提取甲壳素的工艺流程：

取蟹壳（含其螯）洗涤、晾干、粉碎。称取碎壳100g ，加入2.5mol/L 氢氧化钠溶液(400ml)，软皂(8g)，持续搅拌6小时，停止搅拌，放置18小时。将壳捞出，再用2.5mol/L 氢氧化钠溶液(400ml)，浸泡24小时。

将两次浸泡后的壳捞出，纱布过滤，水洗至中性，稍沥干。加入1mol/L的盐酸溶液(1000ml)，搅拌反应30分钟。再将壳捞出，用1mol/L的盐酸液(500ml)搅拌反应30分钟，纱布过滤，大量水洗至中性。挤去水分，晒干即得。得率以粗碎净壳(干燥品)计，平均21%。

⒉脱色处理 用本工艺流程制备的甲壳素脱色前呈红色或白色片状，可按下述流程进行脱色：取甲壳素产品，加入5倍量无水乙醇，加热回流1小时。过滤，滤饼用清水漂洗后加入1‰高锰酸钾溶液(1:2)浸泡1小时。过滤，滤饼再用1%亚硫酸氢钠溶液(1:2)浸泡1小时，得乳白色半透明甲壳素湿品，晒干，得灰白色甲壳素干燥品。

⒊产品质量分析

需重点考察蟹壳提取物的分子特性，脱蛋白和脱盐是否完全。

①红外吸收光谱分析

取蟹壳提取物和市售甲壳素，用KBr 压片法，分别绘制红外吸收光谱，比较其特征吸收，若两者图谱一致，可证明蟹壳提取甲壳素的分子基团特征与对照品一致。

壳聚糖 甲壳素 纤维素

甲壳素的学名为[(1，4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖]，分子式为(C 8H 13NO 5)n ，单体之间以β(1→4)甙键连接，分子量一般在106左右，理论含氮量6.9%。其分子结构特点为：氧原子将每个碳原子的糖环连接到下一个糖环上，侧基团“挂”在这些环上。甲壳素分子化学结构与植物中广泛存在的纤维素非常相似，所不同的是，若把组成纤维素的单个分子——葡萄糖分子第二个碳原子上的羟基(OH)换成乙酰氨基(NHCOCH 3)，这样纤维素就变成了甲壳素，从这个意义上讲，甲壳素可以说是动物性纤维。

②蛋白质检查

取产品10g ，加1mol/L 氢氧化钠溶液回流煮沸2小时，离心。取上层清液加双缩脲试剂，若不显紫红色，可证明本工艺条件脱蛋白符合要求。

③炽灼残渣检查

取产品1g ，按中国药典[7]附录“炽灼残渣检查”项操作，遗留残渣若低于1.71%，则符合脱盐(主要为碳酸钙)要求。

三、结果与讨论

⒈本工艺流程的设计从开始便立足于生产，实际可操作性强，采用常温操作，能耗少，劳动强度低。对终产品的质量分析证明该流程脱蛋白及脱盐效果好，与对照品的红外图谱一致。说明本工艺提取蟹壳中甲壳素的流程具有可行性。

⒉实验证明：若先用酸脱盐，浸酸时间超过2小时,脱除率(指酸处理后脱除物质的比例)增加缓慢，说明此时碳酸钙分解基本处于停滞状态。我们分析这是由于反应体系中溶出的蛋白质和钙质的影响,使碳酸钙的反应受到阻碍。反应时间过长不但无助灰分的有效脱除,而且还会使甲壳素降解,影响产品质量。因此,我们采用了先加碱脱蛋白质，后加酸脱盐的办法。

⒊我们实验了20°C -100°C 的不同反应温度，

发现提高温度对增加脱盐和脱蛋白质率效果并不显著。

相反，增加温度可显著加速甲壳素分子的降解。所以,提高温度无助于甲壳素产品质量的提高。我们建议生产中酸处理温度以室温为宜,为提高生产效率,也可考虑短时加热处理。

⒋本工艺流程的原料廉价、易得，副产品价值可观，尾液后处理简单。

四、收获与体会

在我们亲身参与甲壳素的人工提取工作的过程中，我们学会了科学研究的基本方法，学会了合作与交流，提高了实践和动手的能力。更重要的是我们增强了保护生态环境的意识，增强了对社会的责任心。

五、鸣谢

在此，向曾经给过我们巨大支持和帮助的专家及老师们表示衷心的感谢！

参考文献

⒈屈步华：《工艺过程中温度对甲壳素分子的影响》中国生化药物杂志，1995。

⒉张虞安：《养殖对虾头壳的甲壳素的制备和测定》中国海洋药物，1993。

⒊蒋挺大：《甲壳素》中国环境科学出版社，1996。