甲壳素的提取
甲壳素(几丁质)的制备实验
4、纺织品
甲壳素具强大的抗菌能力，故可利用抽丝技术制成 抗菌防臭纤维与织品。
5、环保用品
甲壳素具吸附及螯合性，可以和重金属离子形成错 合物，再加上其生物可分解特性，不致于造成二次 公害，因此为一良好的水处理材料。
四、从蟹壳中提取甲壳素的生产工艺
洗净蟹壳，用5%-6%的HCl在室温20℃下浸泡24小时， 不断搅拌以充分除去钙质，得沉淀物。
水洗，干燥，得甲壳质工业品。
甲壳质的收率为蟹壳的15%、虾壳的20%。
方法二
称取蟹壳20g，在室温下浸泡于1.0mol/L的盐酸中24小时， 不断搅拌以充分除去钙质，得沉淀物。 沉淀物用水洗涤至中性，在室温下浸泡于2.5mol/L的氢氧化 钠溶液中24小时，得沉淀物。 将沉淀物水洗3次，清洗后的沉淀物浸泡于1.0mol/L的盐酸 中24小时，得沉淀物。 沉淀物用水洗涤至中性，105 ℃烘箱恒温烘干4小时。得白 色固体，即为甲壳素。
在自然界中几丁质是地球上含量最丰富的胺基醣型式的多醣， 含量仅次于纤维素；它主要存在于昆虫类及水生甲壳类等无 脊锥动物的外壳上，以及真菌类的细胞壁，它在生物体中所 扮演的角色主要是用来作为身体骨架及保护作用。 虾（螃蟹）壳里各有三成左右的蛋白质、碳酸钙和几丁质 (chitin)。 用稀碱去除其蛋白质，再用稀酸来排除碳酸钙，就 能得到较纯的几丁质(chitin)。 再将几丁质(chitin)处理就变成 了几丁聚醣(chitosan)。甲壳素普遍存在于植物中的低等藻 类、菇类和真菌的细胞壁，以及动物中的昆虫、甲壳类外层 表皮，其中以虾蟹外壳为几丁质最常见之来源。根据文献报 导，全球虾蟹壳年产量近2,000万吨，贝类、蚵类年产几丁 质139万吨，发酵副产品中的丝状菌类年产几丁质79万吨， 几丁质可谓取之不尽，用之不竭。
甲壳素提取方法
甲壳素的提取工艺
原料：虾蟹壳
含量：虾蟹壳中甲壳素含量高达10-25％
1.原料: 虾、蟹壳要及时洗净、晒干, 保持质量。
2. 浸酸: 在水缸内进行, 每百斤蟹壳加工业盐酸3 0 斤(婆梅氏30 度) , 水200 斤。
起先应经常翻动蟹壳, 以后每隔4 小时翻动一次。
一般浸酸需30 -40 小时, 若有些原料浸酸后仍不变软, 且酸液中又无气泡发生歹说明酸量不足, 应再加
人一些浓酸。
浸酸后将蟹壳用水洗至中性(PH 6- 7 )
3．碱液煮：浸酸后，软壳的主要成分是蛋白质和一定量的油脂，为了除去
这部分蛋白质和油脂, 需碱煮40 分钟(婆梅氏达16 ~ 18 度) , 然后水
洗至中性
4. 二次浸酸: 为了进一步除净钙质, 需二次浸酸,酸液浓度比第一次要低, 酸度在婆梅氏5 度左右, 浸1 0 ~ 2 0 小时, 勤翻动, 浸酸后水洗并日光晒千(为了节省劳力也可一次性浸酸但要彻底) 。
5．二次煮碱: 为了进一步脱脂, 应再用碱煮30 分钟(婆梅氏8 ~ 10 度)。
6 .过干: 洗净晒干即为半成品。
7 . 脱乙酞基: 甲壳质经浓碱加热60 一80 ℃保温2 8 ~ 4 9 小时, 脱去酞基, 水泡至中性, 干燥后即成为可溶性甲壳质成品。
检查乙酸基是否脱去的方法, 可取1克保温中的甲壳质, 洗去碱液沥干后放在1 0 毫升2 %醋酸溶液中15 分钟, 甲壳质溶化即表示乙酚已经脱去,反之要继续保温脱去乙酸基。
虾壳含蛋白质、钙质较少, 浸酸中酸液浓度要比蟹壳稀, 每道工序少用酸碱10％左右。
第五节甲壳素和壳聚糖
壳聚糖： 葡萄糖胺为基本单位， 脱乙酰度由60%～100%不等。 脱乙酰度55-70%（低脱乙酰度壳聚糖），
70-85%（中~），85-95%（高~） 95-100%（超高~），不能达到100%
分子量10-50万
略带珍珠般的光泽
不溶于水、乙醇、酮和碱溶液，可溶于大多数稀酸 (如醋酸、环烷酸和苯 甲酸) 。在pH低于6.5时，可得到黏稠的溶液。
u 应用 手术线，人工透析膜，非纺造织物，纺织原料
6. 甲壳素和壳聚糖的应用
u 生物医用材料 相关性能：
(1) 抑菌抗感染 壳聚糖形成质子化铵盐，吸附带负电的细胞壁，改变细胞膜的选择透过性， 扰乱了细菌正常的新陈代谢，导致细胞质壁分离，抑菌杀菌。 (2) 抗病毒和抑制肿瘤 促进巨噬细胞活性，影响非杀伤性细胞(NK)活性IL22的分泌，提高机体的 非特异性免疫功能 (3) 降脂和防治动脉硬化 (4)止血作用 壳聚糖被质子化，可和许多带负电生物大分子如黏多糖、磷脂及细胞外基 质蛋白发生静电作用而形成血栓，起到止血作用。
（3）制造人造血管 内壁光滑不会凝集血球、抑制人成纤维细胞生长
（4）固定化酶载体
（5）药物辅料和载体
u 水处理材料 （1）吸附金属离子：
-NH2 和-OH与Pb2+、Cr6+、Cu2+等重金属离子形成稳定的五环状螯合物
交联微球+磁铁，去除率达98%
（2）絮凝剂、络合剂、吸附剂处理废水和饮用水 酸性条件，静电作用 碱性条件，化学吸附和物理吸附 高效絮凝剂，无毒副作用，易降解
u 聚乙二醇 PEG400交联壳聚糖，pH7条件下，对Pb吸附容量为20mg/g
5. 甲壳素纤维的成形加工
u 工艺路线 甲壳素（壳聚糖）-->（改性处理）--> 溶解--> 纺丝原液--> 过滤--> 脱 泡--> 计量--> 纺丝--> 一浴 -->拉伸--> 二浴--> 定型--> 后处理--> 干燥--> 纤维 u 制备方法 （1）甲壳素纤维
提取甲壳素的乳酸菌发酵工艺优化
提取甲壳素的乳酸菌发酵工艺优化摘要：以地产克氏螯虾（Procambarus clarkii）虾壳为原料，采用乳酸菌（Lactococcus lactis）发酵的方法提取甲壳素，并对发酵工艺进行优化研究。
结果表明，发酵的最佳工艺组合为发酵温度37 ℃，发酵时间96 h，葡萄糖加入量5%，固液比1.0∶3.0（m/V，g∶mL），发酵起始pH 5.5。
采用上述组合，所得甲壳素产率达13.9%。
该工艺具有显著的经济效益和社会效益，具有良好的应用前景。
关键词：甲壳素；制备；乳酸菌（Lactococcus lactis）发酵；克氏螯虾（Procambarus clarkii）虾壳甲壳素（Chitin）又名几丁质、壳多糖、甲壳质、聚乙酰氨基葡萄糖等，化学名称为（1，4）-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖，分子式为（C8H13NO5）n，它是由N-乙酰-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖以β-1，4-糖苷键连接的一种乙酰氨基葡萄糖。
甲壳素是人类继发现淀粉、纤维素之后在地球上发现的第三大生物资源，广泛存在于虾、蟹、昆虫等动物的外壳及植物的细胞壁中，是一种重要的天然高分子多糖。
在甲壳素被发现的一个多世纪以来，人们对该类化合物进行了大量的基础研究和应用研究，揭示了其在医药、农业、日化、轻纺、环保等领域广泛的应用价值[1-3]。
目前，国内外主要采用传统的化学方法生产甲壳素，生产工艺相对简单，但生产过程中大量使用强酸、强碱会导致严重的环境污染，同时造成水资源的严重浪费。
可以说，高污染及浪费水资源已成为影响甲壳素产业生存与发展的瓶颈，严重制约了该产业的持续健康发展。
而采用生物工艺，即通过微生物的发酵作用代替化学工艺制备甲壳素，正成为甲壳素生产工艺研究的热点[4，5]。
本研究以地产克氏螯虾（Procambarus clarkii）（俗称小龙虾）虾壳为原料，采用乳酸菌（Lactococcus lactis）纯种发酵的方法制备甲壳素，以期为甲壳素这一重要生物资源的更好利用以及中国甲壳素生产企业的技术革新提供新的有效途径。
甲壳素的由来
甲壳素的由来甲壳素(Chitin)又名甲壳质，壳多糖，壳蛋白，是法国科学家布拉克诺(Braconno)1811年首先从蘑菇中提取到一种类似于植物纤维的六碳糖聚合体，把它命名为Fungine（蕈素）。
1823年，法国科学家欧吉尔(Odier)在甲壳动物外壳中也提取了这种物质，并命名为chitoin（几丁质），chitoin希腊语原意为“外壳”、“信封”的意思。
1.1 甲壳素的分布自然界中，甲壳素广泛存在于低等植物菌类、藻类的细胞，节肢动物虾、蟹、蝇蛆和昆虫的外壳、贝类、软体动物（如鱿鱼、乌贼）的外壳和软骨，高等植物的细胞壁等，其每年生物合成的资源量高达100亿吨，是地球上仅次于植物纤维的第二大生物资源，其中海洋生物的生成量在10亿吨以上，可以说是一种用之不竭的生物资源。
由于水圈（海洋、湖泊、江河）、岩石圈（陆地和海底）、生物圈（动植物）和气圈中的甲壳素酶、溶菌酶、壳聚糖酶等将其完全生物降解，参与生态体系的碳和氮循环，对地球生态环境起着重要的调控协同作用。
2.甲壳素的化学结构经结构分析，甲壳素是自然界中唯一带正电荷的一种天然高分子聚合物，属于直链氨基多糖，学名为[(1，4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖]，分子式为(C8H13NO5)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（见图1），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(NHCOH3)，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。
纤维素甲壳素壳聚糖图11.3 甲壳素的化学性质甲壳素有α，β，γ三种晶型。
α——甲壳素的存在最丰富，也最稳定。
由于大分子间强的氢键作用，导致甲壳素成为保护生物的一种结构物质，结晶构造坚固，一般不熔化，也不溶于一般的有机溶剂和酸碱，化学性质非常稳定，应用有限。
小龙虾壳中甲壳素的提取及壳聚糖的制备
小龙虾壳中甲壳素的提取及壳聚糖的制备甲壳素（Chitin），又名几丁质，是一种氨基多糖，主要存在于节肢动物如虾、蟹的外壳和真菌及一些藻类植物的细胞壁中，是仅次于纤维素的第二大可再生资源。
壳聚糖是甲壳素脱乙酰基的产物，是天然多糖中惟一的碱性多糖，具有许多特殊的物理化学性质和生理功能，被认为是继蛋白质、脂肪、糖类、维生素和无机盐之后的第六大生命要素。
目前，甲壳素/壳聚糖及其衍生物在食品、材料科学、医药科学、微生物学、免疫学、农业等方面有重要的应用价值，现已成为最热门的研究领域之一。
我国目前加工提取甲壳素和壳聚糖的主要原料是海虾和海蟹壳等，用淡水虾壳制备甲壳素和壳聚糖的报道尚不多见。
小龙虾学名为克氏原螯虾（Procambarus clarkii），也叫红螯虾，是一个淡水小龙虾种，原产于美国东南部，现广泛分布于长江中下游各省市。
小龙虾壳为虾仁加工或食用后的废弃物，长期以来未得到很好的利用，既浪费了资源，又污染了环境。
因此，以小龙虾壳为原料生产甲壳素类产品具有综合利用资源和保护环境的双重意义。
本研究以小龙虾壳为原料，采用酸碱法提取甲壳素，然后将甲壳素脱乙酰基制备壳聚糖，考察不同提取制备条件对甲壳素提取率和壳聚糖质量的影响，确定最佳工艺条件，旨在为虾壳的综合利用提供参考。
1 试验方法1.1 甲壳素的提取1.1.1 甲壳素的提取将收集于荆州市南门某大排档的新鲜小龙虾壳洗净，除去附着物，烘干并磨成粉，取小龙虾壳粉，室温下分别用不同浓度的HCl溶液浸泡，期间不断搅拌，除去虾壳中的矿物质，直至无气泡产生。
倾去酸液，水洗至中性；用不同浓度的NaOH溶液在90～100 ℃水浴中反应不同时间，水解除去虾壳中的蛋白质。
倾去NaOH溶液，水洗至中性，得甲壳素粗品。
甲壳素粗品用5 g/L的KMnO4溶液浸泡1 h，过滤，水洗除去KMnO4后用10 g/L的草酸水溶液于60～70 ℃搅拌进行脱色反应，直至全部变成白色，水洗至中性，于60～70 ℃干燥24 h，得白色的甲壳素。
甲壳素和壳聚糖
甲壳素和壳聚糖 The pony was revised in January 2021备注第7章甲壳素和壳聚糖甲壳素和壳聚糖的结构、性能甲壳素的存在状态与提取方法甲壳素与壳聚糖的改性甲壳素与壳聚糖及其改性产物的应用掌握甲壳素和壳聚糖的基本结构和反应性能了解甲壳素和壳聚糖的结构改性和应用甲壳素和壳聚糖的结构、性能甲壳素的发现与命名1、1811年温热的稀碱溶液反复处理蘑菇，提取甲壳素，命名Fungine，真菌纤维素。
2、1823年甲壳类昆虫翅鞘中分离，命名Chitin3、4、1878年从Chitin水解反应液中检出氨基葡萄糖和乙酸5、1894年进一步证明Chitin中含有氨基葡萄糖，后来研究证明，Chitin是由N-乙酰基葡萄糖缩聚而成的。
二、结构特征研究证实，甲壳素与其他多糖一样，其分子链也是螺旋形，XRD照片给出的螺距为，一个螺旋平面由6个糖残基组成。
测定方法：红外、核磁共振三、壳聚糖的主要特性1. 不能完全溶解于水和碱溶液中，但可溶于稀酸(pH<6)，游离氨基质子化促进溶解。
溶于稀酸呈黏稠状，在稀酸中壳聚糖的β-1，4糖苷键会慢慢水解，生成低相对分子质量的壳聚糖。
2. 壳聚糖在溶液中是带正电荷多聚电解质，具有很强的吸附性。
3. 壳聚糖的溶解性与脱乙酰度、相对分子质量、黏度有关，脱乙酰度越高，相对分子质量越小，越易溶于水.4. 壳聚糖具有很好的吸附性、成膜性、通透性、成纤性、吸湿性和保湿性N-脱乙酰度和黏度（平均分子量）是壳聚糖的两项主要性能指标脱乙酰度（1）脱乙酰度（.）的高低，直接关系到它在稀酸中的溶解能力、黏度、离子交换能力、絮凝性能和与氨基有关的化学反应能力。
（2）测定的方法有酸碱滴定法、电位滴定法、氢溴酸盐法、胶体滴定法、苦味酸分光光度法、UV、IR法等5、黏度黏度反应了高分子物质的分子量大小，在壳聚糖的生产上，常用旋转黏度计来测定其黏度，这是表观黏度，其数值可大体反映出壳聚糖分子量的大小。
甲壳素提取实验流程
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1. 原料准备。
收集虾壳、蟹壳或其他甲壳类动物的外壳，并将其仔细清洗干净。
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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。