绿色化学化工导论
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甲壳素提取工艺
摘要
：
甲壳素存在于自然界中的低等植物菌类、藻类的细胞，甲壳动物虾、蟹、昆虫的外壳，
高等植物的细胞壁等，是从蟹、虾壳中应用遗传基因工程提取的动物性高分子纤维素，被科学界誉之为
“第六生命要素”！因此被欧美中日政府认定为机能性免疫物质。在灵芝、冬虫夏草等植物中也含有微
量“几丁聚糖”，但含量只在2%-7%之间。 甲壳素是宇宙中唯一带正电的阳性食物纤维，地球上存在的
天然有机化合物中，数量最大的是纤维素，其次是甲壳素，估计自然界每年生物合成的甲壳素将近100
亿吨。甲壳素是地球上数量最大的含氮有机化合物，其次才是蛋白质仅此两点，就足以说明甲壳素的重
要性。
纯甲壳素是一种无毒无味的白色或灰白色半透明的固体，在水、稀酸、稀碱以及一般的有机溶剂中
难以溶解，因而限制了它的应用和发展。后来人们在研究探索中发现，甲壳素经浓碱处理脱去其中的乙
酰基就变成可溶性甲壳素，又称甲壳胺或壳聚糖，它的化学名称为（1→4）-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖，
或简称聚胺基葡萄糖。这种壳聚糖由于它的大分子结构中存在大量氨基，从而大大改善了甲壳素的溶解
性和化学活性，因此使它在医疗、营养和保健等方面具有广泛的应用价值。甲壳素是地球上存量极为丰
富的一种自然资源，也是自然界中迄今为止被发现的唯一带正电荷的动物纤维素。 由于它的分子结构
中带有不饱和的阳离子基团，因而对带负电荷的各类有害物质具有强大的吸附作用。同样它也能清除人
体内的“垃圾”，达到预防疾病、延年益寿的目的。由于甲壳素具有这种独特功能，它被欧美科学家誉
为和蛋白质、脂肪、糖类、维生素、矿物质同等重要的人体第六生命要素。
甲壳素具有非常高的医疗保健作用:提高免疫力、无毒抗癌、降低胆固醇、改善消化机能、降血压、
减少体内重金属的积蓄的作用。甲壳素在食品和化工领域有很广阔的应用前景,目前市场上甲壳素价格
不断地攀高,已达85元/ kg(品级甲壳素) ,发展甲壳素产业有很好的社会和经济效益,孕育着很大的商机
和利润。
甲壳素主要从虾、蟹壳中提取,虾、蟹壳中的杂质主要是无机盐、蛋白质。以前的研究报道中均是
加入大量酸碱去掉这些杂质,生产过程产生大量的高浓度酸碱废液,严重环境污染。无法投入实际生产应
用。为此,提出虾壳、蟹壳的资源化处理法。
关键词：甲壳素 环保 经济 酶解法
传统提取工艺：
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。
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)，
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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%。
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。
绿色工艺:
洗涤液→过滤→浓缩→浓缩液→氨基酸调味品
↑
蟹壳→烘干粉碎→洗涤→酶解→酶解液
↓ 酸解液→过滤→浓缩→有机钙
脱蛋白后蟹壳→酸解
渣→祛色素→甲壳素
洗涤 风干 粉碎 氢氧化钠溶液 静置18h
洗涤
盐酸
30分钟
蟹 壳
分离取壳
分离取壳
搅拌6h
氢氧化钠溶液
浸泡24h
水洗至中性
沥 干 壳
盐酸
30分钟
纱布过滤
成 品
晒干
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甲壳素生产废水的利用:
1.氨基酸调味品的开发研究
酶解液的超滤处理，操作压力0.05 MPa～0.10 MPa ,料液pH7.0 ,并在超滤过程中采用透过液间断循环
冲洗的方法,可使超滤在相对高的膜透过速率下运行,提高膜分离效率。经过超滤后总氮、氨基酸态氮
(AN)
含量略有下降,其中AN 保存率为92. 2 % ,但腥、苦味成分得到有效截留去除,风味更加纯正,具有浓郁的海
鲜风味。
海鲜调味汁的营养成分分析：
利用水解后的蛋白制成的调味汁营养丰富游离氨基酸含量接近60 % ,且8种必须氨基酸齐全,占总氨基酸
含量的38.82 % ,具有较高的营养价值。
表1 调味汁中氨基酸含量比较
表2 两种调味品氨基酸比例(模型) 的比较
由表1可以看出,浓缩调味品中的氨基酸含量比蚝油高,并且含有八种必需氨基酸,甚至可与鸡蛋蛋
白相媲美。通过表2的氨基酸化学评分比较可以发现浓缩调味品中的氨基酸组成与FAO(1973) 推荐的理想
氨基酸模式比蚝油更为接近,更易于人体吸收利用。
2.
脱钙后废水的利用
利用柠檬酸来脱钙,最后可以从废水中结晶出柠檬酸钙。主要质量指标如下表所示
:
表3 柠檬酸钙的主要质量指标
由表3可以看出,得到的柠檬酸钙主要质量指标完全符合指标要求。
3.
生产中的水处理
在传统工艺中,去蛋白和脱钙后的废水如果直接排出会对环境造成极大的污染,这已经是一个公认的
难题。在新工艺中基本上没有污水产生。去蛋白后的水解液经过蒸发浓缩后得到很好的回收再利用,除
钙后的废水可以在得到柠檬酸钙以后再重复应用的下一次的除钙过程中,不仅减少了污染而且大大的节
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约了水资源。
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(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，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(NHCOCH3)，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。
结论：
本工艺主要以蟹壳为原料,通过酶法蛋白、有机酸脱钙、脱色来达到提取甲壳素,并且彻底消除甲壳
素提取工艺中污染因素,对蟹壳中含有的动物性蛋白和钙盐加以利用。主要得出结论如下
:
(1) 最佳工艺为50 ℃下蛋白酶酶解三次,时间为5 h ,用柠檬酸脱钙,
酒精回流脱色。
(2) 用以上工艺可以得到甲壳素的指标: 灰分1.0 % ,含氮量6.7 % ,
白色稍微泛黄。
(3) 酶解以后的废液经浓缩调味可以制的高档氨基酸调味料,味道鲜美, 可以作为高档调味品,
也可
作为氨基酸营养液。其中游离氨基酸含量接近60 %且8种必须氨基酸齐全占总氨基酸含量的54.36 %具有
较高的营养价值。
(4) 脱钙后的废液可以制取柠檬酸钙,可以用作鏊合剂、稳定剂等,
还是一种新型的补钙制剂。
(5) 生产过程中不会产生工业废水,不会对环境造成污染。
参考文献：
[ 1 ]严俊. 甲壳素的化学和应用[J ] . 化学通报,1984 ,(11) :26.
[ 2 ]蒋挺大. 甲壳素生产现状[J ] . 水产科学,1997 ,16(5) :31.
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