利用龙虾壳生产壳聚糖
由于壳聚糖被广泛应用于医药、纺织、印染、造纸、食品、废水处置、金属回收、环境维护、化妆品和日用化工等众多领域,日益受到人们重视。
一、生产工艺流程
虾壳 — 预处理 — 消化 — 酸浸 — 脱色 — 晒干 — 脱乙酰基 — 烘干 — 产品
二、主要工艺过程及参数
㈠原料预处置消化前必须将虾壳肉质、污物等杂质去除,用水洗净;原料短期内不加工,经除杂后晒干贮藏。
㈡消化
1 目的去除原料中蛋白质和脂肪。
2 方法:将预处理后的虾壳放入夹层锅中,加入 18 %~ 19 %氢氧化钠溶液,边搅拌边煮沸 1.5 小时。
㈢酸浸
1 目的使虾壳里的无机盐溶解而软化。
2 方法:将消化后的虾壳浸泡于 4 %~ 6 %盐酸溶液中,待原料全部软化,无气泡产生时,浸酸过程结束,时间一般 1 2 天。浸泡过程中如发现原料未软,且无气泡产生,说明酸量不足,应补酸浸泡。
㈣脱色
1 日晒脱色:将酸浸的原料用水漂洗到不呈酸性反应后,把原料摊于地面,利用日光曝晒并不断翻动,至虾壳全部漂白为止。
2 氧化脱色:也可采用高锰酸钾、亚硫酸氢钠等进行氧化脱色。
㈤脱乙酰基脱乙酰基工序是关键,直接关系到产品质量好坏。因为甲壳素在浓碱作用下,除了发生脱乙酰基反应外,还伴随着分子主链的降解,致使分子量降低。分子量的大小和游离胺基含量多少是反应壳聚糖性能的重要的指标,一般用脱乙酰化度来反映游离胺基含量,用粘度来衡量分子量的大小。影响甲壳素脱乙酰基的主要工艺参数为碱浓度、温度和反应时间等。
1 碱浓度:碱浓度一般采用 40 %~ 60 %,不得低于 30 %。碱浓度低于 30 %,不论操作温度多高和时间多长,也只能脱除甲壳素中半数的乙酰基。随着碱浓度的增加,甲壳素脱乙酰基速度加快,脱乙酰化度也增加,但碱浓度达到 50 %以上,反应速度增加缓慢,且易使主链水解断裂,分子量降低,产品粘度下降。
2 温度:温度是影响甲壳素脱乙酰化度和粘度的另一个重要的因素。随着反应温度升高,甲壳素的脱乙酰化速度加快。脱乙酰化度达到 80 %时, 150 ℃只需反应 15 分钟, 120 ℃需反应 3 小时,而 80 ℃则需反应 16 小时。反应温度对壳聚糖的粘度有一定的影响,随着反应时间的延长,无论温度的高低,壳聚糖粘度均有所下降,且温度愈高,壳聚糖粘度下降愈快。
3 时间:甲壳素脱乙酰基的反应时间与反应温度及碱浓度有关,一定的温度和碱浓度的条件下,初始甲壳素的脱乙酰基速度增加,随着反应的进行,脱乙酰化度增加减慢,而壳聚糖的粘度不断下降。
提高反应温度、碱浓度和延长反应时间均可提高壳聚糖的脱乙酰化度,但在碱液中壳聚糖的主链降解,产品粘度下降。一般控制碱液浓度在 50 %左右,通过降低脱乙酰基反应温度 120 ℃左右、缩短反应时间 1 小时、增加反应次数并进行中间产物的溶解 — 沉淀处置,可以制备高脱乙酰化度和高粘度的壳聚糖。
三、产品质量指标
㈠外观:无色或微黄色半透明固体
㈡理化指标
1 灰分< 1 %
2 水分< 12 %
3 粘度> 600 厘泊
4 脱乙酰化度> 80 %
5 溶解度为用 5 %醋酸在 0.5 小时内全部溶解为透明粘稠液体。