凡納濱對蝦加工副產物制備甲殼素、殼聚糖改良工藝的研究.pdf

1、蝦頭是去頭蝦、蝦仁等對蝦產品加工過程中產生的副產物,富含甲殼素,非常適合生產甲殼素或殼聚糖,然而目前大多被丟棄,尚未被充分利用。生產甲殼素或殼聚糖的傳統(tǒng)法因消耗大量酸堿,存在成本高、設備腐蝕嚴重、污染環(huán)境、蛋白質無法回收、產品質量低、操作復雜及生產周期長等諸多問題。
　　 本文以凡納濱對蝦蝦頭為原料,研究以自溶法脫蛋白、EDTA·Na2螯合脫鈣制備甲殼素以及超聲波預處理醇堿體系脫乙酰制備殼聚糖的改良工藝,因大大減少了酸堿用量、反

2、應條件溫和,有效解決了傳統(tǒng)工藝污染環(huán)境、耗能量大、成本高、產品質量低、產率低、操作復雜、生產周期長等問題；采用物理化學分析、儀器分析等方法對產品進行結構表征與特性分析；研究制備甲殼素改良工藝的放大,以期為工業(yè)生產提供理論依據(jù)。主要研究內容與結果如下:
　　 1.以脫鈣率為指標,依據(jù)單因素試驗結果,采用Box-Behnken中心組合試驗和響應面分析法考察EDTA·Na2濃度、反應時間、pH值對脫鈣率的影響；以產品氮含量、灰分含量、

3、產率為指標,比較改良工藝與傳統(tǒng)工藝。結果表明:EDTA·Na2螯合脫鈣最佳工藝條件是EDTA·Na2濃度9％(w/v)、反應時間2.5 h、pH8.00,在此條件下脫鈣率高達99.56±0.06％；改良工藝與傳統(tǒng)工藝產品的質量均達到SC/T3403-2004食品級甲殼素的標準,產率分別為17.56±0.13％、11.26±0.15％。
　　 2.以脫乙酰度(D.D.)為指標,采用單因素試驗考察乙醇濃度、氫氧化鈉濃度、反應時間及超

4、聲波預處理時間對D.D.的影響,并以單因素試驗結果為依據(jù),采用正交試驗對脫乙酰反應的工藝條件進行優(yōu)化；以產品D.D.、產率為指標,比較改良工藝與傳統(tǒng)工藝。結果表明:超聲波預處理醇堿體系制備殼聚糖的最佳工藝條件是超聲波預處理3 h、乙醇濃度55％(w/w總)、NaOH濃度28％(w/w總)、反應時間8 h,在此條件下,甲殼素溶解率1％,殼聚糖D.D.達88.00±0.06％；改良工藝與傳統(tǒng)工藝產品的質量均達到SC/T3403-2004工業(yè)

5、級殼聚糖的標準,前者的D.D略低,產率分別為27.88±0.08％、7.94±0.11％。
　　 3.采用傅立葉變換紅外線(FT-IR)光譜、粉末X射線衍射(XRD)光譜、熱重(TG)分析、熱場發(fā)射掃描電鏡(TFESEM)觀察等儀器分析方法對傳統(tǒng)工藝及改良工藝制備的甲殼素、殼聚糖進行了結構表征,并測定其黏度、相對分子量等特性,結果表明:4種產品均為α構型,改良工藝產品未發(fā)生結構上的變化,但改良工藝甲殼素發(fā)生了部分脫乙酰化,這有利

6、于其制備殼聚糖；甲殼素比殼聚糖含有更多的分子間/內氫鍵,分子排列規(guī)整,顯示較強的結晶性與熱穩(wěn)定性；2種甲殼素均呈外表面網狀、內表面蜂窩狀的典型組織結構,其中,改良工藝脫蛋白效果略遜于傳統(tǒng)工藝,但脫蛋白同時能部分脫鈣,條件溫和、較好地保留了甲殼素的天然結構,因此改良工藝甲殼素具有較強的結晶性與熱穩(wěn)定性,相對分子量(74.24±0.16)×104遠遠大于傳統(tǒng)工藝甲殼素的分子量(9.4958±0.18)×104；2種殼聚糖的酰胺鍵顯著減少,D

7、.D.增高,其中傳統(tǒng)工藝殼聚糖的D.D.略高,隨CTS D.D.的增高,結晶性、熱穩(wěn)定性增強,因此,傳統(tǒng)工藝殼聚糖具有較強的結晶性、熱穩(wěn)定性,但因制備條件極為劇烈,造成更多糖苷鍵的水解,所以其黏度、相對分子量均較低,分別為68.40±0.04 mPa·s、(7.5312±O.17)×104,這限制了其應用,相應地,改良工藝殼聚糖的黏度、相對分子量分別為152.50±0.07 mPa·s、(58.88±0.09)×104。