虾壳制备甲壳素工艺研究
虾壳制备甲壳素工艺研究
张 雪1,王雪涛2
(1.郑州牧业工程高等专科学校食品工程系,河南郑州 450011;
2.北京汇源饮料食品集团有限公司,北京 101305)
摘 要:用稀盐酸脱除了虾壳中无机盐成份,用稀氢氧化钠溶出了虾壳中的蛋白质,探讨了甲壳素制备的最佳条件。甲壳素的最佳制备工艺条件为:小龙虾壳的粒度5mm,以3.0%盐酸溶液进行脱钙,脱钙时间15h;以8.0%氢氧化钠溶液进行脱蛋白,处理时间为4h。在此条件下可以得到符合食品级质量要求的甲壳素。
关键词:甲壳素;虾壳;制备
中图分类号:TS201.2 文献标识码:A 文章编号:1007-7561(2007)04-36-02
Study on the preparation of chitin from exoskeleton of small lobsters
ZH ANG Xue1,W ANG Xue2tao2
(1.F ood Engineering Department of Zhengzhou Animal Husbandry C ollege,Zhengzhou Henan 450011;
2.Beijing Huiyuan Beverage F ood H oldings Ltd.,Beijing 101305)
Abstract:Preparation technology of chitin from ex oskeleton of small lobsters was studied in the paper.The best preparation conditions for the chitin was that:size of ex oskeleton of small lobsters5mm;3.0%hydrochloric acid for ex oskeleton decalcificd;decalcified time15h;8.0%s odium hydroxide s olution for protein rem oval;the processing time4h.The product chitin could be suitable for food industry.
K ey w ords:chitin;ex oskeleton of small lobster;preparation
甲壳素是一种天然高分子化合物,在自然界的分布十分广泛,所以凡是含有甲壳素的生物体都可以用作制备甲壳素的原料。然而从生产成本考虑,当前大规模工业化生产甲壳素还是取虾和蟹的外壳为原料。而且这两种原料数量很大,其来源又可以与水产加工厂配合,收集成本较低。
甲壳素比起多数合成高分子化合物来,有无毒、无味、可生物降解等优点,所以被大量用于食品工业中。甲壳素类可以作食品填充剂、增稠剂、稳定剂、乳化剂、脱色剂、调味剂、香味增补剂等使用。此外甲壳素也还可以作果汁的脱色剂,直接用它们吸附天然色素,改善产品外观。
本文通过对传统方法的改进,用成本低廉的小龙虾壳制备出不溶于水、碱、稀酸和常用的有机溶剂,且符合食品级质量要求的甲壳素。同时还为虾壳的综合利用和环境保护寻出了一条途径。
1 材料与方法
1.1 原料与仪器
小龙虾壳:北京环境科学院提供;实验用苹果汁:苹果浓缩汁按1∶6加蒸馏水复原为12.3°Brix的果汁。
收稿日期:2007-02-28
基金项目:河南省科技厅科技攻关项目(0624290003)
作者简介:张雪(1974-),女,河南信阳人,工学硕士.
9FO-20型粉碎机:北京燕京牧机公司二厂;FS -100型小型电动粉碎机:嘉定粮油机械厂;JB-3型定时恒温磁力搅拌器:上海雷磁仪器厂新泾分厂;电热恒温水浴锅:江苏沙洲医疗器械厂;CS101-1AB型电热鼓风干燥箱:重庆实验设备厂;T N型托盘式扭力天平上海第二天平仪器厂;722型光栅分光光度计:北京光学仪器厂。
1.2 试验方法
脱乙酰度:红外光谱法。
色值(A420):使用722型分光光度计于420nm 波长下,测定样品的吸光度。
透光度(T610):使用722型分光光度计于610nm 波长下,测定样品的透光度。
灰分:高温灼烧法。
水分:直接干燥法。
总含氮量:凯氏定氮法。
1.3
甲壳素制备的工艺流程
粮油食品粮油食品科技第15卷2007年第4期
2 结果与讨论
2.1 虾壳粒度对盐酸脱钙效果的影响
将虾壳用水洗去蛋白质等粘附杂质,烘干后破碎成粒径为2、5、10、20、30、50mm 的虾壳片,分别取100.0g 片状虾壳放入烧杯中,用1000.0m L 3.0%稀盐酸在室温下浸泡10h ,使壳内的无机碳酸盐充分溶解,然后用水洗到中性,测定样品灰分含量。在这里灰分的含量就表示残余的碳酸钙盐含量。
用盐酸对不同粒度的虾壳进行脱钙处理,实验结果如图1所示
。
图1 虾壳粒度对盐酸脱钙的影响
由图1中可以看出虾壳的粒度越小,灰分残余
越少,越有利于脱除碳酸盐,粒度在5mm 时刚好达到食品级甲壳素的质量标准(灰分≤1.5%)。为了后续水洗和过滤操作方便,虾壳破碎至粒径为5mm 较好。2.2 盐酸浓度对脱钙效果的影响
将净虾壳烘干后破碎成5mm 的小片,取5个烧杯,分别放入100.0g 虾壳片,再分别加入1.5%、3.0%、5.0%、8.0%和10.0%的盐酸室温下浸泡10h ,处理结束后,用清水冲洗至中性,测定样品灰分
含量,找出最佳的浸酸浓度。
用不同浓度的盐酸对虾壳进行脱钙试验,结果见图2
。
图2 盐酸浓度对脱钙效果的影响
由图2可知,盐酸浓度越高脱钙效果越好,但是
当盐酸浓度高于5.0%时,再提高盐酸浓度对提高脱盐效果并不明显,并且高浓度的酸会加快甲壳素的降解,因此,在保证脱钙充分的前提下,为保证产品的得率,以盐酸浓度3.0%脱钙为宜。2.3 浸酸时间对脱钙效果的影响
将净虾壳干燥、破碎至5mm 小片,取7个烧杯,
分别装入100.0g 虾壳片,再分别加入1000.0m L 3%的盐酸溶液,室温下分别浸泡处理0.5、1、2、10、15、18、20h ,处理结束后,用清水冲洗至中性,测定样品的灰分含量。
用盐酸对虾壳浸泡不同的时间进行脱钙处理,结果见图3
。
图3 浸酸时间对脱钙效果的影响
由图3可知,浸酸脱钙时间在10h 时就可以达
到食品级甲壳素的标准(灰分≤1.5%)。脱钙时间在15h 以上时,均可达到灰分含量小于1.0%的脱钙效果,时间越长,脱钙越充分,但浸酸时间越长,越易导致壳聚糖的降解,因此脱钙时间以15h 为宜。2.4 氢氧化钠用量对虾壳脱蛋白的影响
取4个烧杯,分别加入50.0g 已经脱钙的虾壳,再分别加入500.0m L 5.0%、8.0%、10.0%、15.0%的氢氧化钠溶液浸泡虾壳,在70℃恒温水浴中保温1h 。然后用水清洗至中性,进行消化实验,测定样品
的含氮量。
用不同浓度的氢氧化钠溶液对已经脱钙的虾壳进行脱蛋白处理,结果见图4
。
图4 氢氧化钠浓度对虾壳脱蛋白的影响
从图4中可以看出,增加碱的浓度就能够有效
地提高产品质量,在碱的浓度达到8.0%时,样品的含氮量6.14%,达到商品甲壳素的质量要求(≤7.0%),但是还没有达到食品级的要求(≤3.0%)。可能是浸泡温度和时间选择得不合适。
从经济角度考虑,以下实验用8.0%的氢氧化钠溶液。2.5 氢氧化钠处理时间对脱蛋白的影响 将50.0g 脱钙的虾壳分别放入烧杯中,加入
(下转第48页)
粮油食品科技第15卷2007年第4期
粮油食品
极差分析表明,在所考察因素的水平范围内,萃取压力对蚕蛹油得率的影响最为显著,萃取温度及时间的影响较小,较优的萃取条件为萃取温度45℃、萃取压力为25MPa、萃取时间为2.5h(5号实验),该条件下蚕蛹油得率为28.97%。
2.3 超临界C O2萃取方法与传统方法的比较
实验比较了蚕蛹油的超临界C O2萃取和传统溶剂萃取,实验结果见表3。
表3 蚕蛹油提取方法比较
方法超临界CO2萃取溶剂提取
萃取条件压力:25MPa
温度:45℃
萃取时间:2.5h
CO2流量:8kg/h
溶剂:石油醚(60℃～90℃)
溶剂用量:3m L/g蚕蛹
提取时间:回流提取8h
蚕蛹油
得率(%)28.9725.62
脂肪酸组成(%)20.74(C16∶0),
5.04(C18∶0),
31.11(C18∶1),
4.94(C18∶2),
35.81(C18∶3)
20.99(C16∶0),
5.68(C18∶0),
31.25(C18∶1),
4.10(C18∶2),
35.68(C18∶3)
理化指标折光指数:1.4737
碘值:117.86
酸值:2.516
皂化值:196.96
过氧化物值:4.062
折光指数:1.4738
碘值:117.23
酸值:3.586
皂化值:195.88
过氧化物值:12.153
从表3分析得,超临界C O2萃取的蚕蛹油的色
泽要比石油醚提取的优异,且提取率高,折光指数、
碘值、酸价和皂化值的各项品质指标及蚕蛹油的脂
肪酸组成和含量都相近。但石油醚提取的蚕蛹油过
氧化值较高,在提取过程中易氧化变质。
3 结论
(1)采用超临界C O2可有效地将蚕蛹中油脂类
成分萃取出来,萃取效果与传统溶剂萃取相当,但蚕
蛹油品质高于溶剂萃取所得蚕蛹油。
(2)在试验条件下通过单因素和正交实验得知
蚕蛹油超临界C O2萃取最优条件为:压力25M pa、温
度45℃、时间2.5h,蚕蛹油得率达28.97%。
(3)通过正交实验数据分析得知,对萃取率影响
的主次关系依次为:萃取压力、萃取温度、萃取时间。
参考文献:
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2003,(2):47.
[2]王雪青,苗惠,胡萍.膳食中多不饱和脂肪酸营养与生理功能的研
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[4]王肇慈主编.粮油食品品质分析[M].北京:中国轻工业出版社,
2000.58.
完
(上接第37页)
500.0m L8.0%氢氧化钠溶液,在90℃水浴中保温处理2、3、4、5、6h,处理后用清水冲洗至中性,测定虾壳含氮量。
用氢氧化钠溶液对已经脱钙的虾壳处理不同的时间进行脱蛋白实验,结果见表1。
表1 氢氧化钠处理的时间对脱蛋白的影响
处理时间(h)含氮量(%)
2 5.62
3 4.85
4 2.74
5 2.43
6 2.18
注:虾壳粒度5mm,氢氧化钠浓度8.0%,处理温度90℃。
从表1中可以看出氢氧化钠处理时间在4h以后脱蛋白效果很好,达到了食品级甲壳素含氮量≤3.0%的要求,但是在4h之后含氮量的变化很小。3 结论
甲壳素的最佳制备工艺条件为:小龙虾壳的粒度5mm,以3.0%盐酸溶液进行脱钙,脱钙时间15h;以8.0%氢氧化钠溶液进行脱蛋白,处理时间为4h。在此条件下可以得到符合食品级质量要求的甲壳素。
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完
(上接第39页)
虑,用其作为脂肪酶的保护剂实际意义不大,而本研究是从基础研究的角度来进行探讨糖类物质的保护意义。同时,通过研究除海藻糖外的糖类物质的保护作用,有助于开发廉价易得的生物保护剂。对于生物制品的加工工艺的探讨具有一定的指导意义。加入糖类以改善它的工艺流程,研究糖类在固定化处理酶时所起到的保护作用,可使最后固定化出来的酶稳定性更高,使用率更高。实现长时间重复使用,降低成本进行大规模连续生产应用的目的。
参考文献:略。
完
油脂开发粮油食品科技第15卷2007年第4期