一种从废弃虾壳中提取甲壳素的方法
技术领域
本发明涉及甲壳素提取技术领域，尤其是涉及一种从废弃虾壳中提取甲壳素的方法。
背景技术
甲壳素，又称几丁质，1811年法国学者布拉克诺发现，1823年由欧吉尔从甲壳动物外壳中提取，淡米黄色至白色，溶于浓盐酸/磷酸/硫酸/乙酸,不溶于碱及其它有机溶剂,也不溶于水。甲壳质的脱乙酰基衍生物壳聚糖不溶于水，可溶于部分稀酸，壳聚糖可以作为防腐剂添加在食品中，不仅可以起到防腐抑菌的作用，而且不会对人体产生危害，同时也不会影响食品风味。
现有的甲壳素提取工艺是采用大量的酸碱去除虾壳或蟹壳中的无机钙和蛋白质，从而获得甲壳素，在此过程中不仅会产生大量的高浓度酸碱废液，而且废液中的无机钙和蛋白质难以被提取进行利用，从而导致资源浪费；同时高浓度酸碱废液处理起来非常困难，而且成本高，因而导致甲壳素的产量非常低，而且价格昂贵，从而导致壳聚糖产量低，无法将其进行推广应用。
因此，有必要提供一种新的技术方案以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可有效解决上述技术问题的一种从废弃虾壳中提取甲壳素的方法。
为达到本发明之目的，采用如下技术方案：
一种从废弃虾壳中提取甲壳素的方法，包括：
步骤一:将收集废弃虾壳进行浸泡清洗，然后对其进行烘干，烘干后，将其放入粉碎机中粉碎1-2小时，将其粉碎呈粉末状；
步骤二：在虾壳粉末内加入蛋白酶水解液，然后对其进行搅拌，搅拌时间为4-6小时，搅拌结束后对其进行过滤水洗，合并滤液，得到脱蛋白后的虾壳粉末和蛋白质酶解液；
步骤三：在脱蛋白后的虾壳粉末中加入浓度为1mol/L稀盐酸进行脱钙处理，体系pH降至5-6时停止加酸，反应3-5小时之后，进行过滤水洗，得到残留有稀盐酸的氯化钙溶液和粗甲壳素，并对粗甲壳素进行烘干；
步骤四：在氯化钙溶液中加入醋酸钠溶液，搅拌1-4小时，进行过滤水洗，得到氯化钠溶液和固体醋酸钙，将固体醋酸钙进行烘干得到醋酸钙晶体；
步骤五：将氯化钠溶液进行浓缩得到饱和氯化钠溶液，将饱和氯化钠溶液与蛋白质酶解液进行混合，搅拌2-6小时，然后对其进行离心，进行固液分离，进而得到固体蛋白质；
步骤六：在烘干的粗甲壳素中加入95％的乙醇溶液中浸泡1-1.5小时，然后过滤水洗，得到含有虾青素的过滤液和甲壳素；
步骤七：对含有虾青素的过滤液进行蒸馏，以提取虾青素，蒸馏温度为60-75度。
优选的，所述蛋白酶水解液中的蛋白酶选用木瓜蛋白酶，其加入的量为500-600U/g。
优选的，将步骤二中制得的蛋白质酶解液加热0.4-0.8小时后，再将其与氯化钠饱和溶液混合，加热温度为60度。
优选的，步骤二中酶解的温度为30-35度。
优选的，步骤四中氯化钙溶液和醋酸钠溶液的体积比为1:3-7。
优选的，步骤六中加入的乙醇溶液的量为30-50ml/g。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明首先使用蛋白酶对虾壳粉末进行脱蛋白处理获得蛋白质酶解液，然后使用稀盐酸对脱蛋白之后的虾壳粉末进行脱钙处理获得粗制的甲壳素，接着在脱钙之后获得的溶液中加入醋酸钠溶液，一方面醋酸钠溶液可以中和溶液中残留的稀盐酸，避免产生酸废液，另一方面醋酸钠溶液与溶液中的氯化钙反得到固体醋酸钙和氯化钠溶液，而醋酸钙是一种具有高营养价值的有机钙，可以被人体吸收利用，从而实现了无机钙的回收利用；而氯化钠溶液在浓缩至饱和之后与蛋白质酶解液反应，可以对蛋白质酶解液中蛋白质进行盐析，从而得到固体蛋白质，不仅实现对蛋白质的回收利用，而且反应后产生的废液处理成本低；此外通过对粗制的甲壳素进行乙醇浸泡、蒸馏以进行脱色处理，不仅工艺简单，而且实现了对虾青素的回收利用。
综上所述，本发明工艺简单，不仅避免产生酸碱废液，解决的困扰甲壳素生产的废水污染问题；而且实现了对无机钙、蛋白质、虾青素的回收利用，减少了资源浪费，提高了废弃虾壳的利用价值；同时提高了甲壳素的纯度和提取率，并实现了规模化生产，提高了甲壳素和壳聚糖的产量。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。
实施例1
本发明提供一种从废弃虾壳中提取甲壳素的方法，包括：
步骤一:将收集废弃虾壳进行浸泡清洗，然后对其进行烘干，烘干后，将其放入粉碎机中粉碎1小时，将其粉碎呈粉末状；
步骤二：在虾壳粉末内加入蛋白酶水解液，然后对其进行搅拌，搅拌时间为4小时，搅拌结束后对其进行过滤水洗，合并滤液，得到脱蛋白后的虾壳粉末和蛋白质酶解液；
步骤三：在脱蛋白后的虾壳粉末中加入浓度为1mol/L稀盐酸进行脱钙处理，体系pH降至5时停止加酸，反应3小时之后，进行过滤水洗，得到残留有稀盐酸的氯化钙溶液和粗甲壳素，并对粗甲壳素进行烘干；
步骤四：在氯化钙溶液中加入醋酸钠溶液，搅拌1小时，进行过滤水洗，得到氯化钠溶液和固体醋酸钙，将固体醋酸钙进行烘干得到醋酸钙晶体；
步骤五：将氯化钠溶液进行浓缩得到饱和氯化钠溶液，将饱和氯化钠溶液与蛋白质酶解液进行混合，搅拌2小时，然后对其进行离心，进行固液分离，进而得到固体蛋白质；
步骤六：在烘干的粗甲壳素中加入95％的乙醇溶液中浸泡1小时，然后过滤水洗，得到含有虾青素的过滤液和甲壳素；
步骤七：对含有虾青素的过滤液进行蒸馏，以提取虾青素，蒸馏温度为60度。
具体的，所述蛋白酶水解液中的蛋白酶选用木瓜蛋白酶，其加入的量为500U/g。
具体的，将步骤二中制得的蛋白质酶解液加热0.4小时后，再将其与氯化钠饱和溶液混合，加热温度为60度。
具体的，步骤二中酶解的温度为30度。
具体的，步骤四中氯化钙溶液和醋酸钠溶液的体积比为1:3。
具体的，步骤六中加入的乙醇溶液的量为30ml/g。
实施例2
本发明提供一种从废弃虾壳中提取甲壳素的方法，包括：
步骤一:将收集废弃虾壳进行浸泡清洗，然后对其进行烘干，烘干后，将其放入粉碎机中粉碎1.3小时，将其粉碎呈粉末状；
步骤二：在虾壳粉末内加入蛋白酶水解液，然后对其进行搅拌，搅拌时间为4.5小时，搅拌结束后对其进行过滤水洗，合并滤液，得到脱蛋白后的虾壳粉末和蛋白质酶解液；
步骤三：在脱蛋白后的虾壳粉末中加入浓度为1mol/L稀盐酸进行脱钙处理，体系pH降至5.3时停止加酸，反应3.5小时之后，进行过滤水洗，得到残留有稀盐酸的氯化钙溶液和粗甲壳素，并对粗甲壳素进行烘干；
步骤四：在氯化钙溶液中加入醋酸钠溶液，搅拌2小时，进行过滤水洗，得到氯化钠溶液和固体醋酸钙，将固体醋酸钙进行烘干得到醋酸钙晶体；
步骤五：将氯化钠溶液进行浓缩得到饱和氯化钠溶液，将饱和氯化钠溶液与蛋白质酶解液进行混合，搅拌3小时，然后对其进行离心，进行固液分离，进而得到固体蛋白质；
步骤六：在烘干的粗甲壳素中加入95％的乙醇溶液中浸泡1.2小时，然后过滤水洗，得到含有虾青素的过滤液和甲壳素；
步骤七：对含有虾青素的过滤液进行蒸馏，以提取虾青素，蒸馏温度为60度。
具体的，所述蛋白酶水解液中的蛋白酶选用木瓜蛋白酶，其加入的量为530U/g。
具体的，将步骤二中制得的蛋白质酶解液加热0.5小时后，再将其与氯化钠饱和溶液混合，加热温度为60度。
具体的，步骤二中酶解的温度为32度。
具体的，步骤四中氯化钙溶液和醋酸钠溶液的体积比为1:4。
具体的，步骤六中加入的乙醇溶液的量为35ml/g。
实施例3
本发明提供一种从废弃虾壳中提取甲壳素的方法，包括：
步骤一:将收集废弃虾壳进行浸泡清洗，然后对其进行烘干，烘干后，将其放入粉碎机中粉碎1.5小时，将其粉碎呈粉末状；
步骤二：在虾壳粉末内加入蛋白酶水解液，然后对其进行搅拌，搅拌时间为5小时，搅拌结束后对其进行过滤水洗，合并滤液，得到脱蛋白后的虾壳粉末和蛋白质酶解液；
步骤三：在脱蛋白后的虾壳粉末中加入浓度为1mol/L稀盐酸进行脱钙处理，体系pH降至5.5时停止加酸，反应4小时之后，进行过滤水洗，得到残留有稀盐酸的氯化钙溶液和粗甲壳素，并对粗甲壳素进行烘干；
步骤四：在氯化钙溶液中加入醋酸钠溶液，搅拌2.5小时，进行过滤水洗，得到氯化钠溶液和固体醋酸钙，将固体醋酸钙进行烘干得到醋酸钙晶体；
步骤五：将氯化钠溶液进行浓缩得到饱和氯化钠溶液，将饱和氯化钠溶液与蛋白质酶解液进行混合，搅拌4小时，然后对其进行离心，进行固液分离，进而得到固体蛋白质；
步骤六：在烘干的粗甲壳素中加入95％的乙醇溶液中浸泡1.3小时，然后过滤水洗，得到含有虾青素的过滤液和甲壳素；
步骤七：对含有虾青素的过滤液进行蒸馏，以提取虾青素，蒸馏温度为60度。
具体的，所述蛋白酶水解液中的蛋白酶选用木瓜蛋白酶，其加入的量为550U/g。
具体的，将步骤二中制得的蛋白质酶解液加热0.6小时后，再将其与氯化钠饱和溶液混合，加热温度为60度。
具体的，步骤二中酶解的温度为33度。
具体的，步骤四中氯化钙溶液和醋酸钠溶液的体积比为1:5。
具体的，步骤六中加入的乙醇溶液的量为40ml/g。
实施例4
本发明提供一种从废弃虾壳中提取甲壳素的方法，包括：
步骤一:将收集废弃虾壳进行浸泡清洗，然后对其进行烘干，烘干后，将其放入粉碎机中粉碎1.7小时，将其粉碎呈粉末状；
步骤二：在虾壳粉末内加入蛋白酶水解液，然后对其进行搅拌，搅拌时间为5.5小时，搅拌结束后对其进行过滤水洗，合并滤液，得到脱蛋白后的虾壳粉末和蛋白质酶解液；
步骤三：在脱蛋白后的虾壳粉末中加入浓度为1mol/L稀盐酸进行脱钙处理，体系pH降至5.7时停止加酸，反应5小时之后，进行过滤水洗，得到残留有稀盐酸的氯化钙溶液和粗甲壳素，并对粗甲壳素进行烘干；
步骤四：在氯化钙溶液中加入醋酸钠溶液，搅拌3小时，进行过滤水洗，得到氯化钠溶液和固体醋酸钙，将固体醋酸钙进行烘干得到醋酸钙晶体；
步骤五：将氯化钠溶液进行浓缩得到饱和氯化钠溶液，将饱和氯化钠溶液与蛋白质酶解液进行混合，搅拌5小时，然后对其进行离心，进行固液分离，进而得到固体蛋白质；
步骤六：在烘干的粗甲壳素中加入95％的乙醇溶液中浸泡1.4小时，然后过滤水洗，得到含有虾青素的过滤液和甲壳素；
步骤七：对含有虾青素的过滤液进行蒸馏，以提取虾青素，蒸馏温度为60度。
具体的，所述蛋白酶水解液中的蛋白酶选用木瓜蛋白酶，其加入的量为570U/g。
具体的，将步骤二中制得的蛋白质酶解液加热0.7小时后，再将其与氯化钠饱和溶液混合，加热温度为60度。
具体的，步骤二中酶解的温度为34度。
具体的，步骤四中氯化钙溶液和醋酸钠溶液的体积比为1:6。
具体的，步骤六中加入的乙醇溶液的量为45ml/g。
实施例5
本发明提供一种从废弃虾壳中提取甲壳素的方法，包括：
步骤一:将收集废弃虾壳进行浸泡清洗，然后对其进行烘干，烘干后，将其放入粉碎机中粉碎2小时，将其粉碎呈粉末状；
步骤二：在虾壳粉末内加入蛋白酶水解液，然后对其进行搅拌，搅拌时间为6小时，搅拌结束后对其进行过滤水洗，合并滤液，得到脱蛋白后的虾壳粉末和蛋白质酶解液；
步骤三：在脱蛋白后的虾壳粉末中加入浓度为1mol/L稀盐酸进行脱钙处理，体系pH降至6时停止加酸，反应5小时之后，进行过滤水洗，得到残留有稀盐酸的氯化钙溶液和粗甲壳素，并对粗甲壳素进行烘干；
步骤四：在氯化钙溶液中加入醋酸钠溶液，搅拌4小时，进行过滤水洗，得到氯化钠溶液和固体醋酸钙，将固体醋酸钙进行烘干得到醋酸钙晶体；
步骤五：将氯化钠溶液进行浓缩得到饱和氯化钠溶液，将饱和氯化钠溶液与蛋白质酶解液进行混合，搅拌6小时，然后对其进行离心，进行固液分离，进而得到固体蛋白质；
步骤六：在烘干的粗甲壳素中加入95％的乙醇溶液中浸泡1.5小时，然后过滤水洗，得到含有虾青素的过滤液和甲壳素；
步骤七：对含有虾青素的过滤液进行蒸馏，以提取虾青素，蒸馏温度为75度。
具体的，所述蛋白酶水解液中的蛋白酶选用木瓜蛋白酶，其加入的量为600U/g。
具体的，将步骤二中制得的蛋白质酶解液加热0.8小时后，再将其与氯化钠饱和溶液混合，加热温度为60度。
具体的，步骤二中酶解的温度为35度。
具体的，步骤四中氯化钙溶液和醋酸钠溶液的体积比为1:7。
具体的，步骤六中加入的乙醇溶液的量为50ml/g。
对照组:采用酸碱法提取甲壳素
原料:虾、蟹壳要及时洗净、晒干,保持质量；
浸酸:在水缸内进行,每百斤蟹壳加工业盐酸30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(PH6-7)；
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；
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10～20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)；
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)；
过干:洗净晒干即为半成品。
对实施例1-实施5以及对照组中提取的甲壳素进行产品形态、成分以及提取率检测，检测结果如表1所示：
表1甲壳素的产品形态、成分以及提取率检测结果
由表1可知，采用本发明的工艺提取的甲壳素在产品形态、成分以及提取方面都由于酸碱法提取工艺，尤其采用实施例4的工艺提取的甲壳素的纯度和提取率最高。
对实施例1-实施例5以及对着组中无机钙、蛋白质、虾青素的回收率以及是否产生酸碱废水进行检测，结果如表2所示：
表2无机钙、蛋白质、虾青素的回收率以及是否产生酸碱废水的检测结果
由表2可知，本发明采用的提取工艺在提取甲壳素的同时，可以对无机钙、蛋白质和虾青素进行回收利用，同时避免了产生酸碱废水，实现了零污染生产，从而降低了成产成本，提高了企业的经济效益。
所述对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
