陳冬年　劉展　武韶華　史燕嬌　張勤

摘要：在超聲波輔助下，以乙二胺四乙酸二鈉為脫鈣劑，NaOH為脫蛋白劑，研究從小龍蝦殼中提取甲殼素的工藝條件。結(jié)果表明，NaOH的加入，不利于CaCO3的溶解；超聲波能顯著提高脫鈣、脫蛋白速率；室溫下最佳脫鈣條件為pH值4～5，乙二胺四乙酸二鈉濃度0.3 mol/L，反應(yīng)時間80 min；最佳脫蛋白條件為反應(yīng)溫度55 ℃，NaOH濃度 1.5 mol/L，反應(yīng)時間100 min。

關(guān)鍵詞：超聲波，脫鈣，脫蛋白，甲殼素

中圖分類號：O657.5文獻標志碼：A文章編號：1002-1302（2014）01-0236-03

收稿日期：2013-05-20

作者簡介：陳冬年（1978—），男，江蘇泰興人，碩士，講師，研究方向為天然高分子材料制備與改性。Tel：（0523）86150058；E-mail：startonychen@sina.com。甲殼素是由N-乙酰-2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖以β-1，4-糖苷鍵連接形成的多糖，在食品工業(yè)、功能材料、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和輕紡業(yè)中有廣泛應(yīng)用，已成為水產(chǎn)品廢棄物加工利用的研究熱點[1-5]。目前，工業(yè)上主要由蝦蟹等動物的甲殼中提取甲殼素，主要過程為在機械攪拌下用鹽酸對蝦蟹殼脫鈣，用較高濃度的堿脫蛋白質(zhì)[6]。

鹽酸脫鈣原理為蝦殼中的不溶于水的碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為可溶的鈣而脫去，在脫鈣的同時，鹽酸也會破壞甲殼素分子鏈結(jié)構(gòu)。文獻[3-5]報道EDTA（乙二胺四乙酸或其鈉鹽）可以在不破壞分子鏈的情況下脫鈣，然而，關(guān)于采用何種pH值條件才能取得最佳脫鈣效果的問題，各文獻說法差異較大。

堿脫蛋白的原理為蝦蟹殼中非水溶性的蛋白質(zhì)或與甲殼素共價結(jié)合的蛋白質(zhì)在堿性條件下發(fā)生水解轉(zhuǎn)化為可溶性物質(zhì)而脫去。因為蝦蟹殼中蛋白質(zhì)與其他物質(zhì)緊密復(fù)合在一起，難以分離，所以脫蛋白過程常用堿煮法，耗時較長、能耗較高，脫蛋白速率有待提高。文獻[7]報道超聲波能在溶液中形成特殊的空化效應(yīng)，適合于非均相反應(yīng)。脫蛋白為非均相水解過程，超聲波應(yīng)能提高該過程速率。然而，僅文獻[8]報道將超聲波應(yīng)用于蝦蟹殼脫鈣脫蛋白提取甲殼素，文獻 [9-10] 報道超聲波應(yīng)用于甲殼素脫乙酰制備殼聚糖。

本研究以乙二胺四乙酸二鈉為脫鈣試劑，NaOH溶液為脫蛋白試劑，探討超聲波輔助下提取甲殼素的方法。

1材料與方法

1.1材料與儀器

蝦殼：市售小龍蝦（克氏原螯蝦）經(jīng)去肉、清洗、自然晾干、粉碎、烘干形成干蝦殼粉；破碎的熟雞蛋白為自制；乙二胺四乙酸二鈉、鹽酸、碳酸鈣、氫氧化鈉、無水乙醇、磷酸等為分析純；考馬斯亮藍G250為國藥集團化學試劑有限公司產(chǎn)品；鈣-羧酸指示劑為國藥集團化學試劑有限公司產(chǎn)品；K-B指示劑為國家水泥質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心提供；蒸餾水為自制；廣泛pH試紙為上海三愛思試劑有限公司產(chǎn)品。超聲波清洗器KH-400KDV（超聲波功率400 W，頻率40 kHz）為昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司產(chǎn)品；722可見分光光度計為上海精密科學儀器有限公司產(chǎn)品；電動攪拌器為常州國華電器有限公司產(chǎn)品。

1.2方法

1.2.1碳酸鈣溶解試驗取1 g碳酸鈣粉末，分別加入 0.3 mol/L 的乙二胺四乙酸二鈉溶液或0.25 mol/L的鹽酸，室溫下，置于超聲波清洗器中（攪拌或靜置）反應(yīng)。觀察溶解現(xiàn)象，溶液中沒有固體沉淀、完全停止冒泡且澄清透明，則視碳酸鈣已全部溶解。

1.2.2熟雞蛋白溶解試驗取0.5 g破碎的熟雞蛋白，分別加入不同濃度的NaOH溶液，室溫下，置于超聲波清洗器中（攪拌或靜置）反應(yīng)。觀察溶解現(xiàn)象，溶液中沒有固體沉淀且澄清透明，則視熟雞蛋白已全部溶解。

1.2.3蝦殼中提取甲殼素取一定量的干蝦殼粉，加入 0.3 mol/L 的乙二胺四乙酸二鈉溶液，超聲波振蕩反應(yīng)或攪拌反應(yīng)。反應(yīng)中或反應(yīng)后取一定量的上清液，稀釋，用滴定分析法測定提取液中鈣的濃度，并依測定結(jié)果計算脫鈣率。脫鈣完成后，過濾，收集全部濾渣，并用蒸餾水洗滌至中性，干燥。濾渣中加入NaOH溶液，超聲波振蕩反應(yīng)或攪拌反應(yīng)。反應(yīng)中或反應(yīng)后取一定量的上清液，稀釋，用考馬斯亮藍法測定稀釋液中蛋白質(zhì)的濃度，并依測定的蛋白質(zhì)濃度計算蛋白質(zhì)脫出量。

1.2.4乙二胺四乙酸二鈉脫鈣率計算取一定質(zhì)量的干蝦殼粉，加入過量的0.25 mol/L鹽酸，室溫攪拌反應(yīng)24 h保證脫鈣完全，按文獻[11]用絡(luò)合滴定法測定鹽酸脫鈣液中鈣的濃度，依此計算蝦殼中的鈣含量。取適量稀釋過的乙二胺四乙酸二鈉脫鈣溶液，按文獻[12]用返滴定分析法測定其中鈣的濃度，根據(jù)稀釋倍數(shù)計算乙二胺四乙酸二鈉脫出鈣的質(zhì)量。按計算公式計算脫鈣率：

脫鈣率=單位質(zhì)量蝦殼脫出鈣的質(zhì)量1單位質(zhì)量蝦殼中含有鈣的質(zhì)量×100%。

1.2.5蛋白質(zhì)脫出量計算取適量稀釋過的脫蛋白溶液，按文獻[13]用考馬斯亮藍法測定此稀釋液中蛋白質(zhì)的濃度，根據(jù)稀釋倍數(shù)計算脫出的蛋白質(zhì)的質(zhì)量。按計算公式計算蛋白質(zhì)脫出量：

蛋白質(zhì)脫出量=脫出蛋白質(zhì)的質(zhì)量1脫鈣脫蛋白前蝦殼的質(zhì)量×100%。

2結(jié)果與分析

2.1乙二胺四乙酸二鈉脫鈣效果

2.1.1乙二胺四乙酸二鈉溶液pH值對碳酸鈣溶解的影響乙二胺四乙酸（EDTA）和乙二胺四乙酸二鈉（乙二胺四乙酸二鈉）都具有較強的螯合能力，不同文獻報道用EDTA對蝦殼脫鈣時介質(zhì)最佳pH值不一致，何蘭珍等[4]報道最佳pH值為4；黃俊嫻等[5]報道最佳pH值為13，并且能在一步中同時實現(xiàn)脫鈣、脫蛋白。由表1可知，乙二胺四乙酸二鈉水溶液能用于脫鈣。靜置時溶解較慢，攪拌使溶解加快，超聲波能顯著加快碳酸鈣的溶解速度，可能是由于超聲波具有特殊的空化效應(yīng)、熱效應(yīng)和機械效應(yīng)所致。向乙二胺四乙酸二鈉水溶液中加入NaOH會使溶鈣速率和溶鈣能力顯著下降。這說明加入NaOH會使溶鈣能力下降，不應(yīng)在強堿性介質(zhì)中用乙二胺四乙酸二鈉對蝦殼脫鈣，而且乙二胺四乙酸二鈉脫鈣和堿脫蛋白應(yīng)分步進行。表1不同pH值乙二胺四乙酸二鈉對碳酸鈣的溶解效果endprint

處理1溶解條件CaCO3（g）1乙二胺四乙酸二鈉（mL）a1NaOH（g）b1反應(yīng)方式1反應(yīng)前

溶液pH值1前期現(xiàn)象1全部溶解時間

（min）111.00140101靜置14～51少量氣泡12 160211.00140101攪拌14～51較多氣泡1180311.00140101超聲14～51大量氣泡150411.00140111超聲19～101無氣泡1360511.0014012.81超聲113～141無氣泡1-c611.001鹽酸d101靜置1未測1泡沫溢出11注：a.飽和的乙二胺四乙酸二鈉水溶液，濃度為0.3 mol/L；b.固體氫氧化鈉；c.長時間都不能完全溶解；d.用40 mL 0.25 mol/L鹽酸代替0.3 mol/L乙二胺四乙酸二鈉水溶液。

2.1.2反應(yīng)方式對脫鈣效果的影響室溫下，用0.3 mol/L的乙二胺四乙酸二鈉溶液對干蝦殼粉進行脫鈣，固液比為 1 g ∶16 mL，反應(yīng)時間為50 min，分別采用攪拌和超聲波輔助兩種反應(yīng)方式。由表2可知，在相同條件下，超聲波振蕩比機械攪拌更能促進脫鈣。

2.1.3反應(yīng)時間對脫鈣的影響室溫下在超聲波輔助下，用0.3 mol/L的乙二胺四乙酸二鈉溶液對干蝦殼粉進行脫鈣，固液比為1 g ∶16 mL。由圖1可知，脫鈣時間越長，脫鈣效果越好，80 min時脫鈣率即達96.8%，其后脫鈣率有緩慢增長，到120 min時脫鈣率達98.4%。若對甲殼素脫鈣率要求不高，則以80 min為最佳脫鈣時間，以提高脫鈣效率。Aline等報道025 mol/L的鹽酸15 min即可脫鈣完全[14]。這說明，即使有超聲波輔助，0.3 mol/L的乙二胺四乙酸二鈉水溶液的脫鈣速率仍不及0.25 mol/L的鹽酸。因此，相比乙二胺四乙酸二鈉，鹽酸是更高效的脫鈣劑；若對提取出的甲殼素分子量沒有要求，應(yīng)選用鹽酸作脫鈣劑，因為脫鈣時間可以較短；若要求提取出高分子量的甲殼素，則可選用乙二胺四乙酸二鈉為脫鈣劑，但脫鈣時間應(yīng)比較長。

2.2脫蛋白

2.2.1NaOH溶液對脫蛋白效果的影響以高脫鈣率的蝦殼渣為原料，用不同濃度的NaOH溶液進行脫蛋白試驗，固液比為1 g ∶16 mL，超聲時間為60 min，反應(yīng)溫度為65 ℃。由圖2可知，NaOH濃度較低時，單位時間內(nèi)脫出的蛋白質(zhì)較少，這是由于在此條件下蛋白質(zhì)水解反應(yīng)較慢。隨NaOH濃度增加，蛋白質(zhì)水解反應(yīng)加快，單位時間內(nèi)脫出的蛋白質(zhì)增多，NaOH濃度在1.5 mol/L時蛋白質(zhì)脫出量最高。但當NaOH濃度超過1.5 mol/L時，測得的蛋白質(zhì)脫出量反而有所降低。

2.2.2反應(yīng)溫度對脫蛋白效果的影響以高脫鈣率的蝦殼渣為原料，在不同溫度下進行脫蛋白試驗，固液比為 1 g ∶16 mL，超聲時間為60 min，NaOH溶液濃度為 1.5 mol/L。由圖3可知，在35～75 ℃范圍內(nèi)，55 ℃時蛋白質(zhì)脫出量最多。溫度低于55 ℃時，因為水解反應(yīng)較慢，所以單位時間內(nèi)蛋白質(zhì)脫出量較少。溫度高于55 ℃，可能因為蛋白質(zhì)變性，所以水解反應(yīng)反而較慢，單位時間內(nèi)蛋白質(zhì)脫出量也會較少。因此，55 ℃為最佳脫蛋白反應(yīng)溫度。

2.2.3反應(yīng)時間對脫蛋白的影響以高脫鈣率的蝦殼渣為原料，在固液比為1 g ∶16 mL，NaOH溶液濃度為 1.5 mol/L，反應(yīng)溫度為55 ℃條件下，進行脫蛋白試驗。從圖4可以看出，蛋白質(zhì)脫出量隨反應(yīng)時間的延長而增加，當反應(yīng)時間達到100 min后蛋白質(zhì)脫出量幾乎不發(fā)生變化，因此綜合考慮脫蛋白效果和能耗，以100 min作為最佳反應(yīng)時間。

2.2.4操作方式對脫蛋白的影響以高脫鈣率的蝦殼渣為原料，在固液比為1 g ∶16 mL，NaOH溶液濃度為 1.5 mol/L，反應(yīng)溫度為55 ℃，反應(yīng)時間為100 min條件下，分別用超聲波振蕩法和機械攪拌法進行脫蛋白試驗。表3數(shù)據(jù)說明，相比于機械攪拌，超聲波振蕩能顯著提高蝦殼渣中蛋白質(zhì)的脫出量。

表3反應(yīng)方式對脫蛋白的影響

反應(yīng)方式1蛋白質(zhì)脫出量（%）機械攪拌12.7超聲波振蕩18.8

3結(jié)論

超聲波輔助法相對于傳統(tǒng)的機械攪拌法能顯著提高脫鈣和脫蛋白的速率。在超聲波輔助下，從蝦殼中提取甲殼素的較佳工藝條件為：乙二胺四乙酸二鈉為0.3 mol/L，脫鈣時間為 80 min，脫鈣溫度為室溫；NaOH溶液濃度為1.5 mol/L，脫蛋白溫度為 55 ℃，脫蛋白時間為100 min。較佳工藝條件下提取出的粗甲殼素呈淺粉白色，若需獲得白色甲殼素，尚需進行脫色處理。

參考文獻：

[1]蔣挺大. 甲殼素[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2003：1-16.

[2]侯佰立，吉宏武，王燕，等. 凡納濱對蝦蝦頭制備甲殼素工藝的研究[J]. 食品工業(yè)科技，2011，32（10）：273-276.

[3]劉毅，楊丹，何蘭珍. EDTA脫鈣法制備甲殼素[J]. 化學研究與應(yīng)用，2004，16（2）：278-279.

[4]何蘭珍，楊丹，劉毅，等. 制備甲殼素過程中EDTA脫鈣法的研究[J]. 食品與生物技術(shù)學報，2008，27（4）：49-52.

[5]黃俊嫻，楊建男. EDTA處理蝦殼制備甲殼素的研究[J]. 現(xiàn)代食品科技，2009，25（3）：296-297，311.

[6]顧正桂，林軍，顧美娟. 甲殼素系列產(chǎn)品生產(chǎn)過程的優(yōu)化及裝置的改進[J]. 現(xiàn)代化工，2009，29（1）：62-65，67.

[7]李廷盛，尹其光. 超聲化學[M]. 北京：科學出版社，1995：32-93.

[8]彭元懷，黃川，趙澤潔. 超聲波輔助提取蝦殼甲殼素的工藝研究[J]. 食品工業(yè)科技，2012，33（9）：304-308.

[9]陳忻，袁毅樺，劉佳，等. 超聲波法制備高黏度的殼聚糖[J]. 水產(chǎn)科學，2007，26（6）：352-354.

[10]莫祺紅，盧潔，黃佩芳，等. 超聲波預(yù)處理脫乙?；苽錃ぞ厶堑难芯縖J]. 食品科技，2009，34（8）：224-227.

[11]程建國. 無機及分析化學實驗[M]. 杭州：浙江科學技術(shù)出版社，2006：53-55.

[12]黃俊嫻，楊建男. 返滴定法監(jiān)測EDTA處理蝦殼制備甲殼素過程中的脫鈣率[J]. 化學分析計量，2007，16（6）：49-51.

[13]史鋒. 生物化學實驗[M]. 杭州：浙江大學出版社，2002：92-93.于輝輝，李道亮，李瑾，等. 水產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管系統(tǒng)關(guān)鍵控制點分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2014，42（1）：239-241.endprint

處理1溶解條件CaCO3（g）1乙二胺四乙酸二鈉（mL）a1NaOH（g）b1反應(yīng)方式1反應(yīng)前

溶液pH值1前期現(xiàn)象1全部溶解時間

（min）111.00140101靜置14～51少量氣泡12 160211.00140101攪拌14～51較多氣泡1180311.00140101超聲14～51大量氣泡150411.00140111超聲19～101無氣泡1360511.0014012.81超聲113～141無氣泡1-c611.001鹽酸d101靜置1未測1泡沫溢出11注：a.飽和的乙二胺四乙酸二鈉水溶液，濃度為0.3 mol/L；b.固體氫氧化鈉；c.長時間都不能完全溶解；d.用40 mL 0.25 mol/L鹽酸代替0.3 mol/L乙二胺四乙酸二鈉水溶液。

2.1.2反應(yīng)方式對脫鈣效果的影響室溫下，用0.3 mol/L的乙二胺四乙酸二鈉溶液對干蝦殼粉進行脫鈣，固液比為 1 g ∶16 mL，反應(yīng)時間為50 min，分別采用攪拌和超聲波輔助兩種反應(yīng)方式。由表2可知，在相同條件下，超聲波振蕩比機械攪拌更能促進脫鈣。

2.1.3反應(yīng)時間對脫鈣的影響室溫下在超聲波輔助下，用0.3 mol/L的乙二胺四乙酸二鈉溶液對干蝦殼粉進行脫鈣，固液比為1 g ∶16 mL。由圖1可知，脫鈣時間越長，脫鈣效果越好，80 min時脫鈣率即達96.8%，其后脫鈣率有緩慢增長，到120 min時脫鈣率達98.4%。若對甲殼素脫鈣率要求不高，則以80 min為最佳脫鈣時間，以提高脫鈣效率。Aline等報道025 mol/L的鹽酸15 min即可脫鈣完全[14]。這說明，即使有超聲波輔助，0.3 mol/L的乙二胺四乙酸二鈉水溶液的脫鈣速率仍不及0.25 mol/L的鹽酸。因此，相比乙二胺四乙酸二鈉，鹽酸是更高效的脫鈣劑；若對提取出的甲殼素分子量沒有要求，應(yīng)選用鹽酸作脫鈣劑，因為脫鈣時間可以較短；若要求提取出高分子量的甲殼素，則可選用乙二胺四乙酸二鈉為脫鈣劑，但脫鈣時間應(yīng)比較長。

2.2脫蛋白

2.2.1NaOH溶液對脫蛋白效果的影響以高脫鈣率的蝦殼渣為原料，用不同濃度的NaOH溶液進行脫蛋白試驗，固液比為1 g ∶16 mL，超聲時間為60 min，反應(yīng)溫度為65 ℃。由圖2可知，NaOH濃度較低時，單位時間內(nèi)脫出的蛋白質(zhì)較少，這是由于在此條件下蛋白質(zhì)水解反應(yīng)較慢。隨NaOH濃度增加，蛋白質(zhì)水解反應(yīng)加快，單位時間內(nèi)脫出的蛋白質(zhì)增多，NaOH濃度在1.5 mol/L時蛋白質(zhì)脫出量最高。但當NaOH濃度超過1.5 mol/L時，測得的蛋白質(zhì)脫出量反而有所降低。

2.2.2反應(yīng)溫度對脫蛋白效果的影響以高脫鈣率的蝦殼渣為原料，在不同溫度下進行脫蛋白試驗，固液比為 1 g ∶16 mL，超聲時間為60 min，NaOH溶液濃度為 1.5 mol/L。由圖3可知，在35～75 ℃范圍內(nèi)，55 ℃時蛋白質(zhì)脫出量最多。溫度低于55 ℃時，因為水解反應(yīng)較慢，所以單位時間內(nèi)蛋白質(zhì)脫出量較少。溫度高于55 ℃，可能因為蛋白質(zhì)變性，所以水解反應(yīng)反而較慢，單位時間內(nèi)蛋白質(zhì)脫出量也會較少。因此，55 ℃為最佳脫蛋白反應(yīng)溫度。

2.2.3反應(yīng)時間對脫蛋白的影響以高脫鈣率的蝦殼渣為原料，在固液比為1 g ∶16 mL，NaOH溶液濃度為 1.5 mol/L，反應(yīng)溫度為55 ℃條件下，進行脫蛋白試驗。從圖4可以看出，蛋白質(zhì)脫出量隨反應(yīng)時間的延長而增加，當反應(yīng)時間達到100 min后蛋白質(zhì)脫出量幾乎不發(fā)生變化，因此綜合考慮脫蛋白效果和能耗，以100 min作為最佳反應(yīng)時間。

2.2.4操作方式對脫蛋白的影響以高脫鈣率的蝦殼渣為原料，在固液比為1 g ∶16 mL，NaOH溶液濃度為 1.5 mol/L，反應(yīng)溫度為55 ℃，反應(yīng)時間為100 min條件下，分別用超聲波振蕩法和機械攪拌法進行脫蛋白試驗。表3數(shù)據(jù)說明，相比于機械攪拌，超聲波振蕩能顯著提高蝦殼渣中蛋白質(zhì)的脫出量。

表3反應(yīng)方式對脫蛋白的影響

反應(yīng)方式1蛋白質(zhì)脫出量（%）機械攪拌12.7超聲波振蕩18.8

3結(jié)論

超聲波輔助法相對于傳統(tǒng)的機械攪拌法能顯著提高脫鈣和脫蛋白的速率。在超聲波輔助下，從蝦殼中提取甲殼素的較佳工藝條件為：乙二胺四乙酸二鈉為0.3 mol/L，脫鈣時間為 80 min，脫鈣溫度為室溫；NaOH溶液濃度為1.5 mol/L，脫蛋白溫度為 55 ℃，脫蛋白時間為100 min。較佳工藝條件下提取出的粗甲殼素呈淺粉白色，若需獲得白色甲殼素，尚需進行脫色處理。

參考文獻：

[1]蔣挺大. 甲殼素[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2003：1-16.

[2]侯佰立，吉宏武，王燕，等. 凡納濱對蝦蝦頭制備甲殼素工藝的研究[J]. 食品工業(yè)科技，2011，32（10）：273-276.

[3]劉毅，楊丹，何蘭珍. EDTA脫鈣法制備甲殼素[J]. 化學研究與應(yīng)用，2004，16（2）：278-279.

[4]何蘭珍，楊丹，劉毅，等. 制備甲殼素過程中EDTA脫鈣法的研究[J]. 食品與生物技術(shù)學報，2008，27（4）：49-52.

[5]黃俊嫻，楊建男. EDTA處理蝦殼制備甲殼素的研究[J]. 現(xiàn)代食品科技，2009，25（3）：296-297，311.

[6]顧正桂，林軍，顧美娟. 甲殼素系列產(chǎn)品生產(chǎn)過程的優(yōu)化及裝置的改進[J]. 現(xiàn)代化工，2009，29（1）：62-65，67.

[7]李廷盛，尹其光. 超聲化學[M]. 北京：科學出版社，1995：32-93.

[8]彭元懷，黃川，趙澤潔. 超聲波輔助提取蝦殼甲殼素的工藝研究[J]. 食品工業(yè)科技，2012，33（9）：304-308.

[9]陳忻，袁毅樺，劉佳，等. 超聲波法制備高黏度的殼聚糖[J]. 水產(chǎn)科學，2007，26（6）：352-354.

[10]莫祺紅，盧潔，黃佩芳，等. 超聲波預(yù)處理脫乙酰化制備殼聚糖的研究[J]. 食品科技，2009，34（8）：224-227.

[11]程建國. 無機及分析化學實驗[M]. 杭州：浙江科學技術(shù)出版社，2006：53-55.

[12]黃俊嫻，楊建男. 返滴定法監(jiān)測EDTA處理蝦殼制備甲殼素過程中的脫鈣率[J]. 化學分析計量，2007，16（6）：49-51.

[13]史鋒. 生物化學實驗[M]. 杭州：浙江大學出版社，2002：92-93.于輝輝，李道亮，李瑾，等. 水產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管系統(tǒng)關(guān)鍵控制點分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2014，42（1）：239-241.endprint

處理1溶解條件CaCO3（g）1乙二胺四乙酸二鈉（mL）a1NaOH（g）b1反應(yīng)方式1反應(yīng)前

溶液pH值1前期現(xiàn)象1全部溶解時間

（min）111.00140101靜置14～51少量氣泡12 160211.00140101攪拌14～51較多氣泡1180311.00140101超聲14～51大量氣泡150411.00140111超聲19～101無氣泡1360511.0014012.81超聲113～141無氣泡1-c611.001鹽酸d101靜置1未測1泡沫溢出11注：a.飽和的乙二胺四乙酸二鈉水溶液，濃度為0.3 mol/L；b.固體氫氧化鈉；c.長時間都不能完全溶解；d.用40 mL 0.25 mol/L鹽酸代替0.3 mol/L乙二胺四乙酸二鈉水溶液。

2.1.2反應(yīng)方式對脫鈣效果的影響室溫下，用0.3 mol/L的乙二胺四乙酸二鈉溶液對干蝦殼粉進行脫鈣，固液比為 1 g ∶16 mL，反應(yīng)時間為50 min，分別采用攪拌和超聲波輔助兩種反應(yīng)方式。由表2可知，在相同條件下，超聲波振蕩比機械攪拌更能促進脫鈣。

2.1.3反應(yīng)時間對脫鈣的影響室溫下在超聲波輔助下，用0.3 mol/L的乙二胺四乙酸二鈉溶液對干蝦殼粉進行脫鈣，固液比為1 g ∶16 mL。由圖1可知，脫鈣時間越長，脫鈣效果越好，80 min時脫鈣率即達96.8%，其后脫鈣率有緩慢增長，到120 min時脫鈣率達98.4%。若對甲殼素脫鈣率要求不高，則以80 min為最佳脫鈣時間，以提高脫鈣效率。Aline等報道025 mol/L的鹽酸15 min即可脫鈣完全[14]。這說明，即使有超聲波輔助，0.3 mol/L的乙二胺四乙酸二鈉水溶液的脫鈣速率仍不及0.25 mol/L的鹽酸。因此，相比乙二胺四乙酸二鈉，鹽酸是更高效的脫鈣劑；若對提取出的甲殼素分子量沒有要求，應(yīng)選用鹽酸作脫鈣劑，因為脫鈣時間可以較短；若要求提取出高分子量的甲殼素，則可選用乙二胺四乙酸二鈉為脫鈣劑，但脫鈣時間應(yīng)比較長。

2.2脫蛋白

2.2.1NaOH溶液對脫蛋白效果的影響以高脫鈣率的蝦殼渣為原料，用不同濃度的NaOH溶液進行脫蛋白試驗，固液比為1 g ∶16 mL，超聲時間為60 min，反應(yīng)溫度為65 ℃。由圖2可知，NaOH濃度較低時，單位時間內(nèi)脫出的蛋白質(zhì)較少，這是由于在此條件下蛋白質(zhì)水解反應(yīng)較慢。隨NaOH濃度增加，蛋白質(zhì)水解反應(yīng)加快，單位時間內(nèi)脫出的蛋白質(zhì)增多，NaOH濃度在1.5 mol/L時蛋白質(zhì)脫出量最高。但當NaOH濃度超過1.5 mol/L時，測得的蛋白質(zhì)脫出量反而有所降低。

2.2.2反應(yīng)溫度對脫蛋白效果的影響以高脫鈣率的蝦殼渣為原料，在不同溫度下進行脫蛋白試驗，固液比為 1 g ∶16 mL，超聲時間為60 min，NaOH溶液濃度為 1.5 mol/L。由圖3可知，在35～75 ℃范圍內(nèi)，55 ℃時蛋白質(zhì)脫出量最多。溫度低于55 ℃時，因為水解反應(yīng)較慢，所以單位時間內(nèi)蛋白質(zhì)脫出量較少。溫度高于55 ℃，可能因為蛋白質(zhì)變性，所以水解反應(yīng)反而較慢，單位時間內(nèi)蛋白質(zhì)脫出量也會較少。因此，55 ℃為最佳脫蛋白反應(yīng)溫度。

2.2.3反應(yīng)時間對脫蛋白的影響以高脫鈣率的蝦殼渣為原料，在固液比為1 g ∶16 mL，NaOH溶液濃度為 1.5 mol/L，反應(yīng)溫度為55 ℃條件下，進行脫蛋白試驗。從圖4可以看出，蛋白質(zhì)脫出量隨反應(yīng)時間的延長而增加，當反應(yīng)時間達到100 min后蛋白質(zhì)脫出量幾乎不發(fā)生變化，因此綜合考慮脫蛋白效果和能耗，以100 min作為最佳反應(yīng)時間。

2.2.4操作方式對脫蛋白的影響以高脫鈣率的蝦殼渣為原料，在固液比為1 g ∶16 mL，NaOH溶液濃度為 1.5 mol/L，反應(yīng)溫度為55 ℃，反應(yīng)時間為100 min條件下，分別用超聲波振蕩法和機械攪拌法進行脫蛋白試驗。表3數(shù)據(jù)說明，相比于機械攪拌，超聲波振蕩能顯著提高蝦殼渣中蛋白質(zhì)的脫出量。

表3反應(yīng)方式對脫蛋白的影響

反應(yīng)方式1蛋白質(zhì)脫出量（%）機械攪拌12.7超聲波振蕩18.8

3結(jié)論

超聲波輔助法相對于傳統(tǒng)的機械攪拌法能顯著提高脫鈣和脫蛋白的速率。在超聲波輔助下，從蝦殼中提取甲殼素的較佳工藝條件為：乙二胺四乙酸二鈉為0.3 mol/L，脫鈣時間為 80 min，脫鈣溫度為室溫；NaOH溶液濃度為1.5 mol/L，脫蛋白溫度為 55 ℃，脫蛋白時間為100 min。較佳工藝條件下提取出的粗甲殼素呈淺粉白色，若需獲得白色甲殼素，尚需進行脫色處理。

參考文獻：

[1]蔣挺大. 甲殼素[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2003：1-16.

[2]侯佰立，吉宏武，王燕，等. 凡納濱對蝦蝦頭制備甲殼素工藝的研究[J]. 食品工業(yè)科技，2011，32（10）：273-276.

[3]劉毅，楊丹，何蘭珍. EDTA脫鈣法制備甲殼素[J]. 化學研究與應(yīng)用，2004，16（2）：278-279.

[4]何蘭珍，楊丹，劉毅，等. 制備甲殼素過程中EDTA脫鈣法的研究[J]. 食品與生物技術(shù)學報，2008，27（4）：49-52.

[5]黃俊嫻，楊建男. EDTA處理蝦殼制備甲殼素的研究[J]. 現(xiàn)代食品科技，2009，25（3）：296-297，311.

[6]顧正桂，林軍，顧美娟. 甲殼素系列產(chǎn)品生產(chǎn)過程的優(yōu)化及裝置的改進[J]. 現(xiàn)代化工，2009，29（1）：62-65，67.

[7]李廷盛，尹其光. 超聲化學[M]. 北京：科學出版社，1995：32-93.

[8]彭元懷，黃川，趙澤潔. 超聲波輔助提取蝦殼甲殼素的工藝研究[J]. 食品工業(yè)科技，2012，33（9）：304-308.

[9]陳忻，袁毅樺，劉佳，等. 超聲波法制備高黏度的殼聚糖[J]. 水產(chǎn)科學，2007，26（6）：352-354.

[10]莫祺紅，盧潔，黃佩芳，等. 超聲波預(yù)處理脫乙?；苽錃ぞ厶堑难芯縖J]. 食品科技，2009，34（8）：224-227.

[11]程建國. 無機及分析化學實驗[M]. 杭州：浙江科學技術(shù)出版社，2006：53-55.

[12]黃俊嫻，楊建男. 返滴定法監(jiān)測EDTA處理蝦殼制備甲殼素過程中的脫鈣率[J]. 化學分析計量，2007，16（6）：49-51.

[13]史鋒. 生物化學實驗[M]. 杭州：浙江大學出版社，2002：92-93.于輝輝，李道亮，李瑾，等. 水產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管系統(tǒng)關(guān)鍵控制點分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2014，42（1）：239-241.endprint