全 文 ：第 29卷　增刊 西北农林科技大学学报 (自然科学版 ) Vol. 29 Suppl.
2001年 8月 Jour. of No rthw est Sci-Tech Univ . o f Ag ri. a nd Fo r. ( Na t. Sci. Ed. ) Aug. 2001
从油葫芦中提取甲壳素的初步研究€
王　敦 ,胡景江 ,刘铭汤
(西北农林科技大学 林学院 ,陕西杨陵 712100)
　　 [摘　要 ]　通过对昆虫油葫芦 (Cry llus testaceus Walker)体中提取甲壳素工艺的研究 ,提出了提取甲壳素的适
宜反应条件:①酸处理 , 0. 8 mo l /L HCl预先加热 ( 70～ 80℃ ) 30 min,然后室温放置 24 h。 ②碱处理 , 2. 5～ 3. 5
mo l /L NaO H, 80～ 100℃ , 5～ 9 h。
[关键词 ]　甲壳素 ;油葫芦 ;反应条件
[中图分类号 ]　 S759. 8　　　 [文献标识码 ]　 A [文章编号 ]1000-2782( 2001) S0-063-03
　　甲壳素 ( Chi tin)又名甲壳质、几丁质、蟹壳素
等 ,广泛存在于低等动物 ,特别是节肢动物如昆虫、
甲壳动物的体壳中 ,据估计自然界每年生物合成的
甲壳素多达 100亿 t ,是一种可再生的丰富的天然资
源 ,也是 20世纪未被充分利用的天然资源之一。由
于其用途广泛 ,甲壳素的开发应用受到了国际社会
的高度重视 ,现在已成为热门课题 ,应用范围也从纺
织、造纸扩展到了食品环保、医药、农业、林业、轻工
业、生物工程等领域 [ 1～ 4]。
目前市面上的甲壳素产品基本上都来源于虾、
蟹壳 ,而昆虫甲壳素资源尚未开发。昆虫的体壁中甲
壳素的含量高出虾、蟹壳数倍 ,加之昆虫是世界上种
类最多的生物类群 ,已知的种类超过 100万种 ,是地
球上最大的优势动物种类。 据估算昆虫的总生物量
超过了地球上所有动物的总生物量 ,其适应能力、分
布范围都超过了其他动物群 ,但被人类利用的昆虫
资源却很少 ,只占昆虫种类的万分之一左右 ,可以认
为昆虫是当今地球上未被利用的最大生物资源 [5 ]。
因此 ,昆虫甲壳素资源蕴藏丰富 ,是一种可开发的优
势资源。本研究对从油葫芦 (蟋蟀的一种 )体中提取
甲壳素工艺条件进行了研究。
1　材料与方法
1. 1　材　料
　　油葫芦 (Cryllus testaceus Walker) ,采集于陕西
省杨陵区。
样品预处理: 洗净→捣碎→筛洗→烘干→试样。
筛洗的目的是除去碎虫体中的细碎软组织 (内脏、脂
肪、肌肉等 )。因为虫体捣碎时 ,虫体体壁较为坚韧 ,
碎片较大 ,而虫体软组织易成小碎屑 ,因此在捣碎虫
体后可用筛洗的方法 ,用筛孔目数适合的筛子大致
分离昆虫体壁与软组织 ,得到除去了大量软组织的
“虫壳” ,作为试验材料。
1. 2　方　法
1. 2. 1　甲壳素的提取　昆虫体中主要有蛋白质、脂
类、矿物质、甲壳素四类物质 ,除去前三类物质 ,就可
以得到甲壳素。
①脱矿物质。 昆虫试样→稀 HCl→浸泡脱去
矿物质→洗至中性。稀 HCl设不同浓度、处理时间、
预加热温度等进行单因素分析。
②脱蛋白质、脂类、色素。脱去矿物质的试样→
热 NaOH溶液→除去蛋白质与脂类→洗净烘干→
质量分数 3% KMnO4 → 70℃饱和草酸溶液 →洗
净烘干→甲壳素 。 NaOH溶液设不同浓度、处理时
间、温度等进行单因素分析。
1. 2. 2　产品杂质残留分析　采用不同的反应条件
提取甲壳素 ,并测定产品中的残留蛋白质含量、灰分
含量 ,每处理重复 3次 ,取平均值。
残留蛋白质测定采用紫外法① ,残留灰分测定
采用灼烧法 [6 ]。
在昆虫体壁中 ,由于脂类主要集中在表层 ,即蜡
质 ,加之残留的软组织中脂肪物质数量与体壁中角
质蛋白相比数量很少 ,并且脂类与碱发生皂化反应
€ [收稿日期 ]　 2001-04-04
[作者简介 ]　王　敦 ( 1973- ) ,男 ,青海西宁市人 ,讲师 ,硕士 ,主要从事森林昆虫学的教学与研究。
① 刘建朝 ,王　倩 .基础生物化学实验指导书 .西北林学院 , 1997.
DOI : 10. 13207 /j . cnki . jnwaf u. 2001. s1. 017
后易于洗净除去 ,故在碱处理中只分析了蛋白质脱
除情况。
2　结果与分析
2. 1　酸处理的条件选择
　　用稀 HCl处理试样脱除矿物质 ,进行单因素分
析 ,比较得到的甲壳素产品中的残留灰分量 ,从中选
出酸浓度、处理时间、温度等适宜条件。
2. 1. 1　不同 HCl浓度与灰分残留　由表 1可见 ,
随着 HCl浓度的升高 ,灰分残留渐少 ,这是由于脱
矿物质反应底物增加 ,使反应向正方向进行 ,溶出的
矿物质增加。但 HCl浓度达到 0. 8 mol /L以后 ,残
留灰分变化不大 ,而且酸度过大也容易造成甲壳素
分子的酸降解而降低产品质量。因此 ,在脱矿物质处
理中 ,酸浓度取 0. 8 mol /L较为合适。
表 1　 HCl浓度对残留灰分的影响
Table 1　 The effect o f acid so lution concen-
tra tion on residua l ash content
HCl浓度 /( mol· L- 1 )
Concent rat ion of HCl
残留灰分 / (mg· g- 1 )
Residual ash con tent
0. 3 11. 1
0. 8 7. 8
1. 4 7. 6
1. 9 7. 4
2. 5 7. 3
3. 0 6. 7
　　注:其他反应条件为室温 ,浸泡 24 h。
Note: Condi tion fo r o th er reactions is at ambient tem perature,
soaking for 24 h .
2. 1. 2　不同酸处理时间与灰分残留　由表 2可见 ,
随酸处理时间的延长 ,残留灰分量减少 ,但变化幅度
小。同样 ,酸度过大也容易造成甲壳素分子的酸降解
而降低产品质量 ,因此 ,酸处理时间不宜过长。
表 2　 HCl处理时间对残留灰分的影响
Table 2　 Th e effec t o f acid tr ea tment dur ation
on r esidual ash content
处理时间 /h
Duration of t reatmen t
残留灰分 / (mg· g- 1 )
Residual ash con tent
12 8. 4
24 7. 8
36 7. 6
48 7. 6
72 7. 2
　　注:其他反应条件为室温 , 0. 8 mol /L HCl.
Note: Oth er react ion condition is at ambient temperature, 0. 8
mol /L HCl.
2. 1. 3　不同酸处理温度与灰分残留　由于昆虫体
壁表层为蜡质 ,当昆虫试样与稀 HCl溶液混合后 ,
体壁表层的蜡质由于其疏水性 ,阻碍了 HCl与矿物
质的反应。因此在加热处理后破坏了蜡质层 ,矿物质
脱除效果明显好于常温处理 ,并且随着温度升高 ,残
留的灰分含量减少 (表 3)。因此 ,酸处理时应适当加
热 ,以 70～ 80℃为宜。
表 3　酸处理温度对残留灰分的影响
Table 3　 The effect o f acid so lution tem-
pera tur e on r esidual ash content
处理温度 /℃
Temperatu re of
HCl solu tion
残留灰分 / ( mg· g- 1 )
Residual ash conten t
20(室温 ) 7. 8
40 7. 6
50 7. 3
60 3. 9
70 3. 0
80 3. 0
　　注:①酸加热方式 ,昆虫样品与 HCl溶液混匀后加热 30 min,然
后停止加热 ,并放置 24 h。 ②其他反应条件 , HCl浓度 0. 8 mol /L。
Note:① Acid h eating: the raw material of insect i s mixed wi th
s olution of HCl and heated for 30 min, then laid aside for 24 h under
no rmal temperature;② Other reation condi tion: th e concent ration of
HCl s olut ion is 0. 8 mol /L.
2. 2　碱处理的条件选择
用 NaOH溶液处理试样脱除蛋白质 ,进行单因
素分析 ,比较得到的甲壳素产品中的残留蛋白质含
量 ,从中选出碱浓度、处理时间、温度等适宜条件。
2. 2. 1　不同碱浓度与蛋白质残留　随着碱液浓度
增大 ,残留的蛋白质含量渐减 , NaO H浓度达 1. 5
mo l /L以后 ,残留蛋白质含量变化幅度减小 ,而在
NaOH浓度小于 1. 5 mo l /L时残留蛋白质含量较
高。 因此 ,在碱处理中 , NaO H浓度不应小于 1. 5
mo l /L,以 2. 5～ 3. 5 mol /L为宜。
表 4　碱浓度对残留蛋白质的影响
Table 4　 The effect of alkali solution concen-
tr ation on residual pr otein content
NaO H浓度 / ( mol· L- 1)
Concent ration of NaO H
残留蛋白质 / ( mg· g- 1 )
Resid ual p rotein conten t
0. 5 109
1. 0 86
1. 5 56
2. 0 49
2. 5 43
3. 0 42
3. 5 39
　　注:其他反应条件为 100℃ , 5 h。
Note: Other reaction condit ion is 100℃ , 5 h.
2. 2. 2　不同碱处理温度与蛋白质残留　随碱处理
的温度升高 ,残留的蛋白质含量递减。 在较低温度
下 , NaOH与蛋白质反应不充分 ,导致残留蛋白量增
64 西北农林科技大学学报 (自然科学版 ) 第 29卷
加 ,而温度过高 (超过 100℃ ) ,又易导致在常压下碱
液爆沸溢流 ,不易于控制 (表 5) ,因此 ,温度条件以
80～ 100℃为宜。
2. 2. 3　不同碱处理时间与蛋白质残留　随着碱处
理时间的延长 ,残留蛋白量递减。这是由于增加反应
时间 ,脱蛋白反应进行地较为充分 (表 6)。因此 ,要
降低残留蛋白质含量 ,应适当延长脱蛋白时间 ,反应
时间以 5～ 9 h为宜。
表 5　碱处理温度对蛋白质残留的影响
Table 5　 The effect o f alka li trea tment tempe ratur e
on r esidual pro tein content
温度 /℃
Temperatu re
残留蛋白质 / (mg· g- 1 )
Residual protein con tent
60 143
70 63
80 49
90 45
100 42
110
常压下爆沸溢流
Boi l over under no rmal press
　　注:其他反应条件为 2. 5 mol /L NaOH, 5 h.
Note: Oth er reaction condi tion is 2. 5 mol /L NaOH, 5 h.
表 6　碱处理时间对蛋白质残留的影响
Table 6　 Th e effect o f alka li trea tment
dura tion on residua l pro tein
碱处理时间 /h
Duration
of alk ali
t reatmen t
残留蛋白质 /
( mg· g- 1)
Residual
protein
content
碱处理时间 /h
Du rat ion
of alkali
t reatment
残留蛋白质 /
( mg· g- 1 )
Residual
p ro tein
content
0. 5 163 5 42
1 63 6 40
2 59 7 37
3 52 8 35
4 47 9 31
　　注:其他反应条件为 2. 5 m ol /L NaO H, 100℃。
Note: Other reaction condit ion is 2. 5 m ol /L NaO H, 100℃ .
3　结论与讨论
从试验结果可见 ,从油葫芦体中制备较高纯度
的甲壳素 ,适宜的反应条件: ①酸处理 , 0. 8 mol /L
HCl ,预先加热 ( 70～ 80℃ ) 30 min,然后室温放置
24 h;②碱处理 , 2. 5～ 3. 5 mol /L NaOH, 80～ 100
℃ , 5～ 9 h。
从产品质量角度讲 ,由于产品质量并不仅仅局
限于纯度 ,本研究仅仅作为制备甲壳素工艺条件的
初步结论和可供参考的有效范围 ,涉及其他方面的
问题还有待做进一步深入研究。
[参考文献 ]
[1 ]　蒋挺大 .甲壳素 [M ].北京:中国环境科学出版社 , 1996. 1- 460.
[2 ]　严瑞煊 .水溶性高分子 [M ].北京:化学工业出版社 , 1998. 519- 565.
[3 ]　朱定和 .甲壳素 /壳聚糖及其衍生物的应用 [ J] .韶关大学学报 (自然科学版 ) , 1998, 19( 3): 147- 149.
[4 ]　严　俊 .甲壳素的化学和应用 [ J] .化学通报 , 1984, 10( 1): 26.
[5 ]　杨冠煌 .中国昆虫资源利用和产业化 [M ] .北京:农业出版社 , 1998. 1- 4.
[6 ]　黄伟坤 .食品检验与分析 [M ].北京:轻工业出版社 , 1989. 17- 18.
Prelimina ry research of preparation chitin from field cricket
WANG Dun,HU Jin-jiang, LIUMing-tang
(College of Forest ry ,N orthwest Sci-Tech University of Agriculture and Forestry , Yangling , Shaanxi 712100,China)
Abstract: Through the research o f the tech nique in ex tracting chi tin f rom field cricket Gryllus testaceus
Walker, the article put fo rwa rd the appropriate reaction conditions:① acid treatment, HCl ( 0. 8 mo l /L) ,
heated for 30 min between 70- 80℃ , then laid aside for 24 h under natura l tempera ture.② Alkalis treat-
ment , NaO H ( 3- 3. 5 mol /L) , 80- 100℃ , kept fo r 5- 9 h.
Key words: chitin; Gryllus testaceus Walker; reaction condi tions
65增刊 王　敦等:从油葫芦中提取甲壳素的初步研究