全 文 ：第 ws卷 第 x期
u s s w年 | 月
林 业 科 学
≥≤Œ∞‘׌„ ≥Œ∂ „∞ ≥Œ‘Œ≤„∞
∂²¯1ws o‘²1x
≥ ³¨qou s s w
从臭蜣螂中提取甲壳素Π壳聚糖的研究
王 敦 胡景江 刘铭汤
k西北农林科技大学林学院 杨凌 ztutssl
摘 要 } 甲壳素作为自然界中产量仅次于纤维素的第二大生物资源 o近年来其开发和应用日益受到重视 o但目前
甲壳素的生产原料来源有限 o生产成本较高 ∀而昆虫是世界上最大的优势动物种类 o昆虫的总生物量超过了地球
上所有动物总生物量 ~但被人类利用的昆虫资源却很少 ∀昆虫是当今地球上未被利用的最大生物资源 o特别是昆
虫的甲壳素资源尚未开发 ∀鉴于目前对于昆虫甲壳素资源的开发尚在尝试阶段 o本文以臭蜣螂为材料 o进行了提
取甲壳素和壳聚糖的工艺以及其理化特性研究 ∀研究发现 o臭蜣螂体中甲壳素含量高出目前甲壳素生产常规原料
虾蟹壳数倍 o且从其体中提取的甲壳素与壳聚糖的品质在残留灰分 !粘度和色泽等方面优于虾蟹壳 ∀并以单因素
试验方法进行了提取甲壳素和壳聚糖提取工艺的研究 o提出了从臭蜣螂中提取甲壳素和壳聚糖的提取工艺 }≠ 脱
矿物质 }用 s1{ °²¯#pt ‹≤¯ 预先 zs ε 加热 vs °¬±o然后室温条件下浸泡 tu «~ 脱蛋白质 !脂类 }用 u1s ∗ u1x °²¯#
pt ‘¤’‹ o在 |s ∗ tss ε 条件下 o处理 w ∗ x «~≈脱乙酰基 }用 ts1ss ∗ tt1ux °²¯#pt ‘¤’‹ o在 tvs ε 条件下 o处理 v «∀
关键词 } 臭蜣螂 o甲壳素 o壳聚糖 o反应条件
中图分类号 }±|y|1xty1t 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kusswlsx p st{s p sy
收稿日期 }ussv p s| p ts ∀
Τηε Στυδψ οφ Ισολατιον Χηιτιν ανδ Χηιτοσαν φροµ ∆υνγ Βεετλε
• ¤±ª⁄∏± ‹∏¬±ª­¬¤±ª ¬∏ ¬±ª·¤±ª
k Χολλεγε οφ Φορεστρψo Νορτηωεστ Σχι2Τεχη Υνιϖερσιτψοφ Αγριχυλτυρε ανδ Φορεστρψ Ψανγλινγztutssl
Αβστραχτ} ≤«¬·¬±¬¶²±¨ ²©·«¨ °²¶·¤¥∏±§¤±·±¤·∏µ¤¯ ¤°¬±²³²¯¼¶¤¦¦«¤µ¬§¨ ¤±§¬¶ ¶¨·¬°¤·¨§·² ¥¨ ³µ²§∏¦¨§¤±±∏¤¯ ¼¯ ∏´¤±·¬·¼
¥¨¬±ª¶¨¦²±§²±¯¼·²¦¨¯¯∏¯²¶¨ qŒ·«¤¶¥¨¦²°¨ ²©ªµ¨¤·¬±·¨µ¨¶·²±¬·¶§¨√¨ ²¯³°¨ ±·¤±§¤³³¯¬¦¤·¬²±o¥∏··«¨ µ¤º °¤·¨µ¬¤¯ ²©¦«¬·¬±
¬¶¬¯°¬·¨§¦∏µµ¨±·¯¼ º¬·«¤«¬ª«³µ²§∏¦¬±ª¦²¶·q‹²º¨ √¨ µo¬±¶¨¦·¬¶·«¨ ¥¬ªª¨¶·§²°¬±¤±·¤±¬°¤¯ ªµ²∏³¬±·«¨ ±¤·∏µ¨ o¤±§¬·¶·²·¤¯
¥¬²°¤¶¶¬¶·«¨ ¥¬ªª¨¶·²±¨ ¤°²±ª¤¯¯²©¦µ¨¤·∏µ¨¶¬±·«¨ ±¤·∏µ¨ o¤¯¶²·«¨ ¥¬ªª¨¶·∏±²¦¦∏³¬¨§¥¬²2µ¨¶²∏µ¦¨¶o ¶¨³¨¦¬¤¯ ¼¯·«¨ ¦«¬·¬±
µ¨¶²∏µ¦¨ ²©¬±¶¨¦·q׫∏¶o¬±¶¨¦·¬¶³²·¨±·¬¤¯ ¼¯ ¤± ¤¥∏±§¤±·µ¨¶²∏µ¦¨ ©²µ¤¯·¨µ±¤·¬√¨ µ¤º °¤·¨µ¬¤¯ ²©¦«¬·¬±¬±·«¨ ©∏·∏µ¨ q • «¨µ¨¤¶
·«¨ µ¨¶²∏µ¦¨ ²©¬±¶¨¦·¦«¬·¬± «¤¶±²·¥¨ ±¨ ¬¨³¯²¬·¤ª¨§∏±·¬¯ ±²º o º¨ ¶·∏§¬¨§·«¨ ¦«¨ °¬¦¤¯ ¦«¤µ¤¦·¨µ¶²©·«¨ ¦«¬·¬±Π¦«¬·²¶¤±©µ²°
§∏±ª¥¨ ·¯¨¨ o ¦²°³¤µ¬¶²± ¤±¤¯¼¶¬¶²©·«¨ ∏´¤¯¬·¬¨¶²© ¦«¬·¬±Π¦«¬·²¶¤± º¬·«·«²¶¨ º¨ µ¨ ©µ²° ¦µ¤¥ ¤±§¶«µ¬°³ ¶«¨¯¯¶¤±§·«¨
·¨¦«±²¯²ª¼ ²©¬¶²¯¤·¬²±¦«¬·¬±Π¦«¬·²¶¤±©µ²° §∏±ª¥¨ ·¯¨¨ qŒ·¬¶¶«²º¨ §¥¼·«¬¶µ¨¶¨¤µ¦«·«¤··«¨ ¦²±·¨±·²©¦«¬·¬±¬± §∏±ª¥¨ ·¯¨¨
Χοπρισ οχηυσ ²·¶¦«∏¯¶«¼¬¶¶¨√¨ µ¤¯ ·¬°¨ ¶«¬ª«¨µ·«¤±·«¨ ¶«¨¯¯ ²©¶«µ¬°³¤±§¦µ¤¥º«¬¦«¬¶·«¨ ±²µ°¤¯ µ¤º °¤·¨µ¬¤¯ ©²µ¦«¬·¬±o©²µ
·«¨ ¦«¬·¬±¦²±·¨±·¬±¶«¨¯¯¶¬¶¤¥²∏·y h ∗ tw h ¬±¤√¨ µ¤ª¨ ¤±§·«¨ ¦«¬·¬±¦²±·¨±·²©·«¨ §∏±ª¥¨ ·¯¨¨ ¬¶u{1z h q„±§·«¨ ∏´¤¯¬·¼
²©¦«¬·¬± ¤±§¦«¬·²¶¤±©µ²° §∏±ª¥¨ ·¯¨¨ ¬¶¥¨·¨µ·«¤±·«¨ ¶«¨¯¯¶©²µµ¨¶¬§∏¤¯ ¤¶«¦²±·¨±·²©¦«¬·¬±o·«¨ √¬¶¦²¶¬·¬¨¶²©¦«¬·²¶¤±¤±§
·«¨ ¦²¯²µ²©¦«¬·¬± ³µ²§∏¦·¶q  ¤¨±º«¬¯¨ o¬·º¤¶©∏¯©¬¯¯ §¨²± ·«¨ µ¨¶¨¤µ¦«²©¬¶²¯¤·¬²± ¦«¬·¬±Π¦«¬·²¶¤± ©µ²° §∏±ª ¥¨ ·¯¨¨ ¥¼ ·«¨
¬¨³¨µ¬°¨ ±·¤·¬²± ²©¶¬±ª¯¨©¤¦·²µ°¨ ·«²§o·«¨ ¤³³µ²³µ¬¤·¨¦²±§¬·¬²±¶²©µ¨¤¦·¬²± ¤µ¨ } ≠ • °¨²√¬±ª°¬±¨ µ¤¯ °¤·¨µ}³∏··«¨ ¶¤°³¯¨
¬±·«¨ ¶²¯∏·¬²±²©s1{ °²¯#pt ‹≤¯ o«¨¤·¨§©²µvs °¬±¤·zs ε ©¬µ¶·¯¼o·«¨ ± ®¨ ³¨©²µtu «∏±§¨µµ²²°·¨°³¨µ¤·∏µ¨ q  • °¨²√¬±ª
³µ²·¨¬± ¤±§ªµ¨¤¶¨ }³µ²¦¨¶¶¨§·«¨ ¶¤°³¯¨º¬·«·«¨ ¶²¯∏·¬²± ²©u1s ∗ u1x °²¯#pt ‘¤’‹ o|s ∗ tss ε o®¨ ³¨©²µw ∗ x «q ≈
⁄¨ ¤¦¨·¼¯¤·¬²±}³µ²¦¨¶¶¨§·«¨ ¦«¬·¬± º¬·«·«¨ ¶²¯∏·¬²± ²©ts1ss ∗ tt1ux °²¯#pt ‘¤’‹ o®¨ ³¨©²µv «∏±§¨µtvs ε q
Κεψ ωορδσ} ⁄∏±ª¥¨ ·¯¨¨ o≤«¬·¬±o≤«¬·²¶¤±o• ¤¨¦·¬²±¦²±§¬·¬²±¶
甲壳素k≤«¬·¬±l又名甲壳质 !几丁质 !蟹壳素等 o广泛存在于低等动物 o特别是节肢动物 o如昆虫 !甲壳动
物的体壳中 o为一种生物高分子 ∀甲壳素是一种可再生的丰富的天然资源 o据估计自然界每年生物合成的甲
壳多达 tss亿吨 o是地球上最丰富的有机物之一 o也是 us世纪没有被充分利用的天然资源之一k蒋挺大 o
t||yl ∀由于其用途广泛 o甲壳素的开发应用受到了国际社会的高度重视 o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k蒋挺大 ot||y ~严瑞煊 ot||{ ~Ž¨¬¶∏®¨ ot||{l ∀
市面上的甲壳素产品基本上都来源于虾 !蟹壳 o昆虫甲壳资源尚未得到开发 ∀其实 o昆虫的体壁中甲壳
素的含量远远超过了虾 !蟹壳 o高出虾 !蟹壳数倍 o加之昆虫是世界上种类最多的生物种群 o已知的种类超过
tss万种 o为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总生物量 o其适应
能力分布范围都超过了其它动物群 o但被人类利用的昆虫资源却很少 o只占昆虫种类的万分之一左右k杨冠
煌 ot||{l ∀因而昆虫甲壳素资源是有待开发的优势资源 ∀
目前 o以虾 !蟹壳为原料制备壳聚糖工艺是用一定浓度的烧碱溶液加热来脱除蛋白质 o用稀盐酸浸泡脱
除矿物质 o再经过脱色处理获得甲壳素 ∀甲壳素在高温下与浓碱反应脱去乙酰基 o得到溶解于稀酸的壳聚糖
k≥®­¤®p…µ¤¨ ® ετ αλqot|{y ~蒋挺大 ot||yl o但尚缺乏以昆虫为原料提取甲壳素与壳聚糖的具体工艺 ∀本研究依
据试验材料特点及与虾 !蟹壳的差异 o以上述提取方法为基础 o研究了酸 !碱液浓度 o反应时间和温度对制备
甲壳素与壳聚糖的理化性质影响 o提出了制备出较高纯度的甲壳素与较高粘度壳聚糖的工艺 o并比较分析了
分别从臭蜣螂和虾 !蟹壳制备的甲壳素Π壳聚糖的理化特征 o明确了昆虫甲壳素Π壳聚糖的品质优势 ∀
t 材料与方法
111 材料
臭蜣螂k Χοπρισ οχηυσ ²·¶¦«∏¯¶«¼l o采集地 }陕西淳化县 ∀样品预处理 }洗净 ψ捣碎 ψ筛洗 ψ烘干kys ε l
ψ试样 ∀标准样品为分析纯甲壳素k原料 }虾壳l o美国 ≥ŒŠ„公司生产 ∀虾 !蟹壳购自烟台海产品公司 ∀
112 提取方法
参照 ≥®­¤®2…µ¤¨ ®等kt|{yl !陈长琨kt||tl !钱合生kt||{l !王敦等kusstl的方法进行 ∀甲壳素脱色方法 }
用质量分数为 v h 的 Ž±’w 浸泡 vs °¬±ψ洗净 ψ质量分数为 u h的草酸 zs ε 浸泡 x °¬±ψ洗净并至 ³‹ € z ∀
113 提取工艺试验设计
采用单因素法 o分析提取工艺的不同反应条件对甲壳素中残留灰分 !蛋白含量以及对壳聚糖粘度的影
响 ∀包括 }脱除矿物质采用稀盐酸的不同浓度 !处理温度 !处理时间对甲壳素中残留灰分含量以及对壳聚糖
粘度的影响 ~脱除蛋白采用 ‘¤’‹的不同浓度 !处理温度 !处理时间对甲壳素中残留蛋白以及对壳聚糖粘度
的影响 ~脱乙酰基反应采用高浓度 ‘¤’‹的不同碱浓度 !处理温度 !处理时间对壳聚糖粘度的影响 ∀
114 定性与定量分析
t1w1t 定性分析 采用红外光谱对比法 o分析壳聚糖的前体甲壳素 ∀仪器为 ∞±˜Œ‘’÷xx型红外光谱仪k德
国l o测定条件为 }将甲壳素样品烘干 !Ž…µ压片 ~测定波数为 wss ∗ w sss ¦°pt ∀
t1w1u 含量分析 每种昆虫样品烘干 o称重k Ωtl ∀采取相同的提取方法 o分别从不同昆虫种类中提取甲壳
素 o并烘干后分别称重k Ωul ∀昆虫甲壳素含量计算方法 }
甲壳素含量 € 所提甲壳素重量k干重l Ωt所用该种昆虫重量k干重l Ωu ≅ tss h
t1w1v 残留灰分分析方法 采用灼烧称重法k黄伟坤等 ot|{|l ∀
t1w1w 残留蛋白分析方法 采用紫外分光光度法k张志良等 ot|{yl ∀
t1w1x 壳聚糖粘度分析方法 壳聚糖的粘度的高低 o是衡量甲壳素和壳聚糖质量优劣的重要标准 o壳聚糖
k完全可溶l粘度高 o则说明甲壳素或壳聚糖的分子链降解反应少 !质量好 ∀本研究采用的测定仪器为 ‘⁄p
t型旋转式粘度计k上海天平仪器厂l o测定条件为以 t h的醋酸为溶剂的 t h的壳聚糖溶液k所标示浓度为
质量分数l ∀所采用粘度单位为厘泊k¦q³l ∀
t1w1y 脱乙酰度的测定 脱乙酰度测定采用酸碱滴定法k蒋挺大 ot||yl ∀
以上试验重复 v次 ∀
u 结果与分析
211 脱除矿物质反应条件选择
u1t1t 不同酸浓度对甲壳素中残留灰分含量以及壳聚糖粘度的影响 如表 t o随着 ‹≤¯ 浓度增加 o壳聚糖的
粘度下降 ∀分析原因为 o随着酸浓度的增大 o甲壳素长分子链发生了酸降解反应 o从而导致粘度降低 ∀s1v ∗
t{t 第 x期 王 敦等 }从臭蜣螂中提取甲壳素Π壳聚糖的研究
s1{ °²¯#pt的 ‹≤¯ 处理 o所得壳聚糖粘度较大 ∀但从脱除矿物质的角度看 o‹≤¯ 浓度在 s1{ °²¯#pt以下 o残
留灰分量太高k图 tl o因此 o在脱矿物质处理中 o酸浓度取 s1{ °²¯#pt较为合适 ∀
表 1 酸浓度对壳聚糖粘度的影响 ≠
Ταβ . 1 Τηε εφφεχτ οφ αχιδ σολυτιον χονχεντρατιον
ον ϖισχοσιτψ οφ χηιτοσαν
‹≤¯ 浓度
≤²±¦¨±·µ¤·¬²± ²© ‹≤ Π¯k°²¯#ptl
壳聚糖粘度
∂¬¶¦²¶¬·¼ ²©¦«¬·²¶¤±Π¦q³
s1vs tux
s1{s tuu
t1|s tts
u1xs tsz
v1ss {|
v1xs {y
≠其它反应条件为室温 o浸泡 uw «∀ ׫¨ §∏µ¤·¬²± ²©¤¦¬§·µ¨¤·°¨ ±·¬¶uw «
¤±§·µ¨¤·° ±¨··¨°³¨µ¤·∏µ¨ ¬¶µ²²° ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ q
图 t 酸浓度对残留灰分的影响
ƒ¬ªqt ׫¨ ©¨©¨¦·²©¤¦¬§¶²¯∏·¬²±
¦²±¦¨±·µ¤·¬²± ²± µ¨¶¬§∏¤¯ ¤¶«¦²±·¨±·
u1t1u 不同酸处理时间对甲壳素中残留灰分含量以及壳聚糖粘度的影响 从表 u知 o随着酸处理时间的增
长 o甲壳素长分子链逐渐发生了酸降解反应 o粘度下降 o在处理 tu ∗ uw «时粘度较大 ∀酸处理时间达到 tu «
以后 o灰分残留较少 o随时间的延长 o残留灰分量减少的变化幅度不大k图 ul o因此酸处理以 tu «为好 ∀
表 2 酸处理时间对壳聚糖粘度的影响 ≠
Ταβ . 2 Τηε εφφεχτ οφ αχιδ τρεατµεντ δυρατιον
ον ϖισχοσιτψ οφ χηιτοσαν
时间
⁄∏µ¤·¬²± ²©µ¨¤¦·¬²±Π«
壳聚糖粘度
∂¬¶¦²¶¬·¼ ²©¦«¬·²¶¤±Π¦q³
tu tvs
uw tuu
vy tts
w{ tsz
zu |x
≠ ‹≤¯浓度为 s1{s °²¯ #pt ∀ ׫¨ ¦²±¦¨±·µ¤·¬²± ²© ¤¦¬§¶²¯∏·¬²± ¬¶s1{s
°²¯#pt1 图 u 酸处理时间对残留灰分的影响
ƒ¬ªqu ׫¨ ©¨©¨¦·²± µ¨¶¬§∏¤¯ ¤¶«¦²±·¨±·©µ²°
·¬°¨ ²©¤¦¬§·µ¨¤·° ±¨·
u1t1v 不同酸处理温度对甲壳素中残留灰分含量以及壳聚糖粘度的影响 从表 v知 o随着酸处理温度的升
高 o促进了甲壳素长分子链发生酸降解反应 o粘度下降 o但在 zs ε 以下 o粘度变化幅度不大 ∀由于昆虫体壁
表层为蜡质 o为昆虫试样与稀 ‹≤¯ 溶液混合后 o体壁表层的蜡质由于其疏水性 o阻碍了 ‹≤¯ 与矿物质的反应 ∀
因此在采取加热处理后破坏了蜡质层 o矿物质脱除效果明显好于常温处理 o并且随着温度升高 o残留的灰分
含量减少k图 vl ∀因此 o酸处理时应适当加热 o酸溶液温度以 zs ε 为宜 ∀
表 3 酸处理温度与壳聚糖粘度 ≠
Ταβ . 3 Τηε εφφεχτ οφ αχιδ σολυτιον τεµ περατυρε
ον ϖισχοσιτψ οφ χηιτοσαν
温度
× °¨³¨µ¤·∏µ¨ ²© ‹≤¯ ¶²¯∏·¬²±Πε
壳聚糖粘度
∂¬¶¦²¶¬·¼ ²©¦«¬·²¶¤±Π¦q³
us tuu
xs tuu
ys tut
zs ttv
{s |{
≠昆虫样品与 ‹≤¯ 溶液混匀后加热 vs °¬±o然后停止加热 o并室温放
置 uw «∀ ‹≤¯ 浓度 s1{s °²¯#pt ∀׫¨ µ¤º °¤·¨µ¬¤¯ ²©¬±¶¨¦·¬¶°¬¬¨ § º¬·«
‹≤¯¶²¯∏·¬²± ¤±§«¨¤·¨§©²µvs °¬±o·«¨ ± ¤¯¬§¤¶¬§¨ ©²µuw «∏±§¨µ• × q ׫¨
¦²±¦¨±·µ¤·¬²± ²©¤¦¬§¶²¯∏·¬²±¬¶s1{s °²¯#pt1
图 v 酸处理温度对残留灰分的影响
ƒ¬ªqv ׫¨ ©¨©¨¦·²©¤¦¬§¶²¯∏·¬²± ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ ²±
µ¨¶¬§∏¨ ¤¶«¦²±·¨±·
u{t 林 业 科 学 ws卷
212 脱除蛋白质 !脂类反应条件选择
u1u1t 脱除蛋白不同碱浓度对蛋白质残留和壳聚糖粘度的影响 脂类物质与强碱发生皂化反应而易于洗
脱除去 o故只分析了蛋白质的影响因素 ∀由表 w 知 o‘¤’‹浓度小于 t1s °²¯#pt时 o在后续反应中得不到可
溶的壳聚糖 o分析是由于脱除蛋白质程度低 o甲壳素分子与蛋白质分子吸附结合的胶团状结构大量存在 o从
而导致在随后的脱乙酰基反应中 o不能正常脱去乙酰基得到壳聚糖 ∀随着 ‘¤²‹浓度增大 o壳聚糖粘度呈下
降趋势 o是由于高浓度的碱液在脱去蛋白质的同时 o使甲壳素长分子链发生了断链降解反应 ∀而 ‘¤’‹浓度
小于 u1s °²¯#pt的情况下残留蛋白质含量较高 o‘¤’‹浓度达 u1s °²¯#pt以后 o残留蛋白质含量变化幅度减
小k图 wl ∀因此 o要降低残留蛋白含量又保持较高的壳聚糖粘度 o碱处理浓度以 u1s ∗ u1x °²¯#pt为好 ∀
表 4 不同碱浓度与壳聚糖粘度 ≠
Ταβ . 4 Τηε εφφεχτ οφ χονχεντρατιον οφ ΝαΟΗ σολυτιον
ον ϖισχοσιτψ οφ χηιτοσαν
‘¤’‹浓度
≤²±¦¨±·µ¤·¬²± ²©‘¤’‹Πk°²¯#ptl
壳聚糖粘度
∂¬¶¦²¶¬·¼ ²©¦«¬·²¶¤±Π¦q³
s1x Π
t1s Π
t1x tvy
u1s tuu
u1x tus
v1s tts
v1x tsz
≠ 碱液浓度为 u1xs °²¯#pt o反应时间 x «∀ /Π0表示未得到可溶的壳
聚糖 o以下同 o不再标注 ∀ ׫¨ ¦²±¦¨±·µ¤·¬²± ²© ¤¯®¤¯¬¶²¯∏·¬²± ¬¶u1x °²¯ #
pt o¤±§·«¨ ·¬°¨¬¶x «q׫¨ /Π0 µ¨³µ¨¶¨±·¶·«¤··«¨ ·µ¨¤·°¨ ±·¬¶±²·¤√¤¬¯¤¥¯¨
©²µ¦«¬·²¶¤±o¬±·«¨ ©²¯ ²¯º¬±ª·¤¥¯ ¶¨¥¨ ²¯º ¬¶·«¨ ¶¤°¨¤±§±² ¤¯¥¨ ¬¯±ª¤ª¤¬±q
图 w 碱浓度对残留蛋白的影响
ƒ¬ªqw ׫¨ ©¨©¨¦·²©¤¯®¤¯¬¶²¯∏·¬²±
¦²±¦¨±·µ¤·¬²± ²± µ¨¶¬§∏¤¯ ³µ²·¨¬± ¦²±·¨±·
u1u1u 脱除蛋白不同碱处理温度对蛋白质残留和壳聚糖粘度的影响 在 {s ε 以下 o脱除蛋白质极不充分 o
残留蛋白量高k图 xl ~而从表 x知 o在 {s ε 时尽管壳聚糖粘度较大 o但壳聚糖溶液中有少量不溶物 o说明在
{s ε 条件下脱蛋白不充分 o导致随后进行脱乙酰基反应不很充分 o无法进一步脱除乙酰基而得到壳聚糖 o因
此脱蛋白质温度应在 {s ε 以上 ∀在常压条件下 o{s ∗ tss ε 范围内 o随温度升高 o壳聚糖粘度下降k表 xl o是
由于温度升高 o在碱液作用下 o甲壳素分子长链发生降解程度加重造成的 ∀温度达到 tts ε 又因碱液爆沸溢
流无法进行脱蛋白反应 o在 |s ∗ tss ε 时壳聚糖粘度较大 o且完全可溶 o是脱除蛋白适宜的温度条件 ∀
u1u1v 脱除蛋白不同碱处理时间对蛋白质残留和壳聚糖粘度的影响 由表 y知 o随碱处理时间增长 o壳聚
糖粘度随之下降 o但残留蛋白量渐低k图 yl ∀时间过短 o又脱除蛋白不充分 o后续反应制备不到可溶的壳聚
糖 ∀仅在 w ∗ x «间 o反应正常进行 o残留蛋白较少 o且粘度较大 ∀因此 o要降低残留蛋白含量又保持较高的
壳聚糖粘度 o处理时间以 w ∗ x «为宜 ∀
表 5 不同碱处理温度对壳聚糖粘度的影响 ≠
Ταβ . 5 Τηε εφφεχτ οφ αλκαλι τρεατµεντ τεµ περατυρε
ον ϖισχοσιτψ οφ χηιτοσαν
温度
× °¨³¨µ¤·∏µ¨Πε
壳聚糖粘度
∂¬¶¦²¶¬·¼ ²©¦«¬·²¶¤±Π¦q³
zs Π
{s tzy |
|s tvz
tss tuu
tts …
≠ 碱液浓度为 u1xs °²¯#pt o反应时间 x «∀ / | 0表示壳聚糖溶液中
有少量不溶物 o即脱乙酰基反应进行不完全 ∀ / …0表示常压下碱液爆
沸溢流 o无法进行反应 ∀下同 ∀ ׫¨ ¦²±¦¨±·µ¤·¬²± ²© ¤¯®¤¯¬¶²¯∏·¬²± ¬¶u1x
°²¯#pt o¤±§·«¨ ·¬°¨¬¶x «q׫¨ / | 0 µ¨³µ¨¶¨±·¶·«¤··«¨ ¶²¯√ ±¨¦¼ ¬¶±²·
³¨µ©¨¦·¥¨¦¤∏¶¨ ·«¨ §¨¤¦¨·¼¯¤·¬²± º¤¶±π·³µ²¦¨¶¶¨§ ¦²°³¯ ·¨¯¨¼ ∏±§¨µ¶∏¦«
¦²±§¬·¬²± ²©·µ¨¤·° ±¨·q׫¨ ¯¨ ·¨µ/ …0 µ¨³µ¨¶¨±·¶·«¤·¥²¬¯¬±ª¶²¯∏·¬²± º¤¶²∏·²©
¦²±·µ²¯ ∏±§¨µ±²µ°¤¯ ³µ¨¶¶∏µ¨ q׫¨ ¶¤°¨¥¨ ²¯º q
图 x 碱处理温度对残留蛋白质的影响
ƒ¬ªqx ׫¨ ©¨©¨¦·²± µ¨¶¬§∏¤¯ ³µ²·¨¬± ¦²±·¨±·
©µ²° ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ ²©¤¯®¤¯¬·µ¨¤·°¨ ±·
v{t 第 x期 王 敦等 }从臭蜣螂中提取甲壳素Π壳聚糖的研究
表 6 不同碱处理时间对壳聚糖粘度的影响 ≠
Ταβ . 6 Τηε εφφεχτ οφ δυρατιον οφ αλκαλι τρεατµεντ
ον ϖισχοσιτψ οφ χηιτοσαν
时间
⁄∏µ¤·¬²± ²©¤¯®¤¯¬·µ¨¤·°¨ ±·Π«
壳聚糖粘度
∂¬¶¦²¶¬·¼ ²©¦«¬·²¶¤±Π¦q³
v Π
v tyy |
w txx
x tuu
y ts|
z {v
{ xy
| wt
≠碱液浓度为 u1xs °²¯#pt o反应温度 tss ε ∀ ׫¨ ¦²±¦¨±·µ¤·¬²± ²©¤¯®¤¯¬
¶²¯∏·¬²± º¤¶u1xs °²¯#pt o¤±§·«¨ ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ º¤¶tss ε q
图 y 碱处理时间对蛋白质残留的影响
ƒ¬ªqy ׫¨ ©¨©¨¦·²± µ¨¶¬§∏¤¯ ³µ²·¨¬± ¦²±·¨±·
©µ²° ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ ²©¤¯®¤¯¬·µ¨¤·°¨ ±·
213 脱乙酰基反应条件选择
u1v1t 脱乙酰基不同碱浓度对壳聚糖粘度 !脱乙酰度的影响 如表 z o在碱液浓度小于 {1zx °²¯#pt时 o得
不到可溶的壳聚糖 o分析是由于反应底物浓度过低 o发生脱乙酰基反应少 o无法正常进行脱乙酰基反应 o造成
脱乙酰基不充分而导致 ∀而随着碱液浓度的升高 o导致壳聚糖分子链发生了断裂 !降解 o致使壳聚粘度下降 o
而脱乙酰度却随之有小幅度提高 o这是由于高浓度的碱液促进脱乙酰基反应 o但随着乙酰基的不断减少 o残
留的乙酰基更难于脱去 ∀ts1ss ∗ tt1ux °²¯#pt ‘¤’‹溶液条件下 o制得的壳聚糖粘度较大 o脱乙酰度较高 o
完全符合/把可溶解于 t h 的醋酸或盐酸中的甲壳素叫做壳聚糖0的定义k蒋挺大 ot||yl ∀
表 7 脱乙酰基不同碱浓度与壳聚糖粘度 ≠
Ταβ . 7 Τηε εφφεχτ οφ αλκαλι σολυτιον χονχεντρατιον
ον ϖισχοσιτψ οφ χηιτοσαν ιν δεαχετψλατιον
碱浓度
≤²±¦¨±·µ¤·¬²± ²©¤¯®¤¯¬
Πk°²¯#ptl
壳聚糖粘度
∂¬¶¦²¶¬·¼ ²©¦«¬·²¶¤±
Π¦q³
脱乙酰度
⁄¨ ªµ¨¨²©§¨¤¦¨·¼¯¤·¬²±
Πh
[ {1zx Π
ts1ss txx z|
tt1ux tuu {u
tu1xs tsx {v
tv1zx {s {x
≠反应温度 tvs ε o时间 v «∀׫¨ ·¬°¨ ²© ¤¯®¤¯¬·µ¨¤·° ±¨·¬¶v «o¤±§·«¨
·¨°³¨µ¤·∏µ¨ ¬¶tvs ε q
表 8 不同脱乙酰基温度与壳聚糖粘度 ≠
Ταβ . 8 Τηε εφφεχτ οφ τρεατµεντ τεµ περατυρε ον
ϖισχοσιτψ οφ χηιτοσαν ωηιλε δεαχετψλατιον
温度
× °¨³¨µ¤·∏µ¨Πε
壳聚糖粘度
∂¬¶¦²¶¬·¼ ²©¦«¬·²¶¤±Π¦q³
脱乙酰度
⁄¨ ªµ¨¨²©§¨¤¦¨·¼¯¤·¬²±Πh
 tts Π
tts Πn |
tus | ww
tvs tuu {u
tws …
≠ 反应时间 v «o碱液浓度为 tt1ux °²¯#pt ∀ /Πn | 0表示只能得到小
部分溶解的/壳聚糖0 o即脱乙酰基反应发生很不完全 ∀ ׫¨ ¦²±¦¨±·µ¤·¬²±
²©¤¯®¤¯¬¶²¯∏·¬²±¬¶tt1ux °²¯#pt o¤±§·«¨ ·¬°¨ ¬¶v «q /Πn | 0 µ¨³µ¨¶¨±·¶
·«¤··«¨ §¨¤¦¨·¼¯¤·¬²± º¤¶ ¤¯°²¶· ±²·³µ²¦¨¶¶¨§ ∏±§¨µ ¶∏¦« ¦²±§¬·¬²± ²©
·µ¨¤·°¨ ±·q
表 9 脱乙酰基不同反应时间与壳聚糖粘度 ≠
Ταβ . 9 Τηε εφφεχτ οφ δυρατιον οφ δεαχετψλατιον ον ϖισχοσιτψ οφ χηιτοσαν
时间
׬°¨ Π«
壳聚糖粘度
∂¬¶¦²¶¬·¼ ²©¦«¬·²¶¤±Π¦q³
脱乙酰度
⁄¨ ªµ¨¨²©§¨¤¦¨·¼¯¤·¬²± ²©¦«¬·²¶¤±Πh
 t Π
t ∗ u Πn |
v tuu {u
w {v {x
x xz {z
≠ 反应温度 tvs ε o碱液浓度 tt1ux °²¯ #pt ∀ ׫¨ ¦²±¦¨±·µ¤·¬²± ²© ¤¯®¤¯¬¬¶
tt1ux °²¯#pt o¤±§·«¨ ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ ¬¶tvs ε q
u1v1u 不同脱乙酰基温度对壳聚糖粘度 !脱乙
酰度的影响 由表 {知 o温度过低 o脱除乙酰基
不充分 o得不到完全可溶的壳聚糖 o过高又无法
在常压下进行反应 ∀仅在 tvs ε 下正常进行 ∀
u1v1v 不同脱乙酰基时间对壳聚糖粘度 !脱已
酰度的影响 从表 |看 o反应时间少于 t «o则
不能脱除乙酰基得到壳聚糖 ∀在 u «以下时 o
脱除很不完全 o得不到完全可溶的壳聚糖 ∀而
时间过长 o虽然壳聚糖脱乙酰度提高了 o但易发
生壳聚糖分子链的降解反应 o使粘度大大下降 o
在反应时间 v «的条件下 o脱除乙酰基较充分 o粘度也较大 ∀
214 定性分析结果
图 z为臭蜣螂甲壳素与标准样品k虾壳 o≥ŒŠ„l红外谱图 o两谱图均显示甲壳素特征谱带 }在 t yxs
w{t 林 业 科 学 ws卷
图 z 两种样品的红外谱图
ƒ¬ªqz Œ• ¶³¨¦·µ¤²©·º²¶¤°³¯ ¶¨
¦°pt ot xys和 t vtx ¦°pt左右为酰胺谱带 ot usv
¦°pt为多聚糖谱带 ot wux和 t uys ¦°pt是 ≤‹u 摆
动 !弯曲谱带 ∀两谱图谱带特征吻合 o可以断定从
臭蜣螂中提出的甲壳素与标样化学构成一致 ∀
215 臭蜣螂虫体甲壳素含量
臭蜣螂虫体甲壳素含量高达 u{1z h o远高于常
规的甲壳素生产原料 ) ) ) 虾 !蟹壳的含量ky h ∗
tw h lk蒋挺大 ot||yl ∀
216 虫源性甲壳素与常规原料甲壳素的品质性状
比较
分别用试虫与虾 !蟹壳在相同反应条件下 o提
取甲壳素Π壳聚糖 o进行品质性状比较k表 tsl o可以
看出 }从外观品质上看 o昆虫体提取的甲壳素色泽
较白 o而虾壳提取的甲壳素偏黄 ~在甲壳素残留灰分含量上 o虾 !蟹壳提取的甲壳素残留灰分含量明显偏高 o
分别是臭蜣螂甲壳素的 u1y倍和 y1y倍 ~在壳聚糖粘度上比较 o从臭蜣螂和虾壳提取的壳聚糖粘度较高 o而
从蟹壳提取的壳聚糖粘度明显偏低 ~脱乙酰度上 o三者差别不大 o但虾壳壳聚糖略低k差异小于 x h l ∀总体
来看 o臭蜣螂甲壳素Π壳聚糖产品品质在甲壳素残留灰分 !色泽以及壳聚糖粘度方面比虾 !蟹壳提取的好 o分
析造成这种差异的原因与虾 !蟹壳中高含量的石灰质有关 ∀
表 10 不同原料同等条件提取的甲壳素Π壳聚糖品质比较 ≠
Ταβ . 10 Τηε χοµ παρισον οφ ΧηιτινΠΧηιτοσαν ωηιχη ωερε φροµ διφφερεντ µ ατεριαλ βψσαµε προχεσσινγ χονδιτιον
原料
•¤º °¤·¨µ¬¤¯
色泽k脱色后l
≤²¯²µk„©·¨µ§¨¦²¯²µ¬½¤·¬²±l
甲壳素灰分含量
„¶«¦²±·¨±·²©¦«¬·¬±Πh
壳聚糖粘度
∂¬¶¦²¶¬·¼ ²©¦«¬·²¶¤±Π¦q³
脱乙酰度
⁄¨ ªµ¨¨²©§¨¤¦¨·¼¯¤·¬²± ²©¦«¬·²¶¤±Πh
臭蜣螂 Χq οχηυσ 纯白 • «¬·¨ s1{v tuu {u
虾壳 ≥«µ¬°³¶«¨¯¯ 微黄 ≥¯¬ª«·¯¼ ¼¨ ¯¯²º u1tx tut z|
蟹壳 ≤µ¤¥¶«¨¯¯ 纯白 • «¬·¨ x1w| |x {v
≠ v种材料提取甲壳素 !壳聚糖采用的反应条件为 }s1{ °²¯ #pt ‹≤¯预先 zs ε 加热 vs °¬±o然后在室温下浸泡 tu «脱矿物质 ~u1x °²¯ #pt
‘¤’‹ o在 tss ε 下 o处理 x «脱蛋白 ~tt1ux °²¯ #pt ‘¤’‹ o在 tvs ε 下 o处理 v «脱乙酰基 ∀ ׫¨ ° ·¨«²§¶©²µ³µ¨³¤µ¬±ª¦«¬·¬± ¤±§¦«¬·²¶¤± º µ¨¨ ·«¨
©²¯ ²¯º¬±ª}°∏··«¨ ¶¤°³¯¨¬±·«¨ ¶²¯∏·¬²± ²©s1{ °²¯ #pt ‹≤¯o «¨ ¤·¨§©²µvs °¬± ¤·zs ε ©¬µ¶·¯¼o·«¨ ± ®¨ ³¨©²µtu « ∏±§¨µ• × ·² µ¨°²√¨ °¬±¨ µ¤¯ °¤·¨µq
°µ²¦¨¶¶¨§·«¨ ¶¤°³¯¨ º¬·«·«¨ ¶²¯∏·¬²± ²©u1x °²¯#pt ‘¤’‹ o|s ∗ tss ε o®¨ ³¨©²µx «·²µ¨°²√¨³µ²·¨¬± ¤±§ªµ¨¤¶¨ qƒ²µ§¨¤¦¨·¼¯¤·¬²±o³µ²¦¨¶¶¨§·«¨ ¦«¬·¬±
º¬·«·«¨ ¶²¯∏·¬²± ²©tt1ux °²¯#pt ‘¤’‹ o®¨ ³¨©²µv «∏±§¨µtvs ε q
v 结论
臭蜣螂体内甲壳素含量达到 u{1z h o远高于目前常规的甲壳素生产原料 ) ) ) 虾 !蟹壳 o而且其品质在壳
聚糖粘度 !甲壳素色泽和残留灰分等方面也比虾蟹壳好 o是很好的甲壳素资源 ∀
从臭蜣螂中提取甲壳素和壳聚糖的工艺为 }≠脱矿物质 }s1{ °²¯#pt ‹≤¯ 预先 zs ε 加热 vs °¬±o然后在
室温下浸泡 tu «∀ 脱蛋白质 }u1s ∗ u1x °²¯#pt ‘¤’‹ o在 |s ∗ tss ε 下 o处理 w ∗ x «∀ ≈脱乙酰基 }ts1ss ∗
tt1ux °²¯#pt ‘¤’‹ o在 tvs ε 下 o处理 v «∀
参 考 文 献
陈长琨 q昆虫生理生化实验 q北京 }农业出版社 ot||t }w p y
黄伟坤k主编l q食品检验与分析 q北京 }轻工业出版社 ot|{| }tz p t{
蒋挺大 q甲壳素 q北京 }中国环境科学出版社 ot||y }t p wys
钱合生 q甲壳素脱乙酰化反应 q中国纺织大学学报 ot||{ ouwkul }tss p tsv
王 敦 o胡景江 o保从方 q从金龟子体中提取甲壳素的初步研究 q西北林学院学报 ousst otykwl }xz ∗ x|
严瑞煊 q水溶性高分子 q北京 }化学工业出版社 ot||{ }xt| p xyx
杨冠煌 q中国昆虫资源利用和产业化 q北京 }中国农业出版社 ot||{ }t p w
张志良 o吴光耀 q植物生物化学技术和方法 q北京 }农业出版社 ot|{y }ttw p tty
Ž¨¬¶∏®¨ Žq≤«¨ °¬¶·µ¼ ¤±§¤³³¯¬¦¤·¬²± ²©¦«¬·¬± ¤±§¦«¬·²¶¤±q°²¯¼°¨ µ⁄¨ ªµ¤§¤·¬²± ¤±§≥·¤¥¬¯¬·¼ot||{ ox|kul }ttz p tus
≥®­¤®2…µ¤¨ ® Š o „±·«²¶¨± × o≥¤±§©²µ§° q≤«¬·¬± ¤±§≤«¬·²¶¤±q²±§²±}∞¯¶¨√¬¨µot|{y }t p utz
x{t 第 x期 王 敦等 }从臭蜣螂中提取甲壳素Π壳聚糖的研究