虾、蟹壳中的甲壳质:可以作为凝聚剂用于水质净化之中

发表时间:2021/7/4 0:01:35  
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甲壳质一种由乙酰氨基葡萄糖聚合形成的多聚糖,又名甲壳素或几丁质。分子结构式为:

甲壳质

甲壳质存在于自然界无脊椎动物的甲壳、脊椎动物的蹄、角和低等植物的细胞壁中,水产动物的虾、蟹壳中甲壳质含量较多。在虾、蟹类食品加工过程中的副产物——甲壳质,是一种有利用价值的工业原料。动物中甲壳质的含量因动物种类、季节而异。一般虾、蟹壳中含有25%~35%的蛋白质,40%~45%的碳酸钙和15%~20%的甲壳质。

性质 

甲壳质不溶于水、稀酸、稀碱及醇、醚等有机溶剂,而且对氧化剂也较稳定。但在一定的条件下,甲壳质能与多种化合物起反应:

①主链的水解。在盐酸中,于100℃进行水解,可得到葡萄糖胺盐酸盐。

②脱乙酰基反应。将甲壳质放入浓度为40%~60%的NaOH或KOH溶液中,加热至100~180℃,可脱去乙酰基得到壳多糖(亦称可溶性甲壳质)。壳多糖为无色(或微黄色)非结晶片状或粉末,微碱性,不溶于水和碱溶液,溶于稀醋酸而成透明的粘稠液体。

③酰化反应。与羧基化合物(一般多使用脂肪酸类的酸酐)反应,其C3和C6上的羟基(以醋键结合)酰化,可制备许多有用的衍生物。

④羟乙基化反应。在碱性溶液中和环氧乙烷反应得到羟乙基甲壳质,可溶于水,在科研中用来测定酶的活性。

⑤羧甲基化反应。在碱性溶液中与一氯醋酸进行羧甲基化反应,可得可溶性衍生物,反应点在C6上。在反应过程中,大约50%的乙酰氨基由于水解变成氨基,作为高分子两性电解质,能溶于水,溶液具有很大的粘性。这种水溶性衍生物是研究溶菌酶水解过程的良好底物。

⑥硫酸酯化反应。甲壳质的羟基被取代生成硫酸酯,而壳多糖则是游离的氨基参与反应产生硫氨键。甲壳质与壳多糖的硫酸酯在结构上与肝素相似,也具有抗凝血作用,被认为是价廉、易取的抗凝血多糖。

⑦其他尚有醛化、硝化、丙烯腈化、烷基化、脱氨等反应,可为甲壳质的利用提供广阔前景。

工艺 

制取甲壳质的工艺流程为:虾蟹壳→捣碎→浸碱→水洗→浸酸→氧化脱色→水洗→还原→水洗→脱水→甲壳质→浓碱保温→水洗→脱水→壳多糖。浸碱旨在除去蛋白质及脂肪,一般是在8%~10%的氢氧化钠溶液中煮沸1~2小时,其间一部分色素也遭破坏。浸酸旨在除去碳酸钙等,一般用浓度5%~15%的盐酸。虾蟹壳中的主要色素为虾红素,在通常的酸碱处理后,并不能全部褪掉;再用1%浓度的高锰酸钾浸1~2小时,即可制得白色的不溶性甲壳质。然后将不溶性甲壳质放在40%的氢氧化钠溶液中,以100~180℃保温20~24小时,脱去乙酰基即得可溶性甲壳素,即壳多糖。由于原料性质不同,对产品的要求不同,工艺流程也可变动。如对某种甲壳质产品的颜色不作严格要求,只需将虾蟹壳压干,在浓度1%~5%的碳酸钠溶液中煮沸,然后用盐酸脱钙即可。有的工艺是先浸酸,后浸碱,也有用碱一次处理,直接制备壳多糖。

用途 

主要用途为:

①食品工业中的应用。由于甲壳质和壳多糖无味无毒,可被生物降解,在食品工业中作为絮凝剂,以加速固体分离,增加液体的透明度,或自液体中分离出固体微粒,提高固体产品的得率。还用作模拟食品的结构填充剂、增稠剂、乳化剂和包装薄膜。

②医药工业中的应用。壳多糖是盐基性多糖,动物试验表明能抑制胃酸和胃溃疡,降低血液中的胆固醇和甘油三酸酯。甲壳质的硫酸衍生物有抗凝血作用,能抑制肾上腺皮质激素的分泌和促进钠离子排泄。还可用于制备手术缝线、药物包膜和人工肾脏等。

③水质净化处理中的应用。除了作为凝聚剂用于水质净化之外,由于它和Cu、Hg、Cd、Fe、Ni、Zn、Pb、Ag等重金属离子能形成螯合物,可用来有效地除去水中重金属,包括放射性元素。此外,也能在纺织、印染、离子交换剂、摄影胶片、固相酶担体等方面应用。

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