一种低共熔离子液提取虾蟹壳中甲壳素的方法技术

本发明专利技术涉及一种低共熔离子液体提取虾蟹壳中甲壳素的方法，其步骤是将虾蟹壳通过清理、乙醇浸泡、清洗、烘干、粉碎等过程，得到虾蟹壳粉。将氯化胆碱、硫脲按一定比例混合加入反应容器中，水浴加热，搅拌，制备低共熔离子液体。再将虾蟹壳粉按一定质量比加入到低共熔离子液体中，加热搅拌反应一段时间后，以水作为反相溶剂，通过离心、分离、干燥得到甲壳素。其特点是借助价格低廉且无毒、制备简便的氯化胆碱和硫脲低共熔离子液体的溶剂与催化的协同作用，常压下分离提取虾蟹壳中的甲壳素，不但具有处理条件温和，提取工艺简单，反应易于控制的特点，同时低共熔离子液可回收再利用，减少环境污染，降低能源消耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化学工业应用领域，具体涉及一种低共熔离子液提取虾蟹壳中甲壳素的方法。
技术介绍
甲壳素作为自然界中储量仅次于纤维素的第二大可再生资源，年产量达10亿吨以上，广泛存在于自然界中的低等藻类、菌类细胞，虾、蟹和昆虫外壳，植物的细胞壁等，是自然界大量存在的唯一的天然碱性多糖，和其衍生物壳聚糖被科学家誉为继蛋白质、糖、脂肪、维生素、矿物质以外的第六生命要素。由于甲壳素具有许多独特的优点，如可生物降解、安全无毒、良好的生物相容性且化学性质稳定等，近年来被广泛应用于食品工业、环境保护、医药、农业、轻纺、功能材料等领域。一般来说，含有甲壳素的原料皆可用于生产甲壳素，但从生产成本上考虑，目前以虾蟹壳为主。据统计我国每年可生产虾、蟹等水产品50MT，由此产生的虾、蟹壳资源达10MT，可生产甲壳素及其衍生产品300KT。但目前我国甲壳素年产量仅有30KT，且绝大多数作为原料出口，产品附加值低，经济效益较差。而全世界每年甲壳素类产品的总产量也仅有150KT。废弃的虾、蟹壳不但造成资源的极大浪费，而且对环境污染严重。目前，甲壳素的提取方法主要有酸碱法、酶法、发酵法等。这些方法均存在一定的问题，如酸碱法会产生大量的酸碱废水，对环境污染较大，生产周期较长；酶法清洁，对环境污染较小，但生产所用的酶价格昂贵，生产成本高；发酵法的缺点是生产周期长。因此，寻找到一种生产成本低且环境污染小的提取工艺，提高甲壳素的可开发利用性，成为近年来科学家广泛关注的热点问题之一。离子液体是由有机阳离子和无机阴离子组成的盐，在常温下呈液态。近年来因其具有性能稳定，无污染，易回收，且在提高反应速率、选择性和催化作用等方面呈现明显优势而备受关注，享有“绿色溶剂”之誉。在甲壳素溶解和催化裂解中也有相关应用，周雅文等采用常规咪唑类离子液体溶解虾壳，发现虾壳在离子液体中的溶解产物主要是甲壳素，且离子液体是甲壳素的直接溶剂。但由于其生物降解性差，具有一定的毒性，且成本是普通溶剂的2～4倍甚至更高，因此难以得到广泛应用。而低共熔离子液体作为一种特殊的离子液体，是由2种或3种组分在一定温度下经简单机械混合，以氢键相互作用而自缔合形成的一种共熔盐，既具有蒸汽压低、溶解性和导电性优良、电化学稳定窗口宽等离子液体的性质，也具备成本低、制备简单、无毒性、可生物降解等独特的特性，且合成过程原子利用率达100％，是一种新型的绿色溶剂。但是其在对甲壳素的提取方面尚无应用。本专利技术公开的是以绿色环保且成本低廉的新型氯化胆碱/硫脲低共熔离子液从虾蟹壳中分离提取甲壳素的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的：针对现有的甲壳素提取方法中所存在的上述问题，本专利技术提供一种工艺简单、生产成本低且环境污染小的甲壳素提取方法。本专利技术技术方案：以新鲜的虾、蟹壳作为制备甲壳素的原料，采用氯化胆碱、硫脲两种原料制备低共熔离子液体，按一定液料比对虾蟹壳粉进行溶解，控制反应温度、反应时间，最后通过离心、分离、干燥得到甲壳素。一种低共熔离子液体提取虾蟹壳中甲壳素的方法，主要包括以下步骤：(1)虾蟹壳前期处理：去除虾蟹壳内外表面的异物，用水反复冲洗后，浸泡在乙醇溶液中，再多次用水冲洗后经烘干、磨碎、过筛，取100目以下粉末备用；(2)低共熔离子液体的制备：将2种组分按一定摩尔比混合置于反应容器中，在温度80℃～100℃的条件下搅拌直至全部变成无色透明液体，即得到低共熔离子液体；(3)将步骤(1)得到的虾蟹壳粉按质量比1∶(10～40)加入到步骤(2)合成的低共熔离子液体溶剂中，在90～130℃的温度下搅拌反应1～6小时，得到反应物；(4)将步骤(3)得到的反应物冷却至室温，在高速离心机上离心后取上清液，再以蒸馏水作为反相溶剂，洗涤多次至上清液接近中性，将沉淀物烘干后即得到甲壳素。上清液经旋转蒸发除去水分后，干燥即得到回收低共熔离子液。所述步骤(1)中虾蟹壳放入乙醇溶液中浸泡可以起到脱色的作用，同时使虾壳变脆，利于磨碎；所述步骤(2)中的2种组分分别为氯化胆碱和硫脲；摩尔比即指氯化胆碱与硫脲之比，其范围为1∶(0.5～1.5)；所述步骤(4)中高速离心的条件为转速4000～8000r/min，每次离心时间5～10min。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术所用的溶剂是氯化胆碱/硫脲低共熔离子液体，其原料价格低廉且无毒，制备过程简便，条件温和，温度低，时间短。(2)本专利技术借助低共熔离子液体的溶剂与催化的协同作用，常压下分离提取虾蟹壳中的甲壳素，不但具有处理条件温和，提取工艺简单，反应易于控制的特点，同时低共熔离子液可回收再利用，减少环境污染，降低能源消耗。附图说明附图为甲壳素标准样与实施例2中低共熔离子液体提取虾壳中甲壳素的红外(FTIR)谱图，图中两条曲线的外形轮廓线极其相近，均存在甲壳素的几个特征吸收峰：3400cm-1为O-H伸缩振动吸收峰；3270cm-1为N-H伸缩振动吸收峰；2960cm-1～2879cm-1的3个吸收峰，为C-H伸缩振动吸收峰；1657cm-1、1557cm-1、1315cm-1处的吸收峰，分别为酰胺I、II、III谱带；1030cm-1～1157cm-1之间的4个C-O伸缩振动的吸收峰；897cm-1为环伸缩振动吸收峰，说明按本专利技术的方法所得到的产物是甲壳素，低共熔离子液体溶解虾壳并没有破坏甲壳素的结构，也没有生成衍生物。具体实施方式实施例1(1)龙虾壳前期处理：去除龙虾壳内外表面的异物，用水冲洗后，浸泡在乙醇溶液中，再多次用水冲洗后经烘干、磨碎、过筛，取100目以下粉末备用；(2)低共熔离子液体的制备：将氯化胆碱、硫脲按摩尔比1∶1混合置于反应容器中，在反应温度为90℃的水浴中搅拌直至全部变成无色透明液体，即得到低共熔离子液体；(3)将步骤(1)得到的虾壳粉按质量比1∶15加入到步骤(2)合成的低共熔离子液体中，在反应温度为90℃时持续搅拌2小时；(4)将步骤(3)得到的反应物冷却至室温，倒入离心管中进行离心，转速4000r/min，时间5min，取上清液并加蒸馏水作为反相溶剂进行洗涤，再次离心取沉淀物，如此反复多次至上清液接近中性，将最终的沉淀物即甲壳素烘干后称重。经计算，甲壳素提取率为2.23％。实施例2(1)龙虾壳前期处理：去除龙虾壳内外表面的异物，用水冲洗后，浸泡在乙醇溶液中，再多次用水冲洗后经烘干、磨碎、过筛，取100目以下粉末备用；(2)低共熔离子液体的合成：将氯化胆碱、硫脲按摩尔比1∶1混合置于反应容器中，在反应温度为90℃的水浴中搅拌直至全部变成无色透明液体，即得到低共熔离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低共熔离子液提取虾蟹壳中甲壳素的方法，主要包括以下步骤：(1)虾蟹壳前期处理：去除虾蟹壳内外表面的异物，用水反复冲洗后，浸泡在乙醇溶液中，再多次用水冲洗后经烘干、磨碎、过筛，取100目以下粉末备用；(2)低共熔离子液体的制备：将2种组分按一定摩尔比混合置于反应容器中，在温度80℃～100℃的条件下搅拌直至全部变成无色透明液体，即得到低共熔离子液体；(3)将步骤(1)得到的虾蟹壳粉按质量比1∶(10～40)加入到步骤(2)合成的低共熔离子液体溶剂中，在90～130℃的温度下搅拌反应1～6小时，得到反应物；(4)将步骤(3)得到的反应物冷却至室温，在高速离心机上离心后取上清液，再以蒸馏水作为反相溶剂，洗涤多次至上清液接近中性，将沉淀物烘干后即得到甲壳素。上清液经旋转蒸发除去水分后，干燥即得到回收低共熔离子液。

【技术特征摘要】
1.一种低共熔离子液提取虾蟹壳中甲壳素的方法，主要包括以下步骤：
(1)虾蟹壳前期处理：去除虾蟹壳内外表面的异物，用水反复冲洗后，浸泡在乙醇溶液中，再多次
用水冲洗后经烘干、磨碎、过筛，取100目以下粉末备用；
(2)低共熔离子液体的制备：将2种组分按一定摩尔比混合置于反应容器中，在温度80℃～100℃的
条件下搅拌直至全部变成无色透明液体，即得到低共熔离子液体；
(3)将步骤(1)得到的虾蟹壳粉按质量比1∶(10～40)加入到步骤(2)合成的低共熔离子液体溶剂
中，在90～130℃的温度下搅拌反应1～6小时，得到反应物；
(4)将步骤(3)得到的反应物冷却至室温，在高速离心机上离心后取上清液，再以蒸馏水作为反相
溶剂，洗涤多次至...

【专利技术属性】
技术研发人员：连海兰，朱萍，孙香，陈玲，潘明珠，杨蕊，黄润洲，梁星宇，顾忠基，颉盼盼，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32