蚕蛹甲壳素脱色工艺研究

朱新鹏

（安康学院农学与生命科学院，陕西安康725000）

蚕蛹甲壳素脱色工艺研究

朱新鹏

（安康学院农学与生命科学院，陕西安康725000）

对蚕蛹甲壳素提取所得产物的脱色工艺条件进行了研究。通过对比实验，确定KMnO4为脱色剂；通过单因素实验和正交实验，获得了蚕蛹甲壳素脱色的最佳工艺条件为：KMnO4浓度4%、固液比1∶25、处理时间4h、处理温度30℃。经验证实验，在该条件下，蚕蛹甲壳素脱色后的蓝光白度可达到76%以上。

蚕蛹，甲壳素，脱色，蓝光白度

甲壳素又名甲壳质、几丁质、甲壳胺等，是一种由N-乙酰-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖以β-1，4糖苷键连接而成的天然高分子化合物。甲壳素具有良好的物理化学性质：能拉丝、成膜、制粒，能通过化学方法改良物化性能，能和多种物质（如胆固醇、脂肪、金属离子、蛋白质、肿瘤细胞等）结合，无毒，高黏度，具有生物可溶性［1］，可被广泛应用于食品、医药、农业、环保、生物工程及轻工等领域。目前，甲壳素主要是从虾、蟹的外壳中提取。我国是蚕丝生产大国，年均有53万t干蚕蛹可以利用［2］。干蚕蛹含甲壳素约3%～5%，而分离得到的蛹壳杂物中的甲壳素含量高达36%，比虾壳、蟹壳中含量高，蛹壳含钙质或灰分（3%左右）远少于虾、蟹壳（＞30%），而蛹壳含油量和色素高于虾壳、蟹壳［3］，是生产甲壳素的良好原料。但由于蛹壳色素含量高、颜色深，会影响到其应用和商业价值。对蚕蛹甲壳素脱色的研究鲜有报道，本实验以蚕蛹为原料，经脱油脂和分离蛋白质后，对得到的蚕蛹粗甲壳素通过正交实验设计优化脱色的工艺条件，以期为蚕蛹的开发利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

蚕蛹 购于安康巴山丝绢有限公司；石油醚（沸程60～90℃）、氢氧化钠、盐酸、高锰酸钾、草酸、30%过氧化氢、次氯酸钠 均为分析纯。

FW100型万能粉碎机 北京科伟永兴仪器有限公司；ALC-210.4型电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司；HH-4型数显恒温水浴锅 国华电器有限公司；101-1A型电热恒温干燥箱 天津市泰斯特仪器有限公司；WSD-3C型全自动白度计 北京康光仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 蚕蛹甲壳素提取工艺流程 蚕蛹→烘干→粉碎→石油醚脱脂→烘干→碱液处理→水洗过滤→滤渣烘干盐酸处理→水洗过滤→滤渣烘干→蚕蛹粗甲壳素［4］

1.2.2 蚕蛹甲壳素脱色试剂的选择 取蚕蛹粗甲壳素5g放入100mL的三角瓶中，分别用20%和30% H2O2、5%和10%NaClO、3%KMnO4，以1∶15的固液比（W/V，下同），在40℃水浴锅中处理4h，用双层纱布过滤，滤渣水洗（其中，用3%KMnO4处理的样品，需再以75mL 3%草酸中和滤渣中剩余的KMnO4，水洗，再重复两次），然后滤渣在65℃下烘干。烘干后用白度计测定蓝光白度，白度值较高的说明脱色效果好。

1.2.3 蚕蛹甲壳素脱色的单因素实验 以KMnO4浓度、固液比、温度、时间作为影响因子，以蓝光白度为指标，进行单因素实验，确定各影响因子对脱色效果的影响。

1.2.3.1 高锰酸钾浓度对脱色效果的影响实验 取蚕蛹甲壳素5g放入100mL三角瓶中，分别以1%、2%、3%、4%、5%的KMnO4浓度，以1∶15的固液比，在40℃水浴锅中处理3h，双层纱布过滤、水洗。再以75mL 3%草酸中和滤渣中剩余的KMnO4，过滤、水洗，再重复两次，滤渣65℃下烘干，用白度计测定蓝光白度。

1.2.3.2 固液比对脱色效果的影响实验 取蚕蛹甲壳素5g放入100mL三角瓶中，用3%的KMnO4，分别以1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30的固液比，在40℃水浴锅中处理3h，双层纱布过滤、水洗。再以75mL 3%草酸中和滤渣中剩余的KMnO4，过滤、水洗，再重复两次，滤渣65℃下烘干，用白度计测定蓝光白度。

1.2.3.3 时间对脱色效果的影响实验 取蚕蛹甲壳素5g放入100mL三角瓶中，用3%的KMnO4，以1∶15的固液比，在40℃水浴锅中分别处理1、2、3、4、5h，双层纱布过滤、水洗。再以75mL 3%草酸中和滤渣中剩余的KMnO4，过滤、水洗，再重复两次，滤渣65℃下烘干，用白度计测定蓝光白度。

1.2.3.4 温度对脱色效果的影响实验 取蚕蛹甲壳素5g放入100mL三角瓶中，用3%的KMnO4，以1∶15的固液比，分别在20、30、40、50、60℃下处理3h，双层纱布过滤、水洗。再以75mL3%草酸中和滤渣中剩余的KMnO4，过滤、水洗，再重复两次，滤渣65℃下烘干，用白度计测定蓝光白度。

1.2.4 正交实验优化蚕蛹甲壳素脱色工艺条件 根据单因素实验结果，以KMnO4浓度、固液比、温度、时间为影响因子，选用L16（44）进行正交实验，以蓝光白度为指标，以优化蚕蛹甲壳素脱色的最佳工艺条件，并进行验证实验。正交实验因素水平见表1。

表1 正交实验因素水平表

表2 不同脱色剂的脱色效果

1.2.5 白度测定 将烘干后所得样品用白度计所带附件压成饼状，置于白度计测样平台测定白度，选用蓝光白度为指标进行读数。

2 结果与讨论

2.1 脱色试剂的选择

过氧化氢、次氯酸钠、高锰酸钾三种脱色剂的脱色效果见表2。

由表2可见，三种脱色剂中，以KMnO4脱色效果最好，甲壳素颜色变白；两种浓度的双氧水处理，甲壳素由棕黄色仅变为黄色；而以NaClO处理的效果最差，甲壳素颜色几乎无变化（蚕蛹粗甲壳素的蓝光白度为8.98%）。所以，本实验选用KMnO4做脱色剂进行研究。

2.2 蚕蛹甲壳素脱色的单因素影响

2.2.1 KMnO4浓度对脱色效果的影响 KMnO4浓度对脱色效果的影响见图1。

图1 KMnO4浓度对脱色效果的影响

由图1可见，KMnO4浓度在1%～4%的范围内，提高KMnO4浓度，脱色效果增加较为明显，之后增加程度不明显。这可能是由于反应趋于饱和，再提高KMnO4浓度，已难以显著提高脱色效果。同时，过高的KMnO4浓度会增加后续处理难度，还将造成甲壳素分子降解等不利影响。因而，选择4%的KMnO4浓度进行脱色较为合适。

2.2.2 固液比对脱色效果的影响 固液比对脱色效果的影响见图2。

图2 固液比对脱色效果的影响

从图2可以看出，随着KMnO4用量的增加，脱色效果提高，在固液比1∶25达到最高值。之后，增加KMnO4用量，白度反而下降。这可能是在一定范围内增加KMnO4用量足以将呈色物质氧化为无色，继续增加KMnO4用量将重新生成有色物质所致。所以，选择固液比1∶25进行脱色为佳。

2.2.3 时间对脱色效果的影响 时间对脱色效果的影响见图3。

图3 时间对脱色效果的影响

由图3可以看出，随着时间的延长，脱色效果提高，但在4h时达到最高值，之后脱色效果开始下降。这可能是KMnO4在一定时间内氧化有色物质成为无色物质后，继续发生反应，重新生成有色物质所致。所以，时间选择4h最佳。

2.2.4 温度对脱色效果的影响 温度对脱色效果的影响见图4。

图4 温度对脱色效果的影响

由图4可见，温度从20～30℃，脱色效果增加较为明显，30℃后再提高温度对脱色效果的增加效应不明显。这可能是由于KMnO4是一种强氧化剂，脱色反应主要依靠分子间的作用即可进行，而温度对反应的促进作用不明显。从生产实际考虑，可选30℃或40℃为适宜脱色的温度。

2.3 正交实验优化蚕蛹甲壳素脱色工艺

正交实验结果见表3。

表3极差分析显示，四种影响蚕蛹甲壳素脱色效果的因素顺序为：A＞B＞C＞D，即KMnO4浓度对脱色效果影响最大，固液比次之，处理时间再次，处理温度对脱色的影响最小。最佳脱色工艺条件为A3B3C4D1，即KMnO4浓度4%、固液比1∶25、处理时间4h、处理温度30℃。为验证该工艺的效果，进行了两次重复实验，结果蓝光白度分别为：76.31%、76.02%，平均值为76.17%，高于正交实验最高值74.56%，说明实验结果可靠。

李端华［5］用双氧水对蚕蛹甲壳素的脱色进行了研究，其白度仅达到30%，远低于本实验的结果，说明用KMnO4对蚕蛹甲壳素脱色效果更为明显。

3 结论

3.1 通过对H2O2、NaClO、KMnO4三种脱色剂的脱色效果比较，确定采用KMnO4为蚕蛹甲壳素的脱色剂。3.2 在单因素实验的基础上，通过正交实验探明了影响蚕蛹甲壳素脱色效果的四种因素顺序为：KMnO4浓度对脱色效果影响最大，固液比次之，处理时间再次，处理温度对脱色的影响最小。优化后的脱色工艺条件为：KMnO4浓度4%、固液比1∶25、处理时间4h、处理温度30℃，在此条件下进行脱色，蓝光白度可达76%以上，颜色洁白，效果很好，可以作为蚕蛹甲壳素脱色的参考条件。

表3 L1（644）正交实验结果

［1］叶楚平，李陵岚，王念贵.天然胶黏剂［M］.北京：化学工业出版社，2004：267-285.

［2］王敦，白耀宇，张传溪，等.家蚕蛹营养成分及其开发利用研究进展［J］.昆虫知识，2004，41（5）：418-421.

［3］倪红，陈怀新，杨艳燕，等.桑蚕蛹甲壳素及壳聚糖的提取与制备工艺研究［J］.湖北大学学报：自然科学版，1998，20（1）：94-96.

［4］朱新鹏，方琼，樊明涛，等.蚕蛹甲壳素提取工艺优化研究［J］.中国林副特产，2009（3）：27-29.

［5］李端华，周小华.蚕蛹甲壳素的脱色方法与机理探讨［J］.应用化学，2004，21（3）：309-312.

Study on the decolorization of chitin from silkworm chrysalis

ZHU Xin-peng
（College of Agriculture and Life Sciences，Ankang University，Ankang 725000，China）

The decolorization process of chitin from silkworm chrysalis was studied.Through comparative experiment，KMnO4was defined as the decolorant.Through single-factor and orthogonal experiment，the best decolorization process of chitin from silkworm chrysalis was as follows：KMnO4concentration was 4%，solid-liquid ratio was 1∶25，processing time was 4h，treatment temperature was 30℃.After proven test，under this condition，blue whiteness after decolorization of chitin from silkworm chrysalis can reach more than 76%.

silkworm chrysalis；chitin；decolorization；blue whiteness

TS201.1

B

1002-0306（2011）02-0230-03

2010-01-05

朱新鹏（1968-），男，硕士，副教授，研究方向：食品科学。

陕西省教育厅自然科学专项（09JK325）；安康市科技计划项目（08AK01-01-07）。