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蚕蛹甲壳素抗菌新材料的研究

朱洪红  
【摘要】: 我国是世界上最大的蚕丝生产国,具有最丰富的蚕蛹资源,全国每年干蚕蛹产量可达10余万吨,占世界蚕蛹产量的70%以上。蚕蛹作为缫丝工业的副产品,由于有特殊的气味,除用于畜禽饲料外,并未得到很好的利用。由于甲壳素及其衍生物功能多样,被广泛应用于许多领域,从虾壳、蟹壳类提取甲壳素/壳聚糖已形成工业化生产。研究表明,蚕蛹壳中甲壳素的含量为33%-44%,高于虾壳、蟹壳中含量,且蛹壳中的盐类物质远少于虾壳、蟹壳,是一种更优良的甲壳素资源。蚕蛹可以直接从缫丝厂大量收集,来源广泛、成本低廉,可变废为宝,实现资源的循环利用,有很高的经济价值。因此,对蚕蛹甲壳素/壳聚糖制备工艺及产品性能进行详细研究极其必要。 本论文以家蚕蛹的蛹壳为原料,主要采用酸碱法(稀酸脱矿物质,稀碱脱蛋白质,H_2O_2脱色和浓碱脱乙酰基),探讨了甲壳素与壳聚糖的最佳制备工艺,并对蚕蛹壳中提取的壳聚糖的抗菌性进行研究,主要得到以下实验结论: 1.利用蚕蛹壳提取甲壳素最佳工艺研究及产品质量检测 (1)采用单因素实验法对甲壳素的提取工艺进行探讨,分别讨论了盐酸的浓度、浸泡时间和浸泡温度对脱矿物质的影响以及NaOH的浓度、浸泡时间和浸泡温度对脱蛋白质的影响。最终确定制备甲壳素的最佳工艺为:洗脱矿物质的条件为HCl溶液的体积分数为3%,浸泡温度30℃,浸泡时间22h;脱有机物质的条件为:NaOH溶液质量分数5%,浸泡温度85℃,浸泡时间为4h,并用10%H_2O_2脱色。 (2)实验提取的甲壳素成品的主要质量指标为:白色片状或粉状固体,水分含量为5%~10%,灰分含量为0.63%~0.81%,含氮量为5.86%~6.02%,提取率为32%~38%。它与虾、蟹中提取的食品级甲壳素企业标准(颜色为白色,形状为片状或粉状,水分含量为≤10%,灰分含量为≤1.0%,含氮量为6.2%~6.5%)相比,本研究所得蚕蛹甲壳素质量均优于虾、蟹壳中提取的食品级甲壳素,有助于其深度开发与利用。 2.利用蚕蛹甲壳素制备壳聚糖的最佳工艺研究及其质量检测 (1)采用3因素4水平/5水平的正交实验探讨了蚕蛹甲壳素制备壳聚糖的工艺,结果表明:NaOH的浓度、温度与时间对脱乙酰度的结果影响均非常明显,NaOH的浓度与温度之间协同显著影响脱乙酰度:但处理时间与处理温度之间对脱乙酰度的影响相对独立。最终确定制备壳聚糖最佳工艺为:NaOH浓度为50%,NaOH处理时间为18h,处理温度为90℃。 (2)按上述试验条件制备的壳聚糖为白色粉状或片状,水分含量8.1%,灰分含量0.67%,黏度41mpa.s,分子量5×10~4,脱乙酰度95.6%,与虾、蟹中提取的食品级壳聚糖企业标准(颜色为白色,形状为片状或粉状,水分含量为≤10%,灰分含量为≤1.0%,脱乙酰度≥85%,黏度为30mpa.s~3000mpa.s)相比,本研究所得蚕蛹壳聚糖的主要质量指标均优于虾、蟹壳中提取的食品级壳聚糖。 3.蚕蛹壳聚糖的抗菌性研究 选择DD.90.4%与DD.95.6%壳聚糖对大肠杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌进行抗菌性研究。 (1)DD.90.4%与DD.95.6%壳聚糖在pH4.5~6.5范围内,有明显的抑菌作用,而当pH大于6.5时,壳聚糖抑菌性有所减弱甚至无抑菌效果。说明壳聚糖的抑菌效果受到介质pH的影响。即在酸性环境下,壳聚糖的游离氨基发生质子化,容易与带负电荷的微生物相互作用,从而发生抑菌作用,因此在较低pH值条件下壳聚糖的抑菌作用要大于pH值较高的环境。 (2)DD.90.4%壳聚糖,在浓度0.100%~0.125%范围内,对各种菌种抑菌性强弱顺序依次是:大肠杆菌>嗜热脂肪芽孢杆菌>金黄色葡萄球菌>白色念珠菌;DD.95.6%壳聚糖,在浓度0.100%~0.125%范围内,对各种菌种抑菌性强弱顺序依次是:金黄色葡萄球菌>嗜热脂肪芽孢杆菌>大肠杆菌>白色念珠菌;纯化后的DD.90.4%壳聚糖,对白色念珠的抗菌性有很大改善,当浓度达到0.125%时,抑菌率可达到95%以上。 (3)从家蚕蛹提取的壳聚糖对各种菌种的最小抑菌浓度为:(DD.90.4%壳聚糖的最小抑菌浓度是:金黄色葡萄球菌为0.125%,大肠杆菌0.100%,嗜热脂肪芽孢杆菌0.125%;DD.95.6%壳聚糖的最小抑菌浓度是:金黄色葡萄球菌为0.075%,大肠杆菌0.100%,嗜热脂肪芽孢杆菌0.125%)与虾、蟹中提取的壳聚糖相比,抑菌效果更加显著。该研究结果为利用家蚕蛹提取甲壳素,开发壳聚糖抗菌新产品提供了理论依据。


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