年产300万吨壳聚糖的设计 - 下载本文

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讲究生产效率的时代,造成资源的浪费是明显的。

本次研究主要是在传统工艺的基础上进行改进。在制备甲壳素脱钙阶段在稀盐酸中加入了助剂乙酸,大大缩短了反应时间和增加了产量。在由甲壳素利用碱液法制备壳聚糖时反应时间过长,加入了助剂乙醇缩短了反应时间,提高了效率。壳聚糖在如今可谓说是取之不尽、用之不竭的,而它的作用越来越大,发展前景越来越好,竞争就会越来越大。提高了效率就相当于提高了经济效益。 1.7.2研究内容

以蟹壳为原料,在传统工艺基础上对实验进行改进。在加入助剂的条件下研究其最佳工艺参数,对壳聚糖生产工艺流程进行设计与预算。 (1)采用酸碱法从蟹壳中提取蟹甲壳素。

在制备甲壳素脱钙阶段稀盐酸中加入助剂乙酸减少反应时间和提高生产效率。以脱钙率为评价指标,设计单因素试验和正交试验,确定最佳的脱钙和脱蛋白工艺条件,并对蟹甲壳素的主要质量指标进行检测。

(2)采用碱液法利用蟹甲壳素制备蟹壳聚糖。

在脱乙酰阶段加入助剂乙醇缩减反应时间,以脱乙酰度为评价指标,通过单因素确定最佳制备工艺,并对壳聚糖的主要质量指标进行检测。 (3)壳聚糖生产工艺进行预算。

设计生产过程中工艺技术参数,进行过程中物料衡算。 (4)壳聚糖生产工艺的确定。

根据生产要求对设备流程的设计,以及经济效益评价。

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第二章 实验

2.1实验原理

蟹壳中的无机组成主要是碳酸钙,有机组成主要是蛋白质和甲壳素。因此利用蟹壳制取甲壳素,实质上是从蟹壳中分离出甲壳素。

对于无机组分的脱除,采用稀盐酸加入助剂乙酸加速脱钙。其反应式为:CaCO3+2H+→Ca2++H2O+CO2↑,形成的钙盐为可溶性盐,随着溶液分出。

蛋白质由于溶于热碱,故蛋白质的脱除则利用氢氧化钠溶液加热溶出。

甲壳素不溶于水及一般有机溶剂,再经浓氢氧化钠并加入助剂乙醇溶液在一定温度下脱乙酰基即可制得壳聚糖产品。

2.2材料与仪器

2.2.1 实验材料与试剂 原料:蟹壳(市售) 主要试剂:

表2-1 实验药品及规格

药品 规格 盐酸 分析纯 冰醋酸 分析纯 氢氧化钠 分析纯 氯化铵 分析纯 氨水 分析纯 无水乙醇 分析纯 过氧化氢 分析纯 高锰酸钾 分析纯 硼酸 分析纯

2.2.2仪器与设备

药品 规格 铬蓝黑T 分析纯 EDTA指示剂 分析纯 三乙醇胺 分析纯 甲基橙 分析纯

甲基红 分析纯 溴甲酚绿 分析纯 硫酸铜 分析纯 硫酸钾 分析纯 硫酸 分析纯

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主要仪器:

表2-2 实验仪器及规格

仪器

托盘天平 铁架台 锥形瓶 烧杯 玻璃杯 酸式滴定管 碱式滴定管 量筒 蛇形冷凝管 圆底烧瓶 分液漏斗 容量瓶 研钵

主要设备:

表2-3 主要设备及规格

仪器设备

规格

1台 2台 250ml3个

50ml1个、100ml1个、200ml1个 1根 1个 1个

10ml1个、50ml一个 1个 1个 1个

50ml1个、250ml3个、1000ml1个 1个

规格

CS101-2型鼓风干燥箱 NDJ-79型旋转氏黏度计 GSR-2电子恒速搅拌器

重庆实验设备厂生产 同济大学电机厂生产 上海医械专机厂生产

DF-101S集热式恒温磁力搅拌器 菏泽市祥龙科技有限公司 SHB-IIIA循环水式多用真空泵 FA1004电子分析天平 乌氏毛细管粘度计 RPB1000精密pH计

陕西金康生物科技有限公司 上海精密仪器仪表有限公司 浙江玻璃仪器厂生产 上海罗素科技有限公司

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2.3实验方法

通过对酸碱法、微波法、酶法三种壳聚糖的方法进行对比,发现酸碱法制备壳聚糖在工业生产中使用较为普遍,壳聚糖产量也较高,产品质量较好。但对酸碱溶液的消耗较多,反应时间较长,同时对环境的污染也较严重。因此,本次主要要在传统酸碱法的基础上,进行改良型,在脱钙阶段加入助剂乙酸溶液,减少盐酸溶液的用量,减少酸溶液排放减少对环境的污染,减少反应时间,同时增加脱钙率。在脱乙酰基时,在传统工艺碱处理的工艺条件基础之上,加入助剂乙醇,减少氢氧化钠溶液的用量,减少碱溶液排放减少环境污染,加速反应减少反应时间,同时提高脱乙酰度,得到质量更好的壳聚糖。 2.3.1 工艺流程与主要操作 (1)工艺流程

盐酸溶液(+助剂乙酸溶液) NaOH溶液

↓ ↓ 蟹壳→清洗→干燥→粉碎→脱钙→过滤→洗涤→干燥→脱蛋白→过滤→洗涤→干燥→

脱色→过滤→洗涤→干燥→甲壳素→脱乙酰→过滤→洗涤→干燥→壳聚糖 ↑ ↑

过氧化氢溶液 浓NaOH溶液(+助剂乙醇溶液)

(2) 主要操作

将蟹壳清洗两到三遍,放入干燥箱中105℃干燥12h,然后将干燥后的蟹壳进行粉碎。用稀盐酸(+助剂稀醋酸)在常温下脱除蟹壳粉中的无机钙盐,然后用稀氢氧化钠溶液在100℃下进一步脱除蛋白质,最后用一定浓度的过氧化氢在45℃条件脱色2h,在烘箱中105℃烘干12h即可得到甲壳素成品。将制得的甲壳素用浓氢氧化钠(+助剂乙醇溶液)在100℃下脱除乙酰基即可制得壳聚糖产品。

在蟹壳制取壳聚糖的整个过程中,脱钙和脱蛋白及脱乙酰三个过程将进行单因素实验设计获取最佳工艺条件。其中脱钙阶段利用其最佳工艺条件进行正交试验设计。 2.3.2评价指标的测定

以脱钙率作为衡量脱钙效果的评价指标,含氮量作为衡量脱蛋白效果的评价指标,壳聚糖脱乙酰度作为衡量脱乙酰效果的评价指标。

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(1)脱钙率的测定

用移液管移取5ml经处理后的样液于250ml的容量瓶中,并加水定容至刻度线。再次用移液管移取5ml溶液于锥形瓶加5mlNH3-NH4Cl缓冲液,加3~4滴钙指示剂摇匀使其变为红色,用EDTA溶液滴定,当溶液由红色变为蓝色即为终点。对于每一组取3次进行重复实验,求脱钙率平均值。

脱钙率( %) = CEDTA × VEDTA × 250 × MCaV × m × 100%

式中 CEDTA——EDTA 浓度,mol/L VEDTA——滴定消耗EDTA 体积,L MCa——Ca 摩尔浓度,g/L V——样品体积,L m——蟹壳的质量,g (2)含氮量的测定

采用凯氏定氮法(GB/T 5009.5-2003)。精密称取0.2~2.0g样品,移入干燥的500mL定氮瓶中,加入0.2g硫酸铜,3g硫酸钾及20mL硫酸,稍摇匀后于瓶口放一小漏斗,将瓶以45度角斜支于有小孔的石槔网上。小心加热,待内容物全部炭化,泡沫完全停止后,加强火力,并保持瓶内液体微沸,至液体呈蓝绿色澄清透明后,再继续加热0.5h。取下放冷,小心加20mL水。放冷后,移100mL容量瓶中,并用少量水洗定氮瓶,洗液并入容量瓶中,再加水至刻度,混匀备用。取与处理样品相同量的硫酸铜、硫酸钾、硫酸按同一方法做试剂空白试验。

向接收瓶内加入10mL20g/L硼酸溶液及混合指示液2滴,并使冷凝管的下端插入液面下,吸取10mL样品消化稀释液由小玻杯流入反应室,并以10mL水洗涤小烧杯使流入反应室内,塞紧小玻杯的棒状玻塞。将10mL40%氢氧化钠溶液倒入小玻杯,提起玻塞使其缓缓流入反应室,立即将玻塞盖紧,并加水于小玻杯以防漏气。夹紧螺旋夹,开始蒸馏。蒸气通入反应室使氨通过冷凝管而进入接收瓶内,蒸馏5min。移动接受瓶,使冷凝管下端离开液面,再蒸馏1min。然后用少量水冲洗冷凝管下端外部。取下接收瓶,以0.05mol/L盐酸标准溶液滴定至灰色或蓝紫色为终点。同时吸取10mL试剂空白消化液做空白试验。

按公式进行计算:

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