当前世界环境

介绍

在海洋节肢动物中，最大的甲壳类动物群大约有3万种。海洋甲壳类动物的壳随着虾、蟹和龙虾是生物垃圾做出贡献到污染沿海区域．甲壳类废弃物含有8-10%的甲壳素，30-65%的蛋白质和10-20%的钙¹．从虾壳中制备几丁质、壳聚糖及其组分经过三个阶段:脱矿、脱蛋白和去乙酰化²．

几丁质是白色、坚硬、有弹性的天然多糖化合物，不溶于水。它是第二大过量的有机多糖化合物。它通常存在于真菌、酵母、节肢动物、软体动物和环节动物中^3.．几丁质是一种生物聚合物，含有?-(1?4linked residues)- 2-acetamido - 2-deoxy- D-glucopyranose semi-crystalline components. Chitin is composed of linear chains of acetylglucosamine groups. The differentiation between chitin and chitosan is the presence of acetyl groups⁴．几丁质具有良好的生物相容性、吸附能力、无毒、抗菌、免疫、给药和螯合性能。

在酶法中，将聚合物的n -乙酰基单元裂解成d -氨基葡萄糖单元得到壳聚糖。壳聚糖无毒，不溶于水，与酸混合后可溶解^6、7、8．壳聚糖具有生物相容性、生物降解性和吸附活性等特点⁹．甲壳素、壳聚糖及其残余物主要用于食品工业、制药、化妆品、生物化学、生物技术和污水处理等领域¹⁰．

几丁质、壳聚糖及其衍生物是有机混凝剂，不会产生二次污染物。-NH的官能团₂-OH能诱导染料的吸附能力¹¹．它们可作为纺织废水的混凝剂或絮凝剂¹²．虾壳壳聚糖可作为生物吸附剂用于纺织废水的脱色¹³．本研究制备了虾壳、几丁质、壳聚糖和膜，并对其理化性质和功能特性进行了研究。研究了壳聚糖在水净化领域的应用。

材料与方法

样本收集

的中国对虾学名:外骨骼于12月在泰米尔纳德邦Colachel当地的鱼市场收集。虾壳用自来水彻底洗净。然后，将虾外骨骼壳在阳光下晒干2-3天。

甲壳素和壳聚糖的制备

虾外骨骼取自中国对虾学名:在0.05M醋酸溶液中30℃浸泡24小时。浸泡过的外骨骼用水彻底清洗，然后风干。用HCl (0.68 M)在30℃下脱乙酰化6 h，将脱乙酰化后的颗粒分离，用水清洗，pH调节在6.5-7.5。用0.62M NaOH溶液在30°C下去除干燥物料中的蛋白质含量约16小时。然后将脱蛋白残留物分离并用蒸馏水清洗，直到pH保持在6.5 - 7.5。颗粒干燥，研磨，并通过一个150 ?m筛网(网)筛选。用NaOH溶液(25 M)在65℃下约20小时使几丁质去乙酰化。之后将残留物分离，pH维持在6.5-7.5。

壳聚糖膜的制备

将5克干燥的壳聚糖粉末溶解在3%的乙酸中。将壳聚糖溶液涂抹在培养皿上，60℃加热。之后，减少50%，在30°C下保存24小时。然后将干燥后的膜在NaOH溶液中浸泡24h。膜用二次蒸馏水清洗，自然干燥。

蛋白质的估算

用Foltch法测定蛋白质含量¹⁴．样品(0.1 g)加入1 ml蒸馏水，5000 rpm离心10 min。加入0.75 ml NaOH (0.1 N)溶液，加入2g碳酸钠配制溶液(A)。溶液(B)加入0.05 g硫酸铜，溶解于5ml双蒸馏水中，加入0.1 g酒石酸钾钠。溶液(C)由49 ml溶液(A)和1 ml溶液(B)组成。取三支试管，分别标记为空白、测试和标准。在所有试管中加入2.5 ml溶液(C)。空白管置于0.1 ml双蒸馏水中保存。试验一取0.1 ml样品。将0.1 ml牛血清白蛋白标准溶液倒入标准管中。最后，每管取福林试剂0.6 ml，充分混合。 All tubes were maintained at 30°C for 20 min and the OD (optical density) was determined at 625 nm¹⁴．

脂质估算

用氯仿-甲醇法提取总脂质¹⁵．用氯仿(2ml)和甲醇(1ml)对干燥后的样品粉末进行均质。然后，残留物在2800 rpm的涡流中混合。提取液用约20%的氯化钠溶液进行平衡。称量并计算提取物含量¹²．

脂质含量=带样品培养皿-不带样品培养皿× 100

碳水化合物的估算

用杜布瓦法提取碳水化合物¹⁶．1毫升样品与1毫升苯酚(5%)溶解，H₂所以₄(5 ml)，在30℃下保存20 min。最后，在490 nm处记录样品的OD。

灰分含量

采用实验室马弗炉法测定了灰分含量¹⁷．取1 g样品用盖子密封，放入炉中，在575℃下保存6 h，冷却后得到重量。

水分含量

水分含量用重量法测定¹⁸．取半克样品粉末，在110℃下保存3小时。冷却后，估计重量，并按给定公式测定水分含量百分比¹⁵：

去乙酰化度(DD)

采用酸碱滴定法测定DD¹⁹．将样品(0.1 g)溶于盐酸(0.1 mol/l)溶液中，加入甲基橙(5滴)。最后用0.1 mol/l的NaOH溶液滴定溶解后的壳聚糖溶液。

是,

HCl浓度(C₁）

HCl溶液的体积(V₁）

标准NaOH (C₂）

NaOH溶液体积(V₂）

样品用量(M)

NH₂集团当量重量(0.016)

NH₂复合比例(0.0994)

水结合力(WBC)

将0.5 g样品与10 ml水溶解，在旋涡上混合5分钟，在29℃下保持30分钟。之后，在3000 rpm下读取结合的颗粒30分钟^3.．

溶解度

样品在1%的醋酸中溶解30分钟，在30℃下冷却。然后，将混合后的颗粒在10000 rpm下读取10 min。分离未溶解的颗粒，在10000 rpm下离心，60℃干燥1天。然后对残差进行测量和计算^20.．

脂肪结合能力(FBC)

将0.5 g壳聚糖与10 ml油放入管中，涡旋混合5 min，在3000 rpm下读取残渣25 min，离心后测量计算^3.．

废水采样

纺织废水收集自印度南部泰米尔纳德邦Tirupur的一家棉纺厂(北纬11.11°，东经77.34°)。废水收集在纺织厂排放槽的无菌塑料罐中。在现场用pH计和温度计测定样品的pH值和温度。将流出物储存在冰箱中，用于进一步分析²¹．

脱色实验

将样品(0.5、1.0、2.0 g)添加到不同浓度(10、20、30、40、50、60、70、80、90、100%)的纺织废水中。记录初始吸光度，在500 nm处每隔24 h周期性测量吸光度，持续30天。

傅里叶变换红外光谱学

利用Perkin Elmer光谱软件对FTIR光谱进行了分析。几毫克的壳聚糖被放置在ATR头部距离4000到450厘米的地方¹．对于每个光谱，收集16次扫描并取平均值。

图1:壳聚糖的提取 点击此处查看图

图2:壳聚糖膜。 点击此处查看图

的理化性质和功能性质p .学名:壳，几丁质和壳聚糖。

美国没有	理化/功能参数(%)	生壳	几丁质	壳聚糖
1.	蛋白质含量	38.8±0.6	3.82±0.60	2.94±0.05
2.	脂质含量	5.1±0.08	0.9±0.25	1.3±0.08
3.	碳水化合物含量	75.42±0.18	68.45±0.45	73.42±0.04
4.	灰分含量	17.2±0.16	2.9±0.08	1.5±0.081
5.	水分含量	21.26±0.52	9.6±1.63	8.2±0.16
6.	脱乙酰作用	-	67.60±0.26	79.03±0.13
7.	水结合力	170±8.16	640±16.32	580±16.32
8.	脂肪结合能力	140±16.32	420±16.32	420±8.16
9.	溶解度	33±2.44	97.3±0.28	97.6±0.53

图3:纺织废水的脱色。 点击此处查看图

图4:壳聚糖提取液的FTIR光谱。 点击此处查看图

图5:壳聚糖吸附纺织废水后的FTIR光谱。 点击此处查看图

表2:壳聚糖提取液的FTIR分析(官能团)。

波长	官能团	结构
670.20	卤代烃	R-Br
701.90	胺	RNH2, R2NH
899.83	胺	RNH2, R2NH
951.37	混杂。	ph磷化氢
1014.56	混杂。	ph磷化氢
1313.60	羧酸	RCO-OH
1406.80	混杂。	S = O硫酸
1436.36	混杂。	S = O硫酸
1654.81	烯烃	8-ring
2916.18	烷烃	RCH2CH3
3001.40	芳烃	Ar-H
3415.37	酚类	ArO-H保税

表3:壳聚糖吸附纺织废水后的FTIR分析

波长	官能团	结构
671.28	卤代烃	R-Br
702.90	混杂。	年代或酯
872.39	混杂。	年代或酯
900.53	混杂。	p或者酯
951.23	混杂。	= NOH肟
1013.96	混杂。	ph磷化氢
1314.19	酯类	RCOOR吗?
1406.72	混杂。	S = O硫酸
1436.32	混杂。	S = O硫酸
1658.84	烯烃	8-ring
2916.62	烷烃	RCH2CH3
3002.50	芳烃	Ar-H
3407.63	酚类	ArO-H保税

结果与讨论

在本研究中，原料壳、几丁质和壳聚糖的蛋白质含量分别为38.8±0.6,3.82±0.60;和2.94±0.05分别。同类报道中，虾壳废物和几丁质蛋白质含量分别为32.13±0.08和0.80±0.15²²．生虾壳的蛋白质含量普遍较高(38.81%)，脱蛋白后的几丁质中含有微量的蛋白质(3.82%)。脱蛋白不能100%去除虾壳中的蛋白质²³．

原料壳、几丁质和壳聚糖的脂质含量分别为5.1±0.08、0.9±0.25和1.3±0.08。虾壳外骨骼中甲壳素、壳聚糖生颗粒和提取壳聚糖的脂质含量分别为1.50、2.00和2.60%²⁴．虾壳粗脂肪含量为10%，与虾壳粗蛋白质含量有一定关系。

生壳、几丁质和壳聚糖的碳水化合物含量分别为75.42±0.18、68.45±0.45和73.42±0.04。在类似的工作中，提取的几丁质、壳聚糖的原料颗粒和壳提取的壳聚糖的碳水化合物含量分别为76.20%、79.18%和77.55%²⁴．

在本研究中，生壳、几丁质和壳聚糖的灰分含量分别为17.2±0.16%、2.9±0.08%和1.5±0.081%。根据灰分的存在，对纯壳聚糖进行了测定。灰分是影响粘度和溶解度等特性的高频参数²⁵．脱矿后的壳聚糖灰分为31-36%²⁶．灰分<1%的壳聚糖是优质的壳聚糖^2、27．

研究表明，生壳、甲壳素和提取壳聚糖的水分含量分别为21.26±0.52、9.6±1.63和8.2±0.16%。在相关研究中，虾壳聚糖的含水率为9.34%²⁸．商品壳聚糖的水分含量为10%²⁹．壳聚糖具有吸湿性，在储存过程中受吸湿率低的影响^20.．

甲壳素、壳聚糖的DD分别为67.60±0.26和79.03±0.13%。在类似的工作中，脱乙酰度为80%的壳聚糖被认为是优质的^30.．在几丁质中，DD的量取决于原料、脱蛋白和脱矿³¹．

生壳、几丁质和壳聚糖的水结合力(WBC)分别为170±8.16%、640±16.32%和580±16.32%。同样，壳聚糖的WBC范围为581 ~ 1150%³²商业、虾和蟹用壳聚糖，其中wb5从458到805%不等³³．

生壳、几丁质和提取壳聚糖的FBC分别为140±16.32、420±16.32和420±8.16%。在一份类似的报告中，FBC在314%到535%之间³⁴．FBC的水平取决于去蛋白化和去乙酰化³⁵．

生壳、几丁质和壳聚糖的溶解度分别为33±2.44、97.3±0.28和97.6±0.53。在相关研究中，用50%和60%的NaOH溶液处理后，壳的溶解度在96.01 ~ 97.2%之间。壳聚糖的溶解度受温度、脱乙酰时间、碱性浓度、甲壳素得率、分离甲壳素的不同方法和粒径等因素的影响³⁶．壳聚糖的溶解度随脱乙酰程度成比例地增加。

在本研究中，图3显示，脱色率从2^nd到18^th观察天数(81% ~ 13%)。在一项类似的研究中，对虾壳废料对纺织染料的脱色率为93% ~ 70%³⁷．结果表明，壳聚糖用量越大，脱色率越高。在壳聚糖膜中，出水的最佳脱色率为86.82 ~ 41.54%。高浓度纺织废水的吸附位点较少。因此，脱色率在很大程度上取决于纺织废水的浓度³⁸．

采用分光光度法测定壳聚糖提取液的吸收效率。图2和图3是提取后(处理前)的壳聚糖与纺织废水(处理后)吸收后的壳聚糖的FTIR光谱比较。在600 cm处的一个峰位置存在类似的基团有烷基卤化物、P-H膦、烯烃、烷烃、芳烃和酚¹至3500厘米¹．在872.39 cm处记录到新峰¹表示S-OR酯。羧酸基团的波长为1313.60 cm¹在1314.19 cm波长处被修饰成酯基¹．P-H膦基转化为NOH肟。在本研究中，在899.83 cm处存在一个胺基¹被注意到。在类似的研究中，壳聚糖低聚物的多糖结构在899 cm处^{1 39}．在1654.81 cm处发现了烯烃官能团¹．同样，NH的弯曲振动带₂分别在1656.55 cm和1658.48 cm处发现群^{1 40}．与标准带拉伸相比，制备的壳聚糖中存在全带拉伸，表明吸附发生在壳聚糖低聚物上。

结论

壳聚糖由中国对虾学名:步骤包括脱矿、脱蛋白和去乙酰化过程。FTIR结果表明，虾壳壳聚糖可作为一种良好的生物修复剂用于纺织废水的脱色。综上所述，本研究制备壳聚糖的方法经济，是利用虾外骨骼废弃物的一种途径，否则虾外骨骼废弃物将成为污染环境的废物而得不到利用。

鸣谢

作者感谢Manonmanium Sundaranar University, Tirunelveli和Scott Christian College (Autonomous)， Nagercoil的支持，为开展这项研究工作提供许可和必要的设施。

利益冲突

作者声明无利益冲突。

资金来源

作者在本文的研究、撰写和发表过程中未获得任何资金支持。

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