本发明涉及一种离子液体从虾蟹壳中制备甲壳素的方法，特别是一种季铵盐离子液体制备甲壳素的方法，属于化学、化工、生物领域。
背景技术：
甲壳素是自然界中仅次于纤维素的第二大类多糖物质，由N-乙酰氨基-D-葡萄糖环通过β-(1,4)糖苷键连接而成的直链状聚合物，在地球上有着极为丰富的生物量，主要存在于虾蟹等甲壳动物的外壳中，同时也是目前发现的唯一带正电荷的碱性多糖类物质，对带负电荷的各类有害物质具有优异的吸附作用，在食品、化工、生物医药等领域有着广泛的应用前景。
工业上甲壳素的制备方法是在强酸浓碱条件下去除虾蟹壳中的无机盐和蛋白质获得甲壳素。尽管该方法技术成熟，但生产流程长、成本高，而且大量酸碱的使用也必将损害环境。而近年来发展的一些改进技术，如复合酶和有机酸处理、发酵法、微生物提取法，由于成本高、效率低，亦无法获得工业级应用而停滞于实验室规模。除此之外，人们还尝试将甲壳素溶解于某些特定的溶剂中，而后通过反萃剂将其再生出来。目前已公开报道的甲壳素溶剂有：强碱无机盐体系(LiCNS、Ca(CNS)2、CaI2、CaBr2、CaCl2)、强碱低温体系(NaOH/尿素、NaOH/CS2、)、强酸极性溶剂体系(二氯醋酸、三氯醋酸、氯代醇)、氯化锂/酰胺体系、氟化溶剂等、离子液体体系([C2mim]OAc、[C4mim]OAc、[C4mim]Cl、[Amim]Br等)。但是，溶解后的甲壳素需要使用大量水或醇将其再生出来，使得生产流程冗长，且增加了生产成本，而且还易造成产物降解、溶剂残留、生态环境等问题，一般仅局限于实验室小规模试制。目前尚未见利用单一溶剂一步从虾蟹壳中获得高纯甲壳素的方法的报道。
技术实现要素：
本发明克服了现有离子液体溶解虾蟹壳再生制备甲壳素中存在的问题，提出了去除碳酸钙和蛋白质从而获得较高纯度甲壳素的方法。利用单一的季铵盐离子液体一步将虾蟹壳中的碳酸钙和蛋白质等非甲壳素成分溶出而得到甲壳素成品。制备的甲壳素的纯度和收率高，且该方法操作简单、流程短、效率高、易于工业化生产。
本发明所提供的从虾蟹壳制备甲壳素的方法，其特征在于将虾蟹壳水洗、烘干、粉碎得到虾蟹壳粉末。将该粉末与季铵盐离子液体按一定的比例混合，加热搅拌反应，得到季铵盐离子液体/虾蟹壳混合液。反应结束后在混合液直接加水或醇洗涤，而后干燥得到了甲壳素成品。
所述的虾蟹壳粉碎后，用水抽滤直至两次抽滤得到的滤液的电导率相差不超过2％，滤液的电导率由电导率仪测定。
所述粉碎后虾蟹壳的粒径为40～150目。
所述的季铵盐离子液体的结构式为其中R可为甲基或乙基的一种或几种，X可为CH3SO3-或HSO4-。
所述虾蟹壳粉末重量为季铵盐离子液体重量的2～8％。
所述的加热温度为100～130℃。
所述的反应时间为4～24h。
所述的醇可为甲醇、乙醇。
所述方法制备得到的甲壳素成品的外观为白色或淡黄色粉末或颗粒，纯度≥85％。
所述的甲壳素成品的纯度按照公式(1)计算：
甲壳素纯度(％)＝(1-灰分含量-蛋白质含量-脂肪含量-水含量)×100(1)
本发明方法与现有甲壳素制备技术相比的优势是：仅仅需要使用一种季铵盐离子液体即可以将虾蟹壳中的碳酸钙及蛋白质等杂质除去，而后辅以少量的水或醇将甲壳素洗净再干燥即可；不需要使用目前工业生产所使用的酸和碱等药剂反复处理虾蟹壳，也不需要将甲壳素溶解在特定的溶剂中，而后在适当的反萃剂中再生出来,减少了甲壳素因溶解而带来的损失；本发明所涉及的制备方法“一步”可得甲壳素成品，工艺简单，流程短，对环境友好，具有现有其它技术所无法比拟的独到之处。本发明所制备的甲壳素具有良好的转化为壳聚糖的能力，可作为原料用于制备壳聚糖、寡糖和氨基葡萄糖。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此。
下述实施例中所述的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述的材料和试剂，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
将虾壳在自来水中浸泡以除去其中的水溶性物质，而后烘干、粉碎。粉碎后虾壳粉末的粒径为150目。将该虾壳粉末用自来水抽滤，直至滤液的电导率达到平衡，而后将虾壳粉末冷冻干燥。取干燥后的虾壳粉，加入到含有N,N,N-三甲基乙醇胺甲烷磺酸盐(Me3N+(CH2)2OH CH3SO3-)离子液体的玻璃容器中，虾壳粉与离子液体的重量比为6％。将玻璃容器置于130℃的油浴中加热并搅拌12h形成离子液体/虾壳混合液，直接在混合液中加入数倍体积的水洗涤。洗涤后的甲壳素粉末经冷冻干燥得到高纯度的甲壳素成品，样品外观为淡黄色颗粒，纯度为92％。
实施例2
将蟹壳在自来水中浸泡以除去其中的水溶性物质，而后烘干、粉碎。粉碎后蟹壳粉末的粒径为120目。将该蟹壳粉末用自来水抽滤，直至滤液的电导率达到平衡，而后将蟹壳粉末冷冻干燥。取干燥后的蟹壳粉，加入到含有N,N,N-二甲基乙基乙醇胺甲烷磺酸盐(Me2EtN+(CH2)2OH CH3SO3-)离子液体的玻璃容器中，蟹壳粉与离子液体的重量比为5％。将玻璃容器置于110℃的油浴中加热并搅拌7h形成离子液体/蟹壳混合液，直接在混合液中加入数倍体积的乙醇洗涤。洗涤后的甲壳素粉末经冷冻干燥得到高纯度的甲壳素成品，样品外观为白色粉末，纯度为88％。
实施例3
将蟹壳在自来水中浸泡以除去其中的水溶性物质，而后烘干、粉碎。粉碎后蟹壳粉末的粒径为40目。将该蟹壳粉末用自来水抽滤，直至滤液的电导率达到平衡，而后将蟹壳粉末冷冻干燥。取干燥后的蟹壳粉，加入到含有N,N,N-三甲基乙醇胺硫酸氢盐(Me3N+(CH2)2OH HSO4-)离子液体的玻璃容器中，蟹壳粉与离子液体的重量比为2％。将玻璃容器置于110℃的油浴中加热并搅拌5h形成离子液体/蟹壳混合液，直接在混合液中加入数倍体积的水洗涤。洗涤后的甲壳素粉末经冷冻干燥得到高纯度的甲壳素成品，样品外观为白色颗粒，纯度为91％。
实施例4
将虾壳在自来水中浸泡以除去其中的水溶性物质，而后烘干、粉碎。粉碎后虾壳粉末的粒径为80目。将该虾壳粉末用自来水抽滤，直至滤液的电导率达到平衡，而后将虾壳粉末冷冻干燥。取干燥后的虾壳粉，加入到含有N,N,N-二甲基乙基乙醇胺甲烷磺酸盐(Me2EtN+(CH2)2OH CH3SO3-)离子液体的玻璃容器中，虾壳粉与离子液体的重量比为8％。将玻璃容器置于120℃的油浴中加热并搅拌24h形成离子液体/虾壳混合液，直接在混合液中加入数倍体积的水洗涤。洗涤后的甲壳素粉末经冷冻干燥得到高纯度的甲壳素成品，样品外观为淡黄色粉末，纯度为85％。
实施例5
将虾壳在自来水中浸泡以除去其中的水溶性物质，而后烘干、粉碎。粉碎后虾壳粉末的粒径为120目。将该虾壳粉末用自来水抽滤，直至滤液的电导率达到平衡，而后将虾壳粉末冷冻干燥。取干燥后的虾壳粉，加入到含有N,N,N-甲基二乙基乙醇胺甲烷磺酸盐(MeEt2N+(CH2)2OH CH3SO3-)离子液体的玻璃容器中，虾壳粉与离子液体的重量比为4％。将玻璃容器置于100℃的油浴中加热并搅拌4h形成离子液体/虾壳混合液，直接在混合液中加入数倍体积的甲醇洗涤。洗涤后的甲壳素粉末经冷冻干燥得到高纯度的甲壳素成品，样品外观为白色颗粒，纯度为90％。
实施例6
将蟹壳在自来水中浸泡以除去其中的水溶性物质，而后烘干、粉碎。粉碎后蟹壳粉末的粒径为60目。将该蟹壳粉末用自来水抽滤，直至滤液的电导率达到平衡，而后将蟹壳粉末冷冻干燥。取干燥后的蟹壳粉，加入到含有N,N,N-二甲基乙基乙醇胺硫酸氢盐(Me2EtN+(CH2)2OH HSO4-)离子液体的玻璃容器中，蟹壳粉与离子液体的重量比为4％。将玻璃容器置于120℃的油浴中加热并搅拌7h形成离子液体/蟹壳混合液，直接在混合液中加入数倍体积的水洗涤。洗涤后的甲壳素粉末经冷冻干燥得到高纯度的甲壳素成品，样品外观为白色颗粒，纯度为93％。
实施例7
将虾壳在自来水中浸泡以除去其中的水溶性物质，而后烘干、粉碎。粉碎后虾壳粉末的粒径为60目。将该虾壳粉末用自来水抽滤，直至滤液的电导率达到平衡，而后将虾壳粉末冷冻干燥。取干燥后的虾壳粉，加入到含有N,N,N-三乙基乙醇胺甲烷磺酸盐(Et3N+(CH2)2OH CH3SO3-)离子液体的玻璃容器中，虾壳粉与离子液体的重量比为5％。将玻璃容器置于120℃的油浴中加热并搅拌12h形成离子液体/虾壳混合液，直接在混合液中加入数倍体积的乙醇洗涤。洗涤后的甲壳素粉末经冷冻干燥得到高纯度的甲壳素成品，样品外观为白色粉末，纯度为90％。
实施例8
将虾壳在自来水中浸泡以除去其中的水溶性物质，而后烘干、粉碎。粉碎后虾壳粉末的粒径为40目。将该虾壳粉末用自来水抽滤，直至滤液的电导率达到平衡，而后将虾壳粉末冷冻干燥。取干燥后的虾壳粉，加入到含有N,N,N-三乙基乙醇胺硫酸氢盐(Ee3N+(CH2)2OH HSO4-)离子液体的玻璃容器中，虾壳粉与离子液体的重量比为4％。将玻璃容器置于130℃的油浴中加热并搅拌9h形成离子液体/虾壳混合液，直接在混合液中加入数倍体积的水洗涤。洗涤后的甲壳素粉末经冷冻干燥得到高纯度的甲壳素成品，样品外观为淡黄色颗粒，纯度为91％。
实施例9
将蟹壳在自来水中浸泡以除去其中的水溶性物质，而后烘干、粉碎。粉碎后蟹壳粉末的粒径为150目。将该蟹壳粉末用自来水抽滤，直至滤液的电导率达到平衡，而后将蟹壳粉末冷冻干燥。取干燥后的蟹壳粉，加入到含有N,N,N-甲基二乙基乙醇胺甲烷磺酸盐(MeEt2N+(CH2)2OH CH3SO3-)离子液体的玻璃容器中，蟹壳粉与离子液体的重量比为3％。将玻璃容器置于110℃的油浴中加热并搅拌5h形成离子液体/蟹壳混合液，直接在混合液中加入数倍体积的甲醇洗涤。洗涤后的甲壳素粉末经冷冻干燥得到高纯度的甲壳素成品，样品外观为白色粉末，纯度为91％。
实施例10
将蟹壳在自来水中浸泡以除去其中的水溶性物质，而后烘干、粉碎。粉碎后蟹壳粉末的粒径为60目。将该蟹壳粉末用自来水抽滤，直至滤液的电导率达到平衡，而后将蟹壳粉末冷冻干燥。取干燥后的蟹壳粉，加入到含有N,N,N-二甲基乙基乙醇胺硫酸氢盐(Me2EtN+(CH2)2OH HSO4-)离子液体的玻璃容器中，蟹壳粉与离子液体的重量比为6％。将玻璃容器置于120℃的油浴中加热并搅拌6h形成离子液体/蟹壳混合液，直接在混合液中加入数倍体积的水洗涤。洗涤后的甲壳素粉末经冷冻干燥得到高纯度的甲壳素成品，样品外观为白色粉末，纯度为89％。
实施例11
将虾壳在自来水中浸泡以除去其中的水溶性物质，而后烘干、粉碎。粉碎后虾壳粉末的粒径为100目。将该虾壳粉末用自来水抽滤，直至滤液的电导率达到平衡，而后将虾壳粉末冷冻干燥。取干燥后的虾壳粉，加入到含有N,N,N-甲基二乙基乙醇胺硫酸氢盐(MeEe2N+(CH2)2OH HSO4-)离子液体的玻璃容器中，虾壳粉与离子液体的重量比为4％。将玻璃容器置于120℃的油浴中加热并搅拌10h形成离子液体/虾壳混合液，直接在混合液中加入数倍体积的水洗涤。洗涤后的甲壳素粉末经冷冻干燥得到高纯度的甲壳素成品，样品外观为白色颗粒，纯度为92％。
实施例12
将虾壳在自来水中浸泡以除去其中的水溶性物质，而后烘干、粉碎。粉碎后虾壳粉末的粒径为120目。将该虾壳粉末用自来水抽滤，直至滤液的电导率达到平衡，而后将虾壳粉末冷冻干燥。取干燥后的虾壳粉，加入到含有N,N,N-三甲基乙醇胺硫酸氢盐(Me3N+(CH2)2OH HSO4-)离子液体的玻璃容器中，虾壳粉与离子液体的重量比为7％。将玻璃容器置于130℃的油浴中加热并搅拌10h形成离子液体/虾壳混合液，直接在混合液中加入数倍体积的乙醇洗涤。洗涤后的甲壳素粉末经冷冻干燥得到高纯度的甲壳素成品，样品外观为淡黄色粉末，纯度为90％。