虾蟹外壳的预处理方法及制备α-几丁质的方法与流程

本发明关于一种虾蟹外壳的预处理方法，特别是关于一种利用膨发方式预处理虾蟹外壳的方法、以及进一步制备α-几丁质(α-chitin)的方法。

背景技术：

几丁质(chitin)在自然界中含量丰富，存在于节肢动物的外骨骼、鱿鱼软骨及真菌、酵母菌的细胞壁中。几丁质是由N-乙酰葡萄胺糖为单体，以β-1,4键键结所形成的高分子聚合物。几丁质与其衍生物可应用的范围十分广泛，如农业、食品营养、生物医药、材料科学、纳米科技、化妆品、废水处理、制纸、纺织等领域。

虾蟹外壳的几丁质、蛋白质、碳酸钙及磷酸钙等像夹心派一样，由外至内紧密的结合，几丁质层被两层载体蛋白(carrier protein，CP)层夹住，CP层的外层为矿化基质(mineralization matrix，MM)层，最外层才是磷酸钙层，MM层是一种与钙离子亲和力很强的酸性多胜肽键(acidic polypeptide chain)，CP是一种层状或片状且与钙离子不具亲和力的几丁质-蛋白质复合物。

详言之，以蟹壳而言，可分成三层，最外层是上表皮(epicuticle)，为阻隔水分的蜡质层。第二层是密度较大的外表皮(exocuticle)。第三层为密度较低的内表皮(endocuticle)，内表皮的厚度大约为外表皮的三倍，且其体积占螃蟹外骨骼的90％，外表皮和内表皮质地坚硬粗糙，且皆是由Bouligand structure(或称旋转的夹板结构(twisted plywood))所组成，几丁质-蛋白质复合物(前述的几丁质与两层载体蛋白的层状结构)会以平行旋转的方式堆叠成Bouligand structure，在Bouligand structure中的空隙，称作孔道(pore canal)，此空隙形成类似蜂窝状的扭曲空洞，具传递营养物质及离子以合成外骨骼的功能。孔道中有柔软、弹性的孔道小管(pore canal tubules)缎带型管子，可增加甲壳的韧性与弹性(参阅Chen et al.,2008；Xu et al.,2013)。

甲壳类外壳主要成分为矿物质、几丁质与蛋白质，例如蟹壳干物部分，其 一般成分粗蛋白为29.19％、灰分为40.60％、几丁质为28.86％，与粗脂肪为1.35％(Kim,2003)，所以利用甲壳类外壳为原料制备几丁质时，必须先将蛋白质及矿物质除去。

虾蟹外壳的矿物质中碳酸钙是主要成份，去除碳酸钙的方法可分为两种。一种方法是利用浓度3重量百分比(以下简称为“wt％”)至5wt％的稀酸(如盐酸水溶液或醋酸水溶液)，于室温下作用6至24小时，使其与碳酸根反应产生二氧化碳，藉此去除碳酸钙。不使用强酸，以避免几丁质因反应而降解。而另一种方法是使用乙二胺四醋酸(ethylenediaminetetraacetic acid，EDTA)来螯合金属，EDTA可在中性条件下去除矿物质，虽然使用EDTA处理时，几丁质分子链较不会降解，可制得较大分子量的几丁质，但对于矿物质去除能力较差，且作用时间也较长。

去除蛋白质的方法有化学法及生物法，目前多采用化学法。化学法是使用碱液处理，通常使用3～5wt％的氢氧化钠水溶液，在80～100℃下反应2～4小时。其方法较为简便，反应时间短且效果佳，但是会造成几丁质去乙酰化反应，为了避免此现象，可采二段式碱液处理，先使用0.5N低浓度的氢氧化钠(0.5mol/L低浓度的氢氧化钠)水溶液去除壳外部的蛋白质，再使用2～5N高温高浓度的氢氧化钠(2～5mol/L高温高浓度的氢氧化钠)水溶液处理，如此可将蛋白质尽量去除及避免去乙酰化反应的发生，而得到较原始状态的几丁质。而生物法即为酵素法，利用蛋白酵素去除蛋白质。其优点为不会对几丁质造成破坏、处理的温度较低以及无碱液污染。但由于作用时间长且不容易完全去除蛋白质，因此较少被采用。

另外，可使用有机溶剂(如乙醇、丙酮等)，或使用高锰酸钾及草酸去除脂质及色素。

目前商业生产几丁质，主要是以酸碱处理法去除虾、蟹壳或鱿鱼软骨的矿物质和蛋白质。但为了预防掺假，在商业生产上，常需要以大颗粒(片)甚至原料原始尺寸进行反应，以致造成生产时间长，不易纯化的困扰。因此，亟需开发一种虾蟹外壳的预处理方法，以缩短反应时间、容易纯化，以大量制备α-几丁质。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种虾蟹外壳的预处理方法及制备α-几丁质的方法，利用爆炸性膨发，大体上维持原料和产品的外形，却能使材料形成多孔性结构，增加反应表面积，进而可缩短反应时间、解决不易纯化的困扰。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种虾蟹外壳的预处理方法，其至少包括下列步骤：

(a)利用一水溶液调整一虾蟹外壳的水分至一预定含水量，且该预定含水量，以该虾蟹外壳的总重量(即，含有该预定含水量的该虾蟹外壳的总重量)为100重量百分比(wt％)计之，是大于或等于10重量百分比；

(b)将该虾蟹外壳置于一密闭容器中；

(c)在该密闭容器中添加一第一体积的去离子水；

(d)加热使该密闭容器中的压力达一第一压力值，其中，该第一压力值为表压4～14kg/cm²，且当该密闭容器中的压力达该第一压力值时，该密闭容器内的温度为150～199℃；以及

(e)释放该密闭容器中的压力至一第二压力值，使该虾蟹外壳中的水分快速蒸发释出，直接导致该虾蟹外壳的内表皮层结构被破坏而产生多个层膜，且该多个层膜间形成多孔隙结构；其中，该第二压力值小于或等于该密闭容器所处环境的大气压力。

较佳地，该步骤(a)中，该虾蟹外壳是颗粒状、片状、以及完整蟹虾外壳中的至少一者。

较佳地，该步骤(e)中，相邻的层膜间的距离为大于或等于8μm。

较佳地，该步骤(e)中，相邻的层膜间的距离为8～14μm。

较佳地，该步骤(b)～(e)中，该密闭容器为一压力容器，且该压力容器所处环境的大气压力为1大气压。

较佳地，该步骤(b)～(e)中，该压力容器为一膨发枪。

较佳地，该步骤(a)中，该虾蟹外壳的该预定含水量为35％～75％。

较佳地，该步骤(a)中，该水溶液为去离子水、纯水、反渗透水或液态的水溶液。

较佳地，该步骤(b)～(e)中，该密闭容器具有一密闭容置空间，用以置放该虾蟹外壳。

较佳地，该密闭容置空间的体积为1.4L，且该步骤(c)的该第一体积的去离子水是40mL的去离子水。

较佳地，该步骤(c)的该去离子水的添加体积，足以使经该步骤(d)～(e)处理所得的虾蟹外壳的含水量大于或等于6重量百分比，且不会发生褐变的情形。

较佳地，于该步骤(a)之前，该预处理方法还包含下列步骤：

(z1)将该虾蟹外壳浸泡于0.5N氢氧化钠溶液中，于室温作用24小时；以及

(z2)将该虾蟹外壳以水进行清洗，使pH值为6.5～7.5。

较佳地，该虾蟹外壳是虾的外壳和蟹的外壳中的至少一者。

较佳地，该步骤(d)中，该第一压力值为表压9～14kg/cm²，且当该密闭容器中的压力达该第一压力值时，该密闭容器内的温度为180～199℃。

本发明还提供一种制备α-几丁质的方法，其至少包括下列步骤：

(a)利用一水溶液调整一虾蟹外壳的水分至一预定含水量，且该预定含水量，以该虾蟹外壳的总重量为100重量百分比计之，是大于或等于10重量百分比；

(b)将该虾蟹外壳置于一密闭容器中；

(c)在该密闭容器中添加一第一体积的去离子水；

(d)加热使该密闭容器中的压力达一第一压力值，其中，该第一压力值为表压4～14kg/cm²，且当该密闭容器中的压力达该第一压力值时，该密闭容器内的温度为150～199℃；

(e)释放该密闭容器中的压力至一第二压力值，使该虾蟹外壳中的水分快速蒸发释出，直接导致该虾蟹外壳的内表皮层结构被破坏而产生多个层膜，且该多个层膜间形成多孔隙结构；其中，该第二压力值小于或等于该密闭容器所处环境的大气压力；

(f)将该虾蟹外壳浸泡于2N盐酸溶液中，于室温作用2小时；

(g)将该虾蟹外壳浸泡于2N氢氧化钠溶液中，于80℃作用1小时；

(h)将该虾蟹外壳以水进行清洗，使pH值为6.5～7.5；

(i)将该虾蟹外壳浸泡于浓度1wt％高锰酸钾溶液中，于室温作用1小时；以及

(j)将该虾蟹外壳浸泡于浓度1wt％草酸溶液中，于80℃作用1小时。

较佳地，该步骤(a)中，该虾蟹外壳是颗粒状、片状、以及完整蟹虾外壳中的至少一者。

较佳地，该步骤(e)中，相邻的层膜间的距离为大于或等于8μm。

较佳地，该步骤(e)中，相邻的层膜间的距离为8～14μm。

较佳地，该步骤(d)中，该第一压力值为表压9～14kg/cm²，且当该密闭容器中的压力达该第一压力值时，该密闭容器内的温度为180～199℃。

较佳地，该步骤(c)的该去离子水的添加体积，足以使经该步骤(d)～(e)处理所得的虾蟹外壳的含水量大于或等于6重量百分比，且不会发生褐变的情形。

本发明通过调整虾蟹外壳的水含量并控制爆炸性膨发的压力，可以大体上维持原料和产品的外形，却使虾蟹外壳形成多孔性结构，增加反应表面积，进而提升反应速率，缩短加工时间，并且可避免虾蟹外壳褐变而制得劣质产品。虾蟹外壳经过如本发明的方法预处理，可使得在后续的几丁质纯化制造程序中，酸处理去除矿物质步骤可节省20％-30％的反应时间，碱处理去除蛋白质步骤可节省30％-50％的反应时间。而且最终所制得的几丁质，由FTIR和X光绕射图谱得知，产物的官能基、去乙酰程度和结晶度均与未处理组无明显差异。

附图说明

图1：是依据本发明的虾蟹外壳的预处理方法的流程图。

图2：是膨发枪示意图。

图3：是依据本发明的制备α-几丁质的方法的流程图。

图4A：是发生褐变的蟹壳照片。

图4B：是未发生褐变的蟹壳照片。

图5A：是未经处理的蟹壳的内表皮的扫描式电子显微镜照片。

图5B：是经膨发预处理(膨发压力4kg/cm²)的蟹壳的内表皮的扫描式电子显微镜照片。

图5C：是经膨发预处理(膨发压力14kg/cm²)的蟹壳的内表皮的扫描式电子显微镜照片。

图6：是蟹壳经不同压力(4及14kg/cm²)膨发预处理后，再经纯化加工所 制得的α-几丁质的FTIR图谱。

图7：是蟹壳经不同压力(4及14kg/cm²)膨发后所制得的α-几丁质的X光衍射图谱。

具体实施方式

有鉴于现有技术的缺陷，本发明提供一种虾蟹外壳的预处理方法，并提供一种制备α-几丁质的方法。使用本发明的方法预处理虾蟹外壳，在后续的几丁质加工可大幅缩短处理时间，且不会影响产物的去乙酰程度和结晶度。

以下利用本发明的实施例的详细说明，并说明本发明的技术、特点。然本实施例并非用以限定本发明，任何本技术领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所做的各种更动、润饰，均应包含在本发明的专利保护范围内。

依据本发明的虾蟹外壳的预处理方法，请参阅图1，其显示依据本发明的虾蟹外壳的预处理方法的流程图。如图1所示，首先进行步骤(a)，利用一水溶液调整虾蟹外壳的水分至一预定含水量，且此预定含水量，以该虾蟹外壳(含水)的总重量为100wt％计之，大于或等于10wt％。于较佳实施例中，步骤(a)将虾蟹外壳浸泡于水溶液中，再滤除多余的溶液，最后于50℃烘箱中调降水分至预定含水量，但不以此步骤及方法为限，亦可以其它步骤、温度或方法调整虾蟹外壳的水分至预定含水量。水溶液可为去离子水，但不以此为限，也可以是纯水、反渗透水(Reverse Osmosis water，即RO water)或其它液态的水溶液。预定含水量大于或等于10wt％，较佳可为35wt％至75wt％。可使用红外线水分测定仪(IR-35,Denver Instrument,Germany)量测含水量，但不以此为限。于较佳实施例中，步骤(a)中的该虾蟹外壳是颗粒状、片状、或完整蟹虾外壳的至少一者。

接着，进行步骤(b)，将虾蟹外壳置于一密闭容器中。密闭容器具有一密闭容置空间，用以置放虾蟹外壳。密闭容器可为一压力容器，例如膨发枪(puffing gun)，可加热瞬间释压，使虾蟹外壳膨发(puff)，但膨发方法及工具并不以此为限，亦可使用其它具有瞬间释压安全防护的压力容器。图2显示膨发枪结构的示意简图。膨发枪结构包括一旋转槽2及其槽盖4、压力传感器6、加热器8、及控制器10。

然后，进行步骤(c)，在密闭容器中添加去离子水。去离子水的添加体积， 是足以使经过后续步骤(d)～(e)处理后所得的虾蟹外壳的含水量大于或等于6wt％，如此可不发生褐变的情形。例如当密闭容器的密闭容置空间体积为1.4L时，去离子水的体积可为例如40mL。

然后，进行步骤(d)，加热使该密闭容器中的压力达一第一压力值，其中，该第一压力值为表压4～14kg/cm²，且当该密闭容器中的压力达第一压力值时，该密闭容器内的温度为150～199℃。较佳者，第一压力值为表压9～14kg/cm²，且当该密闭容器中的压力达第一压力值时，该密闭容器内的温度为180～199℃。于加热过程中，藉由虾蟹外壳所含的水分及步骤(c)所添加的去离子水蒸发所产生的蒸气，使密闭容器中的压力达到第一压力值，且使密闭容器内具有一对应的温度。例如，对于水溶液为去离子水、纯水、RO水或其它液态的水溶液的情形，当该第一压力值达到表压4kg/cm²时，该对应的温度为152℃；当该第一压力值达到表压5kg/cm²时，该对应的温度为159℃；当该第一压力值达到表压6kg/cm²时，该对应的温度为165℃；当该第一压力值达到表压7kg/cm²时，该对应的温度为170℃；当该第一压力值达到表压8kg/cm²时，该对应的温度为175℃；当该第一压力值达到表压9kg/cm²时，该对应的温度为180℃；当该第一压力值达到表压10kg/cm²时，该对应的温度为184℃；当该第一压力值达到表压11kg/cm²时，该对应的温度为188℃；当该第一压力值达到表压12kg/cm²时，该对应的温度为191℃；当该第一压力值达到表压13kg/cm²时，该对应的温度为195℃；当该第一压力值达到表压14kg/cm²时，该对应的温度为198℃。

然后，进行步骤(e)，释放密闭容器中的压力至一第二压力值，使虾蟹外壳中的水分快速蒸发释出，由第一压力值降至第二压力值的瞬间，直接导致虾蟹外壳的内表皮层结构破坏而产生多个层膜，且层膜间更形成多孔隙结构；其中，第二压力值小于或等于密闭容器所处环境的大气压力。步骤(b)至(c)中，密闭容器可为一压力容器，且其所处环境的大气压力可为例如1大气压，则使密闭容器释压后达到等于大气压力的第二压力值。而在安全性及设备许可的情况之下，第二压力值甚至可以小于大气压力，例如，将密闭容器置于一负压或接近真空的环境，使密闭容器释压后达到小于大气压力的第二压力值。

经过上述步骤对虾蟹外壳前处理，可使虾蟹外壳的内表皮层结构破坏而产生多个层膜，且层膜间更形成多孔隙结构。相邻的层膜间的距离可为例如大于或等于8μm。较佳者，相邻的层膜间的距离可为例如8～14μm。

而在进行步骤(a)的调整虾蟹外壳水含量之前，可进行步骤(z1)将虾蟹外壳浸泡于0.5N氢氧化钠溶液中，于室温作用24小时，以除去残留的肉、组织；以及步骤(z2)将虾蟹外壳以水进行清洗，使大致为中性，例如pH值为约6.5～7.5。

于本发明的另一面向，依据本发明的制备α-几丁质的方法包括依据本发明的虾蟹外壳的预处理方法的步骤以及其它步骤。请参阅图3，其显示依据本发明的制备α-几丁质的方法的流程图。如图3所示，步骤(a)至(e)对虾蟹的处理步骤与上述如图1所示的步骤(a)至(e)相同，于此处不再赘述。经过步骤(a)至(e)后，获得膨发的虾蟹外壳，然后，进行步骤(f)，将该虾蟹外壳浸泡于1～4N盐酸溶液(1～4mol/L盐酸溶液)中，于室温作用1～3小时，以去除矿物质。较佳者，将虾蟹外壳浸泡于2N盐酸溶液(2mol/L盐酸溶液)中，于室温作用2小时，以去除矿物质。

然后进行步骤(g)，将该虾蟹外壳浸泡于1～4N氢氧化钠溶液(1～4mol/L氢氧化钠溶液)中，于50～100℃作用1～3小时，以去除蛋白质。较佳者，将虾蟹外壳浸泡于2N氢氧化钠溶液(2mol/L氢氧化钠溶液)中，于80℃作用1小时，以去除蛋白质。

然后进行步骤(h)，将虾蟹外壳以水进行清洗，使pH值为6.5～7.5，大致为中性。

然后进行步骤(i)，将该虾蟹外壳浸泡于0.5～2wt％高锰酸钾溶液中，于20～50℃作用0.5～2小时，以去除色素。较佳者，将虾蟹外壳浸泡于浓度为1wt％高锰酸钾溶液中，于室温作用1小时，以去除色素。

然后进行步骤(j)，将该虾蟹外壳浸泡于0.5～2wt％草酸溶液中，于50～100℃作用0.5～2小时，以还原高锰酸钾。较佳者，将虾蟹外壳浸泡于浓度1wt％草酸溶液中，于80℃作用1小时，以还原高锰酸钾。

上述各溶液可为水溶液，但不以此为限，或可包括其它适当溶剂的溶液。亦可视需要添加其它物质于溶液中。

然后，可进一步水洗至大致中性，并可进一步干燥，获得α-几丁质。

下述为依据本发明的实例，用以说明本发明，但不以此等特定性质的实例限制本发明。

实例1

收集蟹壳(从中国台湾新北市万里地区的餐厅收集蟹壳，所收集的蟹壳为花蟹(Portunus pelagicus)的蟹壳，但本发明并不以此为限)，将其清洗干净，除去大部分内脏与杂质后，浸泡于浓度0.5N NaOH(0.5mol/L NaOH)水溶液中，在室温下作用一天，以除去残留的肉、组织，水洗至中性，于室温下干燥后备用。先将蟹壳原料100g浸泡于1000mL的水后1小时，复水后蟹壳含水量约35％(使用红外线水分分析仪(IR-35,Denver Instrument，德国)及水活性测定仪(AquaLab.,Devices,CX2，美国)测定)，拭去表面多余水分备用。将50g复水后蟹壳置入膨发枪(PRM-014，王先锋企业有限公司，台中，台湾，中国)的体积为1.4公升的旋转槽(rotating drum)中，再于该旋转槽中加入40mL的去离子水，闭锁槽盖(lid)，加热使膨发枪升压，达到所设定压力4kg/cm²，之后瞬间打开槽盖，造成高温高压水突然转变成水蒸气，导致蟹壳因外加的热能和强大水蒸气压作用，破坏其结构，于内表皮形成大的孔洞，制得一实例1预处理后的蟹壳。收集预处理后的蟹壳并进行后续纯化加工。

将50g的该实例1预处理后的蟹壳加入500mL 2N HCl(2mol/L HCl)水溶液，于室温作用2小时至无气泡(例如CO₂)产生，以充分去除矿物质。再以500mL 2N NaOH(2mol/L NaOH)水溶液于80℃下作用1小时，以去除蟹壳中的蛋白质，水洗至中性，之后以500mL 1wt％高锰酸钾水溶液在室温下作用1小时以去除色素，水洗后，再以500mL 1wt％草酸水溶液于80℃下作用1小时，以还原高锰酸钾，之后水洗至中性，于50℃下干燥，制得α-几丁质。

实例2

以与实例1相同的方式进行，但加热使膨发枪升压，达到所设定压力14kg/cm²，而非4kg/cm²，获得一实例2预处理后的蟹壳。

比较例1无添加水组

以与实例1相同的方式进行蟹壳的预处理，但膨发枪的旋转槽中不添加水(即不添加40mL的去离子水)，获得一比较例1预处理后的蟹壳。

比较例2未处理组

收集蟹壳(从中国台湾新北市万里地区的餐厅收集蟹壳，所收集的蟹壳为花蟹(Portunus pelagicus)的蟹壳，但本发明并不以此为限)，将其清洗干净，除去大部分内脏与杂质后，浸泡于浓度0.5N NaOH(0.5mol/L NaOH)水溶液中，在室温下作用一天，以除去残留的肉、组织，水洗至中性，于室温下干燥，获得一比较例2未处理组的蟹壳。将50g的该比较例2未处理组的蟹壳加入500mL2N HCl(2mol/L HCl)水溶液处理2小时至无气泡(例如CO₂)产生，以充分去除矿物质。再以500mL 2N NaOH(2mol/L NaOH)水溶液于80℃下作用1小时，以去除虾壳中的蛋白质，水洗至中性，之后以500mL 1wt％高锰酸钾水溶液在室温下作用1小时以去除色素，水洗后，再以500mL 1wt％草酸水溶液于80℃下作用1小时，以还原高锰酸钾，之后水洗至中性，于50℃下干燥，制得α几丁质。

检测

将实例1预处理后的蟹壳及比较例1预处理后的蟹壳进行褐变分析，亦即，使用肉眼观察是否发生褐变情形。将实例1预处理后的蟹壳、实例2预处理后的蟹壳、以及比较例2未处理组的蟹壳进行扫描式电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察，实验方法请参见Mi et al.(2002)和Rinki and Dutta(2010)。将实例1预处理后的蟹壳、实例2预处理后的蟹壳、以及比较例2未处理组的蟹壳进行去除钙(Ca)、镁(Mg)、蛋白质的反应及钙、镁、蛋白质含量的测定，以计算去除钙、镁、蛋白质等反应时的反应速率常数。将实例1预处理后的蟹壳、实例2预处理后的蟹壳、以及比较例2未处理组的蟹壳进行傅立叶转换红外光谱分析(Fourier transform infrared,FTIR；是使用傅立叶转换红外线光谱仪进行分析(Fourier transform infrared spectroscopy，FTS-155，BIO-RAD，加州，美国))，实验方法请参见Baxter et al.(1992)。将实例1预处理后的蟹壳、实例2预处理后的蟹壳、以及比较例2未处理组的蟹壳进行X光(X-ray)衍射分析(使用Bruker D2 phaser x-ray power diffractometer,Germany)，实验方法请参见Rinki and Dutta(2010)。

结果

本发明有二个主要的关键操作，其一为调整蟹壳的水含量，下列表1显示 于膨发枪中添加去离子水(40mL)对膨发后蟹壳的水含量和褐变发生的影响。由表1可知若没有在膨发枪中额外添加去离子水，膨发后蟹壳的水含量仅有1.4％～2.7％(请参见表1左栏：比较例1预处理后的蟹壳)，会造成蟹壳发生褐变，如图4A所示的缺乏纹路且为褐色的蟹壳，如此便不能生产白色的几丁质；而在膨发枪中额外添加40mL去离子水，膨发后蟹壳的水含量为6.0％～6.5％(请参见表1右栏：实例1预处理后的蟹壳)，蟹壳不会发生褐变，如图4B所示的具有花蟹红白相间纹路的蟹壳。所以，实例1在旋转槽(1.4L)中共置入57.5g的水(含原料中的17.5g的水)的实施方式，使系统中的水分充足，维持湿热状态，故不致于使系统变成干热状态造成蟹壳发生褐变的情形。

表1

本发明的第二个关键操作为膨发的压力的控制，我们将第一压力值的最大压力定在表压14kg/cm²(此时旋转槽内的温度为198℃)，主要是由于我们发现当旋转槽内的温度大于200℃，蟹壳很容易发生褐变。

以扫描式电子显微镜(SEM)观察蟹壳的内表皮，其照片如图5A、5B及5C。图5A是比较例2的未经处理的蟹壳的内表皮的扫描式电子显微镜照片，拍摄倍率为放大4200倍，可观察到内表皮的旋转夹板结构，结构紧密，仅在平行旋转的条带间有小的空隙(孔道)。图5B是实例1的经膨发预处理(使用膨发压力4kg/cm²)的蟹壳的内表皮的扫描式电子显微镜照片，拍摄倍率为放大4200倍，可观察到相邻的层膜间的距离(自一层膜的中心至邻层膜的中心)约为8.64μm，且所形成于两层之间的孔洞的孔径约为4.72μm。图5C是实例2的经膨发预处理(使用膨发压力14kg/cm²)的蟹壳的内表皮的扫描式电子显微镜照片，拍摄倍率为放大4200倍，可观察到相邻的层膜间的距离约为13.67μm，且所形成于两层之间的孔洞的孔径约为8.90μm。由图5B及5C可知内表皮结构经4、14kg/cm²爆炸性膨发后，孔洞会随着膨发压力上升而变大。孔洞的增大会使 其反应总表面积增加，可促使后续纯化加工的反应速率加快。

下列表2显示经不同压力(4及14kg/cm²)膨发预处后的蟹壳，其制备几丁质时的去除钙、镁、蛋白质反应的反应速率常数(k，单位为min^-1)。k值越大，反应速率越快。由表2可知，实例1及2的经膨发预处后的蟹壳的反应速率常数皆大于比较例2的未处理组(或称对照组(control))，且反应速率常数会随着膨发压力上升而变大，此结果与SEM的结果相符。显示蟹壳的内表皮经爆炸性膨发预处理后，孔洞会变大而使反应总表面积增加，进而使去除钙、镁、蛋白质反应的反应速率常数增大。

其中，实例1膨发预处理后的蟹壳(4kg/cm²)及实例2膨发预处理后的蟹壳(14kg/cm²)，其去除钙的反应速率常数分别为0.0783min^-1及0.0843min^-1；实例1膨发预处理后的蟹壳(4kg/cm²)及实例2膨发预处理后的蟹壳(14kg/cm²)，其去除镁的反应速率常数分别为0.0609min^-1及0.0694min^-1；实例1膨发预处理后的蟹壳(4kg/cm²)及实例2膨发预处理后的蟹壳(14kg/cm²)，其去除蛋白质的反应速率常数分别为0.0766min^-1及0.1092min^-1。

表2

较佳者，经本发明膨发预处理的蟹壳，其去除钙的反应速率常数大于0.07min^-1；较佳者，经本发明膨发预处理的蟹壳，其去除钙的反应速率常数大于0.08min^-1。较佳者，经本发明膨发预处理的蟹壳，其去除镁的反应速率常数大于0.05min^-1；较佳者，经本发明膨发预处理的蟹壳，其去除镁的反应速率常数大于0.06min^-1。较佳者，经本发明膨发预处理的蟹壳，其去除蛋白质的反应速率常数大于0.06min^-1；较佳者，经本发明膨发预处理的蟹壳，其去除蛋白质的反应速率常数大于0.07min^-1；较佳者，经本发明膨发预处理的蟹壳，其去除蛋白质的反应速率常数大于0.1min^-1。

图6为蟹壳经不同压力(4及14kg/cm²)膨发预处理后，再经纯化加工所制得的α-几丁质的FTIR图谱。由图谱数据计算未处理组(比较例2)或经膨发预处理组(实例1及2)蟹壳所制成的α-几丁质的去乙酰程度后发现，其去乙酰程度皆为约25％。另外，由图谱可知所制得的α-几丁质的官能基主要波峰包括3450cm^-1(OH基拉伸(stretching))、2870–2880cm^-1(C-H拉伸)、1650–1655cm^-1(酰胺(amide)I)、1550–1555cm^-1(酰胺II)、1315–1320cm^-1(酰胺III)皆无明显差异，表示膨发预处理不会使蟹壳中几丁质的官能基受到影响。

图7为蟹壳经不同压力(4及14kg/cm²)膨发预处理后(实例1及2)、以及未处理(比较例2)所制得的α-几丁质的X光衍射图谱。由图谱可知，不论蟹壳是否经膨发预处理，纯化后所得的α-几丁质皆在约9.6°、19.6°、21.1°、23.7°产生明显波峰，强度也类似，显示其几丁质结晶特性无明显差异。

下列表3是利用表2反应速率常数计算纯化α-几丁质反应所需的反应时间(分钟)、以及所减少的反应时间的百分比的结果。计算后发现，由未膨发蟹壳纯化α-几丁质时(比较例2)，去除钙、镁与蛋白质所需的时间分别为126.31、125.56、42.25分钟，将此等反应终点设为标准终点，以计算经膨发处理的蟹壳所减少的纯化反应时间百分比。以经过不同压力膨发处理的蟹壳计算所需反应时间后发现，4kg/cm²组(实例1)的去除钙、镁与蛋白质的反应时间分别约需98.08、99.58与29.84分钟，减少的反应时间百分比分别为22.34％、20.68％与29.37％。14kg/cm²组(实例2)的反应时间分别为91.10、87.39与20.93分钟，减少反应时间分别约27.87％、30.40％与50.45％。由以上可知，蟹壳经爆炸性膨发反应预处理后，有明显加速α-几丁质的纯化反应时间的效果，且膨发压力越高，节省的纯化反应时间愈多。

表3

上述表2、表3为同一个实验所得的数据，表2是在不同时间点取样测量钙、镁、蛋白质含量，进而计算出反应速率常数。表3是利用反应速率常数回推出钙、镁、蛋白质何时会被完全反应，进而得知总反应时间及减少的反应时间百分比。

本发明的技术有二个主要的关键操作，一为调整虾蟹外壳的水含量，二为控制爆炸性膨发的压力。适当地控制变因进行这二个操作，可以使虾蟹外壳形成多孔性结构，提升反应速率，缩短加工时间，并且可避免虾蟹外壳褐变、制得劣质产品。虾蟹外壳经过如本发明的方法预处理，可使得在后续的几丁质纯化制造程序中，酸处理去除矿物质步骤可节省20％-30％的反应时间，碱处理去除蛋白质步骤可节省30％-50％的反应时间。而且最终所制得的几丁质，由FTIR和X光绕射图谱得知，产物的官能基、去乙酰程度和结晶度均与未处理组无明显差异。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求范围，因此凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的各种更动或润饰等，均应包含于本发明的专利保护范围内。

表4参考文献